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基于EP9315与嵌入式CPU的车载多功能无线系统的设计

电子设计 来源:郭婷 作者:电子设计 2018-12-07 09:30 次阅读

汽车电子简而言之就是半导体和汽车的结合,主要分为两类:一类是汽车电子控制装置,要和机械系统配合使用,例如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、防滑控制、悬架控制、动力转向等。另一类是车载汽车电子装置,是在汽车环境下能够独立使用的电子装置,和汽车本身性能无直接关系,包括导航、娱乐系统及车载通信系统等。

近年来,中国汽车产业发展迅猛,特别是轿车产业。中国巨大的市场潜力吸引了全球众多知名汽车厂商的目光,这些企业纷纷来华投资。凭借这些跨国企业提供的威廉希尔官方网站 、硬件,以及产能上的保障,中国在短短几年时间内成为全球知名的汽车生产国。

快速发展的汽车产业为汽车电子产品提供了广阔的应用市场,中国汽车电子市场随着中国汽车产业一起进入快速发展时期。2009年中国汽车电子产品市场规模达到1629.6亿元,同比增长20.4%.

目前中国汽车电子产业取得了跨越式的发展,已经初具规模。其中,车载信息系统成了汽车电子市场增长的引擎,也是今后的热点。此外,随着消费者对安全性的关注日益提高,EPS、TPMS、雷达测距等一系列安全威廉希尔官方网站 得到广泛的应用。汽车应用越来越广泛,决定了MCU的处理能力必须要提高,32位MCU逐渐登上了舞台。

随着消人们对汽车本身的要求的提高,如动力性、安全性、舒适娱乐性、驾驶的自动性、维修的简便性等;与之相对应的汽车电子系统如电控助力转向系统、电子稳定系统、胎压、SBC刹车系统、定速/安全巡航系统等也有了进一步的迅速发展。

本文介绍的车载多功能无线系统集成了定位、导航、防盗、车载免提电话、无线上网、短消息、DVD/MP3影视娱乐、紧急呼叫、读卡器等多项功能。下面将简单介绍该系统。

本系统的系统结构层次框图如下。

基于EP9315与嵌入式CPU的车载多功能无线系统的设计

硬件原理框图如下。

基于EP9315与嵌入式CPU的车载多功能无线系统的设计

硬件原理框图描述:

本系统的核心器件是EP9315,基于ARM920T的工控、消费类嵌入式CPU,提供了原理框图中除了电源管理模块、后备电源模块CPLD扩展逻辑模块、GPS模块、GSM模块之外的所有模块的功能接口,开发较为简便。读卡器模块通过标准USB口连接,实际是一个独立的产品,CPLD扩展逻辑除了提供GPS模块和GSM/GPRS或CDMA模块的访问控制逻辑外,预留了一定的逻辑,方便扩展更多的功能,如轮胎压力、轮胎温度的无线接收、Video Camera的视频输入(可用于拓宽视野、路面车道自动跟踪等)、Zigbee无线协议等。

模块功能描述:

◆ GPS定位模块

这是本系统的主要功能模块之一。采用韩国HADARU公司的HPM103H-6模块,结合系统中的矢量地图,实现汽车的定位、导航、防盗,当车速超过设定门限时报警等功能。HPM103H-6能够同时跟踪12颗卫星,定位精度优于12米,冷启动时间小于56秒。

◆ GSM/GPRS或CDMA模块

这是本系统的另一个主要功能模块。用户可以选择GSM/GPRS、CDMA模块的其中之一。该模块提供车载免提电话、无线上网、数据传输、短消息等功能;还能设定3个紧急电话号码(如110等),通过特定的按钮(Urgent Button)实现紧急呼叫;也可以通过系统提供的以太网接口,连接笔记本电脑等设备,完成相应的功能。

