基于OMAP3530雙核處理器液晶視力測試儀研制

1、基于0map3530雙核處理器液晶視力測試儀研制摘要針對傳統(tǒng)視力表及視力投影儀在視力測試 時存在的問題，以美國德州儀器公司最新的雙核處理器 0map3530為核心，設(shè)計新型液晶視力測試儀，并對設(shè)計中涉 及的一些關(guān)鍵問題進(jìn)行討論。由于采用lcd旋光器，使顯示 偏振圖像成為可能，很好地滿足視力測試的不同要求。介紹 基于ti 0map3530平臺的液晶視力測試儀硬件和軟件設(shè)計， 重點(diǎn)討論嵌入式linux紅外遙控驅(qū)動程序。關(guān)鍵詞omap3530液晶視力測試儀嵌入式linux紅外 驅(qū)動視力測試設(shè)備是現(xiàn)代眼科醫(yī)學(xué)檢查中不可或缺的裝置。 傳統(tǒng)視力測試設(shè)備采用固定顯示方式，只能顯示大小和內(nèi)容 確定的視標(biāo)，在實(shí)

2、際使用時存在如下問題：(1)不能滿足不 同人群的視力測試要求；(2)視力測試要求測試距離和視標(biāo) 大小之間滿足確定的對應(yīng)關(guān)系，但在某些使用場合(如眼鏡 店)中，由于條件受限，視標(biāo)的不可變性將使得此要求無法 實(shí)現(xiàn)；(3)立體視力測試時，需要用到視標(biāo)偏振功能，固定 視標(biāo)通常達(dá)不到此要求。目前，市場上采用不同設(shè)計方案的液晶視力測試儀大致 可分成2類：一類是在pc基礎(chǔ)上直接添加應(yīng)用軟件的方式, 這種方式產(chǎn)品體積較大，在實(shí)際使用中有較多不便之處；另 一類是采用嵌入式處理器，采用嵌入式操作系統(tǒng)，在實(shí)際產(chǎn) 品中使用較為廣泛。國內(nèi)產(chǎn)品中由于普遍采用普通液晶屏， 無法實(shí)現(xiàn)偏振效果，都是采用紅綠片模擬偏振。針對傳統(tǒng)

3、視力測試設(shè)備存在的問題和市場上同類產(chǎn)品 存在的某些缺陷，本方案以美國德州儀器公司最新的雙核處 理器0map3530為核心，對液晶視力測試平臺的開發(fā)問題進(jìn) 行討論。本方案中，在機(jī)器sd卡上存儲大量圖片供軟件調(diào)用， 以解決不同人群視力測試的要求；在圖像格式上采用svg格 式的矢量圖，圖像可以無級縮放而不出現(xiàn)失真，以符合不同 場合的使用，解決不同場合的測試要求；為達(dá)到顯示偏振圖 像的目的，硬件上采用液晶旋光器，較好地完成這一功能。1系統(tǒng)方案0map3530 （open multimedia applications platform, 開放式多媒體應(yīng)用平臺處理器）由65nm低功耗工藝制造， 內(nèi)部集成

4、4倍于當(dāng)前300 mhz arm9器件處理能力的600 mhz cortex-a8 彈性內(nèi)核和 430 mhz 的 tms320c64x+? dsp 內(nèi)核。 arm+dsp的雙核結(jié)構(gòu)成功地解決性能與功耗之間最佳組合 問題，使操作系統(tǒng)效率更高，達(dá)到優(yōu)化代碼執(zhí)行的目的。 0map3530具有優(yōu)異的視頻處理能力，借助arm對多種操作 系統(tǒng)支持，可以方便地編輯操作界面，適合液晶視力表的開 發(fā)。圖1為系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)采用紅外遙控方式接收控制指令, sd卡用于存儲各種圖片源及配置信息。0map3530根據(jù)不同 指令，在sd卡中讀取圖片源，進(jìn)行放大/縮小、旋轉(zhuǎn)、著色、 偏振方向設(shè)置等處理，最終通過tft/dv

5、ilcd接口顯示；lcd 旋光器則起到改變光線偏振方向的效果。2. 2偏振功能實(shí)現(xiàn)液晶顯示器發(fā)射光是水平方向的單向偏振光。根據(jù)液晶 顯示原理可知，在液晶涂層不加電壓時，液晶顯示器可將入 射光偏振方向偏轉(zhuǎn)90° ,即具有旋光功能；而在加電壓后則 保持原來的水平偏振光。為實(shí)現(xiàn)不同的偏振角度，采用雙層lcd結(jié)構(gòu)，即在lcd顯示屏上覆蓋一塊相同大小的液晶板。在需要水平偏振光 時，給像素加電壓使光線按原有偏振方向發(fā)射；在需要垂直 偏振光時，去除像素上的電壓，改變光線偏振方向，產(chǎn)生旋 光功能。圖像輸出和旋光器輸出2者分時切換、準(zhǔn)確配合, 就可得到不同偏振方向的圖像（見圖3）。旋光器的原理框圖（見

