（电路与系统专业论文）基于ARM的泊车手持机应用技术研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

硕士论文基于a r m 的泊车手持机应用技术研究 摘要 针对城市交通中的停车难问题，课题组研制了有效的泊车管理系统，泊车手持机是 泊车管理系统的重要组成部分之一，完成车辆的信息输入任务及对车辆实现有效监管。 泊车手持机主要实现与泊车咪表的无线通信，读写会员车主i c 卡，车牌图像的采集和 提供友好的交互操作界面，并实时处理车辆的进出信息，完成泊车费用的结算。 提出了泊车手持机的硬件设计方案，详细描述了系统软件模块的设计及实现过程。 系统硬件平台采用了基于a r m 体系架构的$ 3 c 2 4 4 0 作为核心处理器，外围扩展了 n r f 2 4 e 1 无线收发芯片、z l g 5 0 0 a g t 读卡模块、c m o s 7 6 2 0 摄像头。在此硬件平台的 基础上，探讨并解决了嵌入式l i n u x 系统软件平台的搭建，包括以下方面：交叉编译工 具链的建立、q t 的移植、l i n u x 内核移植、文件系统制作、嵌入式数据库s q l i t e 3 的移 植和g d b 远程调试环境的建立。完成了处理器与无线芯片的串口程序设计，读卡设备 的驱动编写，摄像模块的驱动编写以及用户界面软件的设计，实现了泊车手持机的功能。 通过调试表明，系统达到了设计要求，设计方案可行并具有良好的应用前景。 关键词：a r m 、泊车手持机、嵌入式l i n u x 、q t 、移植 硕士论文 a b s t r a c t a ne f f e c t i v ep a r k i n gm a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e e nd e v e l o p e dt os o l v et h ep a r k i n g p r o b l e m so fu r b a nt r a f f i c p a r k i n gh a n d s e ti sa l li m p o r t a n tp a r to ft h ep a r k i n gm a n a g e m e n t s y s t e m ，b yw h i c ht h ev e h i c l e si n f o r m a t i o nw a si n p u t t e da n d t h ev e h i c l e sw a ss u p e r v i s e da n d m a n a g e de f f e c t i v e l y t h ep a r k i n gh a n d s e ti m p l e m e n tm a n yf u n c t i o n ss u c ha st h ew i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n sw i t hp a r k i n gm e t e r s ，r e a d i n ga n dw r i t i n gt h ei c o fm e m b e ro w n e r s ， a c q u i s i t i o ni m a g e so ft h ev e h i c l en u m b e r ，p r o v i d i n g af r i e n d l yi n t e r a c t i v ei n t e r f a c e ， f u r t h e l i n o r e ，p r o c e s s i n gt h ev e h i c l ea c c e s si n f o r m a t i o nr e a l t i m ea n dc h a r g i n gt h ep a r k i n g f e e s t h eh a r d w a r ed e s i g ns o l u t i o nw a sa d v a n c e d ，a n dt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fs o f t w a r e m o d u l e so fp a r k i n gh a n d s e ti sd e s c r i b e di nd e t a i l s y s t e mh a r d w a r ep l a t f o r m su s e d $ 3c 2 4 4 0 p r o c e s s o rb a s e do na r ma r c h i t e c t u r e 舔c o r em i c r o p r o c e s s o ra n de x t e r n a le x p a n dt h e n r f 2 4 e 1r a d i ot r a n s c e i v e rc h i p ，z l g 5 0 0 a g tm o d u l e ，c