（信号与信息处理专业论文）基于lpc2478的电梯多媒体系统研制.pdf

幕十l p c 2 4 7 8 的i 乜梯多媒体系统研制 中文摘要 基于l p c 2 4 7 8 的电梯多媒体系统研制 中文摘要 随着嵌入式技术的不断发展，将嵌入式信息技术运用到电梯控制系统中成为可 能，本文所研究的电梯多媒体系统就是应用嵌入式技术的成果。同时c a n 现场总线 和网络技术的快速发展，使得电梯控制系统各个控制单元之间的通信和监控更加稳定 安全。将嵌入式多媒体技术、c a n 总线技术和基于以太网的远程监控技术应用于电 梯，可以有效地提高产品和服务的质量。 本文旨在研制一套应用于电梯轿厢的智能多媒体播放与远程监控系统，硬件设计 中，在以嵌入式微处理器l p c 2 4 7 8 为核心的基础上，扩展了液晶控制驱动接口、c a n 通信接口、以太网接口、s d 卡接口，基本i o 输出等外围接口，构建起一个完整的 嵌入式硬件平台。 软件设计方面，首先在驱动液晶屏的基础上，移植嵌入式图形模块l x c g u i ，设 计编写人机交互界面，构建了电梯多媒体显示系统。其次通过将存储于s d 卡中的图 像音频文件软件解码，使得多媒体效果更加丰富多彩，并具备语言报站功能。在轿厢 通信方面，实现了电梯轿厢多媒体系统与电梯主控制器之间基于c a n 的实时、 可靠通信。另外本课题研制的系统具有网络功能，利用l p c 2 4 7 8 自带的以太网接口 与互联网实现t c p i p 联接，使监控中心能够实时地获取电梯运行的各种参数，实现 了基于以太网的电梯远程监控系统功能。最后通过移植实时操作系统l a c o s i i ，实 现系统资源的合理分配，保证各任务的正常运行。 关键词：a r m ，图形用户界面，j p e g ，m p 3 ，c a n 通信，t c p i p ，g c o s i i 作者：克磊 导师：陈小平 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fe l e v a t o rm u l t i m e d i as ) s t e mb a s e do i ll p c 2 4 7 8 t h ed e v e l o p m e n to fe l e v a t o rm u l t i m e d i as y s t e mb a s e d o nl p c 2 4 7 8 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ee m b e d d e dt e c h n o l o g y , i t sp o s s i b l et o a p p l yt h e e m b e d d e di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yt oe l e v a t o rc o n t r o ls y s t e m t h ee l e v a t o rm u l t i m e d i a s y s t e mi st h ep r o d u c to ft h ee m b e d d e dt e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n a tt h es a m et i m e ，t h e c o n m u n i c a t i o na n dr e m o t em o n i t o ro fe l e v a t o rb e c o m em o r es t e a d ya n ds a f eb a s e do nt h e t h er a p i dd e v e l o p m e n to fc a n ( c o n t r o la r e an e t w o r k ) c o n m u n i c a t i o na n dn e t w o r k t e c h n o l o g y t h eq u a l i t yo ft h ep r o d u c ta n ds e r v i c ew i l lb ep r o m o t e di fa p p l yt h ee m b e d d e d m u l t i m e d i at e c h n o l o g y , c a nt e c h n o l o g ya n dr e m o t em o n i t o rt e c h n o l o g yt ot h ee l e v a t o r c a r t h i sp a p e rh a sd e v e l o p e da ni n t e g r a t e ds y s t e mu s e do ne l e v a t o r , w h i c hc o m b i n e st h e f u n c t i o n so fm u l t i m e d i ad i s p l a ya n dr e m o t em o n i t o r i no r d e rt ob u i l