【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 架構(gòu)有上述的優(yōu)點(diǎn)，但決不能認(rèn)為RISC架構(gòu)就可以取代CISC架構(gòu)，事實(shí)上，RISC和CISC各有優(yōu)勢(shì)，而且界限并不那么明顯?，F(xiàn)代的CPU：往往采用CISC的外圍，內(nèi)部加入了RISC的特性，如超長(zhǎng)指令集CPU就是融合了RISC和CISC的優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)的CPU發(fā)展方向之一。 ARM微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)ARM處理器共有37個(gè)寄存器，被分為若干個(gè)組（BANK），這些寄存器包括：1．31個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器（PC指針），均為32位的寄存器。2．6個(gè)狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識(shí)CPU的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)行狀態(tài)，均為32位，目前只使用了其中的一部分。 同時(shí)，ARM處理器又有7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式下均有一組相應(yīng)的寄存器與之對(duì)應(yīng)。即在任意一種處理器模式下，可訪問(wèn)的寄存器包括15個(gè)通用寄存器（R0R14）,一至二個(gè)狀態(tài)寄存器和程序計(jì)數(shù)器。在所有寄存器中，有些是在7種處理器模式下共用的同一個(gè)物理寄存器，而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。ARM微處理器在較新的體系結(jié)構(gòu)中支持兩種指令集：ARM指令集和Thumb碼指令集。其中，ARM指令為32位的長(zhǎng)度，Thumb指令為16位長(zhǎng)度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價(jià)的ARM代碼相比較，可節(jié)省30%40%以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備32位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。 ARM微處理器的系列產(chǎn)品ARM微處理器目前包括下面幾個(gè)系列，以及其它廠商基于ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一個(gè)系列的ARM微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。1．ARM7系列2．ARM9系列3．ARM9E系列4．ARM10E系列5．SecurCore系列6．Intel的StrongARM7．Intel的Xscale這些處理器最高處理能力達(dá)到了800MIPS，功耗數(shù)量級(jí)為Mw/MHz。對(duì)于支持同樣ARM體系版本的處理器，其軟件是兼容的。其中，ARM7，ARM9，ARM9E和ARM10E為4個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。SecurCore系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域到目前為止，ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎己經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域：1．工業(yè)控制領(lǐng)域：作為32的RISC架構(gòu)，基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場(chǎng)的大部分市場(chǎng)份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，ARM微控制器的低功耗、高性價(jià)比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。2．無(wú)線通訊領(lǐng)域：目前已有超過(guò)85%的無(wú)線通訊設(shè)備采用了ARM技術(shù)，ARM以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。3．網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外，ARM在語(yǔ)音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對(duì)DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。