m o s 7 6 2 0c a m e r a o nt h eb a s i so f t h i sh a r d w a r ep l a t f o r m ，s o f t w a r ep l a t f o r mb a s e do nt h ee m b e d d e dl i n u xs y s t e mw a sb u i l t ， i n c l u d i n g ：t h ee s t a b l i s h m e n to fc t o s sc o m p i l e rt o o lc h a i n ，q tt r a n s p l a n t ，l i n u xk e r n e l t r a n s p l a n t a t i o n ，t h ef a c t u r eo ff i l es y s t e m ，e r n b e d d e dd a t a b a s es q l i t e 3t r a n s p l a n t ，a n dt h e b u i l do fr e m o t ed e b u g g i n ge n v i r o n m e n to fg d bs e r v e r s e r i a lp r o g r a m m i n gb a s e do n w i r e l e s sc h i p ，t h ed r i v i n go fr e a d e re q u i p m e n t ，t h er e a l i z a t i o no fc a m e r am o d u l ea n du s e r i n t e r f a c es o f t w a r ed e s i g n sw e r ea c c o m p l i s h e d t h u st h ef u n c t i o n so ft h ep a r k i n gh a n d s e tw e r e a c h i e v e d t h ed e b u g g i n gs h o w sd e s i g ni su pt os y s t e mr e q u i r e m e n t s ，a n dt h ed e s i g no f p a r k i n gh a n d s e ti sv i a b l e t h eh a n d s e th a sag o o da p p l i c a t i o np r o s p e c t k e yw o r d s ：a r m ，p a r k i n gh a n d s e t ，e m b e d d e dl i n u x ，q t ，t r a n s p l a n t 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：耋兰三查脚二月力7 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：查兰三乏 弘辉二月衫日 硕士论文基于a r m 的泊车手持机应用技术研究 1 绪论 1 1 研究背景 随着国民经济的持续快速增长，人们对汽车的拥有量逐年上升。这对城市交通管理 提出了较高的要求，泊车是城市交通系统中一个重要的环节，从现有的交通问题来看， 有很多的问题是由于泊车问题处理不当引起的，如果不对泊车问题进行反思和探索，将 会严重阻碍城市交通科学持续的发展，建立一套科学的泊车管理系统有助于解决日益突 出的停车难的问题。 泊车管理系统中最重要的一个方面是停车收费问题。本课题的研究是基于路边泊车 系统，路边泊车系统如图1 1 1 所示，系统由泊车管理手持机，咪表，道钉和后台的信 息中心组成。 图1 1 1 蹬边泊v - 系统 泊车手持机提供友好的人际界面进行收费管理，并与咪表进行通信；咪表通过无线 的g s m 网或其他网络形式与后台的信息管理终端进行通信；道钉负责监控车辆的进出 入，向咪表提供及时的车辆信息。该系统中采用手持机和人工相结合的方式对泊车进行 管理消费，并采用无线通信技术实现科学合理的计费管理，从而提高了路边泊车的管理 水平，实现了电子化收费，减少了收费现金的流失。路边泊车在我国是一个新兴的产业 1 绪论 硕士论文 正在起步，全国大中城市急需一套适合我国国情的泊车管理系统，路边泊车系统能够充 分利用有限的道路资源，有效解决城市交通中停车问题，而泊车手持机在该系统中扮演 着重要角色，本课题正是基于这样的背景下提出的，对泊车手持机的研究具有重要的现 实意义和实用价值。 1 2 国内外概况 1 2 1 泊车系统发展概况 世界上最早出现泊车管理的城市是法国的巴黎，早在1 8 2 9 年法国便对路边泊车进 行了管理，一战后期英国和美国出现泊车问题，二战后德国出现城市泊车问题。上世纪 三十年代，欧洲路边泊车系统采用咪表进行泊车管理，五十年代在澳洲广泛使用，之后 逐步在亚洲的日本和中国香港普及。国外咪表大多采用接触和非接触式刷卡付费方式， 近几年出现了通过有w a p 功能的移动电话支付停车费的互联网停车咪表，以及支持手 机短信预定泊位的咪表。 