（电力电子与电力传动专业论文）基于arm的can总线电力远程抄表系统的研究.pdf

西华大学硕十学位论文 统包含的b o a 源代码，通过配置和修改实现b o a 服务器，然后通过c g i 动态 网页编程，最后在p c 机客户端通过网页浏览器来查询。这样就组成了整个的 电力远程抄表系统。 关键词：建筑智能化脉冲电表嵌入式系统g c l i n u xc a n 总线b o a j 日务 器c g i 西华大学硕士学位论文 r e s e a r c ho fr e m o t ee l e c t r i ce n e r g ym e t e rr e a d i n g s y s t e mb a s e do nc a n b u sa n da r m m a j o ro f e l e c t r i cp o w e re l e c t r o na n dt r a n s m i s s i o n p o s t g r a d u a t e ：w a n g w e n b i nt u t o r ：y a n g y a n x i a n g w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra n dc o m m u n i c m i o nt e c h n o l o g y , b u i l d i n g s a r eb e c o m i n gm o r ea n dm o r ei n t e l l i g e n t t h ei n t e l l i g e n tr e s i d e n t i a lm e t e rr e a d i n g s y s t e mi se s s e n t i a lf o ri n t e l l i g e n tb u i l d i n g s i no u rc o u n t r y , m o s ta r e a ss t i l la d o p tt h e m e t h o do fm a n u a lr e c o r d i n gb s e r sm e t e r s t h i s0 1 5 【百n a lr e c o r d i n gm e t h o dn o to n l y w a s t e sh u m a na n dm a t e r i a lr e s o u t c e s ，b u ta l s od i s t u r b st h en o r m a ll i f eo fr e s i d e n t s ， o re v e nb r i n g ss o m ep o t e n t i a ls a f ep r o b l e m st or e s i d e n t s i ne l e c t r i cm a n a g e m e n t s y s t e m ，u s i n ga u t o m a t i cm e t e rr e a d i n gt e c h n o l o g yc a ns o l v et h ea b o v ep r o b l e m s ，t h e m o s ti m p o r t a n tt h i n gi st h a ti tc o u l di m p r o v et h ea c c u r a c yo f m e t e rr e a d i n g ，r e d u c e t h eb i l l i n ge r r o r sc a u s e db ye s t i m a t ea n dt r a n s c r i p t i o n ，a n dm a k ep o w e r - s u p p l y m a n a g e m e n ts e c t i o no b t a i nt h ea c c u r a t ed a t ap r o m p t l y a sp o w e rc o n s u m e r sn o l o n g e rn e e dt om a k ea na p p o i n t m e n t 、i t l lt h ep e r s o nw h oi sr e s p o n s i b l ef o rt h e m e t e r , a n dt h e ya l s oc o u l dr a p i d l yi n q u i r ea b o u tt h eb i l l i n g s ，t h et e c h n o l o g y i s b e c o m i n gn 3 o r ea n dm o r ep o p u l a r s ow eu s e dc a nb u st e c h n o l o g yt od e s i g nt h e e l e c t r i ce n e r g ym e t e rr e a d i n gs y s t e m i ta c h i e v e dt h er e a l t i m em e a s u r e m e n to f u s e r s e l e c t r i ce n e r g yc o n s u m p t i o n ，a