基于arm9的嵌入式工控機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)告-在線瀏覽
2024-10-30 15:35本頁(yè)面
【正文】 PU、硬盤(pán)、內(nèi)存、外設(shè)及接口，并有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議、計(jì)算能力、友好的人機(jī)界面。 嵌入式工控機(jī)（ Embedded Industrial Computer）是一種加固的增強(qiáng)型工業(yè)計(jì)算機(jī)，它可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行。由于嵌入式工控機(jī)的性能可靠、無(wú)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、體積小巧、價(jià)格低廉，而在工控機(jī)中應(yīng)用廣泛 。使用基于 X86 架構(gòu)的處理器（目前僅 Intel、 AMD 及 VIA 可生產(chǎn)）作為系統(tǒng)核心，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)底板接插各種功能板卡的方式，完成系統(tǒng)的構(gòu)成及功能擴(kuò)展，因此，用戶可以在較短時(shí)間內(nèi)，組建出功能強(qiáng)大的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)運(yùn)行 Windows 系列操作系統(tǒng)， 保持與通用 PC 的軟件兼容。 但由于 IPC 的固有缺點(diǎn)，使 之在工業(yè)控制的某些應(yīng)用領(lǐng)域，無(wú)法達(dá)到令人滿意的效果。高功耗對(duì)系統(tǒng)散熱及穩(wěn)定性帶來(lái)嚴(yán)峻考驗(yàn)，廣泛使用的散熱風(fēng)扇一直是故障率較高的部件之一，其它諸如液體散熱等方式，均由于工藝復(fù)雜，成本較高，目前僅少量使用在軍事、航空航天等高端領(lǐng)域；存儲(chǔ)器系統(tǒng)中的硬盤(pán)在系統(tǒng)不間斷運(yùn)行且處于較嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境情況下，平均使用壽命僅為 2～ 3 年，這通常遠(yuǎn)低于工業(yè)控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)壽命，而采用雙列直插（ DIMM） 方式連接的內(nèi)存部件，則不能承受哪怕是比較輕微的振動(dòng)，加之體積與成本因素，限制了 IPC 在諸多工業(yè)控制場(chǎng)合的應(yīng)用。嵌入式工控機(jī)是面向應(yīng)用，對(duì)性能、成本、功耗、體積有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此，僅從硬件構(gòu)成上看，就包含多種位寬（從 4 位、 8 位、 16 位到 32 位等）、多種架構(gòu)（如 ARM、 PowerPC、 MIPS 等）、生產(chǎn)商眾多的各種嵌入式微處理器，外圍接口則幾 乎完全是按需設(shè)計(jì)，少有 IPC 所具有的標(biāo)準(zhǔn)接口；而軟件系統(tǒng)則根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，使用無(wú)操作系統(tǒng)的監(jiān)控模式、輕量級(jí)嵌入式操作系統(tǒng)（如 eCos、． NET MF 等）或復(fù)雜嵌入式操作系統(tǒng)（如 Linux／ Android、 VxWorks、 WinCE 等），但不同平臺(tái)上的應(yīng)用軟件通常不具有通用性。目前，在系統(tǒng)硬件平臺(tái)上，以 ARM 為代表的嵌入式微處理器幾乎覆蓋傳統(tǒng)工業(yè)控制從低端到 高端的全部領(lǐng)域，甚至延伸到桌面和服務(wù)器系統(tǒng)；而嵌入式軟件平臺(tái)的多樣性則契合了不同工業(yè)控制應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)功耗、 運(yùn)行效率、實(shí)時(shí)性、可靠性及系統(tǒng)安全性要求。 ARM CortexA8 處理器是第一款基于 ARMv7 架構(gòu)的應(yīng)用處理器，并且是有史以來(lái) ARM開(kāi)發(fā)的性能最高、最具功率效率的處理器。 因此采用 ARM CortexA8 處理器設(shè)計(jì)嵌入式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)工控機(jī)的高性能、低功耗、低成本、小體積的要求。 （二） 存儲(chǔ)器 128MB DDR2 SDRAM， 1GB NAND Flash，符合工業(yè)溫度條件 － 40℃～ 80℃。 （四） 通信接口 兩路 百 兆工業(yè)以太網(wǎng)接口； 4 路高速串口； 兩路 接口，一路主機(jī) ，一路從機(jī) 。 （六） 電源支持 支持寬電壓范圍供電（ DC9V～ DC30V）。 三、 設(shè)計(jì)方案論證 （一） 處理器選擇 ARM9 飛思卡爾生產(chǎn)的 ARM 9 處理器有兩個(gè)系列， 系列和 系列。但是 只有一路 10/100Mbps 以太網(wǎng)接口，不滿足設(shè)計(jì)要求 。 ARM9 TI 生產(chǎn)的 ARM9 處理器有 6 個(gè)系列： AM1810， AM1808， AM1806， AM1802， AM1707，AM1705。溫度條件（－40℃～ 90℃）、濕度條件（ 5～ 95% RH）及“三防”（防水、防霉、防塵） ，但不支持 LCD。溫度條件（－40℃～ 90℃）、濕度條件（ 5～ 95% RH）及“三防”（防水、防霉、防塵 ） 。溫度條件（－ 40℃～ 90℃）、濕度條件（ 5～ 95% RH）及“三防”（防水、防霉、防塵） 。 （二）存儲(chǔ)器選擇 系統(tǒng)使用的存儲(chǔ)器是 DDR2 和 NAND Flash， NAND Flash 用于保存系統(tǒng)映像文件及系統(tǒng)配置信息等掉電不可丟失的信息， DDR2 用于程序運(yùn)行及運(yùn)行變量信息掉電可丟失。 目前生產(chǎn) DDR2 和 NAND Flash 的半導(dǎo)體廠家 有海力士（ SK hynix），三星，美光（ Micron）等。 考慮到 三星生產(chǎn)的工業(yè)級(jí) DDR2 使用不多，應(yīng)該存在某些潛伏的問(wèn)題 。同時(shí)對(duì)比 K4T1G164QEHCE6 FBGA84 和 MT47H64M16HR 的價(jià)格，兩片 K4T1G164QEHCE6 FBGA84 和一片 MT47H64M16HR 價(jià)格相差不大，同時(shí)參考 TI 提供的方案最終選擇美光的MT47H64M16HR 作為本次嵌入式工控機(jī)設(shè)計(jì)的 存儲(chǔ)器。 LMZ14202 只需 3 個(gè)外部電阻器和 4 個(gè)外部電容器即可完成電源解決方案。一個(gè)單個(gè)電阻器將開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)至 1MHz。 113322P1PJ200AVIN1Ron2EN3GND
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