6、圖4）。旋光lcd的控制邏輯由altera的epm240t100產(chǎn)生（控 制信號 hsync, vsync, de, d0. .23）；邏輯切換由 0map3530的gpi0148引腳的高低電平指示輸出。當(dāng)gpi0148 為高電平時，d0. .23輸出全1,控制電壓加于旋光lcd的 每個像素點(diǎn)上，偏振光線按原來的偏振方向直接送出；當(dāng) gpi0148為低電平時，嘰0.23輸出全0,旋光lcd的每個 像素點(diǎn)上均不加電壓，lcd的輸出偏振光線將旋轉(zhuǎn)90°。旋光lcd采用不帶驅(qū)動電路的液晶板，故在液晶板和 tfp410間加入gm5221作為液晶lvds驅(qū)動電路。gm5221是 genesis

7、多功能lcd控制器，可將dvi/vga/bt656視頻信號 通過內(nèi)置lvds驅(qū)動口驅(qū)動lcdo上述實(shí)現(xiàn)方式經(jīng)用目前市場上流行的60hz刷新率顯示 屏測試，顯示效果良好。2.3紅外遙控電路設(shè)計本設(shè)備采用紅外遙控實(shí)現(xiàn)lcd屏幕顯示內(nèi)容的切換（見 圖5）o紅外接收器送出5v電平信號，與0map3530支持的電平 不匹配，須經(jīng)過5v/1.8v的電平轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)。2. 4低功耗設(shè)計為降低功耗，適應(yīng)手持便攜設(shè)備的需要，采用最新的 smartreflextm技術(shù)。該技術(shù)可根據(jù)設(shè)備工作情況、工作模 式、工藝技術(shù)及溫度變化等因素，實(shí)時動態(tài)地調(diào)整系統(tǒng)電壓、 頻率與功耗。為實(shí)現(xiàn)電壓的動態(tài)調(diào)整，采用電源控制芯片 tps6

8、5930對整機(jī)功耗進(jìn)行管理。tps65930除對主芯片和外 圍電路供電外，還通過iic總線與0map3530進(jìn)行電壓控制 信息的交換。3系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件設(shè)計是本方案的重點(diǎn)之一，軟件設(shè)計的優(yōu)劣對系統(tǒng) 運(yùn)行是否穩(wěn)定起到?jīng)Q定性作用。本系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖（見 圖6）。本系統(tǒng)軟件以linux操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，linux操 作系統(tǒng)具有開源、兼容性好、可移植性好等特點(diǎn)，在嵌入式 平臺上得到廣泛應(yīng)用。在linux環(huán)境下，嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè) 計包括驅(qū)動程序和應(yīng)用程序2部分，其中驅(qū)動程序是針對特 定設(shè)備提供給應(yīng)用程序的一組標(biāo)準(zhǔn)化接口；應(yīng)用程序構(gòu)筑在 內(nèi)核之上，驅(qū)動程序可視為內(nèi)核的一部分，本方案應(yīng)用程序 以qt為

9、基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)。紅外遙控程序的優(yōu)劣對系統(tǒng)整體性能有著極大影響，下面將對其做詳細(xì)討論，并簡單地 介紹應(yīng)用軟件的設(shè)計。3. 1驅(qū)動設(shè)計紅外接收器的紅外指令處理性能直接關(guān)系到平臺所允 許的靈敏度和穩(wěn)定性，最終影響到用戶體驗的舒適度。紅外遙控接收端通過一體化接收頭接收紅外信號，解調(diào) 后送給cpu內(nèi)負(fù)責(zé)紅外接收通信的模塊。該模塊通過測量2 個沿之間的時間長度，將脈寬數(shù)據(jù)（9ms、4.5ms、560 p s等 數(shù)值）記錄在模塊內(nèi)的fifo （硬件）；fifo中有數(shù)據(jù)時即可 產(chǎn)生中斷；驅(qū)動程序響應(yīng)中斷，從fifo中讀取脈寬數(shù)據(jù)存 入內(nèi)存緩沖區(qū)中，根據(jù)脈寬組合解碼。linux 相關(guān)機(jī)構(gòu) lirc project

