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汽车行驶记录仪与研究设计 武汉理工大学硕士学位论文基于ARM系统的汽车行驶记录仪研究与设计姓名?吴峰申请学位级别?硕士专业?机械电子工程指导教师?李威宣xx0501武汉理工大学硕士学位论文摘要汽车行驶记录仪是对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其他状态信息进行记录、存储并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置。 汽车行驶记录仪的使用?对遏止疲劳驾驶、车辆超速等交通违章、约束驾驶人员的不良驾驶行为、保障车辆行驶安全以及道路交通事故的分析鉴定具有重要的作用。 一个完整的汽车行驶记录仪系统包括车载主机和上位机管理分析软件两部份。 在嵌入式技术被广泛运用的今天?我国现在应用的汽车行驶记录仪仍然多是运用?位或者?位单片机作为处理器?采用汇编语言?结构简单功能单一。 为了使嵌入式技术也在汽车行驶记录仪中得到运用?同时为了满足我国汽车行驶记录仪?标准要求?并与国际?标准接轨?本文设计了基于嵌入式系统的汽车行驶记录仪?采用的是三星公司的?位处理器和?操作系统?这样提高了系统的实时性?功能也得以扩展。 本文详细论述了汽车行驶记录仪系统主机模块软硬件的设计与实现?并且介绍了上位机管理分析软件的设计。 论文首先介绍了课题的研究背景?并对国内外汽车行驶记录仪的研究现状进行了概括?在此基础上提出了本课题需要完成的目标。 阐述了基于嵌入式系统的总体设计构思以及各个功能模块不同方案优劣的比较?并对最终方案进行了描述?此后详细介绍了各主要功能部件的特点及应用。 在系统软件设计单元?对主机软件开发环境、调试方法以及系统各功能模块的流程设计做了详细描述?同时介绍了?、?操作系统和设备驱动程序在?上的编译和移植全过程。 最后?论文对整个系统的功能和特点进行了总结?并对下一步工作以及记录仪今后的发展进行了展望。 关键词?汽车行驶记录仪器嵌入式系统?武汉理工大学硕士学位论文?锄?五?”?“?”?”?船?蜥?武汉理工大学硕士学位论文第?章绪论?课题研究目的以及意义近年来?随着经济的发展以及人们生活水平的提高?小汽车越来越多地走进人们的家庭?但是失窃及交通事故频发?汽车的驾驶安全与防盗又成为了一个问题。 利用嵌入式系统组成的汽车智能安全系统能解决安全驾驶与防窃。 随着计算机硬件技术的发展?出现了越来越多的便携设备和智能设备?这些设备中通常含有控制用的?和相应的操作系统?这些特殊的计算机系统叫做嵌入式计算系统。 嵌入式实时系统以其简洁高效等特点在计算机、通信、家电等领域中有着广泛应用。 汽车行驶记录仪?也称“汽车黑匣子”、“车辆智能管理仪”等。 它是?世纪?年代以后才率先在欧洲出现并得到广泛使用?通过对记录下的行驶信息数据进行分析?从而可对车辆的各种状态予以精确的掌控?有助于管理部门监控车辆的运行状态。 如有交通事故发生会在行车记录仪上留下数据?为交通管理部门对事故的处理提供可靠、准确的科学依据。 此外?这给运输企业的科学管理、企事业单位公车管理提供了相应的依据。 汽车行驶状态记录仪的使用对遏止疲劳驾驶?车辆超速等交通事故、约束驾驶员的不良行驶行为?保障车辆运行安全?规范车辆管理都具有重要作用。 汽车智能安全系统能很好提高驾驶的安全性与防盗?而且具有安装方便、配置灵活、便于携带等突出优点?具有较好的实用价值和市场应用前景。 ?国内外研究现状和存在的问题?国外有关研究情况国外对汽车行驶记录仪的认识比较早?世纪?年代后期?欧洲率先推出了机电模拟式汽车行驶记录仪。 目前?较为流行的为纸盘机械式汽车行驶记录仪。 国外汽车行驶记录仪发展至今?一直为机械式记录仪。 随着电子信息技术的迅速发展?