◆ KeyB/Touch Screen模块

这是本系统提供的固有的输入接口,完成系统功能、参数设定。本模块提供了64键键盘和一块触摸屏。输入接口也可以通过USB 2#或3#,外接鼠标,完成或辅助完成设定功能。

◆ LCD显示/LED指示灯模块

LCD显示屏是本系统的交互显示介面及系统状态、视频节目的输出界面。提供8个LED指示灯,其中2个用于提示系统的电源、系统运行状态,1个用于指示外界信号到达(电话呼入、短消息到达),1个用于GPS的运行状态,另外4个可以根据需要设定为报警或指示。

UART/IrDA模块

提供一个标准的串行接口和一个标准的红外接口。

◆ USB 1# / Card Reader模块

USB 1# 模块专门为Card Reader(读卡器)模块提供接口, Card Reader能够完成对CFI,II、MD、SM、xD、SD、MMC、MS、MS Pro、MS Duo、MS MagicGate等类型闪存卡的读写,方便旅游者的记录转储。Card Reader本身也是北高智的一个独立产品。

◆ USB 2# / 3# 模块

提供2个标准的USB接口。

◆ RTC模块

提供本系统的实时时钟

◆ 电源管理/后备电源模块

后备电源模块在系统掉电时,为RTC提供后备电源,其含有充电电路,在系统上电时,由电源管理模块提供充电电源。

电源管理模块完成对本系统的供电,提供了+5V、+3.3V、+1.8V、+12V、-12V等电压,具有系统复位、过压、过流保护功能;此外,还有及其重要的上电时序控制,以防器件发生栓锁现象。

◆ Audio模块

提供本系统音频信号的输入、输出。输入部分提供MIC、Line-in(分为Lline-in,Rline-in)、内部音频总线、SPDIF接口;输出部分提供Line-out(也分为Lline-out和Rline-out)、Stereo Headphone、Speaker(2 Channels)。可以实现录音和放音。

◆ Urgent Button模块

此模块仅有3个按钮,可以安装在车中任意明显或隐蔽位置,用手或脚来控制,完成紧急呼叫的功能。这3个由CPLD内部的中断控制器控制,保证其实时性。

◆ 10/100M 以太网接口

EP9315已经提供了以太网MAC层的MII接口,只要选者一个PHY接口IC即可实现以太网的物理电路。本模块选用了Cirrus Logic公司的CS8952,支持10Base-T和100Base-X,作为通用的以太网接口。

◆ CPLD扩展逻辑模块

本模块选用Altera公司的产品,容量可以升级,封装不变,以便于未来增加逻辑功能。本模块除了提供系统的译码逻辑、LED灯及紧急按钮的控制外,也提供EP9315对GPS模块、GSM/GPRS或CDMA模块的访问控制,另外还保留了许多地址空间和I/O线,以备将来的功能扩展之用。

◆ SSD硬盘模块

EP9315带有标准的IDE接口,可以直接挂接IDE硬盘。但是由于汽车内部的温度比较高、振动剧烈,机械式的硬盘容易损坏,故而选用SSD(Solid State Drive)固态电子硬盘。SimpleTech公司的Zeus系列SSD固态硬盘,具有温度范围宽,抗震动、抗冲击、容量大(2GB ~ 128GB)等优点,带有标准的IDE接口,可以直接替换普通机械式硬盘。在重要器件介绍中会详细介绍SSD硬盘的特点和性能。

SSD硬盘用于承载操作系统、文本、媒体文件等。本系统支持Windows CE和Linux嵌入式操作系统,将来还会支持其它的嵌入式操作系统。

◆ nvSRAM

nvSRAM作为SRAM在系统运行时使用,作为Flash在系统掉电时保存重要的配置数据。该器件会在重要器件中介绍。

◆ Boot Flash

Boot Flash在系统上电时首先被执行,然后根据配置读取硬盘中的操作系统引导块至EP9315中,从而完成操作系统的启动。

重要器件介绍:

1.EP9315

EP9315是Cirrus Logic公司出品的基于ARM920T内核的200Mhz的处理器,功能强大,适合于工业控制、消费等领域,如数字多媒体服务器、远程信息监控、瘦客户机、机顶盒、POS机、生物安全系统、GPS定位/巡航设备等。其特点有:

ARM核心部分:16KB的数据缓存和16KB的指令缓存;内存管理单元(支持Linux、Windows CE);100MHz的系统总线;MaverickCrunch 数学运算及信号处理引擎;MaverickKey 权限、IP安全ID.