da ni n t e g r a t e d e m b e d d e dh a r d w a r ep l a t f o r m ，t h es y s t e me x p a n d e ds o m ep e f i p h e r f lh a r d w a r em o d u l e s i n c l u d i n gl c dd r i v e r & c o n t r o li n t e r f a c e ，c a nc o n m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ，e t h e r n e ti n t e r f a c e ， s dc a r di n t e r f a c ea n di oi n t e r f a c eb a s e do nt h ee m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o rl p c 2 4 7 8 t h e r ea r ef o u rm o d u l e si nt h es o f t w a r ed e s i g no ft h ee m b e d d e de l e v a t o rm u l t i m e d i a s y s t e m f i r s t l y , w i t ht h ep u r p o s eo fs t r u c t u r ee l e v a t o rm u l t i m e d i ad i s p l a ys y s t e m ，t h e e m b e d d e dg r a p h i cm o d u l ep c g u ii st r a n s p l a n t e di no r d e rt od e s i g nt h eh u m a n - m a c h i n e i n t e r f a c e s e c o n d l y ，t h ee f f e c to ft h em u l t i m e d i ad i s p l a yc a nb ee n h a n c e dw i t ht h es o f t w a r e d e c o d i n go fi m a g e & a u d i o f i l es a v e di nt h es dc a r d t h i r d l y , ac a n a p p l i c a t i o ns o f t w a r ei s a l s od e s i g n e dw h i c hr e a l i z e st h er e a l - t i m ea n dr e l i a b l ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h e m u l t i m e d i as y s t e mc o n t r o l l e ra n dm a s t e rc o n t r o l l e r i na d d i t i o n ，t h ee l e v a t o rm u l t i m e d i a s y s t e mh a st h en e t w o r kc o m m u n i c a t i o nf u n c t i o nb a s e do nt h el p c 2 4 7 8i n t e r n a le t h e r n e t c o n t r o l l e ra n dt h ee m b e d d e dt c p i pt e c h n o l o g ya n dp cc a ng e tt h er e a l - t i m er u n n i n gd a t a o fe l e v a t o ra n ds h o wo nt h el o c a ls c r e e n a tl a s t ，t h er t o sp c o s i ii st r a n s p l a n t e dt o a l l o c a t es y s t e mr e s o u r c e sr e a s o n a b l ya n de n s u r ea l lf u n c t i o n sr u n n o r m a l l y i i a c c o r d i n gt ot h ed e s i g no ft h i sp a p e r ，t h ec o m b i n a t i o no fh a r d w a r ea n ds o f t w a r ec a n e n s u r ew o r k i n gs t a t eo ft h ee l e v a t o rm u l t i m e d i as y s t e ms t e a d i l ya n d m e e tu s e r sd e m a n d s v e r yw e l l k e y w o