1 概述
       在開(kāi)發(fā)汽車(chē)行駛記錄儀過(guò)程中，因?yàn)槠?chē)車(chē)況比較復(fù)雜闭专，干擾源比較多拨扶，記錄儀記錄汽車(chē)各種狀態(tài)復(fù)雜、有效時(shí)間要求長(zhǎng)呼巴，而且有些客戶(hù)要求在國(guó)標(biāo)功能的基礎(chǔ)上擴(kuò)展功能氨淌。因此整個(gè)系統(tǒng)硬件資源需求火，外掛接口多伊磺，普通單片機(jī)很難滿(mǎn)足要求盛正，而LPC2294是基于ARM內(nèi)核32位處理器，外圍接口豐富屑埋，很好的滿(mǎn)足了系統(tǒng)要求矢骚。

       2 基于ARM內(nèi)核LPC2294

       ARM是Advanced RISC Machine的縮寫(xiě)，是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)肤俱，該企業(yè)設(shè)計(jì)了大量性能高县防、廉價(jià)、功耗低的RISC處理器绸搞，適用于多種領(lǐng)域：嵌入式控制窍蟹、消費(fèi)電子、移動(dòng)電子亭结、汽車(chē)電子等舟到。

       LPC2294是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)防真和跟蹤的16／32位ARM7TDI-S CPU的微控制器，并帶有256K字節(jié)高速片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器臀嘱、16K片內(nèi)RAM章理、片內(nèi)128位寬度存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)、高速I(mǎi)IC嘴父、兩路SPI杂蒙、4路CAN、兩路URAT等接口和多達(dá)112的GPIO等資源企悦，他們很好的滿(mǎn)足了汽車(chē)行駛記錄儀對(duì)系統(tǒng)硬件資源的需求台腥。

       3 系統(tǒng)硬件選型及總體設(shè)計(jì)

       汽車(chē)行駛記錄儀是汽車(chē)行駛狀態(tài)記錄的儀器，其硬件必須滿(mǎn)足汽車(chē)復(fù)雜工況：

       (1) 電源電壓適應(yīng)性：9～36V绒北，耐電壓過(guò)壓保護(hù)及抗反接性能黎侈；

       (2) 抗電磁輻射、靜電干擾以及汽車(chē)點(diǎn)火干擾镇饮；

       (3) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量為360小時(shí)有效數(shù)據(jù)蜓竹，存儲(chǔ)時(shí)間為15年有效；

       (4) 具有USB HOST功能储藐；

       (5) 溫度等級(jí)為工作-20°～+75°俱济，存儲(chǔ)溫度-40°～+85°。

       考慮到汽車(chē)復(fù)雜工況以及記錄儀擴(kuò)展特性，CPU必須至少為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品蛛碌，由于有USB HOST結(jié)構(gòu)和至少兩路CAN接口功能聂喇，F(xiàn)LASH和RAM得足夠大，這樣系統(tǒng)資源才夠用蔚携，另外考慮到以后高端機(jī)配置GPS和GPRS功能希太，綜合以上因素，CPU選擇LPC2294那辰，擴(kuò)展RAM拳鹉；目前市場(chǎng)上的USB DEVICE芯片比較多，而HOST要少一些绑燃，對(duì)于USB HOST芯片的選擇乍之，其在硬件上必須比較容易和ARM機(jī)型相連接，在軟件上開(kāi)發(fā)難度不能太大出毁，考慮到USB傳輸速度促奇，這樣HLS811就不如ISP1160了。對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體管剂，必須滿(mǎn)足存儲(chǔ)時(shí)間為15年有效露龙，而且存儲(chǔ)容量為至少360小時(shí)有效數(shù)據(jù)；普通數(shù)據(jù)FLASH擦寫(xiě)次數(shù)為100萬(wàn)次崇槽，不能滿(mǎn)足記錄儀中頻繁擦寫(xiě)數(shù)據(jù)的要求注辜，而鐵電擦寫(xiě)次數(shù)為無(wú)限次，但大容量鐵電價(jià)格很高惶政，綜合這兩點(diǎn)背涉，存儲(chǔ)體采用小容量鐵電和FLASH結(jié)合，這樣既滿(mǎn)足記錄儀要求又有單項(xiàng)比較低的成本移必。對(duì)于CAN接口功能，由于LPC2294內(nèi)部有CAN控制器毡鉴，故只需外掛CAN收發(fā)器即可崔泵，收發(fā)器選擇TJA105。