n de f f e c t i v e l yi m p r o v e dt h em a n a g e m e n tl e v e l f o r r e s i d e n t s u s i n ge l e c t r i ce n e r g y c a nb u sw a sf i r s tu s e dt os o l v et h ec a r si n t e r n a l w i r i n gp r o b l e m s b yv i r t u eo fi t sl o w c o s t ，h i g h r e l i a b i l i t y , r e a l - t i m e ，a n t i d i s t u r b a n c e a n ds oo n ，c a nb u sh a sb e e nw i d e l yu s e di nm a n yf i e l d s i na d d i t i o nt ot h e t r a d i t i o n a l8 16p r o c e s s o r su s e da st h ec p uo ft h ee l e c t r i ce n e r g ym e t e rc o n t r o l s y s t e m ，a si t so w ni n s u f f i c i e n th a r d w a r ea n ds o f t w a r er e s o u r c e s ，i ti s n tc o m p e t e n tf o r t h ec o m p l e xh i g h - s p e e dc o n t r o ls y s t e m s ot h er e s e a r c ho fc a nb u sr e m o t ee l e c t r i c 两华大学硕士学位论文 e n e r g ym e t e rr e a d i n gs y s t e mb a s e do i lt h eh j 曲一p e r f o r m a n c ea r mp r o c e s s o rh a st h e p r o f o u n dt e c h n o l o g i c a lr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o nv a l u e s t h i sp a p e rt o o kt h i sa st h eb a c k g r o u n d ，s t u d ya n dd e s i g nt h er e m o t ee l e c t r i c e n e r g ym e t e rr e a d i n gs y s t e mb a s e do na r mc h i p s ，c a nb u sa n dt h ee t h e m e t t h i s s y s t e mm a i n l yc o n s i s t so ft h r e ep a r t s ，i n c l u d i n ge l e c t r i ce n e r g yc o l l e c t i o n ，e l e c t r i c e n e r g yd a t at r a n s m i s s i o nb a s e do n t h ec a nb u sa n dd y n a m i cw e bp a g e sf o r i n q u i r i n ga b o u te l e c t r i ce n e r g y t h ep a r to fe l e c t r i ce n e r g yc o l l e c t i o nm a i n l yr e a d s t h ep u l s e so fs i n g l e - p h a s ep u l s ee l e c t r i ce n e r g ym e t e r sa n dt h e no b t a i n st h ep o w e r a n g l ea c c o r d i n gt op r o p o r t i o n a lr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep u l s e sa n de l e c t r i ce n e r g y t h ec a nb u st r a n s m i s s i o np a r tf o r e l e c t r i ce n e r g yd a t ai sm a i n l yc o m p l e t e db y l p c 2 2 9 0 si n t e g r a t e dc a nc o n t r o l l e r so nm a g i c a r m 2 2 0 0 一s ，w h i c hw a sz h o u l i g o n gc o m p a n y sd e v e l o p m e n tb o a r d t h e nt h ed a t aw e r et r a n s m i t t e db yt h ec a