ARM11嵌入式系統實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )通信和LCD顯示的實(shí)現

摘要：通過(guò)對ARM11嵌入式系統Linux下的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )通信和LCD顯示進(jìn)行研究，分析了網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議和LCD驅動(dòng)方式。在ARM11嵌入式系統下設計了直接讀寫(xiě)GPIO的LCD顯示程序，并實(shí)現網(wǎng)絡(luò )終端服務(wù)器和客戶(hù)端雙線(xiàn)程的工作模式，解決了網(wǎng)絡(luò )通信實(shí)時(shí)性和可靠性的問(wèn)題。實(shí)際應用表明：該方法LCD顯示速度快、網(wǎng)絡(luò )通信實(shí)時(shí)性強可靠性好、ARM11和計算機的資源利用率高。
關(guān)鍵詞：ARM11；實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )通信；LCD；Linux

0 引言
ARM11主頻為533 MHz，最高可達667 MHz，較ARM7主頻提高了10倍，且擁有更豐富的片上資源，處理速度更快，功能更強?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，ARM11可完全適應實(shí)時(shí)性較強的網(wǎng)絡(luò )終端的設計。
在以ARM11為核心的網(wǎng)絡(luò )終端設計中，需要LCD在終端實(shí)時(shí)顯示網(wǎng)絡(luò )通信的各項參數和設備工作狀態(tài)，LCD的顯示內容依靠網(wǎng)絡(luò )傳輸數據中的指令來(lái)控制，而網(wǎng)絡(luò )終端的操作數據也要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸到計算機，因此網(wǎng)絡(luò )通信和LCD顯示需要很強的實(shí)時(shí)性才能合理使用計算機和ARM11的資源，從而提高系統的運行效率。
該文以ARM11處理器S3C6410為平臺，基于Linux操作系統設計了一種在A(yíng)RM11內核直接控制LCD顯示的方法，并采用TCP／IP協(xié)議設計了一種同時(shí)作客戶(hù)端和服務(wù)器的終端工作模式。

1 ARM11網(wǎng)絡(luò )終端實(shí)時(shí)通信特性分析
1．1 數據流分析
在計算機與ARM11通信的系統中，計算機的處理速度比ARM11快很多，如將數據處理等工作量大的任務(wù)分配給計算機去處理，則可大大減少ARM11的資源消耗，ARM11就可以更快地去響應其他操作，因此為了減少ARM11顯示任務(wù)的時(shí)間，可以將ARM11要顯示圖片的數據處理交給計算機，計算機按照ARM11顯示的數據要求處理好數據后再通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳到ARM11再完成LCD的顯示。此外，ARM11網(wǎng)絡(luò )終端還要向計算機傳輸設備工作狀態(tài)信息，計算機則還要向網(wǎng)絡(luò )終端傳輸一些控制命令。
1．2 通信協(xié)議分析
網(wǎng)絡(luò )通信必然涉及到通信協(xié)議的問(wèn)題，目前普遍采用的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議有UDP協(xié)議和TCP／IP協(xié)議。在實(shí)時(shí)性要求較高的網(wǎng)絡(luò )通信中希望能做到想發(fā)就發(fā)，有數據就收。兩個(gè)協(xié)議中UDP比較符合這個(gè)要求，但是它不能保證數據傳輸的有效性，當數據較多時(shí)很可能會(huì )發(fā)生嚴重的丟包現象，尤其是像LCD顯示的圖片數據這類(lèi)數據較大而且傳輸頻繁的數據，可能會(huì )嚴重影響液晶顯示這是不能被接受的。相比之下TCP／IP協(xié)議能夠保證數據傳輸的有效性。
在TCP／IP協(xié)議ARM11網(wǎng)絡(luò )終端作為服務(wù)器或者客戶(hù)端是不能做到隨時(shí)想發(fā)就發(fā)，有數據就收的，比如作為服務(wù)器接收完來(lái)自計算機的數據后，如果計算機斷開(kāi)了連接，那么網(wǎng)絡(luò )終端再想向計算機發(fā)送數據，就必須等到計算機再次作為客戶(hù)端向終端發(fā)起連接才行。為了解決TCP／IP協(xié)議的這種問(wèn)題，本文設計了網(wǎng)絡(luò )終端和計算機既作客戶(hù)端又作服務(wù)器的雙線(xiàn)程工作模式，在這種工作模式下終端和計算機隨時(shí)能發(fā)起和斷開(kāi)連接，從而做到隨時(shí)想發(fā)就發(fā)，有數據就收。

