基于ARM44B0x的信號發(fā)射機控制器設計

文章選用了S3C44B0x處理器作為控制器內核，開發(fā)完成了約定鍵盤、菜單操作及LCD顯示程序數據采集及處理實現軟件PC通訊協議及實現軟件，在其控制下完成數據地采集和處理并實現對廣播發(fā)射機的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，同時具有人機交互的功能。

1.前言

船舶上使用的信號發(fā)射機是連續(xù)工作的，所以需要一個控制器對發(fā)射機的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，常見的是用單片機作控制器的內核，但由于32位微處理器具有更好的精度和可靠性且低成本低功耗，所以在工業(yè)控制領域的應用日益廣泛。采用嵌入式的32位微處理ARMS3C44B0x作為控制器的內核，設計的控制器將比用單片機作內核的處理器具有更全面的功能和更好的使用性能。

發(fā)射機控制器的主要功能是對多路模擬量和開關量的數據采集和處理監(jiān)控發(fā)射機的工作狀態(tài);控制器控制發(fā)射機同時控制器又受上位機的控制，它要能在任意時刻準備好接收從上位機串口、網口發(fā)來的數據，它們之間的相對關系如圖：

圖1 控制器系統(tǒng)結構圖

上位機向控制器發(fā)送數據從而實現對控制器的控制，首先上位機送出機號，再送命令字;控制器也要向上位機上傳數據完成通訊應答，它首先解析機號是否與自己的機號一致，若一致則再解析命令字，根據命令字來送出上傳的數據完成應答;若不一致則不再作進一步的數據解析。它們的通訊方式有串口通訊和以太網通訊兩種;控制器和發(fā)射機的數據傳輸主要有模擬量的采集和開關量的輸入輸出;另外，人機接口模塊實現發(fā)射機工作過程中的參數的實時顯示和參數修改和查詢。實時采集的數據是由AD采樣得到的，需要注意的是S3c44B0沒有采樣保持電路所以通道的切換頻率不能超過100Hz，在ADC開啟路時都需要一個延時，利用這段時間來對上一路進行濾波而提高程序的效率。整個采樣的過程可以描述為開啟當前通道，然后濾波上次采樣的通道(中位值平均濾波法)。

2.開關機描述及軟件設計

圖2 傳口通訊流程圖

項目的開發(fā)首先要完成開關機功能、人機接口功能模塊、通訊模塊的程序設計和調試，先討論開關機的程序設計;用戶要求控制器上鍵的功能是能編輯的即每一個鍵的功能不固定，可以通過PC機修改;開機時要按優(yōu)先級順序由高到低輸出一系列的動作，每個動作都有可編輯的優(yōu)先級(通過PC機編輯)，一個動作輸出后可能會引起其它同一優(yōu)先級水平動作的發(fā)生，這就是動作的關聯。在開當前優(yōu)先級動作時必須要檢測更高優(yōu)先級動作的狀態(tài)，遇到故障需要進行故障處理。針對上述的較復雜的需求設計如下數據結構：

圖3 開機流程

typedef struct{

char *pName; //動作名稱

char FunctionID; //動作(功能)編號

char Priority; //動作優(yōu)先級

short KeepTime1; //等待前一個輸出動 作穩(wěn)定需要的時間

short DelayTime1;//下一動作執(zhí)行前的延時

short DelayTime2; //當檢測模擬量或開關量不正常時需要重復檢測的延時

short RepeatNum;//有故障重新檢測的次數

}OutputAction;

把所有的功能依次編號，把這個編號賦給某個鍵則該鍵就具備了該功能，功能的編輯通過修改OutputAction.FunctionID的值實現;每個鍵最多有16個功能，最少沒有功能;在每一個鍵的所有功能都是輪循有效的，用一個循環(huán)鏈表來存放功能編號，始終是處于表頭位置編號對應的功能有效，每個功能(動作)只能歸屬于一個鍵，在每次開機時首先由串口把已定義好的鍵功能送到控制器并燒寫到固定位置的ROM中;動作優(yōu)先級的編輯是通過修改結構體中 OutputAction.Priority的值實現;開機時再從ROM中把這些數據讀出來，若上位機沒有進行鍵功能編輯就按默認形式進行，需要指出的是關機時，按和開機向反的順序依次關閉所有的輸出動作.

開機時根據固定位置ROM中的內容或按默認的定義獲取動作的屬性，①首先搜索優(yōu)先級最高的動作編號，然后根據不同的延時把這些動作依次送出;②把優(yōu)先級降一級，檢測比當前優(yōu)先級更高的所有的輸入、輸出的狀態(tài)是否正常如果正常則送出當前優(yōu)先級的動作，再重復②的過程，否則進入故障處理程序，如果處理故障成功則繼續(xù)重復②的過程，否則關機并返回開機失敗信息。開機流程圖如圖3所示。

在軟件設計中的一個特色就是利用I/O端口來模擬IIC總線來讀取鍵值，其總體思路是用兩個端口一個模擬IIC的時鐘信號，另一個模擬IIC的數據線。需要注意的是在配制I/O端口時，時鐘線始對應的端口終是輸出口而數據線端口是不確定的。通過給端口置位和清零結合延時來模擬IIC的數據傳輸協議。在調試的過程中發(fā)現，這種方法能很好的完成鍵值的獲取和對CPLD器件的訪問。

