【正文】 S_SPI,電路如圖 210所示。它的最大優(yōu)點是只需 34根數(shù)據(jù)和控制線即可擴展各種接口器件。 GPRS模塊電路原理圖主要分為三個部份，一部份為 MC35i模塊接口 (40針 )，一部份為 SIM卡接口電路 (8針 )，還有一部份為串口電路的設計，整個電路如圖 29所示。這個先進的GPRS模塊接收速率可以達到 ，發(fā)送速率可以達到，當然最大的數(shù)據(jù)吞吐量還依賴于 GPRS網(wǎng)絡的支持 ,支持GSM900和 GSM1800雙頻網(wǎng)絡 [14]。通過 GPRS，終端檢測控制部分可以直接訪問互聯(lián)網(wǎng)，所以在主站管理監(jiān)控中心并不需要購置 GPRS模塊，中心只需通過寬帶、 ISDN或 ADSL上網(wǎng)即可。由于 GPRS網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)都是基于 IP協(xié)議的，且是互相連接的，所以只要主站監(jiān)控管理中心可以通過任意方式上網(wǎng)，終端數(shù)據(jù)就可以通過 GPRS網(wǎng)絡透明地傳送到主站監(jiān)控管理中心。 2022年 2月 4日星期五 24 串口電路設計及 GPRS模塊 ? 幾乎所有的微控制器和 PC都提供串行接口，使用電子工業(yè)協(xié)會 (EIA)推薦的 RS232C標準，這是一種很常用的串行數(shù)據(jù)傳輸總線標準。它在芯片內(nèi)部封裝了專門的測試電路 TAP( Test Access Port，測試訪問口 )，通過專用的 JTAG測試工具對內(nèi)部節(jié)點進行測試。 2022年 2月 4日星期五 19 擴展板硬件電路設計 ? 擴展板的設計主要是根據(jù)終端的需要而設計的一些外圍電路，在本系統(tǒng)中主要包含以下幾個部份：電源管理模塊、 TFT LCD接口、觸摸屏接口、通過 SPI接口擴展 IO模塊、通過 UART擴展 GPRS模塊、 USB接口、 10M以太網(wǎng)接口、JTAG接口，下面就各部份作具體的設計。 FLASH采用三星的 KM29U128T， FLASH在實際中主要用 nFWE、 nFOE、 ALE、 CLE、nFCE等的控制信號，電路圖如圖 24所示。這個工作頻率能夠使處理器輕松運行 WinCE, Linux等操作系統(tǒng)以及進行較為復雜的數(shù)據(jù)處理。在時鐘方面 S3C2410X也有突出的特點，該芯片集成了一個具有日歷功能的 RTC(實時控制 )和具有 PLL(MPLL和 UPLL)的芯片時鐘發(fā)生器。 S3C2410X芯片集成了一個 LCD控制器 (支持 STN和 TFT液晶顯示屏 )、 NAND FLASH控制器、 SDRAM控制器、 3個通道的 UART、 4個通道的 DMA， 4個具有 PWM(脈沖寬度調(diào)制 )功能的計時器和一個內(nèi)部時鐘、 8通道的 10位 ADC。 ARM920T內(nèi)核由 ARM9TDM1存儲管理單元 (MMU)和高速緩存三部分組成。 2022年 2月 4日星期五 14 圖 23 嵌入式水文信息采集智能終端核心板原理圖 圖 23 嵌入式水文信息采集智能終端核心板原理圖 C P U S 3 C 2 4 1 0 X6 4 M S D R A M1 6 M F L A S H外 部 晶 振接擴展板接口2022年 2月 4日星期五 15 核心板硬件設計 ? CPU S3C2410X功能概述 S3C2410X是基于 ARM920T內(nèi)核的，最大工作頻率能達到 203MHz；可支持基本的外設接口，如彩色 TFT LCD、 USB、 IIC、 IIS、 SPI、 UART等，并支持 MMC和 SD等標準的外部插卡。 9．系統(tǒng)通過 SPI接口擴展 IO模塊，負責數(shù)字量和模擬量的輸入輸出。 7． JTAG接口可對芯片內(nèi)部的所有部件進行訪問，通過該接口可對系統(tǒng)進行調(diào)試、編程等。 5． SDRAM存儲器作為系統(tǒng)運行時的主要區(qū)域，系統(tǒng)及用戶數(shù)據(jù)、堆棧均位于 SDRAM存儲器中。 3．采用 12MHz晶振為 S3C2410X芯片提供系統(tǒng)時鐘，通過 S3C2410X芯片內(nèi)部集成的時鐘控制邏輯可以產(chǎn)生系統(tǒng)所需的不同頻率的時鐘信號。 2022年 2月 4日星期五 11 ? 圖 22嵌入式水文信息采集智能終端硬件構(gòu)架 s p i 接 口D C / D C 轉(zhuǎn) 換6 4 M S D R A MI O 模 塊5 V 電 源G P R S 模 塊1 6 MN A N D F L A S HS 3 C 2 4 1 0 XA R M 9 2 0 T1 2 M 晶 振J T A G 接 口以 太 網(wǎng) P H YR J 4 5 以 太 網(wǎng)接 口R S 2 3 2 接 口L C D觸 摸 屏U S B 接 口2022年 2月 4日星期五 12 ? 