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摘 要：本文给出了一个基于DVI接口作为视频数据源、利用千兆以太网进行数据传输的全彩色LED大屏幕显示控制系统的具体硬件实现方案。并对系统板卡的PCB设计，给出了具体的方法以满足高速电路信号完整性和电磁兼容性的要求。且介绍了LED大屏幕显示文字图形编辑软件的设计要求，对文字和图形的生成方法进行了讨论，在此基础上提出了有效的文字和图形的生成方法。
关键词：LED大屏幕显示；图形编辑；图形生成；PCB设计
中图分类号：TN91 文献标识码：A
文章编号：1009-0118（2012）07-0261-02
LED(发光二极管)是六十年代发展起来的一种半导体显示器件。LED显示屏在八十年代后期在全球迅速发展，成为新型信息显示媒体，它凭借亮度高、功耗小、视角广、故障率低、组合灵活、使用寿命长、显示内容多样、显示方式丰富等优点，在短短十几年中已迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。
一、异步LED显示屏控制系统的硬件整体设计
上位机与控制板的通信采用了两种模式：10M/100M以太网和通用串口。在网络模式下，上位机进程以客户机身份，请求控制板中控制器S3C44B0上运行的作为服务器的进程接收远程数据，整个过程采用TCP/IP面向连接的通讯协议，基于标准socket编程模式，保证数据的可靠传输。在普通串口下，采用通用的异步串口通讯模式传输数据。
控制板上的数据接收进程在接收完数据后，存放于保存数据的FLASH存储区，并且通知上屏数据传送进程有新数据到来，自身转为等待接收数据状态。上屏数据传送进程不断的从FLASH数据存储区读取数据到系统内存SDRAM，分析屏幕显示格式要求对数据进行重组，通过与CPLD异步握手通信，将数据写入相应SRAM数据缓冲区中。
微处理器S3C44B0中运行μCLinux操作系统和用户应用程序，为控制板的核心单元。它负责实现网络、串行数据通信，多任务进程的合理调度与实现，图像数据处理，以及保证整个系统协调工作。
CPLD中固化的数字逻辑负责产生屏幕显示控制信号：串行移位时钟、行信号、行选通信号、消影信号等，同时从SRAM中读取图像数据，并将其输出到相应颜色的信号数据总线上，同时与微控制器异步通信实现双SRAM读写数据区的切换。
两片SRAM组成的数据缓冲、切换区，采用ping-pang逻辑，某一时刻一片从微处理器接收数据，另一片被CPLD逻辑读取上屏。两者轮流切换角色，保证了数据的高速上屏。
二、大屏幕显示屏文字图形编辑软件的设计
显示屏的文字显示不仅要包括汉字而且要包括各种西文字体,另外对各种字体来说,不仅需要小字体以增加显示屏的信息量,而且需要大字体以增加显示屏的视觉效果,最后各种字体的灵活变换也是必需的。所以,作图工具需要各种字体的点阵库和以点阵库为基础的汉字放大、变形等处理的算法,这些都是比较繁琐的。现在作为电子出版系统的一个最出色最有影响的分支——桌面印刷系统（DPT）都具有对多种文字的多种处理功能,而且操作简单,所有这些对于显示屏的文字生成来说是很合适的。因此,一般桌面印刷系统中的图文编辑软件就可成为编辑软件的支撑软件,提供多样的文字和对文字的处理功能。
由于图形的信息量大,形象生动,而且动画显示的内容基本上就是图形,所以其有着比文字更有效的信息传递和深化效果。因此,显示屏图文编辑软件的图形生成部分的性能是整个软件性能的集中体现。显示屏图形生成相对文字生成来说更是不易,因为从键盘、鼠标和光笔所作的图形的效果都不太理想,只能得到比较简单的图形,要想得到比较专业化的图形必须从图像扫描仪输入,而且现在的LED显示屏基本上还是四色显示,具有灰度等级显示的较少,所以还存在由图像扫描仪输入得到的灰度等级图像到四色图像的转换等问题。一般来说,转换过程可通过抽取图像轮廓之后进行伪彩色处理来实现。
三、基于C语言的串口通讯程序设计
具体程序如下：
intTxdRxd(char buff［3］［LNELEN］,char*cmd)
{
intk=0,i=0,c=0;
