基于ARM+FPGA的大屏幕显示器控制系统设计

据总线8根，控制信号线5根，亮度信号线3根，输入线1根，复位信号线1根，共18根；（2）双体SRAM总线接口：地址总线15根，数据总线8根，读写控制信号2根，共50根；（3）显示控制信号输出接口：移位时钟信号1根，行锁存信号1根，行选4根；（4）显示像素数据输出接口：红、绿、蓝共3根。共计18+50+6+3=77个I／O口。为了可以使LED显示屏的尺寸增加1倍，即所需的I／O口增多，同时考用VHDL语言描述的内部功能逻辑所需的宏单元数量，需要选择256个宏单芯片，在此 FPGA选用32位的PolarPro QLlP300芯片。

　　2.3静态存储器SRAM的选择

　　外部扩展的两片SRAM，要求能满足上屏数据读取速度的要求，考虑到存储数据的宽度和容量，本设计选用ISSI（Integrated Silicon Solution Inc．）公司的IS61C1024芯片。该芯片存储容量为128 kB，8位数据宽度，最高读写速度为25 ns，电源电压为5 V，具有最高40 MHz的读写频率，可进行高速异步读写操作，无须等待时间，其容量满足一屏文字和图像数据信息的存储要求，两片SRAM采用双体切换技术来完成数据的存储和读取过程。

　　3 系统软件设计

　　3.1 ARM软件设计

　　根据该系统的设计需求，将软件划分如下几个模块分别形成独立的程序文件：启动代码模块、串口模块、时钟模块、温度和亮度传感器模块、FLASH 管理模块、下载管理模块和显示模块。启动代码用于初始化系统配置、初始化各个处理器模式下的栈空间，初始化目标板，引导C程序运行，用汇编语言编写；串口模块实现串口的发送、接收等基本功能；时钟模块实现RTC时间的设置与读取等基本功能；温度和亮度传感器模块实现温度和亮度控制；Flash管理模块实现外部FLASH擦除、存储、分配的管理，将显示指令和显示信息进行存储；下载管理模块负责与上位机通讯，下载显示指令和信息；显示模块负责显示指令的解析以及显示信息的提取，显示效果的处理，包括出场模式和表演模式以及各种字体字形的产生，同时负责送灰度数据给FPGA，本设计以启动代码为例阐述源代码的编写。

　　通常将启动代码划分为5个文件：startup.s、IRQ.s、stack.s、heap.s和target.c。startup.s包含中断向量表和系统初始化代码；IRQ.s包含中断服务程序与C程序的接口代码；stack.s和heap.s保存C语言使用的堆和栈的开始位置；target.c包含目标板特殊的代码，包括异常处理程序和目标板初始化程序。下面给出几个关键的初始化程序段供参考。

　　1．中断向量表

　　2．系统初始化代码

　　ResetInit

　　BL Initstack；初始化芯片各种模式的堆栈

　　BL TargetResetInit：目标板基本初始化

　　B Main；跳转到ADS提供的_ain函数处，它初始化函数库并最终引导CPU进入main（）函数

　　3．初始化CPU堆栈Initstack（源代码略）

　　3.2 FPGA内部的功能模块

　　图4为FPGA内部的功能模块图。FPGA将ARM传送过来的信号包括灰度数据（DATA）、系统时钟（CLK）、帧同步信号（VSYNC）、行同步信号（HSYNC）、片选信号（CS2）和写信号（WRITE）送入存储器切换电路，存储器切换电路将图像数据（DAIA）分时送到静态存储器 SRAM1和静态存储器SKAM2进行存储。SRAM1和SRAM2工作在交替读写状态，即向一片SRAM写人数据的同时，从另一片SRAM中读出数据；静态存储器的读写状态由系统时钟、帧同步、行同步以及片选信号来控制。读地址发生器用于计算所需数据信息在存储器中存储的地址，以便保证LED大屏幕的正确显示，它是由移位时钟来控制产生15位读地址信号，移位时钟信号的工作频率为4 MHz。读地址发生器产生的读地址信号在移位时钟的作用下，产生4个分区锁存信号，4个分区的显示数据同时送人屏体，只有当锁存信号有效时，才点亮显示屏。从SRAM读出的灰度数据DAIA送入灰度值发生器，并根据屏体显示结构进行数据重组，转化成LED显示屏要求的上屏数据信号（红、绿、蓝灰度数据）。三色的上屏数据送入串行发送数据寄存器，并在移位时钟的作用下串行发送至屏体。在将一片SRAM中的数据转换后上屏的同时，通知微处理器发送下一屏数据。此外，ARM还发送两位亮度控制信号COMM0、COMM1和亮度数据信号COMM2。串行发送的亮度数据信号进入8位串并转换电路，在 COMM0、COMM1的控制下，产生亮度信号。

　　4 仿真及系统验证

使用ModelSim仿真用VHDL编写的扫描驱动电路波形如图5。从图5可知，从ARM接收到的数据data（01010101）存入到外部扩展的存储器SRAM2，m2ma是存储器2的地址线，它根据控制信号（tp1，tp2，cs2，swite）的控制作用连续增加；cm2d是存储器2的数据线，将data数据存入，则c