n i n t e r f a c e ，t h e nt h r o u 曲p a r a l l e lc a ni n t e r f a c ec a r do fc a n m i n ia n dl a s tt o p c i nt h ep a r to fd y n a m i cw e bp a g e si n q m f i n ga b o u te l e c t r i ce n e r g yd a t a ，i tm a i n l y u s e dt h ei n c l u d e db o as o u r c ec o d e ，t h e na c h i e v e db o as e r v e rb yc o n f i g u i a t i o na n d r e c t i f i c a t i o n ，f i n a l l yw ec a na c h i e v et h ep r o g r a mo fd y n a m i cw e bp a g e si nc g i ，l o o k u pt h ei n f o r m m i o nt h o u g haw e bb r o w s e ro fp cc l i e n t a tl a s tt h ee n t i r er e m o t e e l e c t r i ce n e r g ym e t e rr e a d i n gs y s t e mw a sb u i l tu p k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n tb u i l d i n gp u l s ee l e c t r i ce n e r g ym e t e re m b e d d e ds y s t e m r t c l i n u x c a nb u sb o as e r v e rc g i 西华大学硕士学位论文 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西华大学或其它教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师的指导下取得的，论文 成果归西华大学所有，特此声明。 作者签名 导师签名 学年月，日 d 肛6 肘日 两华大学硕十学位论文 1 绪论 1 1 电力远程抄表系统概述 1 1 1 电力远程抄表系统概念 电力远程抄表系统，也就是对用电用户的有功功率或无功功率等的耗费， 通过采集终端获取数据，然后通过有线或无线的方式将所获数据传送给p c 机 等可视化界面终端，最终在可视化界面终端显示目标数据或进一步通过网络等 其他通信渠道进行数据信息的传达、整合、显示和管理。其中在采集终端或可 视化界面终端进行所需目标数据处理【i 】。 1 1 2 电能表定义和分类 电能表是用来测量用户在一定时间内消耗多少千瓦时电能的仪表，又称电 度表，火表，电能表，千瓦小时表。电能表的分类：根据用途，分为测量电能 表和标准电能表两大类；按结构和工作原理分为感应式( 机械式) 、静止式( 电 子式) 和机电一体式( 混合式) ；按接入电源性质分为交流表和直流表：按准确 级分为常用普通表( o 2 s 、0 5 s 、0 2 、0 5 、1 0 、2 0 等) 和标准表( o 0 1 、0 0 5 、 o - 2 、0 5 等) ；按安装接线方式分为直接接入式电表和间接接入式电表；按用电 设备分为单相、三相三线、三相四线电能表；按用途分为工业与民用表、电子 标准表、最大需量表、复费率表1 2 j 。 1 1 _ 3 电子式电能表简介 电子式电能表运用模拟或数字电路得到电压和电流向量的乘积，然后通过 模拟或数字电路实现电能计量功能。由于应用了数字技术，分时计费电能表、 预付费电能表、多用户电能表、多功能电能表纷纷登场，进一步满足了科学用 电、合理用电的需求。电子式电能表在江苏、浙江、深圳一带的产量较高，这 与电子产品集中在这一地区是一致的，也正是由于材料和零部件市场条件优越 的原因，形成价格的竞争力。 目前从总体来看，虽然电子式电能表的产量没有感应式电能表生产的数量 多，但电子式电能表的产量有明显上升的趋势。电子式电能表按测量电能的准 确度等级分为1 级和2 级表。l 级表示电能表的误差不超过1 ，2 级表示电能 西华人学硕士学位论文 表的误差不超过士2 。电子式电能表按附加功能分为多费率电能表、预付费电 能表、多用户电能表、多功能电能表和载波电能表等。多费率电能表或称分时 电能表、复费率表，俗称峰谷表，是近年来为适应峰谷分时电价的需要而提供 的一种计量手段。它可按预定的峰、谷、平时段的划分，分别计量高峰、低谷、 平段的用电量，从而对不同时段的用电量采用不同的电价，发挥电价的调节作 用，鼓励用电客户调整用电负荷，移峰填谷，合理使用电力资源，充分挖掘发、 供、用电设备的潜力。预付费电能表俗称卡表。用i c 卡预购电，将i c 卡插入 表中可控制按费用电，防止拖欠电费。多用户电能表一只表可供多个用户使用， 对每个用户独立计费，因此可达到节省资源，并便于管理的目的，还利于远程 自动集中抄表。载波电能表利用电力载波技术，用于远程自动集中抄表。 本文研究所用的电能计量仪表就是单相电子式脉冲电表，研究系统中再多 接入电表，就可实现类似于多用户电能表的功能，完成远程电力集中手动或自 动抄表的功能【j j 。 