r d s ：a r m ，g u i ，j p e g , m p 3 ，c a nc o m m u n i c a t i o n ，t c p i ei r t c o s - i i w r i t t e n b y ：l e ik e s u p e r v i s e db y ：x i a o p i n gc h e n 1 1 1 摹于l p c 2 4 7 8 的电梯多媒体系统研制 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本课题研究背景及意义 电梯是高层建筑的重要机电设备，是机电高度合一的大型复杂产品，计算机技术、 通讯技术和控制技术的发展使大厦的智能化成为现实，而电梯是智能建筑中不可或缺 的基础设施，其技术发展和智能化程度备受关注，相关系统如电梯轿厢显示系统、楼 字控制系统、保安监控系统、消防系统等交互联系，使电梯成为高效便捷，安全舒适 的服务工具【1 1 。 电梯轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分，也是乘客唯一可见 的电梯部件，电梯轿厢成为乘客了解电梯性能，感受电梯品质最直接的环节，电梯轿 厢作为一个相对封闭的乘行空间，环境相对单调，为了营造一个愉悦安全的乘梯环境， 除了不断创新的电梯轿厢设计和装潢外，还存在两方面的需求。一方面，目前大部分 电梯轿厢内部，显示电梯运行状态层站、运行方向、超载等信息多采用传统l e d 显 示板，显示内容单调，而各种电梯轿厢内楼宇广告、显示系统多采用独立的广告机、 屏幕后面嵌入小型机等，成本较高、内容更新不方便，所以设计和开发一套集电梯轿 厢信息发布与显示功能为一体的多媒体显示系统，具有很大的实用价值。另一方面为 r ，了确保电梯的安全稳定的运行，必须对电梯的运行状态进行实时监测，因此电梯远程 监控技术的重要性逐渐被人们所认识和重视，通过电梯的远程监控，可以实时地监视 和控制电梯的运行状态，进行故障的早期预告，使被动的故障维修变成主动的维护保 养，增强了电梯的安全性和可靠性，从而提高产品的质量和服务水平。近年来，嵌入 式技术迅速发展，成为技术研究和产品开发的热点之一，嵌入式系统的应用逐步渗透 到工业控制、智能仪器、通信设备等人们生活的各个领域，极大地提高了设备、仪器 和生产过程的智能化和自动化水平，方便了人们的生产和生活。 本文采用以嵌入式微处理器l p c 2 4 7 8 为核心的硬件平台，利用扩展的接口挂接 一块工业级、高亮度、长寿命的液晶显示屏，通过软硬件综合设计开发，不仅实现了 电梯轿厢内传统的l e d 点阵显示板的全部功能，而且整合了多媒体信息发布系统， 第帝绪论幕于l p c 2 4 7 8 的l 乜梯多媒体系统研制 可以播放文字、图片、音频等综合的多媒体信息。同时将嵌入式平台作为电梯设备的 现场控制器，实现基于网络的电梯远程监控系统的功能。本系统运行高效可靠，通用 性强，功能全面丰富，成本低廉，安装升级方便。 1 2 本课题的研究内容及任务 针对系统的功能需求和具体应用场合，本论文主要设计一款具有多种通信接口 ( c a n 总线、以太网) ，多媒体人机交互接口( l c d 、语音、图像) 功能的嵌入式 多媒体系统，并将其用于电梯轿厢控制单元中。 1 2 1 本课题的研究内容 本系统在嵌入式微处理器l p c 2 4 7 8 为核心的硬件平台基础上，分为两大功能模 块：一是以液晶控制、语音解码播放和图像解码显示为核心的人机交互接口模块，主 要用来实现电梯信息显示、实时信息发布、资讯显示、语音楼层报站及信息提示等功 能。二是以c a n 总线和网络通信为主的多种通信接口模块，用以实现轿厢多媒体系 统与电梯主控板的数据通信以及对电梯实时远程监控功能。这两部分共同构建了系统 的软硬件平台，是本论文创新点之一。 1 2 2 本课题的研究任务 1 l v d s 接口液晶驱动电路 l v d s 接口液晶驱动电路主要实现t t l 电平与l v d s 电平转换功能，即将 l p c 2 4 7 8 内置l c d 控制器输出的并行t t l 电平数据控制信号转换成符合工业级 l v d s 信号标准的串行数据驱动液晶工作，从而完成多媒体系统最基本也是最关键的 人机交互任务。 本次设计的电梯多媒体系统采用三菱公司1 0 4 寸l v d s 接口液晶显示屏 a a l 0 4 s g 0 2 ，显示像素为8 0 0 6 0 0 。信号转换芯片使用美国n s 公司生产的2 l 位 l v d s 发送器d s 9 0 c 3 6 3 芯片，与液晶屏后自带的l v d s 接收器组成传输套片，实现 数据的传输和液晶屏的控制。 2 嵌入式图形模块t a c g u i 的移植 2 基于l p c 2 4 7 8 的i u 梯多媒体系统研制第一章绪论 随着嵌入式系统在各种测控仪器中的广泛应用，具有图形化界面的人机接口在测 控仪器中显得越来越重要。 