4．消費(fèi)類電子產(chǎn)品：ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛采用。5．成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用ARM技術(shù)。手機(jī)中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)。 除此以外，ARM微處理器及技術(shù)還應(yīng)用到許多不同的領(lǐng)域，并會(huì)在將來(lái)取得更加廣泛的應(yīng)用。第3章 車載監(jiān)控終端硬件設(shè)計(jì)GPS車載定位監(jiān)控系統(tǒng)由車載終端、客戶監(jiān)控中心及相關(guān)的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)組成。車載終端獲取GPS定位信息、車輛信息等，通過(guò)GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將這些信息發(fā)送到客戶監(jiān)控中心；并且接收中心的業(yè)務(wù)指令?？蛻舯O(jiān)控中心提供實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度處理和業(yè)務(wù)管理等功能。本文主要討論車載終端。本文設(shè)計(jì)的車載監(jiān)控終端系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能分為基本功能和擴(kuò)展功能。基本功能包括： 1．能夠利用GPS接收機(jī)接收GPS信息獲取車輛的當(dāng)前經(jīng)度、緯度、速度等信息并能夠?qū)⑦@些信息發(fā)送到后臺(tái)監(jiān)控中心或存儲(chǔ)于外部存儲(chǔ)器中。 2．能夠根據(jù)當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)的狀況采用GPRS通信方式或者GSM短信息通信方式與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。3．能夠?qū)崿F(xiàn)用戶利用GPRS模塊同外界語(yǔ)音通信，接收短信息等功能擴(kuò)展功能包括：（1）用紅外實(shí)現(xiàn)無(wú)線撥打電話號(hào)碼：（2）將GPRS耳機(jī)的音頻放大至音箱；（3）能夠通過(guò)液晶顯示屏和按鍵同用戶進(jìn)行簡(jiǎn)單的交互。 系統(tǒng)由核心控制模塊、外部信息（包括GPS信息和車輛信息）獲取和處理模塊、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、用戶交互模塊5個(gè)主要部分組成。 其中，系統(tǒng)核心控制單元包括ARM微處理器及其外圍控制電路、程序加載和調(diào)試電路；外部信息獲取和處理單元包括GPS信息接收模塊和車輛信息監(jiān)測(cè)設(shè)備輸入接口：數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸單元包括GPRS無(wú)線通信模塊及其控制電路和SIM卡模塊及其控制電路；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括FLASH存儲(chǔ)器模塊和微處理器與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)、地址和控制總線；用戶交互單元包括LCD顯示設(shè)備、用戶按鍵輸入設(shè)備、紅外撥號(hào)設(shè)備、音箱、麥克風(fēng)以及各部件工作指示燈。 LPC2104簡(jiǎn)介 系統(tǒng)采用LPC2104芯片作為嵌入式微處理器，LPC2104是由PHILIPS公司生產(chǎn)的ARM7系列微處理器。具體特性如下：1．ARM7TDMI_S處理器2．128k字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，具有ISP和IAP功能。3．FLASH編程時(shí)間：1ms可編程512字節(jié)，扇區(qū)擦除或整片擦除只需400ms。4．64/32/16K字節(jié)靜態(tài)RAM(LPC2104/2105/2104)5．向量中斷控制器6．仿真跟蹤模塊，支持實(shí)時(shí)跟蹤7．ReadMortitor模塊支持實(shí)時(shí)調(diào)試8．標(biāo)準(zhǔn)ARM測(cè)試/調(diào)試接口，兼容現(xiàn)有工具9．極小封裝： TQFP48(77mm2)10．雙UART，其中一個(gè)帶有完全的調(diào)制解調(diào)器接口11．I178。C串行接口12．SPI串行接口13．兩個(gè)定時(shí)器，分別具有4路捕獲/比較通道14．多達(dá)6路輸出的PWM單元15．實(shí)時(shí)時(shí)鐘16．看門狗定時(shí)器17．通用I/O口18．CPU操作頻率可達(dá)60MHz19．雙電源20．