11 2 电力远程抄表系统研究的目的和意义 据统计，目前全国电工仪器表产品的生产能力已达到8 0 0 0 多万台( 套) ， 其中电能表产品的生产能力达到6 0 0 0 万台，安装式电表及便携式电表的生产能 力达到1 5 0 0 多万台，其他类产品生产能力在5 0 0 多万台( 套) 。中低档产品方 面，如传统的电能表、安装式电表及便携式电表等生产能力过剩；而在中高档 产品方面，如高准确度数字电表、自动抄表系统等又与先进国家产品技术水平 有差距，不能完全满足国内市场需求，需要进口。目前，电能计量仪器仪表与 系统方面，用户主要需求以8 6 系列感应式电能表为主，电子式电能表( 主要是 单相) 的需求呈快速上升趋势。单相电子式电能表、电卡式预付费电子式电能 表、三相电子式多功能电能表将是主要需要目标；采用集中自动抄表系统对各 用电户实行远程抄表是一种发展趋势，自动抄表系统的需求也将上升。 电能计量是现代电力营销系统中的一个重要环节，传统的电能量结算是依 靠人工定期到现场抄读数据，在实时性、准确性和应用性等方面都存在不足。 而用电客户不仅要求有电用，而且要求用高质量的电，享受到更好的服务。因 此提高电力部门电费实时性结算水平，建立一种新型的抄表方式已成为所有电 2 阿华大学硕士学位论文 力部门的共识1 4 。 1 3 电力远程抄表系统研究现状和发展趋势 电力远程抄表系统的发展已有十多年了，目前的电力抄表系统主要有4 8 5 总线抄表系统、电力载波抄表系统、基于g s m 或g p r s 的无线抄表系统等。 4 8 5 总线方式的抄表系统主要由电能表、采集器、集中器、数据信道机以及主 台计算机组成。其中采集器负责将若干个电表的用电数据集中进行处理、计算 及打包向上发送。若干个采集器通过双绞线与集中器相连，组成一个4 8 5 网络。 集中转发器负责与主台计算机和采集器进行通信，它与主台计算机之间的通信 可选电话线、无线电、专线电缆等多种方式。电力载波抄表系统目前主要是低 压电力载波抄表系统，而它又主要分为载波电能表方式和4 8 5 电能表加载波方 式。载波电能表方式即电力用户安装带载波通信功能的电能表，电能表与载波 集中器之间采用电力线载波通信技术进行通信，载波集中器与主站之间采用公 用网进行通信。4 8 5 电能表加载波方式即电力用户安装带有4 8 5 通信口的电子 式电能表，系统中安装带载波通信功能的采集终端，载波采集终端使用4 8 5 通 信口与电能表通信，载波采集终端与载波集中器之间采用电力线载波通信，载 波集中器与主站之间采用公用网通信。基于g s m 或g p r s 的无线抄表系统主 要利用g s m 或g p r s 模块，在g s m 或g p r s 网络覆盖范围内进行数据的传输 和管理。该无线抄表方式也在研究当中。 现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计 算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数掘通 信提供了强有力的技术支持。c a n 即是一种现场总线，具有成本低、通信可靠 和实时等特点。因此，应用c a n 总线的电力远程抄表系统具有很大的优势， 将有很大的发展空间。 另外，根据建设部的要求和设计标准，具备水、电、煤气三表远程自动计 量系统是智能化小区的必备条件之一。因此电力抄表系统的发展趋势不只是针 对电力这一元素，以后将是水、电、气集中综合处理的系统【5 j 【6 jn 西华大学硕士学位论文 1 4 嵌入式系统介绍 1 4 1 嵌入式系统的概念 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪， 适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机 系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的 应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。 嵌入式系统一般指非p c 系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器微 处理器、存储器及外设器件和i 0 端口、图形控制器等。软件部分包括操作系 统软件( o s ) ( 要求实时和多任务操作) 和应用程序编程。有时设计人员把这 两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为：而操作系统控制着 应用程序编程与硬件的交互作用嘲。 1 _ 4 2 嵌入式系统的特点 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下4 个特点： 1 ) 对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应 时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。 2 ) 具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模 块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储 区保护功能，同时也有利于软件诊断。 