高速公路无线通信的LED信息发布显示器系统设计

陈言思（福建省交通建设工程试验检测中心，福州 350011）

0 引言

随着信息技术及智能交通系统的飞速发展，交通作为为社会公众服务的行业及领域，公众对其服务范围及水平也提出了新的要求。其中交通信息的发布成为重要的服务内容之一，在机场、火车站、码头、公交车站、高速公路、城市道路、停车场等场合出现了各类用于向公众发布信息的显示设备，其中，LED显示屏以其高亮度、高可靠性等特点在高速公路信息发布中得到广泛应用。

LED显示系统整体方案从结构上划分为两部分:监控与管理层和分布式控制层。从功能上监控与管理层负责整个LED显示信息的处理、信息管理决策以及信息的发布;分布式控制层具有实现层数据、命令的传输通信，现场数据分析、解码，并接收来自监控层的命令和数据，用来调整和改变控制状态，系统结构如图1所示。

1 控制系统硬件设计

本系统设计中，LED显示屏的基本结构及关键技术是系统采用 MC39I+AT91RM9200+CPLD（ATF1508AS）+双 口 SDRAM（IDT7005）的方案来实现，整个控制系统可分为:信号接收及处理模块和CPLD（ATF1508AS）扫描控制模块和LED点阵驱动模块，如图2所示。本系统的关键技术是使用MC39I、AT91RM9200、CPLD（ATF1508）、双口SDRAM（IDT7005）两两之间进行数据的交互，解决LED显示屏中无线通信，高速数据传输和快速扫描控制的难题，大大提高了动态显示的刷新率。信号接收与处理模块的功能由基于ARM9207核的高性能、低功耗16/32位RISC微处理器AT91RM9200通过无线通信模块MC39I接收PC送来的点阵信息，同时对点阵信息做各种不同的处理。利用双口SDRAM（IDT7005）在AT91RM9200和CPLD（ATF1508AS）之间以共享的方式建立高速的数据交换通道。

图1 系统结构

图2 控制系统硬件结构图

图3 无线模块通信图

1.1 无线MC39I模块的功能

数据服务监控中心的监控与管理层把要显示的数据通过GPRS网络传输给 GPRS模块，如图3所示，GPRS模块在控制器AT91RM9200、CPLD、双口SDRAM的控制下通过LED显示屏显示出来，同时GPRS模块也可以将现场的数据参数通过GPRS网络回传给数据服务监控中心，以便数据服务监控中心处理和检测LED显示屏现场。MC39I是西门子推出的无线通信模块，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。MC39I与 GSM 2/2+兼容，具有双频（GSM900/GSMl800）、RS232数据口、符合 ETSI标准 GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。

1.2 控制器设计

主控芯片AT91RM9200的晶振频率约为100～200MHz。本设计选晶振频率为12MHz，通过设置内部的VPB分频器可以提高CPU时钟频率到180 MHz。内部64M字节的高速Flash存储器用于代码和数据的存储。电路中采用隔离型DC/DC模块向收发器电路供电。DC/DC模块采用定电压输入隔离非稳压单输出型DC/DC模块，隔离电压≥DC1000 V。这样可以很好地实现总线上各接点的电气隔离，提高了接点的稳定性和安全性。系统配有LED显示和键盘，用于显示和控制节点工作状态、参数设置和数据传输。信息的传输采用无线通信模块以及以太网口。双口SDRAM用来连接AT91RM9200信号处理模块和CPLD扫描模块，因为CPLD（ATF1508AS）扫描模块可以达到很高的扫描速率，而AT91RM9200的运行速度相对较低，还要对外部FLASH进行读写操作且两个模块间有大量的数据交换，这里使用的CPLD（ATF1508AS），速度等级是35ns，完全可以达到两个模块的通信要求。双口SDRA（MIDT7005）是常见的共享式双端口存储器，其最大的特点是存储数据共享，一个存储器配备两套独立的地址、数据和控制线，允许两个独立的CPU或控制器同时异步地访问存储单元。其内部仲裁逻辑控制提供以下功能:对同一地址单元访问的时序控制;存储单元数据块的访问权限分配;信令交换逻辑（例如中断信号）等。一般RAM（如6116）只有一套地址总线、数据总线和控制总线，在同一时间只能执行同一总线操作，而双口SDRAM有左侧和右侧两套地址、数据和控制总线，可供两套总线对其进行访问。设计中，双口SDRAM是共享的，是两个数据模块间的数据通道。独立扫描模块的功能是通过此双口SDRAM为中介，将单片机送来的数据在LED点阵显示屏上显示。采用双口SDRAM（IDT7005）是本设计的一个主要特色。本系统中，AT91RM9200通过共享的双口SDRAM与CPLD通信，AT91RM9200将数据写入双口SDRAM中，而CPLD则从双口SDRAM中读取数据并通过扫描逻辑电路输出。AT91RM9200信号处理模块和CPLD扫描模块通过双口SDRAM实现相互连接。扫描控制部分的原理电路如图4所示，ATF1508AS是核心部分。