欧盟开始制订数字式记录仪的技术标准和法规?并规定从?年?月起?在新注册的机动车上强制安装数字式记录仪?已经逐渐替代现行传统的纸盘模拟记录仪。 目前较常见的电子式记录仪包含?记录器、显示器、数据采集处理卡、传感器以及?机处理软件等几个部分?其中数据采集处理卡为便携式的磁卡?可插入记录仪进行数据采集?亦可将采集到的数据送计算机进行图像处理和事故分析。 ?年?月?日本某汽车研究所开发小组研制出能记录交通事故发生时驾武汉理工大学硕士学位论文驶数据的记录仪。 它通过传感器记录速度、方向盘角度、刹车板及油门情况?当急刹车或急转弯使汽车达到一定的加速度以上时?便判断为“事故”?并将“事故”发生前十秒和后五秒间的各种数据自动记录入磁盘中。 同时采用图像处理技术?利用相机自动收录“事故”发生前十秒和后五秒间从驾驶席上能看到的场面。 但是这种基于传感器和图像处理的汽车行驶记录仪降格昂贵?使得这种产品最终没有得到广泛的应用。 ?国内有关研究情况国内对汽车行驶记录仪的认识晚于国外。 ?年代末?几家国营、民营、合资企业开始着手研制、推广记录仪。 到目前为止?我国生产汽车行驶记录仪的企业多达?余家?产品上百种?并不断有新品推出。 经过国家有关权威部门检验合格后?开始在全国各省市推广使用记录仪对提高车队的营运效率和降低事故率等方面的显著效果?受到物流运输、汽车租赁、企事业车队、保险公司和交通管理部门的欢迎。 但由于它的安装配套成本相对较大?目前私家车安装使用的比较少。 欧盟推广使用的汽车行驶记录仪大多以机械式为主?以纸盘机械式汽车行驶记录仪为例?这种产品价格昂贵?维护费用高?还需要人工填写姓名、行驶里程?使用起来极为不便。 我国的产品均为数字式的电子设备?能够实时监测并记录车辆行驶的各种状态信息、有效准确地鉴别驾驶员身份?同时还具备超速报警功能、具备串口通信接口以及打印输出功能。 各类产品体积小巧、价格合理、无需专人维护且使用方便。 国内记录仪的市场虽然己经初具规模?但是各类产品在数据结构和格式、数据传输方式等方面还是有较大差异?这对记录仪的规范管理和大面积推广极为不利。 而且绝大多数产品采用的主处理器为?位或者?位的单片机?这也将极大地限制记录仪系统的接口扩展、功能的完善以及实时性能的提高。 ?研究的目标和内容本课题的目标是设计开发汽车行驶记录仪系统?它包括车载主机模块和上位机管理分析软件。 考虑到系统的扩展性、实时性以及大量数据处理能力等因素?主机模块的处理器采用?位的?它通过与外围电路进行合理的交互来完成如下内容?符合?年?月?日国家质量监督检验检疫总局颁发的汽车行驶记录仪国家标准。 其标准编号?利用汽车内部的霍尔传感器送出的一对差分信号?将此差分信号需要经武汉理工大学硕士学位论文过光耦模块进行隔离?来避免强脉冲信号对电路板的干扰。 再经过信号采集模块?可编程的逻辑器件?变成满足要求的脉冲信号?由?系统对处理后的结果进行相应的运算?可以得到速度、里程等状态信息?采拓展了记录仪的音频播放功能?使之成为车载?对模拟输入?水温、油量和油压?、数字输入?车辆行驶速度、发动机转速?以及开关量输入?前门、后门、大灯、左灯、右灯、倒车灯、远光灯、近光灯、点火、刹车、鸣号、雨刷、中控锁?信号?进行采集、处理和存储?系统能以年、月、日方式记录实时日期?以时、分、秒的方式记录时钟?被用于为实现所有功能标注日期和时间?培?记录仪器能以?秒的时间采样周期来记录汽车的行驶速度?测量范围为?超速报警功能?当汽车速度等于或者超过设定的最高限速值时?主机会启动报警装置?当车速低于设定的最高限速值?报警会自动解除?数据通信功能?记录仪同时配置?、?标准通信接?武汉理工大学硕士学位论文第?章汽车行驶记录仪主要参数检测方法?引言汽车行驶记录仪所检测的参数分为模拟信号输入、数字信号输入以及开关量输入三种?但其中最主要的是数字信号的采集。 