各部份基本功能如下： 1．處理器采用 S3C2410X，該芯片基于 ARM920T 內(nèi)核，采用五級流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，提供 IPS/MHz 的性能，是高性能和低功耗的硬宏單元。 2022年 2月 4日星期五 10 系統(tǒng)硬件平臺總體設計方案 ? 通常的嵌入式設備的硬件架構(gòu)是以嵌入式微處理器為核心，通過 CPU擴展接口以及平臺硬件的支持，把眾多的外設單元集到整個系統(tǒng)中，并通過CPLD等邏輯轉(zhuǎn)換器件和其它硬件電路完成對外設模塊進行讀寫和控制操作。嵌入式移動數(shù)據(jù)庫 2022年 2月 4日星期五 6 系統(tǒng)實物圖 2022年 2月 4日星期五 7 系統(tǒng)需求及硬件總體方案設計 ? 系統(tǒng)需求 一般水文信息采集系統(tǒng)包括多個水文數(shù)據(jù)采集站，它承擔的主要任務是實時采集、存儲、傳輸各采集站的水位、流量、日降水量、水庫水位、入庫流量、蓄水量等信息，實現(xiàn)水文信息采集和長期存儲的數(shù)字化處理，并將實時采集的數(shù)據(jù)通過嵌入式控制器經(jīng) GPRS空中接口接入無線網(wǎng)絡，并由移動服務商轉(zhuǎn)接到 Inter，最終通過各種網(wǎng)關和路由到達統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理中心工作站，其功能框圖如圖 21所示。水文信息采集系統(tǒng) ? 3。第 11講 嵌入式系統(tǒng)設計實例 2022年 2月 4日星期五 2 第一章 嵌入式控制系統(tǒng)設計工作 ? 2022年開始從事嵌入式系統(tǒng)的設計與研究工作 ? 項目支持： ? 嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的應用研究， 2022，廣東省教育廳， 5萬元 ? 嵌入式智能水文信息采集網(wǎng)絡控制器的研究， 20224，廣東省水利廳， 10萬元 ? 基于移動數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡通用控制器的研究， 2022，廣東省科技計劃項目， 20萬元 ? 基于嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的水利信息化智能測控器的研究， 2022，東莞市科技計劃項目 ， 15萬元 ? 基于嵌入式移動數(shù)據(jù)庫的工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡智能控制器的研究， 2022，廣州市科技計劃項目， 50萬元 ? 基于工業(yè)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡的嵌入式 RFID控制器的研究， 2022，廣東省科技計劃項目， 55萬元 ? 項目參加研究生： 3屆 ? 基于嵌入式 uClinux的測控系統(tǒng)網(wǎng)絡平臺的研究， 2022，仲兆峰 ? 基于 ARM與 uC/OSII嵌入式系統(tǒng)的研究與應用， 2022，唐其偉 ? 基于 QTE的嵌入式工業(yè)網(wǎng)絡控制器的系統(tǒng)開發(fā)與研究， 2022，許星 ? 嵌入式水文信息采集智能終端的研究與設計， 2022，劉 澤 建 ? 基于嵌入式網(wǎng)絡控制器的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) ,2022，周珊珊 2022年 2月 4日星期五 3 ? CPU ? Motorola公司生產(chǎn)的 32位 RISC結(jié)構(gòu)的 MCF5272微處理器 ? ARM9核的主頻最高達到 203MHZ的 S3C2410微處理器 ? 操作系統(tǒng) ? uClinux ? uC/OSII ? Embedded Linux 2022年 2月 4日星期五 4 項目完成情況 s p i 接 口I / O 擴 展 模 塊/6 4 M S D R A MI O 模 塊5 V 電 源G P R S 模 塊S 3 C 2 4 1 0 XA R M 9 2 0 T1 2 M 晶 振J T A G 接 口以 太 網(wǎng) P H YR J 4 5 以 太 網(wǎng)接 口R S 2 3 2 接 口L C D觸 摸 屏U S B 接 口 1 6 M N A N D F L A S H現(xiàn) 場 總 線 協(xié)議 轉(zhuǎn) 換 接 口完成的功能 2022年 2月 4日星期五 5 項目領域 ? 1。工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境網(wǎng)絡控制器 ? 2。 RFID網(wǎng)絡控制器 ? 4。 