       整個(gè)系統(tǒng)關(guān)鍵模塊總體設(shè)計(jì)由LPC2294猪瞬、FLASH憎瘸、鐵電存儲(chǔ)體、實(shí)時(shí)時(shí)鐘陈瘦、電源管理幌甘、CAN接口、LCD驅(qū)動(dòng)及其他單片機(jī)接口電路組成痊项，功能框圖如圖1所示锅风。汽車(chē)行駛記錄儀工作時(shí)，由LPC2294通過(guò)前端接口電路采集汽車(chē)行駛狀態(tài)的各種信息：包括車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速皱埠、各種車(chē)輛開(kāi)關(guān)信號(hào)等肮帐。汽車(chē)行駛記錄儀以實(shí)時(shí)時(shí)鐘為基準(zhǔn)，把車(chē)輛信息按類(lèi)別分別存入鐵電存儲(chǔ)體和FLASH存儲(chǔ)體番搅。需要從汽車(chē)行駛記錄儀中獲取汽車(chē)記錄狀態(tài)信息時(shí)代徒，用戶(hù)插入U(xiǎn)盤(pán)，LPC2294自動(dòng)識(shí)別U盤(pán)并加載驅(qū)動(dòng)程序瘸拳，當(dāng)完成設(shè)備枚舉和Bulk Only傳輸協(xié)議后昔黍，單片機(jī)就可以把汽車(chē)行駛記錄儀中記錄的狀態(tài)信息以文件的形式傳輸?shù)経盤(pán)，當(dāng)然眠乏，記錄儀可以通過(guò)兩路CAN接口和車(chē)上其他帶有CAN接口的電子裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換伴糟，也可以配制兩路CAN接口為高速CAN和低速CAN的交換機(jī)。本文重點(diǎn)介紹電源模塊炮罩、USB HOST模塊棺距、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、CAN模塊的硬件設(shè)計(jì)圃匙。

       4 電源模塊硬件設(shè)計(jì)

       隨著汽車(chē)的發(fā)展榴蜻，汽車(chē)上的電子設(shè)備越來(lái)越多，使車(chē)內(nèi)的電磁環(huán)境日益復(fù)雜炎蹬。在這比較復(fù)雜的環(huán)境中瞎喉，電源性能的好壞直接影響到電子設(shè)備的可靠性。汽車(chē)電器產(chǎn)生電磁騷擾的最根本原因竭沫，就是在其工作過(guò)程中產(chǎn)生的di／dt燥翅。例如閃光繼電器、雨刮器電機(jī)蜕提、空調(diào)森书、點(diǎn)火系統(tǒng)等工作時(shí)，他們產(chǎn)生的交變電流形成了干擾源谎势。電源模塊設(shè)計(jì)就是要在這些干擾源下能正常工作凛膏。電源模塊設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。

       在電源輸入處脏榆，由VDl(IN4007)防止反接猖毫，這樣即使在電源接反的情況下，電子設(shè)備也不會(huì)被損壞须喂；VD2(A36A)為瞬態(tài)抑制二極管吁断，其能吸收高壓脈沖電壓，防止汽車(chē)在大功率器件工作時(shí)產(chǎn)生的高壓脈沖對(duì)電子設(shè)備的損壞坞生；L1和L2是低電感磁條仔役，能有效的損耗騷擾成分的能量妒贞，能很好改善電源性能；F1和F2為自復(fù)位二級(jí)管痪猛，防止電子設(shè)備內(nèi)有器件被損壞時(shí)占赤，電源短路造成對(duì)其他器件的損壞。N2(7812)提供12V電壓滿(mǎn)足前端輸入接口采集電路的需要算换，同時(shí)給N1(7808)提供輸入嫩玻，N1提供8v電壓，滿(mǎn)足里程輸出以及速度輸出需要客惨，N3(LM-2576-5.0)提供5V輸出尘腕，最大輸出電流為3A，滿(mǎn)足記錄儀帶打印機(jī)的需要践赁。N4(WBD505)為DC-DC摸马，其隔離汽車(chē)和電子設(shè)備電源，使設(shè)備電源穩(wěn)定可靠胧扇。N5(SPX1113) 提供3.3V電壓五逢，供LPC2294和存儲(chǔ)體的需要，N6前端的8550為控制N6的輸入牢贸，N6給Ic卡供電竹观，需要電源可控。

       5 USB HOST模塊硬件設(shè)計(jì)

       在汽車(chē)行駛記錄儀USB HOST模塊中潜索，ARM內(nèi)核芯片采用LPC2294臭增，USB HOST接口芯片采用ISP1160。

       USBHOST接口原理圖如圖3所示竹习，ISP1160提供16位并口總線數(shù)據(jù)協(xié)議誊抛，和控制線CS、RD整陌、WR拗窃、INT以及A0，利用ARM讀寫(xiě)信號(hào)線RD泌辫、WR并炮、以及控制線A0、INT就能把ISP1160和LPC2294連接起來(lái)甥郑。其中 16根數(shù)據(jù)線在控制線的控制下與LPC2294進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因?yàn)閁SB HOST包含有USB設(shè)備枚舉協(xié)議荤西、Bulk Only傳輸協(xié)議以及FAT文件結(jié)構(gòu)澜搅，LPC2294內(nèi)部RAM資源不夠，系統(tǒng)擴(kuò)展了256KSRAM饲肪。ISP1160占有0x82000002和0x82000000兩個(gè)地址屋犯。另外，USB總線的電氣特性要求在USB收發(fā)器之前必須串接22Ω～44Ω電阻。