与国外相比，我国泊车问题只是近几年才出现的，由于政策法规不健全、不完善， 到目前我国还没有一部全国性的泊车管理政策法规。并且各国国情不一样，经济水平、 文化等各方面的差异，国外的泊车系统不完全适用于我国的实际国情，但是国外的先进 的管理技术值得借鉴。国内的泊车系统大多数局限于停车场，无法充分利用道路资源， 并且还没有形成网络化的管理，路边泊车系统还处于探索开发阶段。我国北京市在1 9 9 8 至1 9 9 9 年间引进了1 7 0 多台法国集中式插卡停车咪表，由于停车规划不合理和不符合 我国实际泊车情况需要等原因无法发挥其作用，现已废弃不用【2 】。采用泊车手持机和人 工相结合进行泊车消费管理的这套系统具有以下优势： ( 1 ) 该系统满足了城市网络化泊车场和数字城市的建设需要，泊车管理方式符合 我国实际国情； ( 2 ) 该系统以现代电子信息技术为支撵，对分布在城市泊车位上的车辆实现网络 化收费，并采用了人机相结合的模式，收费管理更加合理； ( 3 ) 该系统实现了路边泊车的违章监管和防盗功能，提高了城市静态交通菪理水 平，改善了城市交通的质量； ( 4 ) 该系统能够有效地提供车辆信息，并合理的利用了城市的道路资源，促进了 一泊车产业的发展。 1 2 2 嵌入式系统在泊车中的应用 泊车手持机是一个典型的嵌入式系统。嵌入式系统是以应用为中心，计算机技术为 基础，并且软硬件可裁减、适用应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要 求的专用计算机系统【3 】。嵌入式系统由硬件和软件两个部分组成，其中硬件部分包括嵌 ， 硕士论文基于a r m 的泊车手持机应用技术研究 入式处理器、存储系统、输入输出模块以及各种针对特定应用的外扩模块组成；软件部 分包括启动初始化程序包、嵌入式操作系统、g u i 软件包和特定的应用程序组成。嵌入 式系统出现至今已经有3 0 多年的历史，嵌入式系统技术发展大致可以分为以下4 个阶 段【4 】：第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形成的系统；第二阶段是以嵌入式 c p u 为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统；第三阶段是以嵌入式操作系统为标 志的嵌入式系统；第四阶段是以i n t e m e t 为标志的嵌入式系统。现在大多数嵌入式系统 还处于未接入i n t e m e t ，随着i n t e r n e t 技术的发展，嵌入式系统和i n t e m e t 的结合将是未 来的主流。 现在的嵌入式系统技术大多数处于第三阶段，嵌入式系统硬件中最为核心的是处理 器，嵌入式系统的c p u 由八位的微控制器发展到3 2 位的r i s c 体系结构的微处理器， 全世界嵌入式处理器已经超过1 0 0 0 多种，常见的体系结构有a r m 、p o w c r p c 、m i p s 等，其中典型代表是a r m 公司设计的a r m ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e ) 系列口核。 现在嵌入式系统的功能越来越复杂，对于一个嵌入式系统来说，只有硬件还无法充 分发挥系统的功能，必须借助于嵌入式操作系统。目前流行的嵌入式操作系统可以分为 两类：一类是从运行在个人电脑上的操作系统向下移植到嵌入式系统中形成的嵌入式操 作系统，如微软公司的w i n d o w sc e 、嵌入式l i n u x 操作系统等，这类系统经过个人电 脑或高性能计算机等产品的长期运行考验，技术日趋成熟。另一类是实时操作系统，如 美国风河公司的v x w o r k s 、i s i 的p s o s 、q n x 系统软件公司的q n x 、a t i 的n u c l e u s 、 p a l m o s 等，这些操作系统的结构和实现上都针对所面向的应用领域，对实时性和可靠 性等进行了特别的设计。国外的统计结果表明l i n u x 操作系统在嵌入式领域的市场份额 在逐年上升，越来越多的人开始接受l i n u x 4 。 嵌入式系统的应用领域非常广泛，从工业控制系统到信息家电方面如人们使用的手 机、数码相机；从通信设备如路由、交换机到航空航天领域如美国发射的火星探测器， 该探测器就使用上述v x w o r k s 嵌入式操作系统，可以说嵌入式系统已经渗透到人们的工 作、生活的各个领域。近几年嵌入式系统不断进入新的应用领域，如泊车手持机、智能 家庭设备、智能电话等。本课题研究的泊车手持机是嵌入式应用技术在泊车领域的一个 - 。 i 典型应用。 1 2 3 泊车手持机中相关技术概况 泊车手持机是以p d a 、现代电子技术等为基础发展起来的。p d a ( p e r s o n a l s - d i g i t a l a s s i s t a n t ) 的发源可以追溯到a p p l e 公司于1 9 9 3 年推出的n e w t o nm e s s a g ep a d ，对于早 期的p d a 我们可以称其为电子记事本。