3 ) 可扩展的处理器结构，以便能迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入 式微处理器。 4 1 嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算 和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有m w 甚至 g w 级。 嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有以下特点： 1 ) 嵌入式系统通常是面向特定应用的嵌入式c p u 与通用型的最大不同就 是嵌入式c p u 大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、 体积小、集成度高等特点，能够把通用c p u 中许多由板卡完成的任务集成在芯 4 西华大学硕士学位论文 片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络 的耦台也越来越紧密。 2 ) 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业 的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密 集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 3 ) 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余， 力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的 选择更具有竞争力。 4 ) 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产 品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。 5 ) 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存 储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。 6 ) 嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是 不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发 1 9 1 0 l 。 1 4 3 嵌入式系统的应用领域及前景 嵌入式系统经过近几年的迅猛发展，其应用己深入到千家万户，涵盖社会 生活的各个角落。今天的嵌入式系统已普遍应用于国防电子、数字家庭、工业 自动化、汽车电子、医学科技、消费电子、无线通信、电力系统、航空航天等 国防和国民经济的主要行业。随着嵌入式技术的发展，嵌入式系统将更广泛地 应用于人类生活的各个方面。其前途是无量的。正如沈绪榜院士所说的：“计算 机是认识世界的工具，而嵌入式系统则是改造世界的产物。” 1 5 本论文研究工作及完成任务 本课题的主要内容是利用周立功公司的m a g i c a r m 2 2 0 0 一s 开发箱，用其中 的a r m 芯片做下位机的主控制器定时采集电表的电量，并将电量送往c a n 控制器的发送缓冲区，进而通过c a n 总线收发器将数据传给上位机再进行处 理。实现定时自动抄表的功能。同样p c 机也可由相反的方向来向电表传达指 两华大学硕十学何论文 令，从而能随时对电表的电能量进行获取。实现即时抄表的功能。 本文主要完成的研究工作为： ( 1 ) 熟悉a r m 开发箱的c a n 总线部分硬件电路图和电子式脉冲电表的结 构，完成好硬件的联接。 ( 2 ) 熟悉一般的3 2 位a r m 应用系统的要求，即在运行主程序前必须初始 化运行环境，要为a r m 芯片编写启动代码。该启动代码包括异常向量表、堆 栈初始化、存储系统初始化和目标板初始化等。一般用汇编语言编写。 ( 3 ) 熟悉l i n u x ( t t c l i n u x ) 下字符设备驱动程序和应用程序的编写。 ( 4 ) 熟悉a r m 自带的c a n 控制器的操作。编写c a n 总线驱动程序。驱动 程序包括四部分内容：c a n 控制器的初始化、接收数据、发送数据和总线异常 处理。主程序只需通过调用驱动程序提供的接口来实现数据的接收和发送。 ( 5 ) 熟悉a r m 的b o a 嵌入式w e b 服务器的配置，c g i 网页编程。编写 w e b 服务器代码，最终构成可远程访问的嵌入式w e b 服务器。 6 两华大学硕十学位论文 2a r m 嵌入式系统平台的构建 2 1a r m 嵌入式硬件平台 本论文的研究课题主要是基于广州周立功单片机发展有限公司提供的 m a g i c a r m 2 2 0 0 s 开发平台，采集的数据是来自于购买的单相电子式脉冲电表。 因此本系统主要涉及到的硬件包括具有a r m 7 t d m i s 核的l p c 2 2 9 0 芯片组和 单相脉冲式电表的主要器件【l0 】。