Nios II的LlED顯示屏控制器設計

摘要：基于μC／OS-II實(shí)時(shí)操作系統實(shí)現多任務(wù)管理運行模式，采用Nios II 32位處理器作為L(cháng)ED顯示屏控制系統的核心，控制單屏幕多窗口任意顯示。整個(gè)控制系統在一片FPGA上實(shí)現，使用SOPC Builder軟件定制集成IP核，通過(guò)外擴存儲設備實(shí)現數據的海量存儲，解決了FPGA內部資源相對不足的問(wèn)題。同時(shí)，合理組織數據存儲方式，降低了數據處理和控制系統的復雜度。
關(guān)鍵詞：Nios II；大屏幕顯示；FPGA；μC／OS-II

引言
目前，LED大屏幕顯示系統按數據傳輸方式分為兩類(lèi)：一是同步實(shí)時(shí)顯示，即計算機顯示系統的內容同時(shí)在LED視頻顯示屏上顯示；二是異步通信更新數據顯示，計算機通過(guò)USB、通用串行接口、以太網(wǎng)等通信方式將數據傳送給獨立視頻源顯示屏。通常，異步通信控制方式只能將屏幕作為一個(gè)完整的區域顯示，對于較大屏幕的顯示系統，有時(shí)需要將整屏分為若干個(gè)窗口分別顯示不同的內容，且內容的更新只是某一個(gè)或幾個(gè)窗口。針對這種情況，本文提出了一種基于Nios II 32位處理器的設計方案，能有效地實(shí)現單屏幕多窗口的任意位置顯示，使得顯示方式更加靈活方便。

1 系統總體設計
1．1 系統硬件結構
LED顯示系統主要由計算機系統、數據通信傳輸模塊、數據處理模塊、掃描控制模塊、顯示驅動(dòng)模塊和LED屏構成，如圖1所示。

計算機系統將要顯示的點(diǎn)陣信息通過(guò)RS485串行接口送往存儲設備，數據處理模塊讀取存儲設備的數據并進(jìn)行各種特技顯示處理，將處理好的數據送往掃描控制模塊，顯示驅動(dòng)模塊接收到掃描控制模塊的數據后送往LED屏上顯示。數據通信傳輸模塊、數據處理模塊、掃描控制模塊3部分均在FPGA上實(shí)現，即構成LED異步控制器。
1．2 系統軟件方案
軟件基于Nios II IDE開(kāi)發(fā)完成，應用程序基于μC／OS-II實(shí)時(shí)操作系統實(shí)現。軟件程序主要由2個(gè)任務(wù)和1個(gè)定時(shí)器中斷服務(wù)程序組成，任務(wù)問(wèn)采用信號量的方式進(jìn)行通信。任務(wù)1將上位機傳送到CF卡存儲設備的數據寫(xiě)入內存中；任務(wù)2從內存中讀取數據并進(jìn)行分析處理，把分析處理完的數據送往掃描控制模塊。為了充分利用μC／OS-II的實(shí)時(shí)性和多任務(wù)的特點(diǎn)，采用嵌入式文件系統進(jìn)行數據管理。

2 控制系統硬件部分設計
數據處理模塊由Nios II軟核CPU、1片SDRAM和1片Flash存儲器組成。Nios II軟核CPU是整個(gè)控制器的核心，負責數據的處理；SDRAM作為CPU處理數據時(shí)的緩存使用；Flash存儲器用于存儲點(diǎn)陣信息數據和LED屏顯示控制參數。