其功能较为单一，主要是管理个人信息，如通 讯录、记事和备忘、日程安排等功能【9 j ，而且这些功能都是固化的，不能根据用户的要 求增加新的功能。如今p d a 已经脱离了原有记事本的束缚，丌始向电脑、智能手持设 3 1 绪论 硕士论文 各靠近，泊车手持机是智能手持设备在泊车管理系统的一个具体应用，国外的先进泊车 管理系统大多数配备了功能丰富的管理手持机进行泊车管理。本系统的设计采用了目前 流行的处理器a r m 、并选择了国外实时性较好的操作系统l i n u x 进行设计。 泊车手持机中需要对车牌图像采集并在某些情况下自动识别车牌。从2 0 世纪9 0 年 代初，。国外的研究人员就开始对车牌识别技术进行研究，例如以色列的h i t e c h 公司开 发的s e e c a rs y s t e m 软件，新加坡o p t a s i a 公司研制的v l p r s 软件等。国内9 0 年代也 开始对车牌识别技术进行了研究，一些著名的大学计算机系也作过类似的研究。字符识 别是车牌识别的范畴，早在5 0 年代人们就已经认识到印刷体字符识别的意义，进行了 一定的研究并出现了一些不是很成熟的软件。到了8 0 年代后期，计算机技术得到飞速 发展，使得印刷体文字识别成为可能，九十年代大量o c r 方面的论文和系统出现，i e e e 在这方面也曾举行过多次会议，大大推动了该方向的研究，这些为车牌字符的识别提供 了一定的理论指导。对汉字识别的研究最早的是美国的m m 公司的c a s e y 和n a g y ，1 9 9 6 年发表了有关汉字识别的文章，用模本匹配法识别1 0 0 0 个印刷体汉字。车牌的识别的 算法在许多书籍中已经介绍，所以通过编程对静态图像进行识别是可以实现的。 泊车手持机中采用了无线技术实现与咪表的通信和信息交互。早在1 9 0 1 年，m a r c o n i 成功的将无线电信号发送到大西洋时，表明了无线技术的出现，此次试验产生了巨大的 影响。无线射频技术是现代社会应用最为广泛的技术之一，它通过对无线收发芯片的设 计与应用，为短距离无线传输数据提供了较好的解决方案。由于采用低发射功率和高接 受灵敏度的设计，避免了有线传播，是目前低功率无线数据传输的理想选择。无线射频 技术已广泛的应用在工业控制、泊车管理、自动测试、家庭的自动化等领域。 泊车手持机利用了无线射频技术对会员车主进行刷卡消费。无线射频识别( r a d i o f r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ，简称r f i d ) ，起源于上世纪3 0 年代末，兴起于上世纪9 0 年代 的一项自动识别技术。基本的r f i d 系统包含读写器( r e a d e r ) 和电子标签( t a g ) ，电 子标签由芯片与天线组成，每个标签具有唯一的电子编码。r f i d 读写器的主要任务是 控制射频模块向标签发射读取信号，并接受标签的应答，对标签的识别信息进行处理， 以达到交互数据的目的。它能够实现多目标、运动目标的非接触式识别，并且可以加密、 解密，己经被广泛地应用于工业生产、管理、人们的同常生活的各个领域j 。 射频识别技术在国外发展的很快，r f i d 产品种类很多，如t i 、m o t o r o l a 、p h i l i p s 等世界著名厂家生产的r f i d 产品，其中最有名的是p h i l i p s 公司生产的r f i d 产品。射 频识别技术己被广泛应用于众多领域：泊车管理系统、交通监控、高速公路自动收费系 统、物品管理、安全出入检查、仓储管理、车辆防盗等等。r f i d 的应用仍在层出不穷， 如欧盟宣布1 9 9 7 年丌始生产的新车型必须具有基于r f i d 技术的防盗系统；瑞士国家铁 路局在瑞士的全部旅客列车上安装r f i d 自动识别系统，调度员可以实时的掌握火车运 行情况，不仅利于管理，还大大减小发生事故可能性。射频识别技术作为一种新兴的自 4 硕士论文基于a r m 的泊车手持机应用技术研究 动识别技术，也将在我国得到广泛应用。 1 3 本文组织结构 本学位论文具体的组织结构安排如下： 第1 章“绪论 部分。主要介绍论文的研究背景和国内的研究概况，确定论文的组 织结构。 第2 章“手持机的硬件系统”部分。主要阐述了泊车手持机硬件系统，包含手持机 设计的原则和功能结构，并设计了泊车手持机的核心系统，其中包含处理器的选型、存 储空间规划、复位电路与调试接口的设计。然后详细介绍了泊车手持机基于$ 3 c 2 4 4 0 处理器的外围电路的扩展，包括人机接口、n r f 2 4 e 1 无线收发芯片、z l g 5 0 0 读卡模块 以及摄像头外围扩展设计。 第3 章“手持机软件系统构建 部分。主要从嵌入式操作系统选择、交叉编译环境 搭建、l i n u x 内核的移植、文件系统的制作以及嵌入数据库s q l i t e 移植这五个方面详细 的讨论了手持机软件平台的构建。 第4 章“模块软件的实现”部分。