基于ARM的LED指挥控制终端的设计与实现

索　静，刘　杰

（太原工业学院，太原　030008）

基于ARM的LED指挥控制终端的设计与实现

索静，刘杰

（太原工业学院，太原030008）

LED显示屏是现代社会发布信息的一种重要方式，通过LED显示屏可以播放视频、文字等不同形式的信息，为人们传达最直观的视觉信息。随着科学技术的不断发展，LED显示屏的应用也日渐广泛，尤其是军事上的应用，比如基于LED显示屏的各种级别指挥控制终端的设计和运用，具有更为深入的研究价值。而ARM处理器是实现LED显示屏控制系统有效运行的基础，主要针对基于ARM的LED显示屏指挥控制终端系统的设计与实现的相关问题进行了探讨。

LED显示屏，指挥控制终端系统，ARM，嵌入式系统

0　引言

在信息技术、网络技术等高新技术不断涌现和应用的推动下，军队指挥手段逐步由功能单一、业务分离的独立系统向功能综合化、结构一体化的军队指挥信息系统方向发展。建设和发展一体化的军队指挥信息系统，是搞好信息化条件下军队指挥、打赢信息化战争的客观需求。设计、实现基于ARM 的LED显示屏军队指挥控制系统终端，对于军事指挥信息高效处理、显示、传递具有重要意义。

LED显示屏是利用LED点阵模块或者像素单元形成的平面式显示屏幕，是显示媒体领域中应用最为广泛、且电子技术应用较为集中的一种。随着LED显示屏的应用越来越广泛，人们对于LED显示屏控制系统的要求也越来越高。当前，大部分LED显示屏的控制系统都使用PC机作为控制终端，在控制功能方面相对较为稳定，但是由于PC机本身的功能不够全面，所以在应用的过程中经常出现反应迟缓、无法根据LED显示屏的应用环境随时变更等问题，这使得LED显示屏的应用过程中也造成了不同程度的成本耗损，所以，如果可以通过嵌入式系统的应用提高LED显示屏指挥控制终端的有效运行，则可以提高军队指挥系统应用的灵活性，减少功能损耗。

1　ARM与嵌入式系统

ARM是Advanced RISC Machines的缩写，其本身是一个企业的名称，同时更是一类微处理器的统称，早期的ARM从事的是IP核的技术开发与处理，建立在ARM基础上的核心处理器具有耗能低、功能强等显著的特点，因此，也受到了很多软件开发商的欢迎，并且为现代信息技术领域的发展创造了坚实的技术支撑。ARM的显著特征主要体现在以下几个方面：①处理器的体积小、制作成本低，但是却具有强大的处理功能，在系统运行的过程中不会产生较大的功耗损失；②支持支持Thumb＜16位）/ARM＜32位）双指令集的运行要求，可以满足8/16位器件的兼容运行要求；③处理器中包含大量的指令和数据，可以根据不同的指令要求做出调整快速运行，所以运行效率比其他处理器更快；④在寄存器中可以完成相当多的指令要求和数据操作要求，减少对处理器内存的占用，可以提高系统运行效率。随着电子技术的不断发展，ARM处理器的性能也在不断提升，应用范围越来越广泛，将其应用到LED显示屏的控制终端系统中，可以提高LED显示屏的控制效率。

2　LED显示屏指挥控制终端的系统组成

2.1LED显示屏控制系统的原理

LED显示屏的控制功能实现，需要通过显示终端和控制终端的双向控制器完成控制指令，才能实现LED显示屏的终端信息获得顺利显示。基于ARM的LED显示屏控制终端主要是通过上位机实现人机交互的作用，为用户提供信息编辑和输入途径，再通过下位机的控制功能对信息进行管理和控制。在LED显示屏控制终端系统的运行过程中，需要将用户输入的文字、图片等信息全部转化为统一的数据格式，通过ARM的总线处理功能发送到各个不同位置上的LED控制卡，将每个位置上的控制卡作为下主机接受来自控制系统终端的控制信息，并且将信息存储在相应的存储器中，再按照不同位置上的驱动方式生成相应的控制数据和现实数据，完成对LED显示屏的信息输出。