char *Cmd1;
char status=0;
undsigned int timecount;
unsigned int far *clock;
clock=(unsigned int far*)MK_FP(0x0040,0x006c);
timecount= * clock;
Cmd1=cmd;
while(1)
{
inportb(port［communicate.portindex］);
inportb(port［communicate.portindex］);
if(((*clock-timecount)>150)
{
c=0;
k=0;
outtextxy(80,100,″STATUS Error!″);
return(-1);
}
if((* cmd)!=0)SendChar(* cmd++);
i=ReceiveChar［buff［c］［k］］);
if(i==1){
if(buff［c］［k］==0x0a)
{
k++;
buff［c］［k］=0;
if(buff［c］［l］==′>′)
return(c+1);
else{c++;
k=0; }
}
else
k++;
}
}
四、计算机串口通讯测试系统的理论研究
（一）系统硬件具体实现
由串口向单片机接口进行通讯、发送数据和返回设备状态,而传输协议的选择对于通讯双方至关重要。针对系统的测试主要是常规测试，所以选择了面向字符的协议。 这种协议的典型代表是IBM公司的二进制传输(BSC)协议,他的特点是一次传送若干个字符组成的数据块，而不是只传送一个字符,并规定了10个字符作为这个数据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息。此系统会在测试时严格依照协议对单片机接受端进行数据发送，从端口发送数据校验码进行测试。而数据前的SYN主要起联络作用，SOH为序始字符。数据块将传送正式的测试字符，测试字符包括数字、汉字、字符等进行发送，单片机(下位机)将进行相应显示,显示完成后,PC机(上位机)将有本地回显,回显出发送的内容和接收到的数据是否显示一致。如果显示一致，则测试系统将会发出串口和单片机连接成功的标志;如果不能一致显示,或者出现乱码以及出现数据错位,或者单片机难以接受上位机数据。
（二）系统硬件具体实现
软件系统主要完成的功能是单片机串口的初始化和双机通讯,完成软件测试。在测试开始时，PC机先送出测试开始标志(本系统用ASCII码的1AH),接着发送各下位机的地址信号,再送出本次测试要发送的数据个数信息,最后是连续发送出测试数据。下位机采用查询方式接受数据,当RI被激活时,读入数据,判断是否是1AH,如果是,则继续等待接受下一个数据，判断是否在呼叫自己，若是，则往下接受第3个数,即本次要接受的数据个数,并按照其所给信息相应设定往下要连续接受的数据05个数。
五、结论
LED显示屏作为一种信息显示媒介，得到越来越广泛的应用。本文在充分了解LED大屏幕的应用状况、发展趋势之后，深入研究了全彩色LED大屏幕显示控制相关技术及方法，成功完成了LED大屏幕显示系统的硬件设计工作。系统主要由主控PC机、LED发送卡、LED接收卡和全彩色LED大屏幕构成，利用显卡的DVI接口输出视频信号到发送卡，发送卡进行处理后通过千兆以太网发送到接收卡，接收卡驱动LED大屏幕正确显示。目前已经实现了刷新频率为110Hz的256级灰度真彩色显示驱动，显示效果良好，无抖动、闪烁等现象。
本设计中采用当前先进的FPGA设计技术，选用Xilinx公司的FPGA作为视频信号处理和LED大屏幕驱动的核心控制电路，增加了系统设计的灵活性。利用千兆以太网技术实现了数据的长距离安全、可靠、高速的传输。在板卡的PCB实现过程中，根据高速PCB设计中的可靠性要求，从布局、布线、阻抗匹配和电源完整性等几方面提高系统的抗电磁干扰性。利用Cadence公司先进的ALLEGROSPB设计工具进行高速电路信号完整性仿真，积极采取措施，很好地满足了系统信号完整性和电磁兼容性的要求。
参考文献：
［1］诸昌铃.LED显示屏系统原理及工程技术［M］.北京：电子科技大学出版社,2002.