本章就着重讨论的是如何检测数字信号。 汽车内部有自己的传感器实际上就是有现成的信号提供给记录仪。 汽车轮子每转动一周?会通过车子内部的霍尔传感器送出一对差分信号?此差分信号经过信号采集模块变成满足要求的计数脉冲?此信号经过一定的处理即可用来得到速度、里程等信息。 ?霍尔传感器的原理霍尔转速传感器的结构原理如图?所示。 它实际上是利用霍尔开关测转速。 待测物上粘贴一对或多对小磁钢?小磁钢愈多?分辨率愈高。 霍尔开关固定在小磁钢附近。 待测物体以角速度旋转时?每当一个小磁钢转过霍尔开关集成电路?霍尔开关便产生一个相应的脉冲。 检测出单位时间的脉冲数?即可确定待测物的转数。 其主要技术指标如下?测量范围?输出波形?矩形脉冲波?供电电压?工作距离?每转脉冲数?与磁钢数量一致?输出信号幅值?高电平接近供电电源?低电平?工作温度?或?。 其主要特点如下?响应频率高?作接近开关使用时?重复定位精确高?小于?工作电压宽?负载能力强。 ?抗干扰能力强?高可靠性?长寿命?适用于低转数测量。 藏图?霍尔转速传感器的结构原理武汉理工大学硕士学位论文?汽车转速的计算方法车速测量实际上是对发动机输出轴或变速箱第二轴驱动的蜗轮轴转盘的转速进行测量?然后将转速测量结果换算为车速。 测量转速最基本的方法就是定时累计平均值法?即计算在固定时间内测量转速输出脉冲的个数的方法。 利用定时累计平均值法?转速脉冲频率扣为?一?”?一。 兀?式中?一进行转速脉冲累计的时间间隔?一固定时间?内脉冲计数值?转速为?刀?百?口?一每转产生?个脉冲?汽车速度的计算方法在汽车上?车速信号是通过安装在变速器的车速传感器?将车轮的转速按一定转速比转换后得到的。 霍尔器件将感受到交变磁感应强度?输出频率与车速成正比的脉冲信号。 在车辆行驶观察中?传感器在单位时间里发出的脉冲随车速的不同而不同?亦即发出每个脉冲所用的时间不同。 记录仪以?的时间间隔持续记录并存储车辆行驶速度。 取记录时间?在?时间内对车速脉冲进行计数。 由距离和速度及时间的关系?有?矿?盟?。 ?车轮经时间?走过的距离?单位?时间周期?单位?车速?单位?经时间周期?由车轮转动圈数计算出实际距离为?武汉理工大学硕士学位论文?车轮直径?单位?幻?车速里程比?车速传感器旋转一周输出的脉冲个数?时间周期?内的计数脉冲个数由?、?式可得?矿?型?万如?速度信号采集模块的实现方法此部分的硬件设计较为简单?因为需要采集的信号很少。 速度信号采集模块的电路原理图如图?所示。 图?汽车行驶记录仪信号采集电路原理图图中?是东芝公司的单片光耦?实际上它的内部就是两组光敏三极管?光敏三极管也是利用硅?结的光电效应制成的。 光敏三极管使用时?其基极通常开路?基极一集电极产生的光感生电流直接馈入基极?并被光敏三极管自己所放大?因此光敏三极管的灵敏度比光敏二极管大得多?通常要大?多倍。 光敏三极管的最大工作频率只有几百?。 光耦模块主要就是电一光一电的变换将电信号隔离开来?它可以避免一侧对另一侧产生的干扰。 记录仪上的?工作系统是弱电电路?汽车内部提供的脉冲信号在送入记录仪之前?必须经过光祸隔离的处理。 ?武汉理工大学硕士学位论文图?中的?和?是汽车轮子转一周内部提供的差分信号?它在通过系统的信号模块后?产生汽车行驶记录仪系统可以使用的信号?图?中?为屏蔽线?由它构成了屏蔽网络?有效地屏蔽了汽车电机等对硬件电路的干扰。 通过屏蔽和光耦隔离?得到波形干净的?信号?信号采集功能完成。 采集到的?信号需要送到可编程逻辑器件中进一步处理?由?系统对处理后的结果进行相应的运算?可以得到速度、里程等状态信息。 武汉理工大学硕士学位论文第?章系统总体设计方案?系统整体结构本系统包括车载端主机和上位机管理分析软件组成。 其中主机部分采用韩国三星公司?位的?微处理器?作为主控制器?