本次设计采用g c g u i 作为图形化用户界面设计的载体，作为源代码丌放的图形 系统，p c g u i 提供了包括丰富的二维绘图库、多字体及可扩充字符集、u n i c o d e 码 库、位图显示、多级r g b ( r e d ，g r e e n ，b l u e ) 及灰度调整、动画优化显示、具有w i n d o w s 风格的对话框和预定义控件( 按钮、编辑框、列表框、进度条、单选多选框、滑动条) 以及对键盘、鼠标、触摸屏等输入设备和双l c d 输出的支持，在单任务和多任务操 作系统中，都可以工作的很好，目前在具有图形界面的嵌入式测控仪器中得到越来越 广泛地应用。 3 电梯语音报站功能设计 本次设计的系统包含基于s d 卡的电梯语音报站器功能，它适用于电梯轿厢到达 层站时播报，同时也可满足用户播报广告、问候语或其他语音播报。 ， 实现语音报站功能，需对语音进行解码，本报站语音是存储于s d 卡中的m p 3 音频格式文件，因此，l p c 2 4 7 8 处理器需先从s d 卡中读出m p 3 文件，再使用l i b m a d ， 音频解码开源库对其进行定点m p 3 软件解码，从而实现边读取边解码播放功能。 4 j p e g 图像解码显示 j p e g 图像压缩作为一种成熟的图像压缩标准，具有压缩效率高，恢复的图像质 量好，易于实现等优点，已经得到了广泛的运用。随着现代嵌入式技术的快速发展， 各类电子产品为了进一步降低成本，该技术也越来越多的受到各种小型嵌入式产品的 青睐。目前嵌入式系统方面对j p e g 图像软件解码较多的应用在d s p 、多核等高速处 理器上【2 1 3 1 。 本文采用a r m 7 处理器的l p c 2 4 7 8 ，软件解码j p e g ，同时将图像显示在液晶显 示器上。l p c 2 4 7 8 是一款在工业控制方面常用的控制微处理器，相对于d s p 来说， 工作频率较低，因此本系统对j p e g 算法采取了优化措施，提高解码速度来满足小型 嵌入式系统的实时性要求。 5 通信接口的设计 多媒体系统安装在电梯轿厢内部，高层楼宇( 例如一栋层的大厦高度约为1 0 0 米) 使得井道内的电梯随行电缆长度要求很长，本设计采用c a n 总线方式与电梯控 第一章绪论幕于l p c 2 4 7 8 的i 乜梯多媒体系统研制 制柜通信，接收电梯运行的状态信息，并发送电梯设备控制信号，与远程监控中心采 用网线相连。 6 g c o s i i 操作系统移植 在嵌入式系统开发中，选择操作系统与选择丌发平台一样重要，虽然g c o s i i 不是一个完整的实时操作系统，只是一个实时操作内核，但与其他操作系统比较起来 它具有许多优点而被广泛应用。 本次软件设计采用多任务工作方式，利用g c o s 1 i 操作系统实现系统资源的合 理分配，保证各任务的正常运行。 1 3 本论文的章节安排 全文共分为6 章，主要研究工作及章节安排如下： 第一章绪论，首先介绍电梯多媒体系统研究的背景及意义；其次，给出本论文 的研究内容和系统总体架构；最后介绍了本论文研制的产品的优势所在和所需完成的 各种功能。 第二章多媒体液晶驱动方案的比较与选择，本章介绍了系统硬件设计中关键的 工业级l v d s 接口液晶驱动电路的方案选择，对目前比较流行的几种多媒体液晶驱动 方案及其优缺点进行了介绍和比较，并在此基础上提出了适合于本系统的液晶驱动方 案。 第三章电梯多媒体系统的硬件设计，介绍了电梯多媒体系统的硬件设计，包括 嵌入式主芯片l p c 2 4 7 8 基本系统、液晶驱动、语音播放、以太网通信和c a n 通信等 电路的设计。本章还对嵌入式微处理器l p c 2 4 7 8 做了简要介绍。 第四章电梯多媒体系统的软件设计，本章根据该产品要实现的功能进行软件设 计，主要涉及实现方法和算法的介绍，以及软件程序流程图描述。其中人机交互软件 设计部分主要包括液晶控制，嵌入式图形模块“c g u i 的移植，s d 卡的操作和语音 图像的解码；通信接口软件设计部分主要包括c a n 总线通信和以太网通信功能的软 件设计，以及相关协议的介绍；最后介绍g c o s i i 操作系统的移植与实现。 第五章实验结果与分析，给出该产品设计的实验结果及分析，以及运行过程中 液晶显示屏的显示和实施远程数据通信监控的上位机界面显示。 4 矮子l p c 2 4 7 8 的l u 梯多媒体系统研制 第一章绪论 第六章总结展望，本章节对本论文进行总结，评价在设计过程取得的成果和存 在的不足，对该产品的市场运用前景和功能扩展进行展望。 第_ 二章多媒体液品驱动方案的i 5 2 汁基于l p c 2 4 7 8 的i 乜梯多媒体系统研制 第二章多媒体液晶驱动控制方案的设计 2 1 液晶驱动方案概述 液晶显示屏以其精细的显示效果，轻薄的外形结构和低功耗长寿命等诸多优势在 短短的几年问已经在移动显示终端、家庭多媒体数字显示终端、工业显示控制终端及 特种行业显示终端等多个领域占据主导地位。一套最简单的液晶显示终端产品包含： 液晶屏、逆变器、显示控制系统、直流电源、数据线等相关套件。 电梯多媒体系统研制的关键在于液晶控制方案的设计，即设计出一种适用方案， 驱动液晶屏显示的同时能实现图像语音文件的解码和轿厢控制板与主板之间实时通 信等控制功能。系统使用的液晶为三菱公司1 0 4 寸l v d s 接口液晶显示屏 a a l 0 4 s g 0 2 ，显示像素为8 0 0 6 0 0 ，其特殊的接口方式，无疑给驱动电路的设计增 加了难度。