嵌入式a r m 硬件平台主要包括了 d e v i c e a r m 2 2 0 0 嵌入式工控板、j t a g 接口、以太网接口电路、r s 2 3 2 接口电 路、彩色液晶屏和复位电路等1 8 1 9 j 。如图2 1 所示。下面将介绍主要的硬件部分 呻】【1 1 1 2 f i g2 1f r a m e w o r ko f a r mh a r d w a r ep l a t f o r m 幽2 】a r m 硬件平台结构框| 垒| 2 1 1 嵌入式微处理器l p c 2 2 9 0 介绍 l p c 2 2 9 0 包含一个支持实时仿真和跟踪的a r m 7 t d m i sc p u 、与片内存 储器控制器接口的a r m 7 局部总线、与中断控制器接口的a m b a 高性能总线 ( a h b ) $ i j 连接片内外设功能v l s i 外设总线( v p b ，a r ma m b a 总线的兼容超 集1 。l p c 2 2 9 0 将a r n l 7 t d m i s 配置为小端( 1 i t t l e e n d i a n ) 字节顺序。 a h b 外设分配了2 m 字节的地址范围它位于4 g 字节a r m 存储器空间的 两华大学硕士学位论文 最顶端每个a h b 外设都分配了1 6 k 字节的地址空间。l p c 2 2 9 0 的外设功能f 中 断控制器除外) 都连接到v p b 总线。a h b 到) b 的桥将v p b 总线与a h b 总 线相连。v p b 外设也分配了2 m 字节的地址范围，从3 5 g b 地址点开始。每个 v p b 外设在v p b 地址空间内都分配了1 6 k 字节地址空间。 片内外设与器件管脚的连接由管脚连接模块控制该模块必须由软件进行控 制以符合外设功能与管脚在特定应用中的需求。 ( 1 ) l p c 2 2 9 0 具有以下主要特性： 夺1 6 3 2 位a r m 7 t d m i s 核，l q f p l 4 4 封装。 夺1 6k b 片内静态r a m 。 夺串行b o o t 装载程序通过u a r t 0 来实现在系统下载和编程。 夺e m b e d d e d l c e r t 和嵌入式跟踪接口使用片i 匈r e a l m o n i t o r t m 软件对任务进 行实时调试并支持对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪。 夺2 个互连的c a n 接口，带有先进的验收滤波器。多个串行接口，包括2 个 16 c 5 5 0 i 业标准u a r t 、高速1 2 c 接口( 4 0 0 k b i t s ) 和2 个s p i 接1 2 1 。 夺8 路l o 位a d 转换器，转换时间低至2 4 4 i j t s 。 夺2 个3 2 位定时器( 带4 路捕获和4 路比较通道) 、p w m 单元( 6 路输出) 、实 时时钟和看门狗。 夺向量中断控制器，可配置优先级和向量地址。 夺通过外部存储器接口可将存储器配置成4 组，每组的容量高达1 6 m b ，数据 宽度为8 1 6 3 2 位。 夺多达7 6 个通用i o 3 ( 可承受5 v 电压) ，9 个边沿或电平触发的外部中断引 脚。 夺通过片内锁相环( p l l ) 可实现最大为6 0 m h z 的c p u 操作频率，设置时间 为1 0 0 肛s 。 夺片内晶振频率范围：1 3 0 m h z 。 夺2 个低功耗模式：空闲和掉电。 夺通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒。 夺可通过个别使能禁止外部功能来优化功耗。 夺双电源 西华大学硕十学位论文 - - c p u 操作电压范围：1 6 5 1 9 5 v ( 1 8 v 0 1 5 v ) 一操作电压范围：3 o 3 6 v ( 3 ，3 v 1 0 ) ，可承受5 v 电压。 ( 2 ) l p c 2 2 9 0 主要功用部分描述： 处理器模式 a r m 体系结构支持7 种处理器模式：用户模式、快中断模式、管理模式、 中止模式、未定义模式和系统模式。a r m 7 完全支持这7 种模式，除用户模式外， 其他模式均为特权模式。a r m 寄存器和一些片内外设在硬件设计上只允许( 或 可选为只允许) 特权模式下访问。此外，特权模式可以自由地切换处理器模式， 而用户模式不能直接切换到别的模式。 片i 勾b o o t 装载程序 0 ( 3 b 0 0 g b a h b 外设 v p b 外设 保留地址空间 外部存储器 b a n k 3 外部存储嚣 b a n k 2 井言| ：存储器 b a n k 】 外部存储器 b a n k 0 b o o t b l o c k ( 从片 内f l a s h 雨新映射) 保留地址空u 1 6 k 片内静态r a m 保留地址空间 2 5 6 k 片内非易失 性存储器 0 x 9 0 0 0 0 0 0 0 0 x 4 0 0 0 0 0 0 0 o x 0 0 0 0 0 0 0 0 f i g2 2l p c 2 2 9 0m e m o r ym 印 图2 2l p c 2 2 9 0 存储器映射 9 一 茹 一 篇 两华大学硕士学位论文 l p c 2 2 9 0 包含片内串行b o o t 装载程序，位于片内的8 k b r o m 。