賈措

(沈陽(yáng)師范大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110034)

?

車(chē)載智能終端的設(shè)計(jì)思考

賈措

(沈陽(yáng)師范大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110034)

本文主要闡述與上述車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)配套的車(chē)載車(chē)聯(lián)網(wǎng)終端的硬件設(shè)計(jì)，主要包括處理器的選擇、硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)及外圍電路模塊的設(shè)計(jì)。在綜合權(quán)衡了CPU的速度、尺寸、耗電量、成本等等諸多因素以后，德州儀器(Texas Instruments)的ARM A9雙核心系列CPUOMAP4460成為了本終端CPU的首選。本文將選用基于ARM核心的TI OMAP平臺(tái)，闡述一個(gè)車(chē)載車(chē)聯(lián)網(wǎng)終端硬件設(shè)計(jì)。

車(chē)在聯(lián)網(wǎng)終端；硬件設(shè)計(jì)；OMAP

1　中央處理器的選擇

車(chē)載車(chē)聯(lián)網(wǎng)終端的CPU芯片，核心是處理器內(nèi)核，本設(shè)計(jì)采用的是ARM Cortex-A9內(nèi)核的OMAP4460處理器。

1.1視頻音頻編碼解碼加速器IVA2+，主要用于支持MPEG4、WMV9、H.264、RealVideo10等主流流媒體標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)視頻通話并讓設(shè)備具備錄制和播放高質(zhì)量的視頻的能力。IVA2+是TI開(kāi)發(fā)的第二代優(yōu)化版視頻音頻編碼解碼加速器，與以前的OMAP處理器相比，它在多媒體處理方面的性能最高可提高4倍。IVA2+增加了支持多種標(biāo)準(zhǔn)(MPEG4、H264、Windows Media Video和Real Video等)的高分辨率編碼和解碼。此外，ARM的向量浮點(diǎn)加速算法與OMAP4460的專用2D/3D圖形硬件加速器一起為設(shè)備提供了卓越的游戲功能。

1.2Power VR SGX圖形內(nèi)核(GPU)，用于增強(qiáng)2D和3D圖片的渲染效果和速度并且支持OpenGL ES2.0和Open VG。由于OMAP4460處理器嵌入了由ImaginationTechnologies開(kāi)發(fā)的POWERVR SGX系列圖形內(nèi)核，該終端可以具備較好的圖形性能和先進(jìn)的用戶界面功能。另外，OMAP4460處理器提供了“智能像素(smart pixel)”技術(shù)，該技術(shù)支持復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的圖像功能。這一技術(shù)允許開(kāi)發(fā)者對(duì)圖形中的每個(gè)像素單獨(dú)編程，以顯著提高移動(dòng)環(huán)境中的顯示效果，如高級(jí)的反射效果以及多紋理的背景等。

1.3圖像信號(hào)信號(hào)處理器(ISP)，該內(nèi)核主要用來(lái)支持高像素?cái)z像模塊，并且可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)JPEG圖像壓縮。由于集成了圖像信號(hào)處理器(ISP)，OMAP4460可以連接高達(dá)1200萬(wàn)像素的影像傳感器并且可以大幅降低連續(xù)拍攝遲延，使得圖像采集的質(zhì)量達(dá)到甚至超過(guò)目前市場(chǎng)上的大部分?jǐn)?shù)碼相機(jī)。另外，由于OMAP4460具備了實(shí)時(shí)JPEG圖像壓縮以及對(duì)串行和并行相機(jī)的連接支持功能，還有助于擴(kuò)大數(shù)據(jù)處理量和存儲(chǔ)量，增加了設(shè)計(jì)靈活性。

1.4內(nèi)置的M-Shield安全技術(shù)，使設(shè)備增加了數(shù)據(jù)內(nèi)容保護(hù)、事務(wù)安全保護(hù)、網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)安全保護(hù)、終端身份保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)鎖定保護(hù)等功能。另外，在ARM Trust Zone技術(shù)的支持下，OMAP4460的安全性能進(jìn)一步得到增強(qiáng)，可以給開(kāi)發(fā)者和使用者提供一個(gè)具有高安全性能的互動(dòng)式的應(yīng)用程序環(huán)境。

