UART联网控制电视的设计与实现

UART联网控制电视的与实现 应用设计 UART联网控制电视的 设计与实现 在工程用平板电视机中,设 ,通过该接 置一个UAKT接口 口实现与电脑的联网控制.依据 通信.电视可响应电脑端发 出的各种控制指令,满足工程实 际需要. 廖天明 在一些工程项目中,常常会遇 到需要一定数量的电视集中一块作 为信息显示终端,如证券交易所, 火车站,商场,酒店,机场,会场, 地铁站等场所的信息显示终端,传 统电视在这些工程应用中,常常会 遇到以下问题:(1)电视被置于不 同的房间或场所,不能通过中心电 脑来集中管理,当电视设置项被更 改时,没有快速恢复的方法;(2) 电视被集中放置,遥控困难,要操 作其中一台电视往往别的电视也产 生误响应,如切换节目,换台等, 而当需要同步显示时,需要对电视 逐台操作,很难达到同步;(3)电 视被置于较远端,超出遥控距离, 连开机或关机都麻烦;(4)有时希 望能通过电脑远程控制电视显示一 些文本或图形等提示信息. 为解决这些实际问题,带联网 控制功能的工程电视产品孕育而 生,除基本的电视功能外,它还具 有以下几方面的典型应用: (1)电视遥控响应功能.电视 能响应电脑发出的类似遥控器操作 指令,包括电视开机,关机,图像 调整,电视搜台,换台,节目源切 换,音量控制,图像缩放,电视设 置参数复位等,这些功能是工程电 视联网控制的主要目的.如在宾馆 使用的电视中,电视的一些设置参 数(如音量,电视节目顺序等)可 能被房客调整,要将它恢复回原来 状态需要服务人员逐个房间操作, 特别是电视搜台需要时间较长,这 将占用服务人员大量的工作时间, 若通过中心电脑来集中控制,就可 解决这个问题. (2)电视图文显示.电视能响 应电脑化控制指令,在屏幕的特定 区域显示相应的图形或文字信息. 在工程应用中,有时要求电视在显 示图像时,需要随机加入些提示信 息,如欢迎词,内容介绍等,以前 的做法是将这些文字信息加入到视 频信号中,这就需要对视频信号重 新编辑及发送,由于这些视频编辑 发送设备较为昂贵,大大提高了工 程设备费用及维护成本,若通过 UART通信就能实现在屏幕上的字 符显示,将节省大量工程费用. (3)电视状态信息反馈.电视 端可响应电脑发出的工作状态查询 指令,并应答当前工作状态,以便 于电脑信息分析,管理,及控制. (4)电视ID识别号设置.每 台电视可设置一个单独ID号,以 便于工程电视机的管理.ID设置 电子技术2007.165 应用设计 有专门的OSD设置菜单,设置过 程受密码保护,ID号保存于ROM 中,掉电不丢失. 现以PixelWorks公司推出的 PW181平板电视平台为例, 介绍实现通过串口联网控制电视 的设计与实现方法. 电视UART硬件设计 平板电视机主控制芯片中, 一 般内嵌有高性能的MCU,用于 运行嵌入式软件,协调电视各功 能模块的工作.同时为便于电视 产品开发和功能扩展,主控制芯 片通常会带一些通信接口做开发 仿真,运行监控或功能模块间通 信等,支持的接口常有UART(通 用异步通信接收发送设备),IIC, USB,LAN等.在工程电视设计 开发过程中,可充分利用这些通 信接口及MCU运行的嵌入软件, 实现电视与电脑的联网通信.这 些通信接口中,UART硬件最容 易实现,它成本低,编程也较为 简单,并同时具有操作简单,工 作可靠,抗干扰强,传输距离远 的优点,是工程电视联网通信的 首选.Pixelworks的PW181是一 款高端平板电视数字图像处理芯 片,集成了两路IIC(可通过软件 扩展成5路)和一路UART接口, PW181内部的CPU及外围接口框 图如图1所示. 芯片中UART模块为可寄存 器设置的TTL型串行通信接口, PW181的BAUD寄存器控制 UART的数据通信波特率,计算 方法为:波特率=UCLK,((BAUD +1)4),其中UCLK为内部CPU 运行时钟频率,BAUD为BAUD 寄存器设定值.通过CPU执行的 软件可控制UART的参数设置, 数据接收或发送. 基于PW181平台的工程电 视的联网控制功能的硬件设计方 法为,先在电视机壳上设置一个 RS232接口,作为与电脑联网的 通信物理接口,然后将RS232信 号接到PW181的UART接口上; 但需考虑的是,PW181的UART 串行通信接口为TTL电平特性, . 而RS232电气中,采用了 负逻辑方式(逻辑1为…5V 15V,0为+SV,+15V),必须进行 RS232电平与TTL电平的转换, 故PCB布板时将RS232接口的 RxD/TxD引脚通过EIA转TTL电 平转换芯片MAX232后,分别连 接到UART接口的RXD/TXD引 脚上. 在组网方式上,电视与电 脑通过RS232电缆相连,RS232 通信电缆制作时,须保证电脑 RS232接口的RxD/TxD分别连接 到电视端的TXD/RXD上.