基于以太网的多功能DMX512控制器的设计与实现

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LED照明以其高效、节能、环保、低碳带来了人类照明史上的第三次革命,掀起了全球研究热潮。国家一系列鼓励性政策的出台促进了中国LED照明产业的蓬勃发展,与此同时LED景观照明的需求也日益增加。LED景观照明需求的不断变化,对景观灯控制系统提出了更高的工程要求。本文针对市场需求,设计了基于以太网的多功能DMX512控制器。基于本控制器的景观灯控制系统由PC机、交换机、多功能控制器组成。控制器可以工作在联机、脱机主从同步和单机三种工作模式,三种模式可自动切换。其中联机控制分为实时播放和远程更新效果文件。为了实现设计目标,本文主要开展了以下几方面的工作:1.根据多功能控制器的工程需求设计控制器的硬件架构。控制器采用ARM9+FPGA架构,通过在ARM9微处理器上运行Linux操作系统实现网络通信和多种工作模式,利用FPGA的并行处理实现8路DMX512并行输出。2.根据控制器的硬件平台移植u-boot、依据具体需求和以后拓展裁剪Linux内核、制作yaffs文件系统。同时为平台开发ARM9与FPGA通信模块驱动、LCD1602驱动及按键驱动。完成平台Linux系统的搭建。3.基于简单可靠和方便拓展原则,设计控制器与PC机间应用层通信协议。实时播放对实时性要求较高可容忍一定的丢包因而采用UDP,远程文件更新对传输可靠性要求较高可容忍一定的延迟抖动因而采用TCP协议。4.控制器端软件采用模块化设计,包括联机控制模块、实时播放模块、远程文件更新模块、主从同步模块、单机控制模块和LCD1602显示模块。为提高运行效率实现三种工作模式采用了多进程编程技术。为解决UDP报文乱序和丢包问题给UDP报文添加帧号和端口号并开辟双缓冲区进行乒乓操作。为提高文件传输性能采用1028字节报文、扩大套接字接收缓冲区、设置Linux块大小为4KByte。为实现以太网高精度的多控制器同步,设计了一种简易的局域网同步方式——倒计时同步法,同步精度达5ms。5.三种工作模式的自动切换基于多进程技术。采用超时跳转实现联机到脱机主从同步再到单机的依次切换。通过套接字监听报文产生触发事件结合Linux信号机制实现单机到联机、脱机主从同步到联机的反向切换。6.对多功能控制器各项功能、性能指标进行全面测试包括实时播放最高帧率、远程文件更新传输速率、脱机主从同步精度,确保控制器满足工程要求。测试结果表明实现了预期目标。文件传输速率达12.85Mbit/s为专业ftp软件netkit-ftp的89%。本控制器已通过委托企业的完整测试并验收,已批量生产运用到实际工程中。
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