2.2LED显示屏控制系统的组成

LED显示屏控制终端系统的组成部分主要有显示控制系统、LED显示屏和上位计算机 （如图1），而显示控制系统是其核心组成部分。

图1　LED显示屏控制系统的组成

LED显示屏控制系统的工作流程：显示控制电路与上位机之间按照规定的方式完成计算机数据信息的传递，由上位计算机向系统显示控制电路系统发送控制指令。运用32位ARM微处理器对控制指令包进行收集和处理，处理后的数据控制信号则通过显示控制电路传递给核心FPGA芯片，再将数据信号分别储存在FPGA芯片以外的扩展存储器中，将显示控制电路系统中的信息进行识别，发送到LED显示屏，完成显示过程。为了在LED显示屏上获得完整的信息，需要保证ARM处理器与FPGA芯片的信息存储内容与格式的一致性，才能顺利完成信息的读取和解压，保证LED信息的完整显示。

2.3LED显示屏控制系统的种类

当前，市面上常见的LED显示屏的种类很多，按照不同的控制形式，一般可以将其分为同步控制系统和异步控制系统两种形式。同步控制系统指的是LED显示屏与显示控制终端之间始终保持同步，既要保证相关的数据信息展示在显示屏上，又要实时保证信息的同步性。LED显示屏同步控制体系的作用是完成显示信息与控制系统的同步，具有很强的实时性，所以除了基本的信息展示功能以外，还可以用来转播实时的信息、赛事等等，所以在操作方面也相对较为复杂，而且应用的成本较高。异步LED显示屏控制系统指的是显示屏本身具有存储和播放的功能，而显示终端与显示器之间并不存在实时的联系，大多情况下LED显示屏上的信息是先存储再播放，所以其体现的信息形式通常是静态的文字或者图像。异步控制系统的应用相对较为简单，而且可以对某些信息按照不同的形式循环播放，应用的范围相对较为广泛。

3　LED显示屏指挥控制终端的设计

3.1系统硬件设计

3.1.1ARM的电路设计

进行ARM电路设计时，首先要选择合适的ARM微处理器的类型，通常应用较为广泛的是16/32位的RISC处理器，其可以对内部的存储管理单元进行总体架构，在此基础上提供完整的系统运行结构。其本身具体有强大的高速缓冲功能，可以运用外部存储器对信息数据进行缓冲处理之后完成对系统通道的控制作用；同时，ARM微处理器可以支持多个异步总线模式的存储结构，在不同型号的ROM引导下都可以完成相应的系统刷新。其次，ARM电路设计中需要按成串行通信模块的设计。串行通信模块系统与上机位相连接，主要用来完成数据指令和系统调试的功能，采用RS-232标准串行通信接口与上位机通信，传输速率≤20 Kb/s，最大传输距离标准值为15 m。在LED控制系统启动时，需要从复位地址对相关的数据进行读取和处理，当系统完成初始化，就可以将程序代码复制到SDRAM中运行，便可以有效的提高系统运行的效率，可以完成LED显示屏的信息与控制系统数据的同步。另外，在LED显示屏控制系统中还存在着Flash存储器，其具有较大的信息容量，可以满足相应的读写和存储功能，保证LED显示屏信息的连续性。

3.1.2扫描控制模块的设计

扫描控制模块是LED显示屏控制终端系统中不可或缺的硬件平台，通常是由RAM和FPGA共同组成，其主要的作用是完成数据的缓冲和处理。在扫描控制模块的设计过程中涉及到一个乒乓操作技术，主要是用来处理数据流的操作手法，将系统输出的数据信息输送到扫描控制模块，再通过其中的RAM处理器完成数据的读取和写入功能，完成数据的缓冲。同时，运用流水线式的输入方式在扫描控制模块的外部环境中输入连续不断的数据流，保证数据流的连续性和完整性，从而实现VHDL编程功能。