当单 台电脑需要联网控制多台电视时, 数据通信中要求能实现点对点的 传输,但由于电脑自身的串口数 量有限,通常电脑可加装多串口 扩展卡以增加电脑的串口数量, 每个串口连接一台电视,实现一 台电脑控制多台电视. 66电子技术2007.1 应用设计 通信协议 为使带联网控制的电视产品 获得广泛市场应用,在产品开发 时须先定义一套对工程用户开放 的通信协议.通信协议是电脑与 电视联网通信的基础,它定义了 具体的联网控制功能,是电视嵌 入式软件UART控制模块开发的 详细设计指南,也是工程用户能 对电视进行工程应用开发的前提 条件. 通信协议包括通信控制和数 据包定义两部分,通信控制 主要规定通信双方需采用相同的 通信波特率,校验位,数据位, 停止位,为简化电视产品的开发, 电视端的数据传输格式固定为一 种模式,即波特率为9600,无校 验位,数据位为8位,停止位为 1位,电脑端软件开发时得参照 这种格式设定电脑串口. 数据包格式定义有指令数据 包格式和应答数据包格式两类, 指令数据包为电脑端发送由电视 端接收并解释的数据包,应答数 据包为电视端发送由电脑端接收 并解释的数据包.指令数据包如 图2所示,分为数据包识别头, 数据包信息头,指令内容数据包 三部分组成,数据包识别头为两 个字节,第一个字节固定,第二 个字节用为本机ID号,用来识别 是否为本机可以接受的数据包, 如(0xAB7E),意义为0xAB开 始的数据包为控制指令数据包开 始,0x7E为本电视ID为0x7E, 非0x7E的数据包将被丢弃. 数据包信息头包括数据包类 型(TYPE),数据包长度(Size), 数据包CRC校验值三部分.包类 型指出DATA数据包是何种形式 的数据包,如PC机对电视操作 指令(亮度,对比度,图像位置 调整等),在电视屏幕上指定位置 画点等;数据包长度指DATA数 据包的字节数;为提高传输数据 纠错能力,对DATA数据包和信 息头数据采用CRC校验. 指令内容数据包最大长度为 248字节(Byte),其内容为与包 信息头中定义的包类型所匹配的 操作值,以汉字显示数据包为例, 由于电视端嵌入式系统ROM容量 有限,没办法存储汉字字库,于 是可在电脑端将汉字转换成点阵 信息后,翻译成指令传给电视端, 电视端接收后按点阵信息逐点画 图,于是汉字被还原显示在屏幕 上.图2为一个汉字显示数据包, 图中每个顺序数字框为一个Byte 数据位. 汉字显示数据包中,信息头 指出包类型为0xl0,表示数据包 (DATA)为屏幕画点的操作数据 包,DATA的开始位为0x0A,表 示执行操作为在屏幕指定坐标开 始在16×16的区域框内画点,接 下来的4个Byte位为指定坐标值, 接着32个Byte位为16×16点阵 信息,刚好是一个l6位点阵的汉 字. 应答数据包有两类,一类为 数据包执行结果数据包,用单字 节表示,如0x08表示数据包接收 正确,0x07表示不能被正确解释 等;另一类为电视状态反馈数据 包,用于反馈电视工作状态,数 据包的包头和信息头与指令数据 包一致. 嵌入式软件开发 PWI81电视平台的嵌入式软 件系统是一个实时多任务的体系 架构,有七个优先级由高到低的 任务线程,各任务独立执行,任 务间通过消息机制进行通讯,紧 凑的RTOS负责对多任务进行实 时调度.整个嵌入式软件的七个 任务线程(task),中断服务程序 及关系如图3所示.UART通信 服务(pwHosttask)为一个独立的 任务线程,优先级仅次于最高优 先级的IR遥控守侯线程(input task),主要负责UART端口的侦 听及数据包接收及应答工作. 根据PW181的软件架构及通 信协议的要求,软件处理过程为 首先UART通信服务程序接受数 据包并分析数据包是否以0xAB +”本机ID”开始,不是则丢 弃,是则进行CRC校验,校验 通过送到用户操作接口程序进行 数据包类型分析,若为直接屏幕 画点或显示字符则转到画图程序 图2汉字显示数据包 ?子t术2007.167 应用设计 图3PWl81嵌入式软件多任务线程结构 处理,若为调节图像效果则转到 效果调节程序处理,若为信号源 切换则转到信号源切换处理,等 等,当接收数据包被解释执行完 后,UART通信服务程序还负责 对电脑端进行数据应答.数据包 接收及处理程序流程如图4所示, 数据包校验包括包头和CRC的校 验,校验失败时,系统认为是接 收了一个错误数据包,将数据包 丢弃,没有反馈应答信号,当接 收数据包获得正常处理时,返回 Ox08,当数据包校验正确但不能 被处理时,返回0x07给PC端. 