基于嵌入式linux的全彩LED显示屏脱机控制系统设计与实现.doc

基于ARM-Linux的全彩LED显示屏脱机播放系统的设计与实现丁铁夫1陈伟12郑喜凤1苑振12（1.长春光学精密机械与物理研究所吉林省长春市1300332.中国科学院研究生院北京100039）摘要：本文介绍了一种基于嵌入式系统的全彩LED显示屏脱机播放系统的设计方案。该方案旨在建立一套具有视频播放图片、文字显示支持多区域显示和流媒体播放支持高分辨率的全彩LED屏幕的小型播放系统。系统硬件部分采用了S3C2440作为处理核心并且使用嵌入式显示芯片SM501提供2D图形硬件加速功能。软件部分移植了Linux2.6内核开发了一套建立在Linux内核之上的高显示性能的专用LED播放软件。本文较好地解决了目前LED显示屏脱机控制卡局限于支持单色或者伪彩LED、分辨率低、不能播放高质量视频的现状。关键字：LED脱机播放系统；嵌入式Linux；S3C2440；SM501；中图分类号：TP333.8文献标识码：A文章编号：1引言高分辨率LED显示屏的应用日益广泛而目前国内LED显示屏的播放控制系统主要采用联机方式来实现即PC机＋视频发送板通过千兆以太网或者光纤将视频实时发送到LED显示屏端的视频接收板上完成显示。这种方式具有良好的人机操作界面和优秀的视频显示质量对于近距离LED显示屏联机播放是一种重要的显示手段。而对于超长距离、户外LED显示屏而言联机播放显然需要付出很高的代价才能实现有些场合甚至无法实现。而脱机方式在这些场合则显示出其独特的优势。脱机方式的特点在于无人值守专用性强占用资源少经济便携。同时可以通过一定的控制途径如Internet、GSM网络等可对播放过程及内容进行实时的干预和修改。目前国内的脱机控制系统多由嵌入式系统如单片机、SOC、DSP、RISC处理器等实现。大多数脱机控制卡只能显示较小的分辨率支持伪彩或者单色不能播放高质量的视频。本设计旨在实现具有高分辨率、高质量视频播放、流媒体播放、多区域显示等功能的小型专用LED脱机播放系统。本文将从系统的硬件结构和原理、软件各模块设计与实现、性能测试及结论三个方面进行说明。2脱机播放系统的硬件结构和工作原理目前国内LED屏脱机控制系统多采用高性能RISC处理器作为核心典型的以ARM9为核心的SoC芯片工作频率大多在200~600MHz之间。然而显示方面的性能依然比较低下大多数芯片典型的如S3C24X0通过内部集成LCD控制器来实现显示功能一般只支持到640X480的显示分辨率16bit颜色深度。处理器芯片内置的LCD控制器是在系统内存中设置一小部分作为帧存（FrameBuffer）LCD控制器使用一个专用的高速DMA通道不断地读取帧存中的象素数据到FIFOmemory中最后生成视频时序输出到外部LCD接口因此视频显示直接占用系统总线带宽。支持更高的分辨率和色彩深度意味着占用更多的系统带宽比如1024×768分辨下24位深度60Hz场频的显示输出显示占用的系统带宽在1.1Gbps以上。小型嵌入式系统有限的总线带宽显然不可能很好地支持高分辨率真彩显示。另一方面对于一般的2D图形操作如象素复制、缩放、色空间转换等需要软件实现处理器对FrameBuffer的频繁操作带来的系统性能下降十分突出极大的影响了CPU在视频解码方面的效率。鉴于上述分析使用普通的面向手持设备的嵌入式体系结构无法满足全彩大型LED屏幕的显示要求本文选择了工业级ARM芯片S3C2440+SM501显示加速协处理器的解决方案从根本上解决了上述分析两个影响显示性能的关键问题。S3C2440是以ARM920T为核心基本工作频率400MHz最高可达533MHz的一款工业级SoC。其内部集成了RARTUSBI2CLCDNANDMMC/SDcontroller等多种常见IO设备控制器。SM501是一款便携式多媒体协处理器芯片专门为嵌入式工业提供显示功能具有视频和2D加速能力。它支持多种输入/输出接口包括模拟RGB、数字LCD接口、8位并行接口、USB、UART、IrDA、ZoomVideo、AC97或I2S、SSP、PWM和I2C。SM501的2D引擎包括一个前端色彩空间转换器支持4∶1和1∶8的比例。LCD视频流水线支持一个YUV色彩空间转换。通过将优化的128位的2D图形引擎和一个与本地帧存储器连接的高带宽链接相结合SM501提供面向工业的2D图形加速功能。2D图形引擎包含一个命令翻译器（一个增强型的DMA引擎）对于工作在150MHz的32位数据宽度的SDRAMSM501的DMA引擎读取2D操作数的带宽可达600MB/s。SM501支持的最大显示分辨率为1280×1024可以轻松支持普通PC显示分辨率1024×768。整个硬件系统原理如图1示。S3C2440与SM50