外围接口部分:

◆ PCMCIA接口

◆ 图形加速器

◆ EIDE接口,2个

◆ USB2.0全速主机,3个

◆ UART,基于16550的,3个

◆ IrDA红外接口,支持慢速、快速模式

◆ LCD接口,带有专用的SDRAM通道

◆ Touch Screen触摸屏接口

◆ SPI接口

AC' 97 音频接口

◆ I2S 接口,6个

◆ 8x8键盘接口

可选外部存储器支持:

◆ 32-Bit SDRAM, 4bank

◆ 32/16/8-bit SRAM/Flash/ROM/接口

◆ 串行EEPROM接口

内部功能模块:

◆ 实时时钟,软件可调

◆ 12个DMA 数据传输通道,最大限度提升了系统性能

◆ Boot ROM

◆ 双锁相环,控制所有时钟

看门狗定时器

◆ 2个通用16-bit定时器

◆ 1个通用32-bit定时器

◆ 1个40-bit调试用途定时器

◆ 通用I/O:16条有中断功能的增强型GPIO

◆ 封装:352-Pin PBGA

下图是EP9315的结构框图。

基于EP9315与嵌入式CPU的车载多功能无线系统的设计

2.U634H256-SA35

这是一颗32Kbyte x 8 的nvSRAM,35ns的访问速度,德国ZMD公司生产的IC,专门用于环境比较苛刻的系统,温度范围宽(-40℃~+125℃)、抗干扰能力强,特别适合汽车这类环境条件的工业应用。nvSRAM内部有一套SRAM和一套FLASH,两者在bit级别上一一对应,运行时作为SRAM,掉电时作为FLASH存储数据,并且提供3种SRAM至FLASH的数据存储模式:掉电模式、硬件模式、软件指令模式,以及2种FLASH至SRAM的数据召回模式:上电模式、软件指令模式。

3. SSD硬盘

SimpleTech公司SSD硬盘,广泛应用于工业、冗余存储等稳定性比较高的领域,SSD硬盘是用Flash加FPGA开发而成的,有以下特点:

◆ 持续读/写速度:Up to 60MB/s

◆ 44Pin IDE接口(2.5-inch),40Pin IDE接口(3.5-inch)

◆ 2.5-inch/3.5-inch的工业标准

◆ 符合ATA-5标准,支持PIO0-4,UDMA0-4

◆ Master/Slave跳线选择

◆ 百万次的擦写周期

◆ 容量:从2GB到128GB

◆ 10年的数据保持时间

◆ 防震、防碰撞的铝合金外壳

◆ 紧凑的设计,厚度仅为9.5mm

◆ 读写损耗均衡、坏块管理算法专利

◆ 不稳定供电时,具有可靠的运行保证

◆ 快速的初始化,固件可以现场升级

在可靠性方面有以下特点:

◆ 手动/自动的自诊断系统

◆ 可选的掉电保护电路

◆ EDC/ECC错误检测和错误纠正

◆ SMART系统

汽车电子的发展已经经历了无处理器的模拟威廉希尔官方网站 阶段、简单的MCU的数字威廉希尔官方网站 阶段、16位MCU阶段,现在正处于32位CPU、嵌入式处理器的SoC阶段,其发展方向不可避免地会朝着FPGA的方向发展,越来越多地依靠强大的硬件平台来处理越来越多的离散海量数据,使对汽车本身的控制越来越智能、越来越精确、越来越安全。

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