本章节主要对当下比较流行的驱动方案做一个详细的介绍和比较，并在此 基础上提出适用于本系统的驱动方案。 2 2 液晶驱动方案比较 根据输入输出信号的不同，本文将液晶驱动方案分为三大类：通用型显示器接口 方案、多媒体接口控制方案和a r m 接口控制方案。通用型方案主要针对模拟r g b 输入信号和d v i 数字视频输入信号，多媒体控制方案具有丰富的音视频输入接口， a r m 接口方案的输入输出控制信号多为t t l 电平信号。三种驱动方案的特点各有千 秋，需根据具体应用要求和场合加以设计和选用。 2 2 1 通用型显示器驱动方案 此种方案使用专用信号处理芯片设计制成含模拟r g b 输入和数字视频信号输入 接口的控制板【4 1 ，并将输入信号直接转换为l v d s 信号驱动液晶显示，多用于p c 机 显卡与l v d s 接口液晶屏之间的转换连接。使用的处理芯片一般有：g e n e s i s 公司 的g m 2 6 2 1 ，g m 5 6 2 1 ；m s t a r 公司的m s t 7 1 7 ，m s t 7 1 8 ；n o v a t e k 公司的n t 6 8 5 6 3 ， 6 基于l p c 2 4 7 8 的l 乜梯多媒体系统研制第- 二章多媒体液品驱动栉制方案的设生 n t 6 8 6 2 3 等。简单适用，适合于各种尺寸，可控制分辨率为1 9 2 0 1 0 8 0 ，1 6 0 0 1 2 0 0 ， 1 2 8 0 x 1 0 2 4 ，1 0 2 4 7 6 8 ，8 0 0 x 6 0 0 ，6 4 0 x 4 8 0t f t - l c d 。 i 黜2 r g bk l v d s 液 信号 p a d 转换 j 目 信号发送h 日 屏 i 数7 d v ik 信号 p 专用信号处理芯片 图2 1 通用型驱动方菜结构 如图2 1 所示，此方案的核心是专用处理芯片，配以标准输入输出接口即可实现 液晶屏的驱动功能。以g e n e s i s 公司生产的专用处理芯片g m 5 6 2 1 为例，其内部集 成的高速a d c 功能模块和可靠d v i 数字信号接收器，分别用来处理模拟r g b 输入 信号和数字d v i 输入信号。与此同时，g m 5 6 2 1 内置双通道工业级l v d s 发射器， 可以直接将上述信号转换成l v d s 信号，驱动l v d s 接口液晶屏。 2 2 2 多媒体接口控制方案 如果液晶驱动电路的输入信号是v g d v i i d e o 信号，并且想控制 t f t - 6 4 0 * 4 8 0 以上的液晶屏，那么可选用多媒体接口控制方案。此方案适合于多媒体 显示接口，使用灵活，移植方便，控制范围宽。如图2 2 多媒体接口控制方案所示， 主要由四部分构成：多媒体文件存储介质、图像音频解码电路、驱动信号转换电路和 t f t 液晶屏。这种方案使用音视频硬件解码芯片外加信号处理芯片设计出具有丰富的 音视频输入接口的显示驱动控制板，可以外加读卡器功能，直接把存储在u 盘、s d 卡或c f 卡中的图像音频压缩格式解码转换成液晶屏可以显示的数字信号。目前市场 上此类组合液晶驱动有多种，其中以士兰微电子生产的音视频解码芯片s c 8 6 3 6 加 m s t a r 公司生产的t s u m l 6 a k 信号转换芯片方案最为流行。 t f t u j 盅s d1 卜图像青频解 1hl v d s 信号 1卜液 # c f 昔 广 码芯片 厂 转换芯片 广 晶 屏 图2 2 多媒体接口控制方案结构 第二章多媒体液品驱动方案的设计 基于l p c 2 4 7 8 的i 乜梯多媒体系统研制 2 2 3a r m 接口控制方案 如果使用的是单片机、a r m 等微控制器，并希望通过简单易操作的控制器来控 制相应的液晶屏，那么可选用a r m 接口控制方案，此方案提供8 b i t s 1 6 b i t s 并口数据 总线接口，加以转接模块可以实现l v d s 接口液晶的驱动。所谓a r m 接口控制方案 主要指通过内嵌c p u 及显示控制功能的a r m 直接控制液晶屏显示，图2 3 所示电路 主要由输入信号、a r m 内置l c d 控制器、t t l l v d s 信号转换电路和t f t 液晶屏 四部分构成，此方案直接控制环节少，信号传输距离较为远，更换显示升级便利。 r 【5 】卜1l v d s ) g 吲： | 黼i ： 0 7 5 v c c等待模式此时s n 6 5 h v d 2 3 0 的发送功能处于关断状态，接收功能仍处于 有效状态，它只能接收总线上的数据，而不能向总线发送数据。 1 0 1 0 0 k q 斜率控制模式出于系统成本等问题考虑，例如使用1 卜屏蔽电缆传输时，为收 连接至地 发器必须满足电磁兼容等条件，斜率控制模式可减少冈电平快 速上升而引起的电磁干扰。 1 v 高速模式此模式下，s n 6 5 h v d 2 3 0 收发速率可以到达最高的lm b p s ，但 传输速率将收到传输距离的限制。 本文设计的电路中，采用了斜率控制模式，主要是因为电梯系统里干扰源较多， 采用斜率控制模式可有效的抑制干扰，同时该模式也适用于不采用双绞线传输数据的 场合，一定程度上降低了整个系统设计的成本。 