CPU操作電壓范圍：～(177。%)21．I/O電壓范圍：～(177。10%)22．兩個(gè)低功耗模式：空閑和掉電23．通過(guò)外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒24．外設(shè)功能可單獨(dú)使能/禁止，實(shí)現(xiàn)功耗最優(yōu)化25．片內(nèi)晶振的操作頻率范圍：10MHz～25MHz26．片內(nèi)PLL允許CPU以最大速度運(yùn)行，可以在超過(guò)整個(gè)晶振操作頻率范圍的情況下使用。 LPC2104的引腳排列圖 、GPIO及模擬總線ARM7自帶有兩個(gè)串口控制寄存器，RS232_1通過(guò)MAX3232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，連接紅外接收器，接收紅外信號(hào)，調(diào)試時(shí)也可加載程序與數(shù)據(jù)；RS23_2與GPRS模塊相連，控制GPRS模塊，收發(fā)GPRS信息。由于本系統(tǒng)所接外圍設(shè)備較多，所以用STC16C552擴(kuò)充兩個(gè)串口RS232_RS232_4，一個(gè)連接GPS，一個(gè)連接LCD顯示屏，并擴(kuò)展一個(gè)并口LPT備用。ST16C552是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的一款可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)充通用異步串行口和并行口的芯片，它內(nèi)置了兩個(gè)通用異步串行接口和一個(gè)并行打印機(jī)接口。LPC2104通過(guò)使用自身的I/O端口實(shí)現(xiàn)的模擬總線來(lái)控制對(duì)ST16C552的讀寫。系統(tǒng)利用LPC2104的P0端口的部分引腳實(shí)現(xiàn)模擬總線，采用ALTERAEPM7032芯片和GAL16V8芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)總線的譯碼。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬總線時(shí)采用的I/O端口分別為：：A40，五位地址總線用于片選總線上連接的器件；：DB70，五位數(shù)據(jù)總線用于向總線上指定的器件寫入數(shù)據(jù)或者從總線上指定的器件讀取數(shù)據(jù)；：/WR，寫操作控制，低電平有效；：/RD，讀操作控制，低電平有效。 ALTERAEPM7032是ALTERA公司生產(chǎn)的一款可編程邏輯器件芯片，它基于ALTERA公司第二代多陣列矩陣(MAX)結(jié)構(gòu)，并采用先進(jìn)的CMOSEEPROM技術(shù)制造而成。EPM7032由邏輯陣列塊(LAB)、可編程連線陣列(PIA)和I/O控制塊等部分組成。EPM7032中的每個(gè)邏輯陣列塊由16個(gè)宏單元陣列組成，其中多個(gè)邏輯陣列塊通過(guò)可編程連線陣列連接在一起。PIA全局總線可由所有的專用輸入、I/O引腳以及宏單元饋入信號(hào)之中。EPM7032的宏單元可以單獨(dú)地配置成時(shí)序邏輯或組合邏輯工作方式。每個(gè)宏單元又由邏輯陣列、乘積項(xiàng)選擇矩陣和可編程寄存器等三個(gè)功能塊組成。通過(guò)可編程連線陣列可把各個(gè)LAB相互連接起來(lái)以構(gòu)成所需的邏輯。同時(shí)，通過(guò)在PIA上布線，也可把器件中任一信號(hào)源連接到其目的地。I/O控制塊允許每個(gè)I/O引腳單獨(dú)地配置為輸入、輸出和雙向工作方式。所有I/O引腳都有一個(gè)三態(tài)緩沖器。它們由兩個(gè)專用的低電平有效的輸出使能引腳OE1和OE2來(lái)控制。 GAL16V8是一款擁有20引腳的通用陣列邏輯器件GAL，而通用陣列邏輯器件GAL是在PAL器件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新一代增強(qiáng)型器件，它直接繼承了PAL器件的與一或陣列結(jié)構(gòu)，利用靈活的輸出邏輯宏單元OLMC結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)輸出功能，同時(shí)還采用電子標(biāo)簽和宏單元結(jié)構(gòu)字等新技術(shù)和E2COMS新工藝，使GAL器件具有可擦除、可重新編程和可重新配置其結(jié)構(gòu)等功能。用GAL器件設(shè)計(jì)邏輯系統(tǒng)，不僅靈活性大，而且能對(duì)PAL器件進(jìn)行仿真，并能完全兼容。GAL16V8最多有16個(gè)引腳作為輸入端，內(nèi)含8個(gè)OLMC(輸出邏輯宏單元)，最多可有8個(gè)引腳作為輸出端。 