本章首先介绍了l i n u x 下的设备驱动原理和加载 方法，然后详细介绍了无线通信模块、r f i d 读卡模块和照相模块功能的实现，其中无 线通信模块包括无线通信协议的制定和无线通信的实现这两个方面；r f i d 读卡模块讨 论了读卡模块的原理以及驱动的实现；照相模块实现包括o v 7 6 2 0 芯片的配置和驱动的 实现。 第5 章“g u i 软件的设计”部分。本章首先介绍了g u i 软件的选择，并且探讨了 q t e m b e d d e d 的移植以及q t 的核心机制。然后介绍了总体设计与系统的实时性，同时 详细阐述了泊车手持机五个操作界面：登陆界面、监控组界面、车来登记界面、车走收 费界面和数据查询界面的设计。 第6 章“系统调试和总结 部分。本章介绍了嵌入式l i n u x 环境下系统调试，以及 泊车手持机中采用的g d b 远程调试。并且根据前面的设计，给出了系统搭建图和系统 调试的结果。 第7 章“总结和展望”部分。本章主要对所做的工作进行了总结和展望。 5 2 手持机的硬件系统 硕士论文 2 手持机的硬件系统 2 1 手持机的设计原则 泊车手持机是满足路边泊车系统需要而设计的，其系统的总体设计是根据系统应用 目标来确定系统的各个组成部分，并详细确定各个功能模块在系统中的功能和相互间关 系。总体设计的原则为： ( 1 ) 可行性：在全面分析研究的基础上，确保手持机的解决方案、资源、技术等 各方面可行，并满足实际的应用需求； ( 2 ) 实用性：功能完备、系统稳定可靠、具有友好的人机界面； ( 3 ) 扩展性：模块化设计并且模块之间的独立性高，便于以后的扩充和改进，满 足系统功能的可扩展性； ( 4 ) 低功耗：系统硬件设计和软件设计过程中需要考虑系统实际的功耗，并尽可 能的降低系统的功耗； ( 5 ) 实时性：在进行软硬件设计时需要满足整个系统的实时性要求。 2 2 手持机功能结构 泊车手持机是路边泊车系统的一个重要组成部分，泊车手持机主要功能需求如下： ( 1 ) 手持机能够实时与咪表和上位机进行通信，保证室外通信距离可达1 0 0 - 2 0 0 r e ； ( 2 ) 对于有i c 卡的车主，可以刷卡消费，从而提高泊车管理员工作效率，保证一 次刷卡成功率9 9 8 以上； ( 3 ) 能够采集车牌图像和车子局部图象；用于车牌识别和防止额外的纠纷； ( 4 ) 提供友好的交互界面供泊车管理员使用； 根据泊车手持机应用需求，外扩了四大功能模块：无线通信模块、读卡模块、图像 采集模块以及人机界面模块，系统的功能结构图如图2 2 1 所示。 6 幽2 2 1 功能结构图 硕士论文 基于a r m 的泊车手持机应用技术研究 2 3 手持机的核心系统 泊车手持机是一个嵌入式系统，典型的嵌入式系统主要有处理器、存储系统、外扩 模块、电源电路等组成。其中处理器、存储系统和复位调试接口电路组成系统的核心系 统。 2 3 1 处理器 1 ) 选型 在一个系统中采用什么样的处理器，主要取决于应用的领域、用户的需求、成本以 及开发的难易程度。一般是根据处理器的性能、功耗、处理器的算法、外围接口、成本 等进行选择。在实际的设计中，如果能够采用片内外围接口完成系统的功能，就会简化 系统设计，降低系统成本。 经查阅相关资料发现目前有许多流行的处理器核可供泊车手持机使用，如a r m 系 列的口核、m i p s 系列口核、i n t e l 公司的x 8 6 核、m o t o d a 公司的c o l d f i r e 核等，芯片 生产厂商一般都基于这些处理器核生产出功能各异的芯片，本文最终选用a r m 体系结 构的核。 a r m 系列核的种类也比较多，每一个核都有自己的特点，其中一个重要差别是核 中是否设计了m m u ，在a r m 体系结构中除了a r m 7 2 0 t 外没有设计m m u 外，其余 的如a r m 9 、1 0 、1 1 系列等都带有m m u 功能。考虑这一功能的原因是为了开发软件时 使用l i n u x 、w i n c e 等操作系统，这些操作系统实现了存储管理功能，需要相应的硬件 的支持。 各个核的处理能力也是一大指标，a r m 7 系列的处理器为3 级流水线，典型的处理 速度为0 9 m i p s m h z ，常见的a r m 7 系列系统主时钟为2 0 1 3 3 m h z 。a r m 9 系列采用 的是5 级流水线和哈佛总线，指令执行效率高，典型的处理速度为1 1 m i p s m h z ，常 见的a r m 9 系统主时钟频率为1 0 0 2 3 3 m h z 。为了适应系统得实时性要求，采用了a r m 9 系列的核【5 1 。 一 除了a r m 微处理核外，几乎所有的a r m 芯片均根据各自不同的应用领域扩展了 片内外围电路并集成在芯片内如u r a t 、l c d 、s p i 控制器等，为了简化系统的设计， 充分发挥处理器的功能，降低系统尺寸，本系统采用三星公司的$ 3 c 2 4 4 0 处理器作为系 统的处理器，该处理器的时钟频率达到5 3 3 m h z 。处理器中的片内外围电路满足了泊车 手持机的外围接口电路扩展的需要，如c a m e r a 接口可以直接接摄像头，s p i 接口可以 外扩读卡模块，u r a t 接口可以接无线通信模块。