2 LCD顯示的軟件設計
2．1 LCD的顯示方法分析
(1)基于Framebuffer驅動(dòng)方式。在Linux下有完善的Framebuffer驅動(dòng)程序，所以可以利用ARM11集成的LCD控制器采用Framebuffer控制LCD，Framebuffer是顯示設備抽象為幀緩沖區，用戶(hù)通過(guò)內存映射將其映射到進(jìn)程地址空間之后，就可以直接進(jìn)行讀寫(xiě)操作，而操作可以直接反應到屏幕上。該方法反應速度快、執行效率高，應用程序簡(jiǎn)單，但是底層硬件驅動(dòng)復雜，硬件變更后編寫(xiě)難度大，不易實(shí)現。不帶控制器的LCD通常采用這種方法。
(2)直接讀寫(xiě)GPIO驅動(dòng)方式。目前有很多類(lèi)型的液晶屏自帶LCD控制器，ARM向控制器寫(xiě)控制指令和數據就可以完成對LCD的初始化和內容的顯示。這種顯示方法軟件設計相對簡(jiǎn)單，占用的代碼空間小，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的控制芯片進(jìn)行驅動(dòng)。針對自帶控制器的LCD，本文設計了直接讀寫(xiě)GPIO驅動(dòng)LCD的方法。該方法在底層驅動(dòng)向LCD控制器和LCD的應用程序提供接口，LCD控制器的讀寫(xiě)時(shí)序全部在底層驅動(dòng)中完成，底層驅動(dòng)向應用程序提供初始化接口和顯示數據接口。該方法應用程序和內核的交互少，程序執行效率高。
2．2 LCD顯示的實(shí)現
通過(guò)上述分析，本文設計直接讀寫(xiě)GPIO驅動(dòng)帶LCD控制器的液晶屏，該方法的程序結構如圖1所示。

在底層驅動(dòng)中主要包括以下幾個(gè)函數：
(1)初始化函數s3c6410_inti。該函數包括2部分的初始化：一是對ARM11用于同LCD控制器相連GPIO口控制寄存器的初始化，核心語(yǔ)句是writel(tmp，S3C64XX_GPICON)，其中writel是驅動(dòng)層的寫(xiě)函數，tmp是寫(xiě)入控制寄存器的數據，S3C64XX_GPICON是S3C6410中第I組GPIO口的控制寄存器，如果采用別的GPIO口就改用別的控制寄存器宏定義；二是對LCD控制器初始化。
(2)寫(xiě)數據函數s3c6410_WRData和寫(xiě)命令函數s3c6410_WRCommand。這2個(gè)函數按照具體LCD控制寄存器的寫(xiě)數據時(shí)序和寫(xiě)命令時(shí)序，完成對LCD控制器的寫(xiě)數據和寫(xiě)命令，向GPIO寫(xiě)數據的函數是writel(tmp，S3C64XX_GPIDAT)，writel和tmp與上述相同，S3C64XX_GPIDAT是S3C64 10中第I組GPIO口的數據寄存器。
(3)顯示函數s3c6410_LCDdisplay。該函數通過(guò)調用寫(xiě)命令函數和寫(xiě)數據函數到達在液晶屏上具體位置顯示具體圖片或文字的效果。
(4)系統調用接口函數s3c64xx_ioctl(structfile*file，int cmd，long int data)。該函數定義s3c6410_inti和s3c6410_LCDdisplay2個(gè)函數接口通過(guò)系統調用iotcl(fd，1，xx)和iotcl(fd，2，xx)，以供應用程序調用，應用程序使用iotcl(fd，1，xx)就可初始化結晶屏，只需要向s3c6410_LCDdisplay的接口iotcl(fd，2，xx)中寫(xiě)數據就實(shí)現了數據的LCD顯示。