張月雷

摘 要專用協(xié)議處理設(shè)備是某邊境監(jiān)視系統(tǒng)信息接入的主要設(shè)備，本文結(jié)合工程實際介紹了一種基于ARM的嵌入式硬件平臺設(shè)計實現(xiàn)方法。

【關(guān)鍵詞】硬件平臺 嵌入式 ARM

1 概述

在邊境巡邏中，鑒于邊境的特殊性，往往使用機動巡邏車來進行邊境監(jiān)視。機動巡邏車車載系統(tǒng)需要接入雷達、光電傳感器、GPS以及無線電臺，雷達、光電傳感器等設(shè)備將探測的數(shù)據(jù)傳到車載監(jiān)視系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)處理后通過無線電臺報上級系統(tǒng)進一步處理。這些傳感器的通信接口也是各種各樣，有的使用CAN總線，有的使用RS485總線，還有的使用RS232總線。如何將這些不同通信協(xié)議的數(shù)據(jù)接入到車載監(jiān)視巡邏系統(tǒng)中？這就需要一種專用的協(xié)議處理設(shè)備來統(tǒng)一處理，將各種不同通信協(xié)議的數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)高速IP協(xié)議。本文介紹了一種基于嵌入式ARM的專用協(xié)議處理設(shè)備的硬件平臺設(shè)計。

2 ARM

ARM（Advanced RISC Machines），既可認為是一個公司的名字，也可認為是對一類微處理器的統(tǒng)稱。ARM公司是專門從事基于RISC技術(shù)芯片設(shè)計開發(fā)的公司，作為知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導體生產(chǎn)商從ARM公司購買其設(shè)計的ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的ARM微處理器芯片。ARM處理器具有三大特點：耗電少功能強、16位/32位雙指令集和眾多合作伙伴。

3 CAN、RS485及RS232總線

CAN是Controller Area Network的縮寫，屬于現(xiàn)場總線范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線是當今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術(shù)支持。RS485采用平衡發(fā)送和差分方式實現(xiàn)通信：發(fā)送端將串行口的ttl電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號a，b兩路輸出，經(jīng)過線纜傳輸之后在接收到端將差分信號還原成ttl電平信號。由于傳輸線纜通常采用雙絞線，又是差分傳輸，所以具有極強的抗共模干擾的能力，總線收發(fā)器靈敏度很高，可以檢測到低至2000mv電壓，故傳輸信號在千米之外都可以恢復。RS485在工業(yè)環(huán)境下得到廣泛的應(yīng)用。RS232是美國電子工業(yè)協(xié)會制定的一種串行物理接口標準，其總線標準設(shè)有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，而對于一般雙工通信，僅需要幾條信號線即可實現(xiàn)。RS232采取不平衡傳輸方式，即單端通訊，傳輸距離較短。

4 平臺設(shè)計

4.1 設(shè)備在系統(tǒng)中的連接

設(shè)備在系統(tǒng)中，作為承上啟下的重要節(jié)點，承擔著將具有各種通信協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)高速IP數(shù)據(jù)的功能，同時還要降本地監(jiān)視系統(tǒng)處理后的數(shù)據(jù)通過無線電臺上報給上級系統(tǒng)，其在系統(tǒng)中的功能如圖1所示。

4.2 硬件平臺總體設(shè)計

協(xié)議處理設(shè)備硬件平臺總體設(shè)計為以ARM處理器為核心，集成CAN總線接口、RS485接口、RS232接口，同時提供USB、LCD和以太網(wǎng)接口，同時提供指示燈指示設(shè)備狀態(tài)功能。如圖2所示。

4.3 ARM處理器

協(xié)議處理設(shè)備核心采用TI公司的AM3352處理器，800MHz主頻的Cortex-A8內(nèi)核遠強于ARM9，可以提供快速的數(shù)據(jù)處理和流暢的界面切換。本身包含有多路UART、CAN、USB以及以太網(wǎng)，具有強大的通訊功能。其主要技術(shù)指標如下：