3 c a n 通信接口电路设计 l p c 2 4 7 8 片上集成了两个c a n 控制器，因此只需再外接一个收发器即可组成一 个c a n 通信节点。这与一些m c $ 5 1 单片机构成的c a n 通信节点电路中，还需要再 外扩一片控制器芯片( 如s j a l 0 0 0 等) 相比，节省了硬件成本，简化了电路的设计。 l p c 2 4 7 8 的c a n 控制器特性如下： 1 1 支持1 1 位标准标识符和2 9 位扩展标识符； 2 ) 双重接收缓冲器和三个发送缓冲器。由于有双重接收缓冲器，使得l p c 2 4 7 8 可以 在接收另一个报文时对一个报文进行处理；而每个发送缓冲器可以存放一个将在 c a n 网络上发送的完整报文； 3 ) 可选择单次触发的发送模式； 4 ) 为了测试c a n 控制器的收发特性，可选择接收l p c 2 4 7 8 自身发送的报文； 5 ) 含有一个全局验收滤波器，该验收滤波器具有快速的硬件实现的搜索算法，支持 大量的c a n 标识符，它可选择接收特定标志符的报文。同时，该验收滤波器可识别 所有c a n 总线的1 l 位和2 9 位标识符； c a n 接口电路如图3 1 2 所示，二极管d 1 与d 5 可有效的抑制传输介质的浪涌干 扰，而l 1 、l 2 则与c 2 构成了滤波器，但其电感值与电容值的选择应注意与总线的 綦fl p c 2 4 7 8 的电梯多媒体系统研制 第三章i 乜梯多媒体系统系统硬件设计 传输速率相匹配，否则将引起波形的失真，增加对系统的干扰，也将降低系统的传输 效率。由于电梯控制系统中，存在多个c a n 通信节点，因此本电路中加入了终端匹 配电阻跳线j p l ，由用户灵活的选择是否在该节点出加入终端通信电阻。 图3 1 2c a n 接口电路 3 2 5 网络通信模块设计 l p c 2 4 7 8 内置以太网模块，支持1 0 m 1 0 0 m b p sp h y ( 以太网物理层) 器件，带 净 有分散集中式的d m a 管理器以及帧描述符数组，通过缓冲和预取来实现存储器通信 的优化，并且发送和接收均支持多播帧、广播帧和超长帧传输，允许帧长度为任意值。 通过标准的媒体独立接口( m i i ) 或标准的简化m i i 接口可连接外部p h y 芯片，该特 性是通过软件来选择，然后可对p h y 芯片寄存器进行访问。网络通信模块框图如图 3 1 3 所示。 m e d i aa c c e s si n t e r f a c e i l l 4 5 卜、 d p 8 3 8 4 8 卜、 网络变 p h y l p c 2 4 7 8 压器 图3 。1 3 网络通信模块框图 1 p h y 芯片概述 本文选用的p h y 芯片( 以太网物理层接口芯片) 为国家半导体公司的 d p 8 3 8 4 8 1 1 4 1 ，此芯片提供了m i i r m i i 接e l ，能很方便地与l p c 2 4 7 8 相连接。它是一 种高性能、低功耗单1 2 11 0 1 0 0 m b p s 物理层接口芯片，包含数个电源智能休眠状态， 2 7 第三章i u 梯多媒体系统系统硬件设计綦于l p c 2 4 7 8 的i u 梯多媒体系统研制 这些低功率工作模式减少了功率损耗，从而增强了芯片的总体性能，支持多种智能电 源模式，使芯片工作能耗减至最低。d p 8 3 8 4 8 包含一个2 5 m h z 时钟输出，可以使用 最少的外围器件组成高性能低成本的应用电路，并通过双绞线与外部网络变压器接口 进行连接。其集成子层功能模块支持1 0 b a s e t 和1 0 0 b a s e t x 以太网协议，以确保 与其他以太网方案标准的兼容性和互操作性。d p 8 3 8 4 8 主要特点如下： 1 ) 低功耗3 3 v 供电，0 1 8 1 x mc m o s 技术； 2 ) 2 7 0 m w 低功耗； 3 ) 1 0 1 0 0 m 以太网m a c 接口； 4 ) 内置能量探测模块； 5 ) 2 5 m h z 时钟输出； 6 ) 可配置s n i 接口； 7 ) 可配置r m i i1 2 接口； 、 8 ) i e e e 8 0 2 3 um i i 串行管理接口； 9 1i e e e 8 0 2 3 u 自动协商和并行检测功能； 1 0 ) i e e e 8 0 2 3 u1 0 b a s e t 收发器和滤波器； 1 1 ) i e e e 8 0 2 3 u1 0 0 b a s e t 收发器和滤波器； 1 2 ) 集成具有自适应均衡和基线漂移补偿的符合a n s ix 3 2 6 3 标准的t p p m d 物理子层； 1 3 ) 可编程数据连接指示灯接口； 2 以太网物理层接口设计 以太网物理层接口芯片d p 8 3 8 4 8 可以支持三种m a c 接口方式1 5 】： 1 ) m i i ( m e d i ai n d e p e n d e n ti n t e r f a c e ) ：媒体独立接口，符合标准，该接口可用在 1 0 m 1 0 0 m b p s 的系统中接物理层设备与m a c 接口的连接。 