该处理器在空闲模式下功耗只有 2 2 3 m w ，满足了泊车手持机的功耗需求【5 】。 2 ) 结构 为了实现泊车手持机的各种功能，对$ 3 c 2 4 4 0 进行了功能的外扩。这里给出了 7 2 。手持机的硬件系统 。 硕士论文 s 3 c 2 4 4 0 处理器的结构图如图2 3 1 1 所示，该处理器主要由a r m 的m 核、a p b a h b 总线、时钟控制、以及各种控制器组成 5 1 。根据芯片结构图可以看出选用该处理器开发 泊车手持机具有以下优势： 图2 3 1 1 $ 3 c 2 4 4 0 结构框图 ( 1 ) 处理器中配备了m m u ，这样为采用操作系统如l i n u x 、w i n c e 进行软件开发 提供了硬件的基础； ( 2 ) 处理器内部集成了外部存储器的控制器以及s d r a m 控制器，可以方便的进 行泊车手持机存储系统的设计； ( 3 ) 。提供三通道u a r t ，这样满足了系统调试和外扩要求，泊车手持机在开发初 期采用u a r t 0 作为系统控制终端，串口1 用于外扩无线收发模块；4 ( 4 ) 处理器中集成了s p i 控制器，并提供了芝路s p i 接口，泊车手持机利用s p i 接口方便的与读卡模块进行连接： ( 5 ) 提供c a m e r a 接口，使得系统可以方便的进行摄像头的外扩，并且该处理器具 有d z i ( 数字变焦) 能力，支持最大4 0 9 6 x4 0 9 6 像素的输入； ( 6 ) 处理器的电源控制模式分有四种模式，分别为通用模式、低速模式、空闲模 式、休眠模式，这样有利于系统的低功耗设计。 硕士论文 基于a r m 的泊车手持机应用技术研究 3 ) 引脚描述 $ 3 c 2 4 4 0 微处理器具有2 8 9 个引脚，这些引脚大多数是功能复用型引脚5 1 。这里提 供了泊车手持机实际需要的大多数引脚，除了基本的地址、数据、时钟、控制逻辑引脚 外， 图2 3 1 2 $ 3 c 2 4 4 0 引脚图 ， $ 3 c 2 4 4 0 拥有1 3 0 个输入输出i o 口，利用这些引脚可以外扩出泊车手持机需要的 电路，如外接l e d - 电路，用于显示手持机开发、调试、运行时运行状态。 产 2 3 2 存储系统 本文中泊车手持机实现的功能较多，并且需要控制各种硬件。为了实现这些功能， 降低软件开发难度，在系统中采用b o o t l o a d e r 、操作系统、数据库、q t 等软件资源。通 过规划整个泊车手持机的软件资源确定了泊车手持机的存储系统组成，泊车手持机的存 储系统由6 4 m b 的s d r a m 、1 m b 的n o rf l a s h 、6 4 m b 的n a n df l a s h 组成。 手持机的处理器$ 3 c 2 4 4 0 具有8 个存储控制器接口可接8 个b a n k s ，这些存储器控 制器提供了存储设备的控制信号，每个控制器接口可接1 2 8 m b 地址空间，除了控制器 9 2 手持机的硬件系统 硕士论文 接口0 的可编程访问大小为1 6 3 2 比特外，其余的可为8 1 6 3 2 比特。7 个b a n k s 起始地 址固定，支持各种型号的r o m 启动如n o rf l a s h 、n a n df l a s h 等，所有的内存控制器 接口具有可编程的存取周期【5 j 。 泊车手持机存储空间分配图如图2 3 2 1 所示，泊车手持机采用的n o rf l a s h 启动， u b o o t 经裁减完后大小为1 7 7 k b ，分配的存储空间为1 m b ，地址空间为o x 0 0 0 0 0 0 0 0 - - - 0 x 0 0 1 0 0 0 0 0 。泊车手持机中内核占用的存储空间约为1 m b ，文件系统采用的y a f f s 文 件系统，裁剪后大概为7 m b ，q t 、s q l i t e 、应用程序大概占有5 0 几兆空间，这样规划了 n a n df l a s h 存储空间为6 4 m b 。内存采用了6 4 m b 提高了系统运行速度，占据的地址 范围为0 x 3 0 0 0 0 0 0 0 - - 0 x 3 4 0 0 0 0 0 0 ；处理器的控制寄存器占据的地址范围为0 x 4 8 0 0 0 0 0 0 珈x 6 0 0 0 0 0 0 0 。 b o o r a m ( 4 k b ) s d r a m 内存空问 ( 6 4 m b ) s r o m n g c s s ) s r o m ( n g c s 4 ) 以后外扩c p l d 使用 s r o m ( n g c s 3 ) 以后外扩网卡使用 s r o m ( n g c s 2 ) s r o m ( n c _ s 1 ) i $ o o u o b 断 孓u b o o t t l7 7 k b l n o rf l a s h 启动 图2 3 2 1 存储空间分配图 1 ) r a m 泊车手持机的r a m 是由两片k 4 s 5 6 1 6 3 2 构成，k 4 s 5 6 1 6 3 2 是三星公司运用高性能 c m o s 技术生产的5 4 脚的t s o p 封装的高速s d r a m ，字宽1 6 位，分成4 个l b a n k s ， 每个b a n k s 包括4 1 9 6 3 0 4 个字。