包括信号输入、数据显示、复位电路、数据通讯和数据保存和处理等。 系统总体结构如图?所示?图?系统总体框图系统通过?对外部模拟信号输入、数字信号输入以及开关量输入三种信号分别进行采集。 需要保存的数据经过处理后存储于内部大容量存储器中?实时数据?如实时车速、实时时间?及报警信号等可通过显示面板?输出显示。 武汉理工大学硕士学位论文?主机系统设计方案?处理器的选择目前汽车行驶记录仪的微处理器一般采用的是?位?单片机?此类单片机应用广泛?价格相对较低?发展也较成熟?是记录仪低端方案的首选。 低端方案虽然能够实现系统的基本功能?但是却不能保证系统对实时性、大量数据的处理能力、扩展接口、功能完善和丰富等各方面的要求?故考虑采用高端方案一?位?处理器?以?为内核的?。 以下是根据系统各方面指标要求对?单片机和?处理器的比较?架构复杂?适用于系统复杂度较高的产品?单片机架构简单?硬件资源相对较少?适合于一般的应用。 汽车行驶记录仪输入信号众多?处理数据庞大?流程复杂?用?处理器可以很方便地解决这些复杂问题。 ?单片机采用汇编语言?对内存的管理能力和扩展有限?则具备专门的内存管理单元?可以有效地对内存进行管理。 记录仪需要处理的数据众多?且处理的实时性要求较高?如每?需要处理一次?对超速需要及时报警等?这些指标对于处理位数只有?位的?单片机而言?无疑是很难达到的。 但是?位?处理器却能够驾轻就熟。 本记录仪需要扩展的外围电路较多?它需要有串口、?通信接口、实时时钟电路、显示面板、音频接口等?单片机只有?管脚?显然很难满足这么多接口的需要?而不少?处理器芯片具有上百个管脚?内置接口丰富?因此很容易满足各类扩展需求?从而能够大幅度缩短系统的开发周期。 记录仪对性能要求较高?处理器内部寄存器很多?可用于存放中间数据和优化对操作数的访问?这对于提高处理器的性能以及进行实时控制都极为有利。 同时?处理器的编译器具备优化功能?可以生成高效率执行的机器代码。 ?处理器芯片虽然价格较?单片机高?但是由于它内置了许多功能部件和接口?所以从整体上来说性价比还是不错的。 ?处理器的高性能、低功耗设计非常适合于小的电源供电系统。 ?处理器应用广泛?有着成熟强大的软件支持工具?处理器制造厂商也能提供评估板?因此能加速产品的开发?加快系统的实现速度。 并且能提供可靠性的保障。 ?信号采集方案的选择本系统的输入信号较多?大致可分成三类?模拟信号、数字信号以及开关量信号。 不同种类的信号采用不同的采集方式?武汉理工大学硕士学位论文?模拟信号采集方案?模拟信号包括?水温、油量和油压?共?路输入信号。 一般对模拟信号的采集和处理是采用?转换器进行的?由于处理器内置了?内置?通道?位精度的?转换器?故无需扩展外围电路即可满足模拟信号的采集需求。 ?数字信号采集方案?数字信号是指车速信号。 由于汽车内部有自己的传感器实际上就是有现成的信号提供给记录仪。 汽车轮子每转动一周?会通过车子内部的霍尔传感器送出一对差分信号?此差分信号经过信号采集模块变成满足要求的计数脉冲?此信号经过一定的处理即可用来得到速度、里程等信息。 由于记录仪上的?作系统是弱电电路?汽车内部提供的脉冲信号在送入记录之前?必须经过光耦隔离的处理。 光耦隔离模块采用东芝公司的单光藕芯片?主要就是通过电一光一电的变换将电信号隔离开来?它可以避免一侧对另一侧产生的干扰。 通过屏蔽和光藕隔离?得到波形干净的信号?信号采集功能完成?采集到的信号需要送到可编程逻辑器件中进一步处理?由?系统对处理后的结果进行相应的运算?可以得到速度、里程等状态信息。 ?开关量信号采集方案?开关量信号包括?前门、后门、大灯、左灯、右灯、倒车灯、远光灯、近光灯、点火、刹车、鸣号、雨刷、中控锁共?路信号。 每一路信号的状态发生变化时?均需要能够及时检测到。 ?内部没有采集开关量信号的部件?故需要外扩电路?本系统选用开关检测芯片?