【正文】 態(tài)度和服務(wù)質(zhì)量，即時了解各線路的上座率情況，同時對司乘人員起到有效的監(jiān)督制約作用。 車載監(jiān)控終端硬件設(shè)計方案隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式微處理器性能的不斷提高，嵌入式系統(tǒng)也得到越來越廣泛的應(yīng)用。將嵌入式系統(tǒng)及其設(shè)計方法引入車載監(jiān)控終端設(shè)計之中，不僅可以大大提高車載監(jiān)控終端的實時性和可靠性，節(jié)約成本，而且由于軟件的可移植性強，可以在不改變系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上，方便車載監(jiān)控終端地升級換代。同時也大大縮短了系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的時間，提高了工作效率?？紤]嵌入式系統(tǒng)具有的上述優(yōu)點，主控制器選用了嵌入式處理器。表 給出常見的嵌入式處理器 [6]。表 常見嵌入式處理器比較處理器類型 處理器價格 主要性能及應(yīng)用ARM 低 低功耗，適合于個人便攜式設(shè)備MIPS 高 用于交換機、路由器，plays station等高端嵌入式設(shè)備Power PC 高 通信主網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備；單位附加值高，市場小，特別是對性能有較高要求時，應(yīng)用于高端嵌入式中由于設(shè)計的是終端產(chǎn)品，所以性價比是必須重點考慮的，結(jié)合系統(tǒng)自身的特點，最終選用 Samsung 公司的處理器 S3C2410X 作為主控制器。 S3C2410X 內(nèi)部集成了ARM920T 處理器核的 32 位微控制器、IIS 總線接口、2 個 USB host 接口，一個 USB slave 接口，3 路 UART 接口。在第四章將對該處理器的結(jié)構(gòu)和功能特點做詳細的介紹。 內(nèi)蒙古大學本科畢業(yè)論文(設(shè)計) 第 14 頁14由于 USB 技術(shù)在 PC 領(lǐng)域的廣泛使用，USB 接口的攝像頭已經(jīng)非常普遍，價格也非常便宜，而且容易購買。并且當前市場上已有超過一百萬象素的攝像頭，足以滿足苛刻的監(jiān)控質(zhì)量的要求，所以經(jīng)過充分的調(diào)研最后決定采用 USB 攝像頭。根據(jù)車載監(jiān)控終端需求，本課題擴展了 Flash 存儲器，選用一片 K9F1208U0M 構(gòu)成 64MB Nand Flash 空間，作為圖像、語音信息存儲介質(zhì)及程序固化設(shè)備。選用兩片SDRAM 芯片 K4S561632C 構(gòu)成 64M 的內(nèi)部存儲空間。在開發(fā)板上擴展了兩個 UART口，分別連接 Garmin GPS 接收機模塊和 SEMENS 的 MC35i GPRS 模塊。在 USB HOST 端口上外接一個 30 萬像素的 USB 攝像頭。在數(shù)字音頻的輸入接口上接一個話筒。在人機交互方面，利用處理器的兩個 GPIO 引腳，外接按鍵。模擬車門開閉狀態(tài)和手動啟動圖像采集的需求。歸納一下，嵌入式車載監(jiān)控終端主要由主控制器、車載定位模塊、車載無線通信模塊、圖像采集模塊、語音錄入模塊構(gòu)成，具體硬件結(jié)構(gòu)如圖 所示。圖 車載監(jiān)控終端硬件組成GPS 模塊 內(nèi)蒙古大學本科畢業(yè)論文(設(shè)計) 第 15 頁15第四章 系統(tǒng)硬件平臺構(gòu)成車載監(jiān)控終端總體上可以分為四大部分：S3C2410X 處理器、存儲系統(tǒng)、外圍設(shè)備模塊和調(diào)試系統(tǒng)。處理器負責指令的運行和響應(yīng)其它硬件模塊請求。SDRAM 作為系統(tǒng)的運行內(nèi)存，用作程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)；FLASH 介質(zhì)用于存儲操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序等；JTAG 口、USB 口、串口都可做調(diào)試接口。GPS 模塊和 GPRS 模塊通過串口與處理器相連，GPS 將接收到的定位數(shù)據(jù)通過串口傳送給處理器，GPRS 模塊用來發(fā)送數(shù)據(jù)到 GPRS 網(wǎng)絡(luò)上去。USB 攝像頭通過 USB 接口與處理器相連。整個車載監(jiān)控終端硬件平臺構(gòu)成由圖 所示。由于在嵌入式系統(tǒng)中，硬件平臺起著基礎(chǔ)作用，任何軟件的開發(fā)都是基于一定的硬件平臺并在其上發(fā)生作用的。其中處理器在硬件平臺中處于核心地位，處理器性能的優(yōu)劣直接影響著系統(tǒng)的執(zhí)行效率，同時處理器對外提供各種功能接口供開發(fā)者編程使用，本章將著重介紹本系統(tǒng)硬件平臺中涉及到的主要硬件資源。