2 控制系统软件设计

2.1AT91RM9200模块软件设计

图4CPLDATF1508AS与双口AT91RM9200数据交换

图5 前台处理程序

图6 后台处理程序

AT91RM9200的软件流程分为前台和后台两个线程，其中前台线程为主进程，处理速度慢，没有时间安排只有进度要求，后台进程的处理时间20ms完成任务，有时间限制，前台程序和后台程序通过队列FIFO交换，保证数据的可靠性。前台程序主要完成无线模块或者以太网通信数据的存储、读写FLASH的处理、以及无线通信应答，如图5所示。后台处理程序主要完成与AT91RM9200的操作以及把FLASH中的字库代码送入双口SDRAM中并与CPLD配合好时序，如图6所示。

2.2CPLDATF1508AS模块软件设计

CPLDATF1508AS主控电路的功能是读取双口SDRAMIDT7005中的数据，并通过译码逻辑电路将数据显示在LED点阵显示屏的特定位置上。在本模块中，实际上是使用CPLDATF1508AS芯片将AT91RM9200中的总线读控制器及其外围译码逻辑电路集成在一起，只用到CPLDATF1508AS的这一部分功能和外围接口电路，如若采用传统方案，就必须采用多片芯片，而使用CPLDATF1508AS后只用1片芯片就可以实现所需要的功能。双口SDRAMIDT7005的读写与普通RAM基本相同，只需通过CPLDATF1508AS对双口SDRAMIDT7005的读写操作就可控制读出数据并译码输出。

读写操作用VerilogHDL描述语言，可用带有always语句的case语句建模，状态信息存储在寄存器中，case语句的多个分支包含每个状态的行为。在这里将读时序分为S0、S1、S2、S3共4个状态，其工作方式如下:

S0:在RAM的片选CE之前输出地址;

S1:选中RAM，输出读信号;

S2:行计数器输出，读出RAM的数据并反相输出;

S3:片选禁止，读禁止，地址计数器加1。

3 结论

从硬件原理图的设计、逻辑结构、组成框图等几方面介绍了LED显示屏的设计思路，通过对现场接口模块的设计，使得该LED显示屏可适应不同环境的要求，具有良好的扩展性和通用性。经过多次测试，该LED显示屏系统试用效果良好。充分满足公路上对LED屏的显示要求。

[1]谢敏.双口SDRAMIDT7005在大屏幕LED显示系统中的应用开发[J].电子工程师，2005，（6）:43～45.

[2]聂雄.基于CPLDATF1508AS的LED显示屏扫描控制模块的设计[J].微计算机信息，2007:6～2.

[3]袁俊泉.HHDL数字系统设计及其应用[M].北京:电子科技大学出版社，2002.

[4]诸昌钤.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，2000:1.