       當(dāng)CS滑期、RD有效時(shí)闽但，如果A0為高，這是讀當(dāng)前地址或寄存器數(shù)據(jù)账阳，如果A0為低阁喉，則讀當(dāng)前地址或寄存器地址。當(dāng)CS狡氏、WR有效時(shí)噪设，如果A0為高，這是寫(xiě)當(dāng)前地址或寄存器數(shù)據(jù)伍毙，如果A0為底乔墙，則寫(xiě)地址或寄存器地址。

       USB HOST識(shí)別設(shè)備過(guò)程如下：當(dāng)連接上USBDEVICE后丐重，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷腔召。LPC2294接收到中斷后，進(jìn)入枚舉過(guò)程扮惦。從USB設(shè)備插入接口開(kāi)始到客戶(hù)驅(qū)動(dòng)程序能夠使用該設(shè)備還有一些工作要做臀蛛，這一段可以稱(chēng)作設(shè)備識(shí)別過(guò)程，也稱(chēng)枚舉過(guò)程径缅。枚舉過(guò)程是任何USB設(shè)備使用前必經(jīng)的過(guò)程掺栅，USB HOST端在使用前需要知道這是一個(gè)慢速設(shè)備還是一個(gè)全速?zèng)]備，需要知道這個(gè)設(shè)備的一些特性和能力纳猪，以便載入相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序氧卧。

       當(dāng)USB HOST配置完USB設(shè)備后，通過(guò)描述符提供的信息氏堤，識(shí)別出Bulk Only的MassStorage設(shè)備沙绝，然后進(jìn)入Bulk_Only傳輸方式，在此方式下鼠锈，USB與設(shè)備之間的所有數(shù)據(jù)均通過(guò)Bulk In和Bulk Out來(lái)傳輸闪檬，不再通過(guò)控制端點(diǎn)傳輸任何的數(shù)據(jù)。在這種傳輸方式下购笆，有三種數(shù)據(jù)類(lèi)犁在USB和設(shè)備之間傳輸坐署，CBW、CSW和普通數(shù)據(jù)挥挚。CBW(CommandBlock Wrapper玻岳，即命令塊分組)是從USB HOST發(fā)送到設(shè)備的命令，命令的格式遵從接口中的bInterfaceSubClass所指定的命令塊卜伟，這里為SCSI傳輸命令集别孵。USB設(shè)備需要將SCSI命令從CBW 中提取出來(lái)声碴，執(zhí)行相應(yīng)的命令，完成以后向HOST發(fā)出反映當(dāng)前命令執(zhí)行狀態(tài)CSW(Command StatusWrapper)葛窜， HOST根據(jù)CSW來(lái)決定是否繼續(xù)傳送下一個(gè)CBW或數(shù)據(jù)扫应。USB HOST要求USB設(shè)備執(zhí)行的命令可能為發(fā)送數(shù)據(jù)，則此時(shí)需要將特定的數(shù)據(jù)傳送山去珊侍，傳送完畢后發(fā)出CSW忽秕，使USB HOST進(jìn)行下一步操作。

       6 存儲(chǔ)模塊硬件設(shè)計(jì)

       汽車(chē)行駛記錄儀是在汽車(chē)行駛過(guò)程中晒淮，對(duì)汽車(chē)各種狀態(tài)進(jìn)行記錄的電子裝置盲如，各種狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是汽車(chē)行駛記錄儀的重要部分，因此敲霍，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì)很關(guān)鍵俊马。汽車(chē)行駛過(guò)程中狀態(tài)在記錄中可分為兩種，一種為頻率更新很高的數(shù)據(jù)肩杈，此部分?jǐn)?shù)據(jù)不適合用普通FLASH來(lái)存儲(chǔ)柴我，因?yàn)槠胀‵LASH擦寫(xiě)次數(shù)不夠，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的壽命有限扩然，此部分?jǐn)?shù)據(jù)適合用FRAM來(lái)存儲(chǔ)艘儒，F(xiàn)RAM有數(shù)億次擦寫(xiě)時(shí)間。另一部分?jǐn)?shù)據(jù)采用普通FLASH來(lái)存儲(chǔ)夫偶，因?yàn)橄鄬?duì)FRAM界睁，普通的FLASH性?xún)r(jià)比要好得多。這樣結(jié)合普通FLASH和FRAM來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)兵拢，既滿(mǎn)足了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)擦寫(xiě)次數(shù)要求翻斟，而且有比較低的成本。硬件原理圖如圖4所示说铃。