来实现此功能。 ?除了具有?个开关输入引脚之外?还有一中断引脚。 当任一开关量输入信号状态发生变化时?可以通过中断的方式通知主处理器?从而减轻了处理器频繁查询的负担。 芯片的接口方式为?脚?能够大大减少处理器需要提供的引脚数量。 ?数据存储方案的选择本系统应选用的存储器主要是用来存储系统引导程序、?操作系统、文件系统和汽车行驶记录器记录的数据。 因此我们需要大容量、高速率的存储器?并且在掉电的情况下存储的数据不会丢失。 ?存储器是一种可在系统进行电擦写、掉电后信息不丢失的存储器。 它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区系统编程?烧写?、擦除等特点?并且可由内部嵌入算法完成对芯片的操作?因而在各种嵌入式系统中得到广泛的应用。 ?在系统中通常用于存放程序代码、常量表?以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据。 常用的?为?位或?位的数据宽度?编程电压为单?。 ?和?是现在市场上两种主要的非易失闪存技术?许多行业内人士也搞不清楚?闪存技术相对于?技术的优越之处。 大多数情况下若闪存只是?武汉理工大学硕士学位论文用来存储少量的代码?这时?闪存更适合一些。 而?则是高速数据存储密度的理想解决方案。 ?的特点是?芯片内执行?特性?这样应用程序可以直接在?闪存内运行?不必再把代码读到系统的?中。 ?的传输效率很高?在?的小容量时具有很高的成本效益?但是很低写入和擦除速度大大影响了它的性能。 ?结构能提供极高的单元密度?可以达到高存储密度?并且写入和擦除的速度也很快?应用?的困难在于?的管理和需要特殊的系统接口。 以下是?和?的区别?性能比较?闪存是非易失存储器?可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。 由于任何?器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行?所以大多数情况下?在进行写入操作之前必须先执行擦除。 ?器件执行擦除操作是十分简单的?而?则要求在进行写入前先要将目标块内所有的位都写为?。 由于擦除?器件时是以?的块进行的?执行一个写入?擦除操作的时间为?与此相反?擦除?器件是以?的块进行的?执行相同的操作最多只需要?执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了?和?之间的性能差距?统计表明?对于给定的一套写入操作?尤其是更新小文件时?在基于?的单元中进行需要更多的操作?这样当选择存储解决方案时?必须权衡以下的各项因素?的读速度比?稍快一些。 ?的写入速度比?快很多。 ?的?擦除速度远比?的?快。 ?大多数写入操作需要先进行擦除操作。 ?的擦除单元更小?相应的擦除电路更小。 ?容量和成本?的单元尺寸几乎是?器件的一半?由于生产过程更为简单?结构可以在给定的模具尺寸内是?器件的一半?闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次?而?的擦写次数是十万次。 ?占据了容量为?闪存市场的大部分?而?只是用在?的产品当中?这也说明?主要用在代码存储介质中?适合于数据存储。 ?接口差别?带有?接口?有足够的地址引脚来寻址?可以很容易地存储其内部的每一个字节。 基于?的闪存使用非常方便?可以像其他存储器那样连接?并可以在上面直接运行代码。 ?器件使用复杂的?口来串行存取数据?各个产品或厂商的方法可能武汉理工大学硕士学位论文各不相同。 ?个引脚用来传送控制、地址和数据信息。 ?的读写操作采用?字节的块?这一点与硬盘管理操作类似?显然基于?的存储器就可以用来取代硬盘或其他块设备。 在使用?器件时?