基于ARM技術(shù)的多協(xié)議調(diào)光系統(tǒng)

李南安 梁芳芳

（廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510520）

基于ARM技術(shù)的多協(xié)議調(diào)光系統(tǒng)

李南安 梁芳芳

（廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510520）

為了滿足調(diào)光系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和多協(xié)議趨勢(shì)，提出了一種基于ARM技術(shù)的多協(xié)議調(diào)光系統(tǒng)。采用嵌入式linux操作系統(tǒng)和工業(yè)化的工業(yè)級(jí)ARM9開(kāi)發(fā)平臺(tái)。所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)有效的實(shí)現(xiàn)了調(diào)光市場(chǎng)的設(shè)備需求，豐富了公司的產(chǎn)品和增強(qiáng)了產(chǎn)品適應(yīng)性。

DMX 512；ART-NET；ACN；調(diào)光

調(diào)光系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于劇場(chǎng)、體育館、電視臺(tái)演播廳、音樂(lè)會(huì)、大型LED廣告牌等場(chǎng)所。燈光的效果對(duì)整個(gè)舞臺(tái)的布景、運(yùn)動(dòng)員水平的發(fā)揮、廣告效果以及音樂(lè)會(huì)場(chǎng)氣氛都有很大的影響。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及人們欣賞水平的提高，人們對(duì)燈光的控制效果提出了更高的要求。

1 調(diào)光協(xié)議

1.1 DMX 512協(xié)議

DMX 512協(xié)議是Digital Multiplex的縮寫，是燈光行業(yè)數(shù)字化設(shè)備的通用信號(hào)控制協(xié)議，同時(shí)也是是一種國(guó)際協(xié)議。USITT DMX512/1990是調(diào)光和燈光控制臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，是娛樂(lè)燈光領(lǐng)域常用的控制協(xié)議。以前0-10V模擬控制用的比較多，現(xiàn)在DMX512是娛樂(lè)燈光行業(yè)最主要的控制協(xié)議。USITT DMX512/1990是由美國(guó)劇場(chǎng)技術(shù)協(xié)會(huì)USITT提出的。最原始的版本出版于1986年，在1990年做了修改。 該協(xié)議以幀為單位，每幀數(shù)據(jù)由同步頭和512個(gè)字節(jié)組成，以符合EIA 485標(biāo)準(zhǔn)的串行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，數(shù)據(jù)傳輸速率為250KBit/秒。一個(gè)字節(jié)又和一個(gè)起始位和兩個(gè)結(jié)束位一起組成一個(gè)幀。第一個(gè)字節(jié)是起始字節(jié)，接下來(lái)的字節(jié)是傳送到控制設(shè)備上的數(shù)據(jù)。這一標(biāo)準(zhǔn)最開(kāi)始是為調(diào)光器設(shè)計(jì)的，所以控制數(shù)據(jù)的第一個(gè)是回路1的，第二個(gè)字節(jié)給回路2，依次類推，直到最后一個(gè)字節(jié)傳給第512回路。DMX512控制協(xié)議假設(shè)接收器的最小存儲(chǔ)量，即使沒(méi)有一個(gè)字節(jié)改變，也會(huì)連續(xù)不斷的發(fā)送信息（ 速度高達(dá)每秒44次）。但缺點(diǎn)是被控制的設(shè)備不能將錯(cuò)誤或信息反饋到控制器上，也就是說(shuō)輸入單向傳輸模式。

1.2 Art-Net協(xié)議

Art-Net 是一個(gè)10BaseT 基于TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)協(xié)議，其目的是用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)允許遠(yuǎn)程傳輸大量的DMX512數(shù)據(jù)，支持同一網(wǎng)絡(luò)兼容不同廠家設(shè)備相互通訊和操作.以太網(wǎng)是目前世界上最普遍使用的局域組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式 常用的有線模式是802.3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；無(wú)線模式是802.11網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP通訊協(xié)議集是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)最普遍使用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。

控制設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程可示為：調(diào)光臺(tái)-＞協(xié)議(編碼)-＞TCP/IP(打包)-＞網(wǎng)線(傳輸)或無(wú)線（傳輸）-＞TCP/IP(拆包)-＞協(xié)議(解碼)-＞DMX512-＞DMX設(shè)備-＞燈具或其它DMX終端。

Art-Net 協(xié)議在最新版本采用了有限子網(wǎng)和非路由方法每個(gè)節(jié)點(diǎn)(設(shè)備)具有唯一IP地址 UDP用作源和目的設(shè)備固定端口是0x1936 用A類IP地址配置機(jī)制 因此允許Art-Net協(xié)議可以直接通訊以及不需要網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器使設(shè)備連上網(wǎng)絡(luò)使用A類地址作封閉網(wǎng)絡(luò) 可確保Art-Net數(shù)據(jù)不被路由到國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)。

Art-Net 的每個(gè)設(shè)備具有從MAC 地址計(jì)算出唯一IP 地址 MAC 機(jī)器(如網(wǎng)卡)地址是48位數(shù)如 u:v:w:x:y:z 這是全球唯一的編碼 前 3字節(jié) u.v.w 要向?qū)ｉT組織注冊(cè) 后 3字節(jié) x.y.z 由專門組織分配 為了將支持Art-Net不同廠家的IP地址沖突的可能性減至最低 在MAC地址中增加產(chǎn)品的OEM代碼OEM代碼需向Art-Net組織注冊(cè)登記 從而可全球唯一定義特指廠商的產(chǎn)品類型。