串行b o o t 装 载程序通过u a r t o 将应用程序装入器件的r a m 中并使其在r a m 中执行。在装 载应用程序和从r a m 中执行应用程序时还要考虑包含用户程序的片p b f l a s h 存 储器的编程。 片内静态r a m 片内静念r a m 可用作代码和或数据的存储。s r a m 支持8 位、16 5 丰1 1 3 2 位 访问。s r a m 控制器包含个回写缓冲区，它用于防止c p u 在连续的写操作时 停止运行。回写缓冲区总是保存着软件发送到s r a m 的最后一个字节。该数据 只有在软件请求下一次写操作时才写入s r a m ( 数据只有在软件执行另外一次 写操作时被写入s r a m ) 。如果发生芯片复位，实际的s r a m i 勾容将不会反映 最近一次的写请求。 不管规格大小，都按照字地址进行分配( 3 2 位边界) 。这样就不再需要使 用字节定位的硬件来进行小边界的字( 8 5 ) 或半字( 1 6 位) 访问。不管字还是 半字寄存器都是一次性访问。每个存储器组在存储器映射中都有一个物理上的 位置。它是一个地址范围，该范围内可写入程序代码。每一个存储器空间的容 量都永久固定在同一个位置，这样就不需要将代码设计成在不同地址范围内运 行。由于a r m 7 处理器上的c p u 的中断向量位置，b o o t b l o c k 和s r a m 空间的一 表2 1 ：外部存储器组的地址范围 t a b l e2 1 ：a d d r e s sr a n g eo f e x t e r n a lm e m o r yb a n k s b a n k地址范围 配置寄存 器 0 8 0 0 0 。o o o 一8 0 f f f f f f b c f g 0 l 8 1 0 0 0 0 0 0 - - 8 1 f f f f f f b c f g l 2 8 2 0 0 0 0 0 0 一8 2 f f f f f f b c f g 2 38 3 0 0 0 0 0 _ 一8 3 f f f f f fb c f g 3 1 0 阳华大学硕十学位论文 小部分需要重新映射来实现在不同操作模式下对中断的使用。 外部静态存储器控制器 外部静态存储器控制器是一个a m b aa h b 从机模块，它为a m b aa h b 系统总线和外部( 片外) 存储器器件提供了一个接口。该模块可同时支持多达 4 个单独配置的存储器组。每个存储器组都支持s r a m 、r o m 、f l a s he p r o m 、 b u r s tr o m 存储器或些外部i o 器件。每个存储器组的总线宽度为8 、1 6 或 3 2 位。 l p c 2 2 9 01 4 4 脚封装的管脚地址输出线是a 2 3 ：0 ，其中地址位a 2 5 ：2 4 用 于4 个存储器组的译码，4 个存储器组的有效区域位于外部存储器的起始部分， 但在b o o t 1 ：o 的状态控制下，b a n k0 9 用于初始引导。 o v i o 管脚 与g p i o 管脚功能直接相关的就是管脚连接模块。管脚连接模块可以使所选 管脚具有1 个以上的功能。配置寄存器控制多路开关来连接管脚与片内外设。外 设在激活和任何相关中断使能之前必须连接到适当的管脚。任何使能的外设功 能如果没有映射到相关的管脚，则被认为是无效的。i o o d i r 寄存器中的方向控 制位只有在管脚选择g p i o 功能时才有效。对于其它功能，方向是自动控制的。 管脚连接模块包含3 个寄存器：p i n s e l o p i n s e l 2 。g p i o 管脚描述见表2 。 表2 2 ：g p i o 管脚描述 t a b l e2 2 ：d e s c r i p t i o no f g p l 0p i n s 管脚名称 类型 描述 p 0 0 - p 03 l p 11 6 - p i 3 1 输m 自出面用1 0 1 ：3 可实际可用的g p i o 数量取决于可选功能的使用 p 20 - p 23 l 外部总线数据，地址线与g p i o 数字和模拟功能共用 p 30 p 33 l 输u 输出 用于g p i o 数字和模拟功能的管脚数目取决于总线结构的选择 实时时钟 实时时钟( r t c ) 提供一套计数器在系统上电和关闭操作时对时间进行测 量。r t c 消耗的功率非常低，这使其适合于由电池供电的c p u 不连续工作( 空 两华大学硕士学位论文 闲模式) 的系统。r t c 包含了许多寄存器。地址空间按照功能分成4 个部分。 前8 个地址为混合寄存器组，第二部分的8 个地址为定时器计数器组，第三部分 的8 个地址为报警寄存器组，最后一部分为基准时钟分频器。实时时钟完整的时 间读取自完整时间寄存器，共有三个完整时间寄存器。时间计数器的值可选择 以一个完整格式读出，程序员只需执行3 次读操作即可读出所有的时间计数器 值。每个寄存器的最低位分别位于b i t 0 ，8 ，1 6 和2 4 。完整时间寄存器为只读寄 存器要更新时间计数器的值必须对时间计数器寻址。 c a n 控制器模块 。 l p c 2 2 9 0 包含2 个c a n 控制器，可同时支持多个c a n 总线的操作，使器件 可用作网关、开关、工业或汽车应用中多个c a n 总线的路由器。l p c 2 2 9 0 的c a n 控制器有以下几个特性： 令单个总线上的数据传输速率高达1 m b s 。 