圖 車載監(jiān)控終端 內(nèi)蒙古大學本科畢業(yè)論文(設(shè)計) 第 16 頁16 主控制模塊(ARM9)綜合考慮，本系統(tǒng)選用 Samsung 公司的 ARM9 芯片 S3C2410X。S3C2410X 的最高工作頻率可達 203MHZ，為手持設(shè)備和一般類型應(yīng)用提供了低價格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。該處理器采用 制造工藝，內(nèi)部采用了新的Advanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA)總線(AMBA2)。通過提供一整套完整的通用系統(tǒng)外圍設(shè)備，S3C2410X 大大降低了整個系統(tǒng)的成本，消除了為系統(tǒng)配置額外器件的需要。S3C2410X 中集成的以下片上功能：● 伏內(nèi)核供電， 存儲器供電， 外部 I/O 供電?！?具備 16KB 的 ICache 和 16KB 的 DCache/MMU?！?外部存儲控制器(SDRAM 控制和片選邏輯)?！?LCD 控制器(最大支持 4K 色 STN 和 256K 色 TFT)提供 1 通道 LCD 專用 DMA?！?帶有外部請求引腳的 4 通道 DMA?！?3 通道 UART(，16 字節(jié)發(fā)送 FIFO，16 字節(jié)接收 FIFO)/2 通道SPI?！?1 通道多主 IICBUS/1 通道 IISBUS 控制器?！?兼容 SD 主接口協(xié)議 版和 MMC 卡協(xié)議 版?！?2 端口 USB 主機/1 端口 USB 設(shè)備( 版)?！?4 通道 PWM 定時器和 1 通道內(nèi)部定時器?！?看門狗定時器?！?117 個通用 I/O 口和 24 通道外部中斷源?！?功耗控制模式：具有普通，慢速，空閑和掉電模式。● 8 通道 10 比特 ADC 和觸摸屏接口。● 具有日歷功能的 RTC。● 具有 PLL 片上時鐘發(fā)生器。S3C2410X 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 內(nèi)蒙古大學本科畢業(yè)論文(設(shè)計) 第 17 頁17圖 S3C2410X 部結(jié)構(gòu)圖 USB 接口S3C2410X 內(nèi)置 Host 控制器具有以下特性 [7]：● 完全兼容 協(xié)議● 完全兼容 OHCI ● 支持低速（）和全速（12MB/S ）的 USB 設(shè)備 內(nèi)蒙古大學本科畢業(yè)論文(設(shè)計) 第 18 頁18S3C2410X 開發(fā)板提供了兩個 USB HOST 接口，可支持 U 盤、USB 攝像頭等多種USB 設(shè)備，但使用不同的設(shè)備需要開發(fā)相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動。開發(fā)板還提供了一個 USB DEVICE 接口，可以下載數(shù)據(jù)。 UART 接口S3C2410X 內(nèi)部具有 3 個獨立的 UART 控制器，每個控制器都可以工作在Interrupt(中斷 )模式或 DMA(直接內(nèi)存訪問) 模式，也就是說 UART 控制器可以在 CPU與 UART，控制器傳送數(shù)據(jù)的時候產(chǎn)生中斷或 DMA 請求。并且每個 DART 均具有 16字節(jié)的 FIFO(先入先出寄存器)，支持的最高波特率可達到 。圖 RS232C 串口接線GPS 和 GPRS 模塊與 S3C2410X 開發(fā)板按照 RS232C 標準采用交叉串口線相連接，如圖 43 所示。 RS232C 是一種標準接口，D 型插座，采用 25 芯引腳或 9 芯引腳的連接器。開發(fā)板采用 9 芯引腳連接器，9 芯串行接口引腳含義表如表 ：表 芯串行接口引腳含義表引腳號 功能 引腳號 功能1 接收線信號檢測(載波檢測DCD)6 數(shù)據(jù)通信設(shè)備準備就緒(DSR)2 接收數(shù)據(jù)線(RXD) 7 請求發(fā)送(RTS)3 發(fā)送數(shù)據(jù)線(TXD) 8 清除發(fā)送4 數(shù)據(jù)終端準備就緒(DTR) 9 振鈴指示5 信號地(SG)用 RS232 總線進行通信，需外接電路實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。在發(fā)送端需要用驅(qū)動電路將TTL 電平轉(zhuǎn)換成 RS232C 電平，在接收端需要用接收電路將 RS232C 電平轉(zhuǎn)換為 TTL電平，電平轉(zhuǎn)換器采用 MAX232 芯片，該芯片使用單一+5V 電源供電實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。 內(nèi)蒙古大學本科畢業(yè)論文(設(shè)計) 第 19 頁19 通用 I/O 口S3C2410X 提供了 117 個通用 I/O 端口，用戶可根據(jù)設(shè)計需要，將每個端口配置為輸入模式、輸出模式或特殊功能模式，由片內(nèi)的特殊功能寄存器控制 [8]。在該系統(tǒng)的設(shè)計中，選用了 GPF3 口，選擇為中斷功能模式(EINT3)，用于控制車門的關(guān)與開；選用了 GPF4 口，選擇為中斷功能模式( EINT4)，用于手動啟動視頻采集并將采集圖像回傳監(jiān)控中心。 