10、 (linux infrared remote control)針對紅外遙控提供lirc軟件包，供開發(fā)者進(jìn)行二 次開發(fā)。軟件包中包括開源代碼及針對不同接口硬件的驅(qū)動 程序、后臺程序和應(yīng)用程序。后臺程序通過socket將驅(qū)動 程序解碼信息發(fā)送至應(yīng)用程序，只需更改配置文件就能適用 于不同協(xié)議的遙控器。這種架構(gòu)模式具有移植方便的優(yōu)點(diǎn)， 但應(yīng)用比較復(fù)雜、程序代碼量大，對于某些資源緊張的嵌入 式平臺，可能出現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)不及時和不穩(wěn)定等問題。本設(shè)計 采用linux字符設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，針對嵌入式系統(tǒng)加 入有效的內(nèi)核機(jī)制，實(shí)現(xiàn)嵌入式linux下通用紅外遙控驅(qū)動 的設(shè)計。從總體上看，驅(qū)動程序可分為2部分：(

11、1)驅(qū)動與內(nèi)核 接口層。主要完成在模塊加載時向內(nèi)核注冊驅(qū)動，以及實(shí)現(xiàn) 虛擬文件系統(tǒng)的設(shè)備接口操作。對于采用中斷處理的設(shè)備， 此部分還包括中斷處理函數(shù)的注冊與注銷，用于硬件中斷資 源的申請和釋放。(2)硬件設(shè)備接口層。主要包括硬件初始 化，以及設(shè)備的讀寫訪問和中斷處理?？梢园阉斫鉃閷τ?件設(shè)備的實(shí)際操作。linux設(shè)備驅(qū)動程序分3種：字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備。紅外設(shè)備屬于字符設(shè)備，字符設(shè)備驅(qū)動的加載主要由 3部分組成：(1)向內(nèi)核注冊字符設(shè)備；(2)初始化硬件;(3) 申請中斷資源。在模塊加載成功，并開中斷后，fifo產(chǎn)生中斷，進(jìn)入中 斷處理例程。中斷處理例程負(fù)責(zé)將有關(guān)中斷接收的信息反饋

12、給設(shè)備，并根據(jù)正在服務(wù)的中斷含義處理數(shù)據(jù)。中斷處理例程將fifo中數(shù)據(jù)儲存到緩沖區(qū)鏈表中，然 后喚醒讀取進(jìn)程。讀取進(jìn)程與驅(qū)動的接口是 optometer_remotectrl_read函數(shù)。由于緩沖區(qū)鏈表的數(shù)據(jù) 是脈寬數(shù)值而不是遙控碼，所以需要一個始終運(yùn)行的后臺進(jìn) 程，將這些脈寬數(shù)據(jù)翻譯成遙控碼值。為簡化軟件架構(gòu)，節(jié) 省嵌入式處理器資源，在驅(qū)動程序內(nèi)開辟一個鍵值緩沖區(qū)， 先完成譯碼再讓應(yīng)用程序讀取。3.2應(yīng)用程序設(shè)計應(yīng)用程序設(shè)計基于gui進(jìn)行。為加快開發(fā)進(jìn)度，選擇成 熟的qt4 gui框架作為開發(fā)工具。qt是挪威trolltech公司 產(chǎn)品，作為跨平臺的應(yīng)用程序框架，是開源桌面系統(tǒng)kde的 基

13、石。qt的跨平臺是源碼級，只需重新編譯，所開發(fā)的應(yīng)用 程序就可以移植到不同平臺（包括嵌入式平臺）。qt4較以前版本有進(jìn)一步改進(jìn)，增加對矢量圖形svg的 支持，可把圖像任意放大和縮小而不至失真。本設(shè)計需要根 據(jù)測試距離的長短來任意調(diào)整圖像大小，這一點(diǎn)至關(guān)重要。 本設(shè)計的應(yīng)用程序在linux環(huán)境下用c+開發(fā)而成。4結(jié)束語本文介紹基于0map3530低功耗嵌入式mcu的液晶視力 表設(shè)計(見圖8),具有功耗小、便攜性好的優(yōu)點(diǎn)。該測試儀 可實(shí)現(xiàn)不同視力圖標(biāo)的切換，可根據(jù)設(shè)定的測試距離改變圖 標(biāo)尺寸，同時具有偏光圖標(biāo)功能，很好地解決傳統(tǒng)視力儀存 在的問題，結(jié)束國外廠商對同類產(chǎn)品市場壟斷，讓國人可以 以較低

14、價格買到相同功能的產(chǎn)品，性價比較高。測試儀操作 方便、體積小、成本低、功耗小、便攜性好，在眼科有廣泛 的應(yīng)用，以及良好的市場價值。本液晶視力表投產(chǎn)后，運(yùn)行 穩(wěn)定可靠，獲得市場認(rèn)可。參考文獻(xiàn)1 linux infrared remote control offical websiteol. lirc, 2010. www. lire. org.2 jonathan corbet , alessandro rubini , greg kroah-hartman. linux device drivers . 3rd edm . 2005.3 德州儀器公司.醫(yī)療應(yīng)用設(shè)計方案rj. d111103 (

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