k 4 s 5 6 1 6 3 2 的引脚定t 6 】： c l k ：时钟信号； c k e ：时钟有效信号： c s ：片选信号： a o a 1 2 ：行列地址线； b a o 、b a l ：l 。b a n k 地址线； r a s ：行地址选通信号： c a s ：列地址选通信号； 1 0 硕士论文基于a r m 的泊车手持机应用技术研究 舾：写允许信号； l u d q m ：数据输脯出掩码信号； d q 0 d q l 5 - 数据线； v d d v s s ：电源地； v d d q v s s q ：数据输出电源地。 泊车手持机中的两块r a m 工作在3 2 位模式下，芯片电压为3 3 v 。其中k 4 s 5 6 1 6 3 2 的n s c s 片选引脚连接到$ 3 c 2 4 4 0 处理器的b a n k 6 的n g c s 6 选择线，这样手持机的内 存空间的起始地址为0 x 3 0 0 0 0 0 0 0 ，以后开发的程序开发可以下载到0 x 3 0 0 0 0 0 0 0 处进行 调试，手持机中r a m 的连接图如图2 3 2 2 所示。 砖 抖 拍 勰 柏 3 i 3 2 l d d r 3 l a d d e l a d d ” d r 6 l & d l d d 髓 l d d e 9 l d d r l 0 l d d r i l弘 l a d d k l 2 l d d r l 3 l j j ) d r l 4 l n l n i j 剪 l d a t a p l = 0 j d p o l p 0 2 p 0 3 p q p 0 5 d 0 6 d 0 7 d p 0 9 d 0 1 0 d o i i d o n p o l $ d q l 4 d o l ， 硝： 叫；t s n s c s i 洲t j e d o d 1 珊d 2 v d p o o v d d 口l v d d q 2 d 0 3 e i s 撕1 6 孔c t c 7 ，口2 l 旺) 4l d t l l d a 们 l d 眦 8 t 0 l l 1 3 2 4 4 5 4 7 4 8 5 0 l d t l d & t 6 j l d r 6 l d t 7 l d a 瑚 l d 脚 l d t 1 0 l d a t a l l l d t 1 2 l d t l d a t a l 1 9 w c 5 v c c j 3 l a d d r 伫$ ：0 j l d d e 32 l d p r 2 ， l a d d e 52 6 2 9 3 0 3 ll dr 8 船 e 1 0 r l l r 1 2 r l ， r h l d l d l d l d3 j ml d 6 l ， 图2 3 2 2s d i l 蛐v 硬件连接图 功肛嵋- o i t d h 提供给扫描链的串行数据； t c k ：所有测试电路的时钟信号； t m s ：扫描链模式选择； n t r s t ：边界扫描逻辑复位信号。 j l e g 石品1t i _ z c ec o l i n 磊d 图2 3 3 2j t a g 调试接口图 上图中的r 6 4 、r 6 3 、r 6 2 、r 6 1 上拉电阻用来提高t d i 、t c k 、n t r s t 、t d i 的驱 动能力。 2 4 外围扩展 2 4 。1 人机接口 人机接口是使用者和泊车手持机交互时非常重要的部件，泊车手持机采用t f t - l c d 作为输出部件、触摸屏作为输入部件。 由于$ 3 c 2 4 4 0 微处理器内置了l c d 控制器，这样方便了我们外扩l c d 。l c d 控制 器将显示缓存中的图像数据传输到外部供l c d 显示，并提供显示需要的控制信号，l c d 控制器产生的主要信号如下 5 】： v f 洲e ：帧同步信号，该信号表示一帧的开始； v l i n e ：行同步信号，该信号用于将l c d 控制器中行移位存器的内容传送到 l c d 屏显示； v c l x ：像素时钟信号； v m ：a c 信号，用于改变行和列的电压极性； v d 2 3 ：0 1 ：像素输出数据线。 l c d 控制器由寄存器显存、l c d d m a 、l p c 3 6 0 0 、l c c 3 6 0 0 、v d p r c s 、时序控 制逻辑五部分组成，l c d 控制器结构图如图2 4 1 1 所示。寄存器显存用来配置l c d 2 手持机的硬件系统 硕士论文 控制器，l c d d m a 提供d m a 方式从系统总线传递数据；v i d p r c s 接受l c d d m a 过 来的图像数据，并转换成合适的数据结构格式后，输出到外部的数据端口v d 2 3 ：0 ；时 序控制逻辑、l p c 3 6 0 0 、l c c 3 6 0 0 产生l c d 所需的控制信号【5 】o 图2 4 1 1l c d 控制器结构图 $ 3 c 2 4 4 0 芯片带有支持8 路1 0 位的a d c 触摸屏控制器，提供了手持机需要的触摸 屏控制信号。