來(lái)自于ST16C552的數(shù)據(jù)以及來(lái)自于擴(kuò)展GPI/O的數(shù)據(jù)將通過(guò)模擬總線中的數(shù)據(jù)線傳送到LPC2104上，當(dāng)ST16C552或者連接在GPI/O的外部器件有數(shù)據(jù)要發(fā)送給LPC2104時(shí)，將利用各自的中斷信號(hào)通知LPC2104，相應(yīng)的中斷信號(hào)引腳分別是INT_A(擴(kuò)充串口1）、INT_B(擴(kuò)充串口2)、INT_P(擴(kuò)充并行口)、GPIO_INT(連接在GPI/O上的外部器件）。這些信號(hào)作為GAL16V8的輸入擁有產(chǎn)生一個(gè)中斷輸出連接到LPC2104的外部中斷0（即P0端口的編號(hào)為16的引腳）。也就是說(shuō)從硬件邏輯上來(lái)看存在以下表達(dá)式（其中的符號(hào)“＋”表示邏輯或）：＝INT_A+INT_B+/INT_P+GPIO_INT，它要通過(guò)查詢是那個(gè)中斷源觸發(fā)的這個(gè)中斷。這個(gè)操作通過(guò)訪問(wèn)74HC245引腳上的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)。 74HC245是一個(gè)8位雙向總線收發(fā)集成電路芯片，可以通過(guò)其方向控制引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向上的8位數(shù)據(jù)傳送。74HC245的一側(cè)總線引腳接到LPC2104的PO端口的對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)總線的引腳上，另一側(cè)的總線引腳同INT_A、/INT_P和GPIO_INT相連，這樣在必要時(shí)，LPC2104能夠控制74HC245的數(shù)據(jù)傳送方向讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)而利用輪詢方法識(shí)別觸發(fā)LPC2104外部中斷0的中斷源。EMP7032與GAL16V8相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)地址總線上所送地址進(jìn)行譯碼，地址總線空間分配如下表所示：（ｘ表示信號(hào)無(wú)意義，1表示高電平，0表示低電平）： 地址總線空間分配A4A3A2A1A0信號(hào) 功能0 0ｘｘｘCSA 分配擴(kuò)充串并口ST/TL16C552FN的串口A空間片選0 1ｘｘｘCSB 分配擴(kuò)充串并口ST/TL16C552FN的串口B空間片選1 0ｘｘｘCSP未用 分配擴(kuò)充串并口ST/TL16C552FN的串口P空間片選 1 1ｘｘｘCS_GPLD 分配給可編程器件空間的片選1 1110CS_FM 分配給串行Flash存貯器的片選1 1111CS_INT 分配給中斷或查詢字的I/O空間(在74HC245上)模擬總線的讀寫時(shí)序如下所述：1．必須先讀各端口，保存的數(shù)值注：凡ARM_LPC寫端口操作，寫的數(shù)據(jù)均寄存在ARM_LPC的端口輸出寄存器，凡ARM_LPC讀端口操作，均要讀ARM_LPC的端口的引腳輸入2． 寫操作：操作順序有關(guān)的地址,數(shù)據(jù)端口或端口位的數(shù)據(jù)寫命令端口的位讀命令端口的位無(wú)關(guān)的端口或端口位的數(shù)據(jù)1寫所需地址，數(shù)據(jù)11保存的數(shù)值2寫所需地址，數(shù)據(jù)01保存的數(shù)值3寫所需地址，數(shù)據(jù)11保存的數(shù)值3． 讀操作操作順序有關(guān)的地址，數(shù)據(jù)端口或端口位的數(shù)據(jù)寫命令端口的位讀命令端口的位無(wú)關(guān)的端口或端口位的數(shù)據(jù)1寫所需地址（數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)）10保存的數(shù)值2讀(與地址，數(shù)據(jù)無(wú)關(guān))無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)3寫（與地址，數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)）11保存的數(shù)值 ST16C552電路原理圖模擬總線使四個(gè)功能模塊相互獨(dú)立，互不影響，功能模塊可以方便增刪而不改變硬件電路，提高了系統(tǒng)靈活性。具有較大的升級(jí)空間，便于已有功能進(jìn)一步完善，新功能進(jìn)一步擴(kuò)展。 ST16C552硬件接口引腳設(shè)定類別引腳號(hào)（信號(hào)名）輸入/輸出Net定義名8位數(shù)據(jù)線DB0714（D0）I/ODB015（D1）I/ODB116（D2）I/ODB217（D3）I/ODB318（D4）I/ODB419（D5）I/ODB520（D6）I/ODB621（D7）I/ODB73位地址線A0235（A0）IA034（A1）IA133（A2）IA2UARTA接口信號(hào)用于和GPS模塊通信26(TXA)ORXDGPS41(RXA)ITXDGPSUARTA控制信號(hào)A端口選擇信號(hào)32（﹨CSA）ICSAA端口中斷信號(hào)45（INTA）OINTAA端口發(fā)送準(zhǔn)備