2 ) r m i i ( r e d u c e dm e d i ai n d e p e n d e n ti n t e r f a c e ) ：简化媒体独立接口，此接口可用 于在1 0 m 1 0 0 m b p s 的系统中接物理层设备与接口的连接，同时使用的引脚数目可减少。 在这种模式下，数据传输为每次2 位，并且在发送和接收时均使用的一时钟。 3 ) s n i ( s e r v i c en o d ei m e r f a c e ) ：1 0 m b p s 串行网络接口，只对1 0 m b p s 设备提 供一个简单的串行数据接口，虽然也可称为7 线接口，但该接口没有定义标准，而且 綦于l p c 2 4 7 8 的i 也梯多媒体系统例制第三章i 乜梯多媒体系统系统硬件设计 基于早期1 0 m b p s 物理层设备。数据在频率1 0 m h z 下被串行计时，并且使用不同的 发送和接收通道。 比较以上三种接口方式，由于l p c 2 4 7 8 内嵌的以太网控制器支持媒体独立接口 r m i i ，本课题选用r m i i 接口方式，通过m a c 接口就可以对p h y 设备进行正确的 配置，如表3 8 所示【”l 。 表3 8m a c 接口方式选择 m l lm o d e 引脚 s n im o d e 引脚 m a c 接口模式 0 x 媒体独立接口模式 l 0 简化媒体独立接口模式 l 1 串行网络接口模式 由表3 8 可以看出，通过设置芯片d p 8 3 8 4 8 的引脚3 9 ( m i im o d e ) 和引脚6 ( s n im o d e ) 就可以确定m a c 数据接口的操作模式。在r m i i 接口方式下，可以将 引脚3 9 设置成高电平，引脚6 设置成低电平，这两个引脚均有芯片内部下拉电阻，缺 省状态值为，即工作在m i i 方式。所以要使微处理器l p c 2 4 7 8 与p h y 芯片d p 8 3 8 4 8 通 过r m i i 接口方式连接，则只需要将引脚p i n 3 9 外接一个上拉电阻到3 3 v 高电平即可。一 另外在r m i i 接口方式下，主要使用到的引脚功能描述如表3 9 所示。 表3 9d p 8 3 8 4 8 主要管脚描述 管脚功能描述 m d c管理数据的时钟引脚，管理数据输入输出串行接口的同步时钟，该接口能够异步丁 发送和接收时钟。最大的时钟速率是2 5 m h z ，没有最低时钟速率。 m d i o 管理数据l o 引脚，双向管理指令数据信号，源于站管理实体或物理层。此端口要求 有1 5 k 上拉电阻。 t xe n 发送使能引脚( r m i i 接口方式) ，高电平表示t x d 1 ：0 】中数据有效。 t x d 【1 ：o 】 发送数据输入引脚( r m i i 接口方式) ，t x d 1 ：0 】即接收数据同步t - 5 0 m h z 参考时钟。 c r sd v 载波侦听接收数据有效引脚( r m l l 接口方式) ，该信号结合了r m i i 载体和接收数据 有效标志。 r xe r 接收错误引脚( r m i i 接口方式) ，一旦侦测到媒体错误时该引脚为高电平。 r x d i ：0 】接收数据信号引脚( r m i i 接口方式) ，t x d 1 ：0 】由5 0 m h z 的x l 时钟同步驱动。 第三章l 乜梯多媒体系统系统硬件设计基于l p c 2 4 7 8 的i 乜梯多媒体系统研制 3 l p c 2 4 7 8 内置以太网控制器接口设计 嵌入式以太网接口硬件电路如图3 1 4 所示。l p c 2 4 7 8 内胃以太网控制器与p h y 芯片d p 8 3 8 4 8 以r m i i 接1 ：3 方式连接，d p 8 3 8 4 8 的输入输出数据信号与常用的以太网 接口k 1 4 5 连接，该接口支持1 0 m b i t 和1 0 0 m b i t 自适应的网络连接速度，共同构成 嵌入式以太网通信的硬件基础。 上f ，ev 善：三“r l i 蒜獬毒鞲 t 鼎逞毒二i 毒 蘸! 黼蒜寻车荽 爿照凄；# 车： 釜1 遏凛再再棼 f mt m = l _ = 一 图3 1 4 以太网硬件电路 d p 8 3 8 4 8 在r m i i 方式下主要用到的引脚以及功能前面已经有所表述，下面对 l p c 2 4 7 8 在此接口方式下的功能引脚描述如表3 1 0 所示。 表3 1 0l p c 2 4 7 8e t h e m e t 模块管脚描述 类型管脚 功能描述 r m i i 管理接口 e n e t m d c 以太网m i i m 时钟 ( m i i m ) e n e t m d l 0 以太网m i 数据输入输出 e n e t r x c l k 以太网接收时钟 e n e t r x e r 以太网接收错误 r m i i 数据接口 e n e t _ r x d 1 ：o 】 以太网接收数据l o e n e z g r s 以太网载波检测 e n e t t x d 1 ：0 】 以太网发送数据i 0 e n e 弋j x e n 以太网发送数据使能 3 0 笨十l p c 2 4 7 8 的i u 梯多媒体系统研制第三章电梯多媒体系统系统硬件设计 3 3 本章小结 本章介绍了电梯多媒体系统各个功能模块硬件电路的设计，包括以微控制器 l p c 2 4 7 8 为核心的基本系统、l v d s 液晶驱动电路、语音报站电路、以太网通信电路 和c a n 通信电路等。