3.人機接口模塊設計

要監(jiān)控發(fā)射機工作狀態(tài)就必須具備良好的人機接口，需要給控制器選配合適的顯示設備，在本項目中選用7.8寸640×480象素STN型彩色液晶顯示屏(LCD)，采用8位數據單掃描方式，在實際應用中顯示效果很好不僅成本低且美觀大方，STN型LCD屏與44B0x的接口比較簡單但需要注意的是第18 引腳(Vcom)通過一個變阻器與電源相連，調整該引腳上的電壓就可以調整LCD屏的對比度。軟件設計中的關鍵是菜單的設計和按鍵響應及處理，由于本項目中的界面較多且存在翻屏所以宜設計一個統(tǒng)一處理的算法，為此，把每個界面統(tǒng)一編號WndID，把按鍵作為一個消息處理MessageFun();每次按一個鍵就調用MessageFun()，找到需要顯示的界面并在LCD上顯示。LCD翻屏的方法是每次記錄顯示的內容在整個菜單數組中的偏移，若當前行超過偏移就需要翻屏否則不翻屏。對于菜單的設計作如下處理：用一個結構體把一個菜單的屬性完整地封裝好，其屬性包括菜單名稱、坐標、參數標志、參數。

typedef struct{

UINT8T Menu_ID;//菜單編號[!--empirenews.page--]

UINT8T *Text; //菜單名稱

UINT16T xPos; //菜單x坐標

UINT16T yPos; //菜單y坐標

UINT8T ParaFlag; //參數標志

UINT8T pData[7]; //參數

}Menu;

圖4 菜單顯示

利用結構體將每一個菜單的屬性都封裝好再放到一個數組里面，這樣對菜單的個數沒有限制且容易管理，每一個菜單的信息都很清晰，編程不易出錯。

人機界面操作的核心工作就是界面的切換、主菜單和子菜單操作。根據按鍵來確定對應的界面ID號，切換界面的方法通常有兩種改變顯存的內容和改變顯存的基址，改變顯存的基址就需要定義很大的顯存，這樣做的優(yōu)點是利用硬件資源使LCD屏顯示的刷新速度很高、界面切換快，缺點是很大地浪費了系統(tǒng)資源;若改變顯存中的內容就需要用軟件的方法來更新顯存中的內容，這種方法的好處就是節(jié)約了系統(tǒng)資源，但是增加的軟件設計的復雜度;本項目采用的就是更新顯存內容的方法在實際的調試中發(fā)現能夠很好地滿足要求。關于主菜單和子菜單的操作設計了一種統(tǒng)一調度的算法，其思想是根據獲取的按鍵信息來確定主菜單的ID號和子菜單的 ID號，使用焦點標記當前菜單的ID號，由這兩個ID號就可以確定相應的主、子菜單同時進入對應的功能處理程序。

4.以太網通信模塊設計

在硬件設計時選擇RTL8019AS網絡控制芯片,它可以工作在8/16 位總線寬度下傳輸速度為10Mbps，遵循IEEE 802.3 協議。內部具有16KB SRAM集成了MAC收發(fā)緩沖區(qū)和物理層的功能，它用來接收和發(fā)送以太網的物理傳輸數據，當RTL8019AS收到網絡數據包后，RTL8019AS內部的某些控制寄存器的狀態(tài)就被改變，通過設置中斷或者查詢的方法來讀取這些寄存器的狀態(tài)判斷數據是否收到;發(fā)送數據時，將數據放入到RTL8019AS內部數據緩沖區(qū)后，通過控制內部的寄存器,將緩沖區(qū)的網絡數據發(fā)送到網絡上去。該芯片有三種工作模式：跳線模式，即插即用模式，免跳線模式。在項目中網卡芯片 RTL8019AS是在跳線模式下工作。對該芯片的驅動主要包括以下幾個步驟：復位、初始化、收發(fā)數據。RTL8019的復位引腳RSTDRV是高電平有效，有效的保持時間宜大于800ns，且在由高到低切換后的100ms后才對芯片操作。在對芯片初始化之前需要預先分配好片內RAM中的空間即接收和發(fā)送緩存的大小，在把所有的設置參數在初始化的時候一起寫入RTL8019的寄存器完成初始化。

5.結語

項目開發(fā)調試的過程中有許多軟件和硬件方面的困難，但是問題最后都是在不斷地解決，如系統(tǒng)的了串口，LCD，AD采樣，Flash操作的調試等工作以及控制器所要具備的人機交互功能的程序設計且需調試通過。把以太網模塊加到工程中后，其物理層芯片的驅動程序需進一步調試，把TCP/IP協議加入模塊，參照成功的案例，完成系統(tǒng)的調試任務。同時，本文具有以下創(chuàng)新點：

(1)開發(fā)應用32位微處理ARMS3C44B0x作為控制器的內核，使控制器比用單片機作內核的處理器具有更全面的功能和更好的使用性能。

(2)在菜單的設計中，用一個結構體把一個菜單的屬性完整地封裝好，其屬性包括菜單名稱、坐標、參數標志、參數。

(3)解決了該網卡芯片使RTL8019AS正常工作的問題，在對芯片初始化之前需要預先分配好片內RAM中的空間即接收和發(fā)送緩存的大小，在把所有的設置參數在初始化的時候一起寫入RTL8019的寄存器完成初始化。

[參考文獻]

[1] 田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應用實驗教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[2] 賈志平，張瑞華.嵌入式原理與接口技術[M].北京：清華大學出版社，2005.

[3] 王田苗.嵌入式系統(tǒng)設計與實例開發(fā)[M].清華大學出版社，2003.

[4] 崔登志，戴學豐，劉樹東，等.用ARM控制CAMD無線Modem發(fā)送短信息[J].微計算機信息,2006,11-2:136-138.

[5] 徐偉,譚樹人,黃浩亮.基于AT91RM9200的圖象采集系統(tǒng)設計[J]. 微計算機信息,2006,11-2:120-122.

[6] 楊占華，揚燕.數據挖掘在智能搜索引擎中的應用[J].微計算機信息，2006(4)下：244-245.