[摘要] 介紹一種應用廣泛的LED大屏幕異步控制器的設計方案。該系統采用高性能32位ARM微處理器為其控制核心，并且基于uc/OS-II進行軟件設計。可實現單屏幕多窗口任意位置的顯示，使得屏幕顯示變得豐富靈活。
[關鍵詞] LED大屏幕; 多窗口顯示; ARM微處理器; 異步控制器
1 引言：
以往的LED異步控制器只能把一個屏幕作為一個完整的區域來進行顯示，或者簡單的加上時間區域或游走字幕區域，這樣對于用戶來講往往缺乏足夠的靈活性，尤其在屏幕較大的時候。針對以上情況，本文提出了一款基于32位高性能ARM處理器和uc/OS-II的設計方案。它充分利用了uc/OS-II高效的多任務管理功能和ARM處理器強大的運算能力，實現了單屏幕多窗口的任意位置顯示，使得顯示內容變得更加豐富，顯示方式變得更加靈活。
2 ＬＥＤ控制系統的工作原理：
典型的LED異步控制系統主要由PC應用軟件、通信模塊、數據處理模塊、掃描控制模塊、驅動模塊和LED屏幾部分組成，如圖１所示。
首先，PC應用軟件將文本或圖片轉化為具有特定格式的點陣信息。然后，通過通信模塊將此點陣信息發送給數據處理模塊。數據處理模塊對這些點陣信息進行各種特技處理，最后通過掃描控制模塊和驅動模塊將畫面在LED屏上進行正確顯示。本文所指的LED異步控制器包括通信模塊、數據處理模塊和掃描控制模塊三部分。
3 控制器軟件部分的設計：
本控制器的硬件結構如圖２所示。數據處理模塊由MCU，一片SRAM和一片FLASH存儲器組成。MCU選用PHILIPS的基于32位ARM內核的LPC2214處理器，它有著豐富的外圍接口資源和強大的運算能力，是整個控制器的核心。SRAM作為MCU進行特技處理時的緩存使用。FLASH存儲器用于存儲點陣信息和一些必要的參數。
掃描控制模塊由CPLD和顯存組成。顯存為一片SRAM，它用于保存當前顯示的一幀點陣信息。CPLD通過地址總線和16位數據總線與MCU相連， 它把從MCU接收到的16位數據按指定地址寫入顯存，然后再按一定的尋址方式從顯存中讀出點陣信息進行掃描。MCU只能通過CPLD對顯存進行以字（2byte）為單位的寫操作。
通信模塊包括以太網模塊和串口通信模塊，用于實現PC與控制器之間的RS232、RS485以及工業以太網通信。
4 控制器軟件部分的設計：
為了實現單屏幕、多窗口任意位置的顯示，軟件部分我們基于uc/OS-II進行設計，這樣可以充分利用操作系統高效的任務調度算法，將每個窗口的顯示都交由單個任務來完成，從而極大地提高系統的運行速度和可靠性，并且使得程序的開發和擴展變得更加方便。
在進行具體的程序設計之前，首先要確定數據的組織方案。因為好的數據組織方案，對于程序編寫來說往往可以達到事半功倍的效果。
4.1 顯存的數據組織方案：
對于雙色屏，一個像素點需要紅、綠兩位數據來描述。為了便于處理，我們將橫向連續的8個像素點組成一個字（2byte）來進行存儲，其中一個字節為紅數據，一個字節為綠數據。數據存儲順序為從左到右，從上到下。如圖3所示，假如屏幕寬度為160個像素點，顯存起始地址為0x83000000，則屏幕第一行的前8個像素點映射到顯存中地址為0x83000000和0x83000001的兩個字節，第二行的前8個像素點映射到顯存中地址為0x83000028和0x83000029的兩個字節，依此類推。
4.2 點陣信息轉化規則：
由于窗口大小可以任意設置，窗口的位置可以任意擺放。所以對于單個窗口而言，它在顯存中的映射可能并非是字（2byte）對齊的。以圖4為例，在一個大小為160（寬）×96（高）的屏幕上開設一個左上角坐標為（20,16），大小為86×47的窗口，則此窗口第一行的前4個像素點在顯存中的映射為地址是0x83000282和0x83000283的兩個字節的低4位，所以這個窗口在顯存中的映射并不是字對齊的。由于MCU只能以字（2byte）為單位對顯存進行操作，所以PC軟件在對該窗口進行點陣信息轉換時，如果直接對區域１（窗口的實際大小）進行轉換存儲，則在對該窗口進行特技處理時會存在大量的位運算，這樣會大大降低運算效率，從而影響特技效果的顯示，這樣就很難滿足用戶對特技顯示效果的要求。
為了解決上述問題，可以將區域1橫向擴展成起點坐標為（16,16），大小為96×47的區域2。易知，區域2在顯存中的映射是字對齊的。為了避免運算時的位操作，PC軟件在對區域1進行點陣信息轉換時，可按區域2來進行，只是需將區域1的擴展部分的數據全填為1。這樣處理會犧牲掉一小部分FLASH存儲器空間，但卻可避免特技處理時大量的位運算，從而大大提高運算效率，因此這樣做是值得的。
4.3 緩存數據的組織方案：
由于MCU只能對顯存進行寫操作，而在進行特技運算時，往往需要前一幀信息才能得到下一幀的信息。所以，首先，需要在緩存中劃分出一塊和顯存大小相等，地址一一對應的區域screen用于保存整屏幕的前一幀信息。
又由于MCU對顯存只能進行字操作，并且多個窗口之間可能會出現區域重疊，所以如果各窗口的特技運算都直接在screen區域上進行，則窗口重疊部分信息可能會發生混亂。因此如圖5所示，也需要在緩存中為每個窗口劃分出一塊存儲器空間（area 1, area 2, …, area n），用于保存本窗口顯示的前一幀信息。這樣在特技運算時，首先要在area區域中對各窗口數據進行運算得到各窗口的下一幀信息，然后將area區域中數據寫入該窗口在screen區域中的相應地址以保存整屏幕最新一幀信息，最后把screen中相應數據寫入顯存從而完成顯示。
4.4 軟件設計：
基于上述方案，MCU程序的設計變得非常簡潔。程序結構如圖6所示，控制器上電后，首先進行系統初始化，然后從FLASH中讀取屏參數，進行參數初始化。接著建立任務TaskControl，TaskControl擁有比各窗口顯示任務都要高的優先級，它主要用于對各窗口顯示任務進行實時管理。每隔一段時間TaskControl就要對reset標志進行一次查詢，如果reset=1，它會刪除原先建立的各窗口顯示任務，然后從FLASH中讀取新的窗口個數，依此建立新任務，將每個窗口的顯示交由單個窗口顯示任務來控制。
下面是任務TaskControl的程序演示：
void TaskControl(void *pdata){
uint8 taskNum;
pdata=pdata;
RESET:
reset=0; //reset標志清零
for(taskNum=3;taskNum<18;taskNum++){ &n