       FRAM(FM24C16)采用I2C接口和LPC2294相連访惜，I2C總線通過(guò)兩根線——串仃數(shù)據(jù)(SDA)和串行時(shí)鐘(SCL)線連接到總線上的任何一個(gè)器件，每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址碟荐，而且都可以作為一個(gè)發(fā)送器或接收器净彼。此外，器件在執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)也可以看作是主機(jī)或從機(jī)未蚕，I2C是一個(gè)多主機(jī)總線朗恤，SDA和SCL都是雙線路，連接到總線的器件的輸出級(jí)必須是漏極開(kāi)路或集電極開(kāi)路辛啰，都通過(guò)一個(gè)電流源或上拉電阻連接到正的電源電壓捍椎。當(dāng)總線空閑時(shí)，這兩條線路都足高電平赂燎。FLASH(AT45DB041)采用 SPI接口和LPC2294相連接飞熙，SPI是一個(gè)雙全工的串行接口，三線同步的數(shù)據(jù)傳輸形式向膏。在一定的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中豪纸，接口上只能有一個(gè)主機(jī)和一個(gè)從機(jī)能夠通信。在一次傳輸過(guò)程中逞迟，主機(jī)總是向從機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)岩喷，而從機(jī)也總是向總機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

       7 CAN模塊硬件設(shè)計(jì)

       CAN-bus(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)监憎，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一纱意。起先，CAN-bus被設(shè)計(jì)作為汽車(chē)環(huán)境中的微控制器通訊鲸阔，在車(chē)載各電子控制裝置ECU之間交換信息偷霉，形成汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)褐筛、變速箱控制器类少、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中渔扎，均嵌入CAN控制裝置硫狞。

       對(duì)于CAN在汽車(chē)上的應(yīng)用，具有很多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)晃痴，比如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(InternationalOrganization for Standardization) 的 ISO11992残吩、ISO11783以及汽車(chē)工程協(xié)會(huì)(Society of AutomotiveEngineers)的SAE J1939。CAN總線已經(jīng)作為汽車(chē)的一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備列入汽車(chē)的整體設(shè)計(jì)中倘核。CAN模塊原理圖的電路圖如圖5所示泣侮。

       圖5 CAN模塊原理圖的電路圖為L(zhǎng)PC2294的兩路CAN接口設(shè)計(jì)硬件原理圖。圖中锥桐，TD1菲贝、RD1、TD2鳄砸、RD2為L(zhǎng)PC2294的兩路CAN控制器的接口引腳威跟，6N137為高速光電隔離器件，TJA1050為CAN收發(fā)器惧圆。在CAN總線上的電容和二極管是對(duì)應(yīng)的物理層電路保護(hù)收發(fā)器電路往茄。此外，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)瘦镶，采用分離終端電路乘占。將產(chǎn)品設(shè)計(jì)為分離終端的形式，這樣澳坟，在汽車(chē)原型或ECU EMC的評(píng)估過(guò)程中笔畜，可以使CAN總線實(shí)現(xiàn)要求更高的抗干擾／幅射性能习棋。采用DC-DC模塊與高速光電隔離器件，可以抑制電磁干擾呐粘，保護(hù)系統(tǒng)電路不受網(wǎng)絡(luò)影響满俗。另外在設(shè)計(jì)電路中，增加保護(hù)電路是必要的作岖，收發(fā)器板應(yīng)盡可能放在接近PCB邊沿連接器的位置唆垃。邊沿連接器和收發(fā)器之間不允許有其他EC。CAN H／L或Tx／Rx電路不應(yīng)穿越總線或跳線痘儡。

       8 結(jié)束語(yǔ)

       在基于ARM LPC2294汽車(chē)行駛記錄儀中通過(guò)關(guān)鍵模塊硬件設(shè)計(jì)辕万，很好實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)行駛記錄儀標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展功能，是汽車(chē)行駛記錄中技術(shù)含量比較高的產(chǎn)品沉删。

       在產(chǎn)品的送檢渐尿、認(rèn)證和使用過(guò)程中，相關(guān)模塊的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)性能和產(chǎn)品指標(biāo)都達(dá)到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和技術(shù)要求丑念，這為產(chǎn)品提供了很好的高端技術(shù)含量涡戳，使汽車(chē)行駛記錄儀的要求，此項(xiàng)產(chǎn)品具有很好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力脯倚。

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