［2］马忠梅.ARM嵌入式处理器结构与应用基础［M］.北京：北京航空航天大学出版社,2002.
关键词：LED大屏幕显示；图形编辑；图形生成；PCB设计
中图分类号：TN91 文献标识码：A
文章编号：1009-0118（2012）07-0261-02
LED(发光二极管)是六十年代发展起来的一种半导体显示器件。LED显示屏在八十年代后期在全球迅速发展，成为新型信息显示媒体，它凭借亮度高、功耗小、视角广、故障率低、组合灵活、使用寿命长、显示内容多样、显示方式丰富等优点，在短短十几年中已迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。
一、异步LED显示屏控制系统的硬件整体设计
上位机与控制板的通信采用了两种模式：10M/100M以太网和通用串口。在网络模式下，上位机进程以客户机身份，请求控制板中控制器S3C44B0上运行的作为服务器的进程接收远程数据，整个过程采用TCP/IP面向连接的通讯协议，基于标准socket编程模式，保证数据的可靠传输。在普通串口下，采用通用的异步串口通讯模式传输数据。
控制板上的数据接收进程在接收完数据后，存放于保存数据的FLASH存储区，并且通知上屏数据传送进程有新数据到来，自身转为等待接收数据状态。上屏数据传送进程不断的从FLASH数据存储区读取数据到系统内存SDRAM，分析屏幕显示格式要求对数据进行重组，通过与CPLD异步握手通信，将数据写入相应SRAM数据缓冲区中。
微处理器S3C44B0中运行μCLinux操作系统和用户应用程序，为控制板的核心单元。它负责实现网络、串行数据通信，多任务进程的合理调度与实现，图像数据处理，以及保证整个系统协调工作。
CPLD中固化的数字逻辑负责产生屏幕显示控制信号：串行移位时钟、行信号、行选通信号、消影信号等，同时从SRAM中读取图像数据，并将其输出到相应颜色的信号数据总线上，同时与微控制器异步通信实现双SRAM读写数据区的切换。
两片SRAM组成的数据缓冲、切换区，采用ping-pang逻辑，某一时刻一片从微处理器接收数据，另一片被CPLD逻辑读取上屏。两者轮流切换角色，保证了数据的高速上屏。
二、大屏幕显示屏文字图形编辑软件的设计
显示屏的文字显示不仅要包括汉字而且要包括各种西文字体,另外对各种字体来说,不仅需要小字体以增加显示屏的信息量,而且需要大字体以增加显示屏的视觉效果,最后各种字体的灵活变换也是必需的。所以,作图工具需要各种字体的点阵库和以点阵库为基础的汉字放大、变形等处理的算法,这些都是比较繁琐的。现在作为电子出版系统的一个最出色最有影响的分支——桌面印刷系统（DPT）都具有对多种文字的多种处理功能,而且操作简单,所有这些对于显示屏的文字生成来说是很合适的。因此,一般桌面印刷系统中的图文编辑软件就可成为编辑软件的支撑软件,提供多样的文字和对文字的处理功能。
由于图形的信息量大,形象生动,而且动画显示的内容基本上就是图形,所以其有着比文字更有效的信息传递和深化效果。因此,显示屏图文编辑软件的图形生成部分的性能是整个软件性能的集中体现。显示屏图形生成相对文字生成来说更是不易,因为从键盘、鼠标和光笔所作的图形的效果都不太理想,只能得到比较简单的图形,要想得到比较专业化的图形必须从图像扫描仪输入,而且现在的LED显示屏基本上还是四色显示,具有灰度等级显示的较少,所以还存在由图像扫描仪输入得到的灰度等级图像到四色图像的转换等问题。一般来说,转换过程可通过抽取图像轮廓之后进行伪彩色处理来实现。
三、基于C语言的串口通讯程序设计
具体程序如下：
intTxdRxd(char buff［3］［LNELEN］,char*cmd)
{
intk=0,i=0,c=0;
char *Cmd1;
char status=0;
undsigned int timecount;
unsigned int far *clock;
clock=(unsigned int far*)MK_FP(0x0040,0x006c);