（1）ARM CPU：Cortex-A8，主頻800MHz；

（2）內(nèi)存：支持DDR2/DDR3；

（3）SD卡接口：支持1路SD接口；

（4）顯示接口：支持1路顯示接口（LCD）；

（5）通信接口：支持2路以太網(wǎng)接口；

（6）應(yīng)用接口：支持CAN、UART等接口；

（7）其它接口：支持USB接口；

（8）擴展接口：支持GPMC總線接口。

4.4 網(wǎng)絡(luò)接口電路

AM3352處理器本身支持2路以太網(wǎng)接口，在主控處理板上加入以太網(wǎng)收發(fā)器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊的功能。百兆以太網(wǎng)收發(fā)器選用TI公司的DP83848K以太網(wǎng)收發(fā)器，同時將網(wǎng)絡(luò)信號接口與網(wǎng)絡(luò)變壓器合理連接，網(wǎng)絡(luò)變壓器選用THCOM公司的HS16-102CS工業(yè)級百兆以太網(wǎng)變壓器。千兆以太網(wǎng)收發(fā)器選用Micrel公司的KSZ9031RNXIA以太網(wǎng)收發(fā)器，同時將網(wǎng)絡(luò)信號與變壓器合理連接，千兆網(wǎng)變壓器選用HANRUN公司的HY682405千兆以太網(wǎng)變壓器。

4.5 CAN接口電路

AM3352處理器本身支持2路CAN總線接口，將CAN總線信號與CAN收發(fā)器合理連接，再連接到CAN接口插座。CAN收發(fā)器選用ZLG公司的CTM8251AT，該芯片是一款帶隔離的通用CAN收發(fā)器芯片，芯片內(nèi)部集成了所有必需的CAN隔離及CAN收、發(fā)器件。芯片的主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平并且具有DC 2500V的隔離功能。

4.6 RS485接口電路

AM3352本身支持UART總線接口，將UART總線與RS485接口芯片進行相連接，實現(xiàn)RS485接口的設(shè)計。RS485接口芯片選用ZLG公司的RSM485ECHT隔離收發(fā)器模塊，該芯片集成電源隔離、電氣隔離、RS485接口芯片和總線保護器件于一身。

4.7 RS232接口電路

AM3352本身支持UART總線接口，將UART總線與RS232接口芯片進行相連接，實現(xiàn)RS232接口的設(shè)計。RS232接口芯片選用Sipex公司的SP3232EEY芯片。

4.8 LCD顯示接口電路

將AM3352的TFT顯示總線信號跟總線收發(fā)器連接，實現(xiàn)LCD顯示接口電路的設(shè)計，總線收發(fā)器選用TI公司的SN74LVCC3245ADBR芯片，該芯片為8通道總線收發(fā)器。

5 其他組成部分設(shè)計

協(xié)議處理設(shè)備運行Linux-3.2.0，操作系統(tǒng)安裝在NAND Flash或SD卡中，通過QT交叉編譯工具，實現(xiàn)應(yīng)用程序的開發(fā)。協(xié)議處理設(shè)備所需的電源采用+12V輸入，其他+5V和+3.3V電源通過電源轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)。設(shè)備整機選用的芯片溫度指標都滿足工業(yè)級要求，環(huán)境適應(yīng)性較強，可靠性較高，可滿足各種環(huán)境的需求。

6 結(jié)語

以嵌入式處理器模塊為核心的嵌入式開發(fā)正變得越來越廣泛，尤其對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性，使其在工業(yè)控制、軍事裝備等領(lǐng)域得到極大的應(yīng)用。本文以嵌入式ARM處理器為核心，設(shè)計了通用控制處理板作為基礎(chǔ)平臺，給出了協(xié)議處理設(shè)備硬件平臺的主要設(shè)計方法。在滿足協(xié)議處理設(shè)備的同時，還能夠提高設(shè)備模塊化開發(fā)周期，為其它相關(guān)設(shè)備的開發(fā)提供借鑒作用。

作者單位

中國電子科技集團公司第二十八研究所 江蘇省南京市 210007