泊车手持机中触摸屏采用四线电阻式触摸屏，触摸检测部分安装在l c d 屏的表面，当接受到用户触摸产生的x p 、x m 、y p 、y m 信号时，处理器的触摸屏控制 器转换为x 、y 坐标，再送回到m c u 执行。 泊车手持机开发初期采用了夏普公司的8 英寸屏l q 0 8 0 v 3 d g 0 1 系列的t f t o l c d 和相应的触摸屏，人机接口电路如图2 4 1 2 所示。 圈2 4 1 2 人机交互接口图 2 4 2 读卡功能扩展 1 ) 读卡模块 泊车手持机的一个重要功能是对拥有i c 卡的车主进行刷卡消费，在我们系统中采 用了z l g 5 0 0 a g t 系列，a 表示接口采用的s p i 、g 表示模块带有看门狗、t 表示天线 一体化，z l g 5 0 0 a g t 是一个串行读写模块，可以读写m i f a r e 无线智能卡，模块中主 1 4 硕士论文 基于a r m 的泊车手持机应用技术研究 要包含一个p c b 天线、读卡芯片、内置m c u 组成。该芯片的特点是1 7 ： ( 1 ) 采用最新的p h i l i p s 高集成i s 0 1 4 4 4 3 a 读卡芯片( m f r c 5 0 0 ) ： ( 2 ) 三线s p i 接口，能与任何m c u 进行连接； ( 3 ) 能够读写r c 5 0 0 内的e e p r o m 、并提供了c 5 1 函数库； ( 4 ) 无源蜂鸣器信号输出口，能用软件控制输出频率及持续时间： ( 5 ) 提供了控制线输出口，发光二极管能够指示当前状态。 读卡模块的芯片和对外接口如图2 4 2 1 所示，读卡模块的引脚功能如表2 4 2 1 所 示。 图2421z l g 5 0 0 接口和读卡模块图 表2 4 21 显示的z l g 5 0 0 读卡模块的引脚： 表2421z l g 5 0 0 读卡模块引脚 2 ) 读卡模块的连接 泊车手持机处理器$ 3 c 2 4 4 0 提供了s p i 接口控制器，并提供系统需要的控制信号线 如下s p i m i s 0 0 、s p l m o s l 0 数据线、s p i c l k 0 时钟线、n s s 0 使能控制线。s p i 接口控 制器功能框图如图2 42 2 所示【”。 2 手持机的硬件系统 硕士论文 i n t o l n t l r e q 0 i e q l a c k o ，a c k s b i t 预分频器0 a p b i fo ( i n t d m a o ) 发送8 b i t 移位 寄存器 接受8 b i t 移位 寄存器 s p i 时钟r 叫 。l 广h c p o l c p h a s l a v e m a s t e r m a s t e r s l a v e r s l a v e r m a s t c r m s 像 引 脚 控 制 逻 辑 s p i m o s l 0 s p l c l k o n s s 0 图2 4 2 2 读卡模块功能框图 控制器主要有接受发送移位寄存器、时钟产生逻辑、引脚控制逻辑组成。接受发 送寄存器接受外部数据或将数据发送出去；时钟产生逻辑产生s p i 所需要的时钟；引脚 控制逻辑控制s p i 作为主控制器还是从控制器。 v c c” j r c o n 7 图2 4 2 3 读卡模块接口图 根据以上的分析，读卡模块与手持机处理器的连接如图2 4 2 3 进行连接，其中 s p i m o s i 、s p i m i s o 与z l g 5 0 0 的s d a t a 相连接；n s ss p i 与z l g 5 0 0 的n s s 相连接； s p i c l k 与z l g 5 0 0 的s c l k 相连接；z l g 5 0 0 的复位信号线可以与g p i o 相连接，通过 相应软件编程实现泊车手持机读卡功能。 2 4 3 照相功能扩展 $ 3 c 2 4 4 0 提供了摄像头( c a m i f ) 接口供泊车手持机使用，摄像头控制器接口功能 框图如图2 4 3 1 所示 5 】oc a m i f 支持i t u - 一r b t6 0 1 6 5 6y c b c r8 比特标准的图像数据 输入，最大的可采样4 0 9 6 x 4 0 9 6 像素的图像。 摄像头接口可以有两种模式( p 端口模式和c 端口模式) 以及d m a 控制器进行数 据传输。p 端口模式是将摄像头采集到的图像数据转换为r g b 数据，并在d m a 控制下 传输到s d r a m ，一般这种模式用于提供图像预览功能：c 端口模式将图像数据按照 1 6 曩 一一、一一一一 硕士论文基于a r m 的泊车手持机应用技术研究 y c b c r 4 ：2 ：0 或4 ：2 ：2 的格式传输到s d r a m ，这种模式主要为m p e g 4 、h 2 6 3 等编码提 供图像数据的输入。这两种模式都允许设置一个剪辑窗口，只有进入这个剪辑窗口的图 像数据才能传输到 图2 4 3