必须先写入驱动程序?才能继续执行其他操作。 向?器件写入信息需要相当的技巧?绝不能向坏块写入?这就意味着?器件上自始自终都必须进行虚拟映射。 ?微处理器支持?接口?大大方便了在嵌入式系统设计中的应用。 鉴于两种存储器各自的优特点和汽车行驶记录仪的功能要求?选用?作为本系统的存储设备。 ?嵌入式操作系统的选择嵌入式操作系统?负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、调度、控制、协调。 它必须体现其所在系统的特征?能够通过加载?卸载某些模块来达到系统所要求的功能。 ?是相对于一般的操作系统而言?它除了具备了一般操作系统最基本的功能?如任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等外?还有以下特点。 ?强稳定性?弱交互性?嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预?这就要求负责系统管理的?具有很强的稳定性?较强的实时性?实时性一般较强?可用于各种设备的控制当中?可伸缩性?开放、可伸缩性的体系结构?外设接口的统一性?提供各种设备驱动接口?是?在?年前后编写的一个实时操作系统内核?并且开放源代码?其名称?微控制器操作系统?。 严格地说?只是一个实时操作系统内核?它仅仅包含了任务调度、任务管理、时问管理、内存管理和任务间通信和同步等基本功能?没有提供输入输出管理、文件管理、网络等额外的服务。 但由于?良好的可扩展性和源码开放?这些功能完全可以由用户根据需要自己实现。 目前?已经出现了基于?的相关应用?包括文件系统?、图形系统?、以及第三方提供的?网络协议等。 ?是目前最为流行的一款开放源代码的操作系统?从?年问世到现在?不仅在?平台?还在嵌入式应用中大方光彩?逐渐形成了与其他商业?抗衡的局面。 目前在开发的嵌入式系统中?以上的项目选择?作为嵌入式操作系统。 ?内核包含了进程管理、内存管理、文件系统管理、设备管理以及网络管理。 嵌入式?有如下适合于嵌入式系统的特点?武汉理工大学硕士学位论文?内核精简?高性能、稳定?良好的多任务支持?适用于不同的?体系驾构?支持多种体系结构?如?、?、?、?等?外设接口统一?以设备驱动程序的方式为应用提供统一的外设接口?开放源码?软件资源丰富?广泛的软件开发者的支持?结构灵活。 适用面广?可伸缩的结构?可伸缩的结构使?适合从简单到复杂的各种嵌入式应用?完整的技术文档?便于用户的二次开发?。 ?是一个抢先式多任务并具有强大通信能力?为各种嵌入式系统和产品设计的一种压缩的、具有高效的、可升级的操作系统?。 其多线性、多任务、全优先的操作系统环境是专门针对资源有限而设计的。 ?由微软推出主要应用于?以及信息设备、移动应用、消费类电子等产品?而不是用于?微处理器的平台上。 根据不同的应用场合要选用不同的嵌入式操作系统?综合考虑主机模块系统的实时性要求?开发工具的完整性?以及所选?微处理器和提供评估板公司的技术支持?价格和技术服务等因数?选用?操作系统。 从?开始?已经成为?的一个标准支持平台?无需任何?就可以在?的目标板上运行得很好了?因此可以很好的进行系统移植和裁剪。 ?主机模块软件设计?总体流程图武汉理工大学硕士学位论文图?总体流程图?武汉理工大学硕士学位论文?秒中断子流程口?返回主程序图?秒中断子流程图武汉理工大学硕士学位论文?超速驾驶记录报警子流程中断服务程序入?主程序检测到车速超速或者超速标志位置?圳?十磊?邕?记录超速结束时间超速标志位清零?分钟平均车速记录子流程?分钟平均车速记录子流程中断处理程序?返回主程序图?超速驾驶记录报警子流程图武汉理工大学硕士学位论文?工作信号记录子流程口?返回主程序图?工作信号记录子流程图武汉理工大学硕士学位论文?