对各个功能电路中涉及到的基本原理和概念、元器件工作原理、 相关协议和硬件接口都做了详细介绍和分析，为下一步实现各模块功能构建起一个完 整的嵌入式硬件平台。 第p q 章i u 梯多媒体系统软件设计桀卡l p c 2 4 7 8 的l 【l 梯多媒体系统研制 第四章电梯多媒体系统软件设计 软件设计是整个电梯多媒体系统的核心，是决定系统的稳定性、可靠性以及良好 的人机交互界面的关键因素。本系统的软件设计采用模块化编程思想，采用c 语言编 写各个模块程序，各自独立调试，然后建立各个模块问的联系，使其协调工作。 4 1 系统软件功能概述 系统软件设计包括人机交互软件设计，通信接口软件设计和p c o s i i 操作系统 移植三大部分，分别涉及液晶显示功能，语音报站功能，系统与电梯主控板之间c a n 通信功能，以太网远程监控功能和基于g c o s i i 的多任务操作。分析以上功能需求， 软件设计框图如图4 1 所示。 图4 1 电梯多媒体系统软件设计框图 4 2 人机交互软件设计 4 2 1l c d 控制器的软件操作 1 l c d 标准参考时序 在l c d 显示屏中【1 6 1 ，扫描从屏幕的左上方开始，从左到右，从上到下，逐行扫 秒，每扫完一行，扫描点回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，消隐信号对 扫描点进行消隐，每行结束时，用行同步信号进行行同步，也就是说在光栅扫描线需 要回到水平开始位置( 即屏幕的左边) 时插入水平同步脉冲，扫描完所有行，用帧同 基于l p c 2 4 7 8 的i 也梯多媒体系统研制第p u 章l 也梯多媒体系统软件设计 步信号进行帧同步，也就是说在光栅扫描线需要回到垂直开始位置( 即屏幕的上方) 时插入帧同步脉冲，这样使得扫描点回到屏幕的左上方，并为下一次帧扫描进行准备， 在帧回扫期间还需要进行帧消隐，而水平同步脉冲与帧同步脉冲的组合就形成了复合 同步脉冲，当图像不需要投射到屏幕上时，仍然需要插入消隐信号，以避免多余图像 的产生。 图4 2 给出了水平同步信号时序示意图。 图4 2 水平时序示意图 表4 1 列出了图4 2 水平时序中相关的时间参数。 表4 1水平时序中相关的时问参数 时间参数说明 t l s v n c 水平同步脉冲宽度 t i b a c k 水平同步脉冲的结束和水平门的开始之间的宽度。通过修改该变量的值，可以使 图片在显示器中左右移动。在时序图中，该变餐往往被当作后沿。 t l g 舭 一个行可视区域的宽度，在显示时序图中，该变量被当作水平同步信号的有效时 间。 t i p r o 水平门的结束和下一个水平同步脉冲的开始之间的宽度。在时序图中，该变量往 往被当作前沿。t l b a c k 和t l p r o 统称为消隐时序。 t l e n 一个完整的图像行的宽度，从某个水平同步脉冲的开始直剑卜一个水平同步脉冲 的开始。 图4 2 给出了垂直同步信号时序示意图。 第叫章i 乜梯多媒体系统软件设计基于l p c 2 4 7 8 的l u 梯多媒体系统研制 八 一丁卜一 一一一，一_ i t v g a t e 一、o v p m j 图4 3 垂直时序示意图 表4 2 列出了图4 3 垂直时序中相关的时间参数。 表4 2 乖直时序中相关的时间参数 时间参数说明 t v s c 垂商同步脉冲宽度 t v b a c k 垂直同步脉冲的结束和垂直i 、j 的开始之间的宽度。通过修改该变量的值，可 以使图片在显示器中上_ 卜移动。在时序图中，该变昔往往被当作后沿。 t v g 砒c 一帧可视区域的宽度，在显示时序图中，该变量被当作圣直同步信号的有效时间。 t v p r o 垂直门的结束和卜一个垂直同步脉冲的开始之间的宽度。在时序图中，该变鼙往 往被当作前沿。t l b a c k 和t l p r o 统称为消隐时序。 l p c 2 4 7 8 处理器在7 2 m h z 的总线频率下，3 2 位内存峰值的带宽是7 2 x 3 2 8 = 2 8 8 m b s 。如果显示数据带宽过高对于l p c 2 4 7 8 处理器过于沉重，显示器的屏幕经 常会出现短暂的黑屏，这是因为系统总线太忙，l c d 扫描式接口的数据跟不上，扫 描时钟的频率暂时变慢导致显示器的同步信号不符合规范所致。本系统使用的三菱 a a l 0 4 s g 0 1 液晶屏分辨率为8 0 0 x 6 0 0 ，为了能保证图片显示质量，l c d 控制器工作 模式设置为8 0 0 x 6 0 0 x 4 0 h z x1 6 位( 分辨率为8 0 0 x 6 0 0 、刷新频率4 0 h z 、16 位色彩图 片) ，在此模式下的数据带宽为8 0 0 x 6 0 0 x 4 0 x 2 ( 1 0 2 4 1 0 2 4 ) = 3 6 6 m b s ( 1 6 位颜色占用 2 个字节) ，处理器完全可以胜任。具体时序参数如表4 3 所示。 表4 3a a1 0 4 s g 0 1 时序参数描述 图像模式 l c d c l k水平时序