为缩短电视产品开发周期, Pixelworks公司针对PW181芯片 提供的嵌入式软件开发辅助工具 有PWConfig,GuiBuilder,SDK 开发包等,产品开发人员可以充 分利用这些开发工具,定制开发 符合自己要求的项目.PWConfig 为程序变量生成和数据库管理工 具,GuiBuilder为OSD管理及字 符图像点阵生成工具,SDK开发 包为一系列的用C语言编写的程 序框架.在可联网控制电视产品 68电子技术2007.1 软件开发中可充分利用这些辅助 工具,先利用PWConfig工具添加 相应的操作状态机变量.然后利 用GuiBuilder工具定制用户电视 ID设置窗口,并使所设置ID内 容能保存到ROM中,同时添加对 ID操作窗口进行遥控器操作的密 码保护. 具体的C代码编程在SDK开 发包中进行,编程需要做以下几 应用设计 方面的工作,在电视开机时序控 制中增加对UART接口接收参数 的初始化;在HostTask模块中 增加串口侦听过程,接收并分析 数据包过程,以及CRC校验过 程,同时增加应答数据发送代码; 在用户操作接口模块中,增加数 据包类型的解释程序,可对通信 协议中定义的操作相关的数据格 式与遥控接收协议做个映射,以 简化编程内容;在信源控制及显 示程序中,增加指令事件的操作 代码,在OSD控制模块中增加屏 幕直接画点及消隐的过程代码等. 这些添加的C代码采用Paradigm c++编译工具编译成二进制代码, 然后与PWConfig及GuiBuilder 生成的二进制代码合并,烧录到 电视中后,具备UART联网控制 功能的工程电视就实现了. 工程应用 在工程应用中,电视产品交 付工程客户时,详细的通信协议 也一并提交给工程开发商,工程 开发商需要针对协议开发满足工 程实际要求的电脑端联网控制软 件,实际使用中也可以用一些串 口通信软件对电视进行简单的指 令控制,利用串口调试工具,控 制一台电视在屏幕(100,100) 的位置显示”电”字的编码发送 过程,电视端返回0x08表示指 令被正确执行,此时电视屏幕的 (100,100)位置显示有一个 16×16的绿色的”电”字,通 过更改显示位置,就可以控制电 视显示连串的字符,通过更改不 同的串口输出,就可以控制多台 电视显示各种所需要的字符. 当前,该类型的基于PW181 的工程平板电视已被用于射箭场, 火车货运站,宾馆等场合.如在 射箭场,很多台电视被置于较高 的顶棚上,遥控不便,工程开发 商利用电脑控制电视的开关机及 信号源的选择.在火车货运站场 合,客户要求在电视图像显示同 时,能够通过电脑控制电视显示 相应的提示信息,汉字点阵信息 可由电脑产生,另外有的电视距 离控制中心较远,于是工程技术 人员通过RS485转RS232方式解 决了RS232传输距离限制的问题, RS485的传输距离可达1000m. 通过UART通信方式实现 一 台电脑可对若干台电视进行联 网控制,达到电视群集中心控制 的目的,另外可实现电脑控制屏 幕图文显示,存储电视工作状态 信息并必要时快速恢复,远程控 制电视开关机或信号源切换等功 能,可联网控制的电视产品在工 程上有着巨大的应用灵活性.依 托工程电视所包容的通信协议, 工程开发用户可不断扩展工程电 视产品的应用场合,如电视墙电 视,超市电视,地铁电视等,带 UART联网控制功能的工程电视 接收机有着广泛的应用场合.宙 奥地利微电子推出低压微处理器监测电路 全球领先的通信,工业,医疗及汽车应用集成电路设计 者和制造商奥地利微电子公司(austriamicrosystems)2007年 1月9日宣布推出AS1907-09系列微处理器监控Ic.以扩 展监测电路产品线.新产品非常适用于监测电源电压在1.8V 至3.3v之间的系统. 奥地利微电子公司标准线性部市场总监Walter Moshammer表示:”这些小体积低 功耗的微处理器复位电路无需额外 的元件,且仅消耗2.4A的静态电 流,使AS1907-09系列成为便携式 电池供电设备,计算机,智能仪表, 关键P和C功率监测,控制器 和汽车应用的理想解决方案.” 高可靠的AS1907-09系列器 件能够监测数字系统和微处理器的 电源电压,并可在电压降到一个固 定门限值时启动复位功能.复位门限值本身的精度高达? 0.9%.复位门限值的范围为+1.6V至+2.5V,步进值为 lOOmV.该系列器件可提供三种最小复位延时周期选择,分 别为1ms,20ms或lOOms. 该系列包括带有不同输出驱动器的三种器件.AS1907 有一个带低电平有效的推挽式输出级.AS1908是一个带高 电平有效的推挽式输出级.AS1909 有一个带有低电平有效复位的开漏 输出级.AS1907—09系列的供电电 压范围为0.7至3.6V,且复住输出 本身可确保在低至0.7v(AS1907/ O8)或1.0V(AS1909)时有效. 新产品采用小型3引脚SOT23 封装,可在一40?至+125~C的环境 下工作,适用于工业应用的复位电 路.盈 电子技术2007.169