2　車(chē)載聯(lián)網(wǎng)終端硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

基于對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的功能需求，車(chē)聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的性能需求是較高的，特別是車(chē)聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用對(duì)于數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信的需求非常高。使用型號(hào)為Pandaboard ES-OMAP4460的開(kāi)發(fā)板OMAP4460處理器集成了ARMCortexTM-A8內(nèi)核及高級(jí)數(shù)字信號(hào)處理器，并提供了豐富的外設(shè)接口，包括DVI視頻輸出、TV-OUT、音頻輸入輸出、USB OTG、USB HOST、SD/MMC、串口、JTAG、一個(gè)復(fù)合的模擬信號(hào)視頻輸入模塊、一個(gè)總的模擬信號(hào)視頻輸出模塊、500萬(wàn)像素?cái)z像頭、9寸電容式觸摸屏、GPS模塊、GSM/GPRS模塊、WIFI模塊、鋰電池等。

3　車(chē)載聯(lián)網(wǎng)終端硬件模塊設(shè)計(jì)

3.1信號(hào)接收模塊設(shè)計(jì)

信號(hào)接收模塊的功能主要是：首先通過(guò)天線接收微波信號(hào)，然后將微波信號(hào)向下變頻到中頻信號(hào)，數(shù)字化處理中頻信號(hào)后再進(jìn)行主載波的捕獲與跟蹤、副載波的檢測(cè)與解調(diào)。然后上傳解調(diào)出的數(shù)據(jù)到上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。

該設(shè)計(jì)具有高性能、低功耗和便攜性的特點(diǎn)。信號(hào)接收模塊由FPGA模塊和基于OMAP4460處理器中的DSP核所組成。其中，主載波的捕獲和跟蹤、副載波的解調(diào)和匹配濾波由FPGA模塊負(fù)責(zé)，而基于OMAP4460處理器中的DSP核主要負(fù)責(zé)數(shù)字載波環(huán)、位同步和信號(hào)判決。

3.2復(fù)位模塊設(shè)計(jì)

OMAP4460開(kāi)始信號(hào)由該復(fù)位模塊負(fù)責(zé)輸出，以啟動(dòng)該系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。OMAP4460支持PWRON_RESET，PWRON_RESET是一個(gè)外部的非屏蔽復(fù)位信號(hào)。同時(shí)，OMAP4460還支持MPU子系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)MPU_RST，MPU_RST復(fù)位信號(hào)僅負(fù)責(zé)給MPU子系統(tǒng)提供復(fù)位信號(hào)，PWRON RESET對(duì)系統(tǒng)全局復(fù)位。

3.3時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)

OMAP4460處理器有兩個(gè)時(shí)鐘源:系統(tǒng)時(shí)鐘和實(shí)時(shí)時(shí)鐘。實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)鐘主要為定時(shí)器、電源管理、UART通信等提供時(shí)鐘。OMAP4460處理器的系統(tǒng)時(shí)鐘可獨(dú)立地對(duì)MPU子系統(tǒng)、OMAP4460的DSP核以及相關(guān)存儲(chǔ)器管理器提供時(shí)鐘，同時(shí)可以地控制功耗。

3.4外存儲(chǔ)器模塊設(shè)計(jì)

FLASH應(yīng)該算是外存儲(chǔ)的一種，內(nèi)存可以簡(jiǎn)單地分為兩類(lèi):隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器RAM(Random Access Memory)和只讀存儲(chǔ)器ROM(Read Only Memory)。RAM存儲(chǔ)器的讀、寫(xiě)速度都很快而且可隨機(jī)讀、寫(xiě)，但存儲(chǔ)數(shù)據(jù)無(wú)法在掉電后保存。ROM作為只讀存儲(chǔ)器只能讀取數(shù)據(jù)而不能寫(xiě)入數(shù)據(jù)，但掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟，可以用于存放代碼和永久保存。

[1]李曉波,孟利民.H.264多媒體數(shù)據(jù)在嵌入式系統(tǒng)中的存儲(chǔ)機(jī)制的設(shè)計(jì)[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2012,(04).

[2]周恕義,徐曉亮,李小勇.新型嵌入式多媒體系統(tǒng)架構(gòu)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2011,(01).

賈措(1994.08-)，河南虞城人，沈陽(yáng)師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)。

U463

A

1671-1602(2016)18-0036-01