里程小计子流程口?返回主程序图?里程小计子流程图武汉理工大学硕士学位论文第?章系统硬件设计?及片内外围简介?是一款基于?内核的?位?嵌入式微处理器?处理器一个显著的特点是采用指令和数据分离访问的方式?体系结构?即采用了指令缓存和数据缓存?增加了高速缓存和内存管理单元。 ?在包括?核的同时?增加了丰富的外围资源。 主要片内外围模块包括?个?控制器?支持?和丌液晶显示屏?外围存储器管理?控制器和芯片选择逻辑?个通道的?个通道的?支持存储器和?口之间的传输?以猝发模式提高传输率?个具有?功能的?位定时?计数器和?个?位内部定时器?支持外部时钟源?通道的?位?最高速率可达?位分辨率?触摸屏接口?总线接口?个?主机接口?个?设备接口?位看门狗定时器?个?接口?位通用?口和?位外部中断源?通道?位?控制器?电源管理?武汉理工大学硕士学位论文田曰?三?图?结构框图?支持大、小端模式?将存储空间分成?组?每组大小是?。 共计?。 ?到?的开始地址是固定的?的开始地址是武汉理工大学硕士学位论文?的结束地址?灵活可变?并且?的大小与?的大小必须相等。 如果?设置为?的起始地址是?截止地址是?。 那么?的起始地址是?截止地址是?。 所有的寄存器组均可用于?或者?、?还可用于?。 所有内存块的访问周期都可编程。 ?婀?峰?畅?舢?一霸州袖?口?峨?删图?复位后存储器映射图除?外?其余各存储器的总线宽度可编程设置为?位、?位或者?位?但是?只能设置为?位或者?位。 ?作为引导?地址映射到?总线宽度已经在复位时由?确定了。 ?采用?封装?共有?个引脚?主要分为总线控制信号、各类元器件接口信号?以及电源、时钟控制信号。 ?电源电路设计?在设计系统电源电路之前对?的电源引脚进行分析?引脚给处理器复位模块和端口寄存器提供?电压?和?为处理器内核提供?电压?提供?模拟电源和数字电源?为?提供?模拟电源和数字电源?和?分别为处理器端口和处理器存储器端口提供?电压?为处理器内的?系统提供?电压?武汉理工大学硕士学位论文为时钟电路提供?电压?该电压在系统掉点后仍需要维持。 由此可见?在该系统中?需要使用?和?的直流电源。 为简化系绕电源电路的设计?要求整个系统的输入电压为高质量的?直流稳压电源。 ?提供给?、?、?和?引脚?提供给?提供给?引脚。 ?输入电压经过?转换器可完成?到?和?的电压转换。 系统中?所需电压由?电源和后备电源共同提供?在系统工作时?电压有效?系统掉电时后备电池开始工作?以供?电路所需的电源。 电源电路如图?所示?砚?图?系统电源电路?复位电路设计复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。 复位电路可由简单的?电路构成?也可以使用其他的相对较复杂?但功能更完善的电路。 本系统采用的是较简单的?复位电路。 该复位电路的工作原理如下?在系统上电时?通过电阻?向电容?充电?当?两端的电压未达到高电平的门限电压时?端输出为高电平?系统处于复位状态?当?的两端的电压达到高电平的门限电压时?端输出为低电平?系统进入正常工作状态。 当用户按下按钮?时?两端的电荷被放掉?端输出为高电平?系统进入复位?系统进入复位状态?在重复以上的充电过程?系统进入正常工作武汉理工大学硕士学位论文状态。 两级非门电路用于按钮去抖动和波形整形?端的输出状态与?端相反?用于低电平复位的器件?通过调整?和?的参数?可调整复位状态的时间。 复位电路如图?所示?图?系统的复位电路?串行接口电路设计本课题采用串行通信机制?串行通信的数据是按位进行传输的?与按字节传输的并行通信相比?串行通信所使用的传输线少?适用于长距离的信息传递。 通过串行接口?数据发送方将并行数据转换具有一定格式的、按照二进制数据位排列的数据?并顺序地按位将它们送到传输线上。 数据接收方的串行接口按位串行接收数据?