timecount= * clock;
Cmd1=cmd;
while(1)
{
inportb(port［communicate.portindex］);
inportb(port［communicate.portindex］);
if(((*clock-timecount)>150)
{
c=0;
k=0;
outtextxy(80,100,″STATUS Error!″);
return(-1);
}
if((* cmd)!=0)SendChar(* cmd++);
i=ReceiveChar［buff［c］［k］］);
if(i==1){
if(buff［c］［k］==0x0a)
{
k++;
buff［c］［k］=0;
if(buff［c］［l］==′>′)
return(c+1);
else{c++;
k=0; }
}
else
k++;
}
}
四、计算机串口通讯测试系统的理论研究
（一）系统硬件具体实现
由串口向单片机接口进行通讯、发送数据和返回设备状态,而传输协议的选择对于通讯双方至关重要。针对系统的测试主要是常规测试，所以选择了面向字符的协议。 这种协议的典型代表是IBM公司的二进制传输(BSC)协议,他的特点是一次传送若干个字符组成的数据块，而不是只传送一个字符,并规定了10个字符作为这个数据块的开头与结束标志以及整个传输过程的控制信息。此系统会在测试时严格依照协议对单片机接受端进行数据发送，从端口发送数据校验码进行测试。而数据前的SYN主要起联络作用，SOH为序始字符。数据块将传送正式的测试字符，测试字符包括数字、汉字、字符等进行发送，单片机(下位机)将进行相应显示,显示完成后,PC机(上位机)将有本地回显,回显出发送的内容和接收到的数据是否显示一致。如果显示一致，则测试系统将会发出串口和单片机连接成功的标志;如果不能一致显示,或者出现乱码以及出现数据错位,或者单片机难以接受上位机数据。
（二）系统硬件具体实现
软件系统主要完成的功能是单片机串口的初始化和双机通讯,完成软件测试。在测试开始时，PC机先送出测试开始标志(本系统用ASCII码的1AH),接着发送各下位机的地址信号,再送出本次测试要发送的数据个数信息,最后是连续发送出测试数据。下位机采用查询方式接受数据,当RI被激活时,读入数据,判断是否是1AH,如果是,则继续等待接受下一个数据，判断是否在呼叫自己，若是，则往下接受第3个数,即本次要接受的数据个数,并按照其所给信息相应设定往下要连续接受的数据05个数。
五、结论
LED显示屏作为一种信息显示媒介，得到越来越广泛的应用。本文在充分了解LED大屏幕的应用状况、发展趋势之后，深入研究了全彩色LED大屏幕显示控制相关技术及方法，成功完成了LED大屏幕显示系统的硬件设计工作。系统主要由主控PC机、LED发送卡、LED接收卡和全彩色LED大屏幕构成，利用显卡的DVI接口输出视频信号到发送卡，发送卡进行处理后通过千兆以太网发送到接收卡，接收卡驱动LED大屏幕正确显示。目前已经实现了刷新频率为110Hz的256级灰度真彩色显示驱动，显示效果良好，无抖动、闪烁等现象。
本设计中采用当前先进的FPGA设计技术，选用Xilinx公司的FPGA作为视频信号处理和LED大屏幕驱动的核心控制电路，增加了系统设计的灵活性。利用千兆以太网技术实现了数据的长距离安全、可靠、高速的传输。在板卡的PCB实现过程中，根据高速PCB设计中的可靠性要求，从布局、布线、阻抗匹配和电源完整性等几方面提高系统的抗电磁干扰性。利用Cadence公司先进的ALLEGROSPB设计工具进行高速电路信号完整性仿真，积极采取措施，很好地满足了系统信号完整性和电磁兼容性的要求。
参考文献：
［1］诸昌铃.LED显示屏系统原理及工程技术［M］.北京：电子科技大学出版社,2002.
［2］马忠梅.ARM嵌入式处理器结构与应用基础［M］.北京：北京航空航天大学出版社,2002.