I2S 音頻接口I2S(InterIC Sound)總線是 Philips 公司提出的串行數(shù)字音頻總線協(xié)議。它是一種面向多媒體的音頻總線，專用于音頻設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，為數(shù)字立體聲提供序列的連接至標準編解碼器。I2S 總線只處理聲音數(shù)據(jù)。其他信號 (如控制信號)必須單獨傳輸。為了使電路的引出引腳盡可能少，I2S 只使用了 3 條串行總線：提供分時復用功能的數(shù)據(jù)線、字段選擇線和時鐘信號線。S3C2410X 內(nèi)置 I2S 總線接口，可直接外接 8/16 比特的立體聲 CODEC，可提供 DMA 傳輸模式，以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。本設(shè)計選用Philips 的 UDAl34l 型音頻 CODEC。該 CODEC 支持 ⅡS 總線數(shù)據(jù)格式，采用位元流轉(zhuǎn)換技術(shù)進行信號處理，具有可編程增益放大器(PGA) 和數(shù)字自動增益控制器(AGC)。 GPS 模塊在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)定位模塊一般采用 GPS OEM 板，即 GPS 接收機。據(jù)《GPS World》雜志 2022 年最新調(diào)查報道表明，現(xiàn)在全球有 90 余家接收機生產(chǎn)制造廠家，共有 800 多種型號的接收機進入商用市場。這些接收機產(chǎn)品性能穩(wěn)定、體積小、耗電省、使用方便等優(yōu)良性能；單點定位精度 10~25m；無 SA 時實時差分定位精度 35m；功耗小于 1w；工作環(huán)境溫度可達30~+80。上述性能己能很好地滿足普通車輛監(jiān)控系統(tǒng)的要求。GARMIN 的 GPS OEM 產(chǎn)品均為 12 通道的 GPS 接收機，也就是同時可以跟蹤多達 12 顆 GPS 衛(wèi)星，從而能夠快速的定位。GARMIN 的 GPS 接收機功耗非常小，數(shù)據(jù)更新率為每秒一次，其優(yōu)良的性能既能夠滿足陸地導航的靈敏度需求，也能夠滿足飛 內(nèi)蒙古大學本科畢業(yè)論文(設(shè)計) 第 20 頁20行器的動態(tài)需求。在設(shè)計上，這些 GPS 接收機使用了最新的科技和高水平的電路集成技術(shù)，在達到高性能的同時減小了體積和功耗。其中全部的重要元器件，包括 RF/IF接收機硬件和數(shù)字基帶部分，都是由 GARMIN 來設(shè)計和生產(chǎn)的，以保證其質(zhì)量和性能。GARMIN 的 GPS 接收機 OEM 板從硬件和軟件上都十分易于使用，非常適合做系統(tǒng)集成。最簡單的系統(tǒng)，除 GPS 外還要包括外部電源和 GPS 天線。與 GPS 系統(tǒng)的通訊可以通過 RS232 或 CMOS 電平的串行口來實現(xiàn)。GPS 接收機 OEM 板中可以將衛(wèi)星軌道參數(shù)、上次定位位置、時間和日期等數(shù)據(jù)保存在靜態(tài)存儲器，接收機內(nèi)部有備用電池來為存儲器供電。在嵌入式車載監(jiān)控終端系統(tǒng)中，從價格、功耗、體積、抗干擾能力等方面比較，本課題選擇了 GARMIN GPS15L。GPS15L 接口特性如表 所示：GPS15L 主要特性為：● 跟蹤性能：并行 12 通道● 定位時間：熱啟動15 秒；冷啟動45 秒；重新捕獲2 秒；自動搜索300秒● 單點定位：15 米● 時間精度：177。100ns 1PPS 輸出精度（只適用于 15L/15H） ，脈沖寬度 20ms980ms 可調(diào)● 速度精度： 米/秒● 動態(tài)性能：速度515 米/秒；加速度6g ；高度18,000 米● 數(shù)據(jù)更新率：1 次/sec～1 次/900sec 可調(diào)● RS232 電平輸出速率：300、600、1200、2400、4800、9600、19200bps 用戶可選● 物理尺寸：GPS15L：34457(毫米)● 重量：GPS15L：14 克● 工作電壓：－5V (GPS 15L)● 工作溫度：30 ～80C00● 儲存溫度：40 ～80 內(nèi)蒙古大學本科畢業(yè)論文(設(shè)計) 第 21 頁21表 GPS15L接口說明管腳 名稱 描述1 備用電源 為內(nèi)部的靜態(tài)存儲器和時鐘供電。OEM 板內(nèi)的電池可以維持大約 21 天。輸入電壓必須為直流+~+。2 地 電源地和信號地3 電源 電壓 ~；電流峰值 100mA，標稱值 85mA。4 串口 1（出） 異步串行數(shù)據(jù)輸出。RS232 電平，提供 NMEA 0183 版本 或 的數(shù)據(jù)。該口也可以設(shè)置為輸出相位數(shù)據(jù)。波特率從 300~38400 可選，默認值為 4800。5 串口 1（入） 異步串行數(shù)據(jù)輸入。RS232 電平，最大輸入電壓范圍為25V+25。該輸入口也可以直接與有 RS232