2022年 2月 4日星期五 8 ? G P R S 通 信 模 塊主控制器I O 模 塊水文傳感器1執(zhí)行器1水文傳感器nI n t e r n e tW A N數(shù)據(jù)中心監(jiān) 控 中 心其 他 用 戶?T C P / I P G P R SC o n n e c t i o n?執(zhí)行器n圖 21 嵌入式水文信息采集系統(tǒng)框圖 2022年 2月 4日星期五 9 要研究和設計的嵌入式控制器需滿足以下幾個方面的技術(shù)要求： 1．控制器應具有數(shù)字量、模擬量 I/O讀寫功能，能很好地讀取底端的水文信息采集傳感器 (如流量計、水位計等 )的數(shù)據(jù)并能控制各執(zhí)行器動作； 2．控制器應具有現(xiàn)場水文信息實時顯示、數(shù)據(jù)查詢的功能； 3．控制器應具有良好的有線和無線通信的功能，能將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務器； 4．控制器應具有很好的實時處理能力，將得到的水文數(shù)據(jù)進行分析后分組打包，按照設定的協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心。 本智能終端采用了 S3C2410X處理器，利用S3C2410X出色的內(nèi)核性能和豐富的外部接口構(gòu)造一個嵌入式系統(tǒng)平臺，其硬件框圖如圖 22所示。 2．電源電路為 5V到 、 DCDC轉(zhuǎn)換器，給 S3C2410X及其他需要 。 4． NAND FLASH存儲器存放 Bootloader、嵌入式操作系統(tǒng)、應用程序和其它在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等。 6． 1OM/1OOM以太網(wǎng)接口為系統(tǒng)提供以太網(wǎng)接入的物理通道，通過該接口 ,系統(tǒng)可以 10M或 1OOMbps的速率接入以太網(wǎng)。 8．系統(tǒng)通過一個 RS232串口接一 GPRS模塊，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸功能。 2022年 2月 4日星期五 13 系統(tǒng)硬件電路詳細設計 ? 基于 GPRS的嵌入式水文信息采集智能終端主要分為兩部分來設計，一部份為核心板，另一部分為擴展板，這樣做的優(yōu)點是兩塊板可分別調(diào)試，高頻和低頻分離，核心板做成 6層板而擴展板可做成 2層板，這樣可大大節(jié)省成本 ,其原理框圖如圖 23所示。 S3C2410X能支持 NAND FLASH啟動，具有很高的性價比，另外 S3C2410X在市場上已有很多成熟的應用，因此作者選用了 S3C2410X作為基于 GPRS的嵌入式水文信息采集智能終端的應用處理器，下面是對 S3C2410X功能的簡要說明： S3C2410X芯片是韓國三星電子公司推出的一款基于 ARM920T內(nèi)核的 16/32位 RISC嵌入式微處理器，作為 S3C2410X芯片的 CPU內(nèi)核， 16/32位ARM920T RISC微處理器采用 CMOS標準單元結(jié)構(gòu)。其中 MMU可以管理虛擬內(nèi)存，高速緩存由獨立的 16KB地址和 16KB數(shù)據(jù)高速 Cache組成。S3C2410X還有很多豐富的外部接口，如觸摸屏接口、 I2C總線接口、 I2S總線接口、兩個 USB主機接口、一個 USB設備接口、兩個 SPI接口、 SD接口和MMC卡接口。 MPLL產(chǎn)生主時鐘，能夠使處理器工作頻率最高達到 203MHz。 2022年 2月 4日星期五 16 FLASH接口電路設計 ? 本設計中設定數(shù)據(jù)寬度為 32位 ,而在 ARM中希望字單元的地址是字對齊的 ,這就要求地址的低兩位為 0，即地址為 0B00，因此在連接SDRAM和 FLASH時要使其地址低兩位 A[0:1]為0。 2022年 2月 4日星期五 17 圖 24 NAND FLASH接口電路圖 ? ? 圖 24 NAND FLASH接口電路圖 2022年 2月 4日星期五 18 SDRAM接口電路設計 ? 在本系統(tǒng)中采用兩片 32M現(xiàn)代海力思的 SDRAM芯片 HY57V561620擴展成 64M， S3C2410X對于 SDRAM的控制信號有 nSRAS、 nSCAS、nSCS[1:0]、 DQM[3:0]、 SCLK[1:0]、 SCKE、nBE[3:0]、 nWBE[3:0]等 , 可以直接與HY57V561620相連來控制其存取，其電路接線圖見附錄 2。 2022年 2月 4日星期五 20 電源電路設計 ? 在該系統(tǒng)中，需要使用 5V和 源，其中， S3C2410X及部分外圍器件需 電源，另外部分器件需 5V電源， 5V直流電源通過 DCDC轉(zhuǎn)換成 ，由于 ARM內(nèi)核需要，因此需要將 ，系統(tǒng)電源電路如圖 26所示 : 2022年 2月 4日星期五 21 圖 26