基于linux平臺的全彩LED顯示屏脫機控制系統(tǒng)設計

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2013-10-14

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 1 引言

高分辨率LED顯示屏的應用日益廣泛,，LED照明企業(yè),，恒光電器，而目前國內LED顯示屏的播放控制系統(tǒng)主要采用聯(lián)機方式來實現(xiàn),，口碑，即PC機+視頻發(fā)送板,，通過千兆以太網(wǎng)或者光纖,，將視頻實時發(fā)送到LED顯示屏端的視頻接收板上完成顯示。這種方式具有良好的人機操作界面和優(yōu)秀的視頻顯示質量,，對于近距離LED顯示屏聯(lián)機播放是一種重要的顯示手段,。而對于超長距離、戶外LED顯示屏而言,，聯(lián)機播放顯然需要付出很高的代價才能實現(xiàn),，有些場合甚至無法實現(xiàn)。而脫機方式在這些場合則顯示出其獨特的優(yōu)勢,。脫機方式的特點在于無人值守,，專用性強，占用資源少,，經(jīng)濟便攜,。同時可以通過一定的控制途徑如Internet、GSM網(wǎng)絡等可對播放過程及內容進行實時的干預和修改,。目前國內的脫機控制系統(tǒng)多由嵌入式系統(tǒng)如單片機,、 SOC、DSP,、RISC處理器等實現(xiàn),。大多數(shù)脫機控制卡只能顯示較小的分辨率，支持偽彩或者單色,，LED照明工程,，不能播放高質量的視頻。本設計旨在實現(xiàn)具有高分辨率,、高質量視頻播放,、流媒體播放,、多區(qū)域顯示等功能的小型專用LED脫機播放系統(tǒng)。 本文將從系統(tǒng)的硬件結構和原理,、軟件各模塊設計與實現(xiàn),、性能測試及結論三個方面進行說明。

2 脫機播放系統(tǒng)的硬件結構和工作原理

目前國內LED屏脫機控制系統(tǒng)多采用高性能RISC處理器作為核心,，恒光電器,，典型的以ARM9為核心的 SoC芯片工作頻率大多在200~600MHz之間。然而顯示方面的性能依然比較低下,，LED照明企業(yè),，大多數(shù)芯片，典型的如S3C24X0,，通過內部集成LCD控制器來實現(xiàn)顯示功能,，一般只支持到640X480的顯示分辨率，照明產(chǎn)品,，16bit顏色深度,。處理器芯片內置的LCD控制器是在系統(tǒng)內存中設置一小部分作為幀存(Frame Buffer)，LCD控制器使用一個專用的高速DMA通道不斷地讀取幀存中的象素數(shù)據(jù)到FIFO memory中,，最后生成視頻時序輸出到外部LCD接口,，因此視頻顯示直接占用系統(tǒng)總線帶寬。支持更高的分辨率和色彩深度意味著占用更多的系統(tǒng)帶寬,，比如 1024×768分辨下,，24位深度，60Hz場頻的顯示輸出,，恒光,，顯示占用的系統(tǒng)帶寬在1.1Gbps以上。小型嵌入式系統(tǒng)有限的總線帶寬顯然不可能很好地支持高分辨率真彩顯示,。

另一方面,，恒光，對于一般的2D圖形操作如象素復制,、縮放,、色空間轉換等需要軟件實現(xiàn)，處理器對Frame Buffer的頻繁操作帶來的系統(tǒng)性能下降十分突出,，極大的影響了CPU在視頻解碼方面的效率,。

鑒于上述分析，使用普通的面向手持設備的嵌入式體系結構無法滿足全彩大型LED屏幕的顯示要求,，口碑,，本文選擇了工業(yè)級ARM芯片S3C2440+SM501顯示加速協(xié)處理器的解決方案，從根本上解決了上述分析兩個影響顯示性能的關鍵問題,。

圖1 脫機播放系統(tǒng)硬件組成框圖

3 建立嵌入式Linux系統(tǒng)平臺

Linux內核具有體積小,，效率高,，成熟穩(wěn)定，源代碼開放,，資源豐富,，內核直接提供豐富的網(wǎng)絡協(xié)議，照明方案,，支持多種文件系統(tǒng)等諸多優(yōu)點,。本課題移植了Linux2.6.18內核，質量,，該版本內核具有穩(wěn)定性好,、開發(fā)工具支持度好的優(yōu)點。這部分工作主要包括：

1)針對硬件平臺移植u-boot.

2)剪裁并交叉編譯Linux內核,。移植USB存儲盤,、DM9000A網(wǎng)絡芯片、SM501顯卡的驅動到內核

3)交叉編譯busybox,，生成ext2格式的Initrd文件系統(tǒng)鏡像

4)通過u-boot將內核和Initrd鏡像燒寫到Nand Flash上,，設置內核啟動參數(shù)和u-boot啟動命令來啟動內核

經(jīng)過上述工作，建立了一個小型化的嵌入式Linux平臺,。限于篇幅，口碑,，本文對嵌入式Linux平臺的建立細節(jié)問題不深入介紹,。

4 LED顯示屏脫機專用播放軟件設計與實現(xiàn)

LED顯示屏脫機播放軟件的主要設計目標是支持視頻播放、圖片顯示,、多區(qū)域顯示,、流媒體播放、遠程控制,。由于整個軟件項目比較龐大,，本文將只選擇幾個關鍵模塊進行詳細說明，照明產(chǎn)品,，并側重介紹軟件方面如何利用SM501來實現(xiàn)高性能顯示及視頻播放,。對流媒體播放和遠程控制部分不做介紹。

5 結論

本文采用高速MCU和SM501嵌入式顯卡作為硬件平臺,，突破了嵌入式系統(tǒng)在顯示性能上的瓶頸,，接口明確。在軟件上移植了Linux2.6內核作為軟件平臺,，在效率和可移植性方面做了較好平衡,，恒光電器,照亮您的生活，運用了良好的軟件設計思想,，開發(fā)出具有開放式體系結構的 LED脫機播放軟件,。該系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于全彩LED顯示屏的脫機播放和控制,。