3.2系统软件设计

LED显示屏控制终端系统中应用的软件是下机位软件体系，其中包括ARM和FPGA两个组成部分。

3.2.1ARM的软件设计

ARM的控制系统设计一般应当采用宿主机的开发模式，在宿主机上完成相应的编码过程，然后在目标板上进行测试运行，获得具有执行力的代码，再将代码按照系统运行的要求进行统一汇编成标准数据格式，下载到文件运行环境中。对ARM代码进行调试时，可以按照不同的运行环境采用串口、大网口等不同的形式，同时也要考虑到核心处理器的功能支持。进行ARM软件控制系统开发时，主要的嵌入流程包括：①源代码的编写；②运用编辑器进行程序编写；③运用SDK进行仿真软件的测试；④将数据信息下载到目标板，并且进行硬件系统和软件体系的测试。完成上述嵌入流程，则可以按照安装翻译工具、准备目标板数据格式、更新主机文件以及运行目标板程序等几个环节进行ARM软件的开发流程。

3.2.2FPGA软件设计

完整的FPGA软件系统的设计流程应当包括电路的设计与输入、仿真、布线后仿真验证、板级仿真验证与调试等主要步骤。根据LED显示屏控制系统的运行要求，完成功能划分与任务分配的环节。FPGA软件在LED显示屏控制系统中具有很强的通用性，而且可以按照不同的控制要求进行移植，满足LED显示屏的控制要求。

4　LED显示控制终端的测试与实现

为了保证LED显示屏控制终端系统运行的有效性，需要对其应用程序进行测试，主要的步骤如下：

①系统开机运行以后，按照规范的操作程序对控制终端进行操作，确保软件系统正常运行，而且可以按照指令跳转到相应的界面。

②运用错误操作程序对软件系统进行操作，观察其是否可以快速作出判断并且提醒，是否由于错误操作而出现死机等现象，如发现可以及时对系统进行调整。

③对控制终端系统中涉及到的参数信息按照规范进行设置，检测信息与参数的吻合度。完成信息输入之后，登陆系统的设置界面，判断设置的参数是否被正确记录。

④运用PC机与ARM处理器对控制中夺冠系统进行测试，运行调试助手的信息，判断其中包含的通信协议是否完整。

⑤将LED显示屏控制系统中的显示控制终端、LED显示屏之间进行连接，输入测试信息，判断数据信息是否可以正常输出，文本信息的格式是否正确以及参数的设置是否完整等等。

⑥长时间无人操作的条件设置下，对LED显示屏的背光灯设置参数的正确性进行判断，是否在经过调试后可以保证其LED显示屏重新点亮。

5　结论

随着现代军事的不断发展，LED显示屏的应用范围也越来越广泛，对LED显示屏的控制系统要求也越来越高，而在科学技术不断进步的背景下，LED显示屏控制系统也需要不断地更新，简化设计与操作程序，提高控制系统的运行效率，同时要考虑到资源和能源的节约，拓宽控制系统的应用环境，才能适应未来军队指挥控制系统对LED显示屏的使用需参考文献：

求，从而促进LED显示屏显示终端的有效应用。

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Design and Implementation of LED Command and Control Terminal Based on ARM

SUO Jing，LIU Jie
（Taiyuan Institute of Technology，Taiyuan 030008，China）

LED display is an important way of modern society to publish information，different？kinds of information such as videoand text can display on LED display，which convey the most intuitive visual information for people.With the continuous development of science and technology，LED display applications has become more widespread，especially in military applications，for instance the various levels of command control terminal design and application based on the LED display，with more in-depth research value.The ARM processor is the basis for the effective operation of the LED display control system，Issues is under simple debate in the paper，which is related to the research on the design and implementation for LED display terminal system based on ARM.

LED display screen，command and control terminal，ARM，embedded system

TJ768.4

A

1002-0640（2016）07-0161-03

2015-06-22

2015-07-06

索静（1982-），女，山西太原人，硕士，讲师。研究方向：单片机系统。