夺3 2 位寄存器和r a m 访问。 夺兼容c a n 2 0 1 3 和i s 0 1 1 8 9 8 1 规范。 夺全局验收滤波器可以识别所有的11 位或2 9 位标识符。 夺验收滤波器为选择的标准标识符提供了f u l i c a n s t y l e 自动接收。 l p c 2 2 9 0 的c a n 总线引脚描述：r x 2 、r x l ，串行输入，来自c a n 收发 器；t x 2 、t x l ，串行输出，输出到c a n 收发器。c a n 控制器和验收过滤器 占用部分v p bs l o t 空间，c a n 控制器的存储器映射地址范围见表2 3 。 表2 3 ：c a n 模块的存储器映射 t a b l e 2 3 ：m e m o r ym a po f c a nm o d u l e 地址范围用途 验收挝站嚣r a m e 0 0 38 0 0 卜8 7 f f ( 2 0 4 8 字节) e 0 0 3c 伽o _ c o l 7 验收过滤器寄存嚣 e 0 0 40 0 0 0 b 中央c a n 寄存器 e 0 0 44 0 0 0 4 0 5 f c a n 控制器1 寄存嚣 e 0 0 48 0 0 0 一3 0 5 f c a n 控制器2 寄存器 1 2 西华大学硕士学位论文 2 1 2j t a g 接口电路 采用a r m 公司提出的标准2 0 脚j t a g 仿真调试接口，j t a g 信号的定义 及与l p c 2 2 9 0 的连接如图所示。在图中，j t a g 接口j 3 上的信号n t r s t 连接 到l p c 2 2 9 0 芯片的t r s t 引脚，达到控制l p c 2 2 9 0 内部j t a g 接口电路复位的 e 二鬣i t r s 嚣霪3 4p1 2 9 k9 1 p l 2 6 ，r q l s k rg-o19一 p l1 t o i 0 p 一 p l2 * t d l 善o _ o56f _ 3 “t 憾等暑。7 8p h p 1 付_ _ 壬* 砷 np - 叶 i ；j i 崮 。 ：叫i ；p 苷一 r _ c = ，2 0 p = 叫 h7 k o 一 1 l l f i g2 3j t a gi n t e r f a c ec i r c u i t 图2 3 j t a g 接口电路 目的。在r t c k 引脚接一个4 7 k q 的下拉电阻，使系统复位后l p c 2 2 9 0 内部 j t a g 接口使能，这样就可以直接进行j t a g 仿真调试了。如果用户需要使用 p 1 2 6 p 1 - 3 1 作o 口，不进行仿真调试，则可以在用户程序中通过设置 p i n s e l 2 寄存器来禁能l p c 2 2 9 0 内部的j t a g 接口。 2 1 3 系统存储器电路 d e v i c e a r m 2 2 0 0 嵌入式工控板上扩展了2 m 字节的n o rf l a s h ( 芯片型 号为s s t 3 9 v f l 6 0 ) 、8 m 字节p s r a m ( 芯片型号m t 4 5 w 4 m w l 6 ) 、1 6 m 字节 的n a n df l a s h ( 芯片型号为k 9 f 2 8 0 8 u o c ) 。电路如图2 4 所示。s s t 3 9 v f l 6 0 的片选信号为fn c s 0 ，此信号是由l p c 2 2 9 0 的c s 0 和a 2 2 、a 2 3 译码得到， 其访问地址为0 x 8 0 0 0 0 0 0 0 0 x 8 0 1 f f f f f ，即l p c 2 2 9 0 的b a n k 0 存储块空间。 当最终代码固化到f l a s h 时，系统启动后即可运行f l a s h 程序，因为l p c 2 2 9 0 的b a n k 0 可以用来引导程序。m t 4 5 w 4 m w l 6 的片选信号为n c s l ，其访问地 址为0 x 8 1 0 0 0 0 0 0o x 8 1 7 f f f f f ，即l p c 2 2 9 0 的b a n k l 存储块空间。为了兼容 s s t 3 9 v f l 6 0 1 ，即此芯片可以直接使用s s t 3 9 v f l 6 0 l 代替，s s t 3 9 v f l 6 0 的第 1 2 、1 4 引脚均接有1 0 k 1 2 的上拉电阻。在使用g c l i n u x 操作系统时，n o rf l a s h 两华大学硕士学位论文 f 培24m e m o r i z e rc i r c u i to f s y s t e m 图2 4 系统存储器电路 s s t 3 9 v f l 6 0 用来存放b o o t l o a d e r 程序，以便于加载并引导肛c l i n u x 操作系统， 该操作系统存放在n a n df l a s hk 9 f 2 8 0 8 u o c 中。此外，c a t l 0 2 5 芯片直接 与l p c 2 2 9 0 的1 2 c 总线引脚相连，总线上拉电阻的大小为4 7 k _ q 。整个存储器 地址范围如表所示。 表2 4 ：d e v i c e a r m 2 2 0 0 嵌入式工控板上的存储器地址 t a b l e 2 4 ：m e m o r ym 印o f d e v i c e a r m