在将它们转换成并行数据传给计算机或外设使用。 目前?国际上最通用的串行通信接口标准是?一?标准?标准采用的接口是?芯或?芯的?型插头?本系统选用的就是常用的?芯?型插头。 但是由于?标准所定义的高、低电平信号与?系统的?电路所定义的高、低电平信号完全不同?的标准逻辑“?”对应?电平?标准逻辑“?”对应的?电平?而?一?标准采用负逻辑方式?标准逻辑“?”对应一?一?电平?标准逻辑“?”对应?电平。 显然?两者间要进行通信必须经过信号电平的转换?所以选用目前常使用的电平转换电路为?本系统设计了一路与?相连的?一?接口电路?通过?芯的?型插头?与上位机可方便的连接。 图?所示为?所采用的?接口电路图?武汉理工大学硕士学位论文?一?一?譬?口?口?订?于?图?接口电路图?接口设计本课题采用的?存储器型号为?的存储容量为?字节?数据总线宽度为?位?工作电压为?采用?脚?封装。 仅需要?电压即可完成在系统的编程与擦除操作。 ?的?口既可接收和发送数据?也可接受地址信息和控制命令。 在?有效时?锁存在?口上的是控制命令字?在?有效时?锁存在?口上的是地址?或?有效时?锁存的是数据。 这种一口多用的方式可以大大减少总线的数目?只是控制方式略微有些复杂?处理器拥有的?控制器正好可以弥补这一弊端。 如图?所示?的?和?端分别接?的?和?端?位的?与?低?位数据总线?一?相连?、?和?分别与?的?、?、?相连?与?相连。 同时?的?配置端口必须接上拉电阻?为增加稳定性?端口也接上拉电阻。 焉鼍萑誊?武汉理工大学硕士学位论文?一?一?一?一?一?一?图?存储系统电路图?基于?接口的音频系统设计?接口控制原理?总线?由?公司提出?是一种面向多媒体计算机的串行数字音频总线协议。 目前很多音频芯片和?都提供了对?的支持。 该总线专门用于音频设备之间的数据传输?为立体声音频序列提供一个至标准编解码器的连接。 一?内置了一个?总线控制器?该控制器实现到一个外部?位立体声音频编解码器接口。 支持?总线数据格式和?数据格式?能够和其他厂商提供的多媒体编解码芯片配合使用。 ?中有两条串行数据线?一条是输入信号数据线?一条是输出信号数据线?以同时发送和接受数据。 该?接口能够读取?总线上的数据?同时也为?数据提供?的传输模式?这样能够同时传送和接受数据。 ?接口有三种工作方式?正常传输模式?正常模式下使用?寄存器对?进行控制。 如果传输?缓存为空?的第?位被设置为“?”?表示不能继续传输数据?需要?对缓存进行处理。 如果传输?缓存非空?的第?位被设置成“?”?表示可以继续传输数据。 同样?数据接受时?如果?满?标识位是“?”?此时?需要?对?进行处理?如果?没有满?那么标识位是“?”?这个时候可以继续接受数据。 ?模式?通过设置?寄存器可以使?接口工作于这种模式下。 在这种模式中?寄存器组的控制权掌握在?控制器上?当?满了?由?饥琊?兰刚?、?武汉理工大学硕士学位论文控制器对?中的数据进行处理。 ?模式的选择由?寄存器的第?位和第?位控制。 传输?接收模式?这种模式下?数据可以接收和发送音频数据。 ?音频接口电路设计本课题选用的?是?公司的一款经济型音频?用于实现模拟音频信号的采集和数字音频信号的模拟输出?并通过?数字音频接口?实现音频信号的数字化处理。 如图?所示?的?总线时钟信号?与?的?连接?字段选择连接在?引脚上。 ?提供了两个音频通道?分别用于输入和输出?对应的引脚连接为?总线输出?对应于?的音频输入?总线的音频输入?对应于?的音频输出。 ?的?接口相当于一个混音器控制接口?可以用来控制输入?输出音频信号的音量大小、低音等。 ?接口的引脚?、?、?分别连接到?的?、?、?三个通用数据输出引脚上?实现混音控制。 ?享图?接口电路图武汉理工大学硕士学位论文?基于?的以太网接口设计在嵌入式系统中增加以太网