Art-Net協(xié)議使網(wǎng)上設(shè)備具有即插即用能力 這無(wú)疑大大的提高調(diào)光網(wǎng)絡(luò)的智能化水平和操作可靠性。

1.3 ACN 協(xié)議

ACN是旨在提供下一代燈光控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)南冗M(jìn)控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) ACN 要去完成包括DMX 協(xié)議的更多工作 ACN 將統(tǒng)一燈光控制網(wǎng)絡(luò) 允許單一網(wǎng)絡(luò)傳輸很多不同種類的調(diào)光及其它相關(guān)數(shù)據(jù) 并且可以連接來(lái)自不同廠家的調(diào)光設(shè)備ACN協(xié)議并不局限于燈光領(lǐng)域 預(yù)期將適用于音響控制和舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備 它可以應(yīng)用于任何支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中 通常最普遍的是應(yīng)用于以太網(wǎng)絡(luò) 目前 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的大部分已經(jīng)基本編寫完成 雖然這一標(biāo)準(zhǔn)還尚未獲得美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)通過(guò) 但是由于它的先進(jìn)性 優(yōu)越性為業(yè)界所廣泛看好 世界上許多國(guó)家的廠商已紛紛設(shè)計(jì)符合這一標(biāo)準(zhǔn)的燈光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)和制造出相應(yīng)系列燈光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品 稱之為 ACN-Ready 或準(zhǔn)ACN 產(chǎn)品以支持ACN協(xié)議而盡早通過(guò)確認(rèn)和搶占市場(chǎng)先機(jī)

2 AT91SAM9261平臺(tái)

AT91SAM9261是 atmel公司生產(chǎn)的以 ARM926EJ-S ARM Thumb處理器為核心的完全片上系統(tǒng)(SOC)，它擴(kuò)展了DSP指令集和Jazelle Java加速器。主時(shí)鐘頻率190MHz時(shí)性能高達(dá)210MIPS。 AT91SAM926是一個(gè)為帶LCD顯示應(yīng)用而優(yōu)化了的主機(jī)處理器。它的集成 LCD控制器支持 BW而且達(dá)到 16M色彩，主動(dòng)和被動(dòng)LCD顯示。16K字節(jié)的片上SRAM可配置為幀緩沖，能將LCD刷新對(duì)整體處理器性能上的影響降低到最小。外部總線接口包括支持同步 DRAM（SDRAM）和支持靜態(tài)存儲(chǔ)器的控制器，并有特殊接口電路以支持 CompactFLASH和NandFLASH。 AT91SAM9261集成了一個(gè)支持映射的基于ROM的Bootloader，例如從外部DataFlash映射到外部SDRAM。由軟件控制的功率管理控制器（PMC）通過(guò)有選擇的啟用和關(guān)閉處理器、各種外設(shè)以及對(duì)工作頻率的調(diào)節(jié)使得系統(tǒng)功率損耗保持最低。 AT91SAM9261還集成了寬范圍的調(diào)試特性。包括JTAG-ICE，一個(gè)專用的UART調(diào)試通道（DBUG）和嵌入式實(shí)時(shí)追蹤。這使所有應(yīng)用和開(kāi)發(fā)，特別是嚴(yán)格要求實(shí)時(shí)性的應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。

3 多協(xié)議調(diào)光系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

廣州市某燈光設(shè)備有限公司為了適應(yīng)目前調(diào)光系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)趨勢(shì)，與筆者合作，在公司原有調(diào)光系統(tǒng)的基礎(chǔ)一起開(kāi)發(fā)了多協(xié)議調(diào)光系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用杭州邁沖科技有限公司的工業(yè)級(jí)ARM9開(kāi)發(fā)平臺(tái)AT91SAM9261-EK,結(jié)合本系統(tǒng)的硬件資源需求，采用如下系統(tǒng)框架。操作系統(tǒng)采用嵌入式linux操作系統(tǒng)，實(shí)時(shí)性能滿足調(diào)光系統(tǒng)的要求。

4 結(jié)論

多協(xié)議調(diào)光系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后，不僅豐富了廣州市某燈光設(shè)備有限公司的產(chǎn)品，而且在實(shí)際應(yīng)用中也表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性，該系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)：①適用性極強(qiáng)，不僅適用傳統(tǒng)的DMX512協(xié)議，而且還滿足ART-NET,CAN，及改公司內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)調(diào)光協(xié)議。②應(yīng)用組合靈活，可以支持幾種協(xié)議的靈活轉(zhuǎn)換。③系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，可靠性極高。

[1] 陳國(guó)義.網(wǎng)絡(luò)時(shí)代燈光控制的現(xiàn)狀和展望——“DMX512”、“ACN”和’Art-Net”三種協(xié)議淺析[J].照明工程學(xué)報(bào),2004, 15(7):30-34.

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multi-protocol dimming System Based on ARM Technology

In order to meet the dimming system networked and multi-protocol trends,and some suggestions of multi-protocol dimming System based on the ARM technology were put forward.Used the embedded Linux operating system and industrial ARM9 development platform,through designing the realized system,the equipment demand of dimming market was realized effectively, it enriched the corporate products and the product adaptability was enhanced.

DMX 512; ART-NET; CAN;Dimming

TP311

A

1008-1151(2012)05-0004-02

2012-03-27

李南安（1976－），男，福建上杭人，廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化及通信技術(shù)。