基於arm內核的嵌入式人機互動裝置的製作方法
2023-05-29 01:14:41 2
專利名稱：基於arm內核的嵌入式人機互動裝置的製作方法
技術領域：
基於ARM內核的嵌入式人機互動裝置技術領域[0001]本實用新型涉及一種電力自動化監控保護裝置，特別是一種基於ARM內核的嵌入式人機互動裝置。
背景技術：
[0002]目前電力自動化監控保護裝置普遍存在以下問題[0003](1)繼電保護裝置的內部程序空間、存儲空間有限，不能應對較大規模和複雜數據處理，如IEC61850協議轉換、圖形化界面編程；[0004](2)沒有或者只有一路乙太網接口，不能滿足現場的通訊組網要求；[0005](3)人機界面單調，操作複雜，不利於現場用戶使用；[0006](4)內部程序模塊的調試、更新複雜，不利於新產品的集成開發。實用新型內容[0007]本實用新型所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種基於ARM內核的嵌入式人機互動裝置，提供多種對外的通訊接口，滿足現行電力自動化監控保護裝置的通訊數據處理及靈活組網要求；改進人機界面，實現清晰、直觀、簡便的人機互動；加載 Linux作業系統，打造模塊化開發的軟體平臺。[0008]為解決上述技術問題，本實用新型所採用的技術方案是一種基於ARM內核的嵌入式人機互動裝置，包括ARM核心處理模塊、驅動模塊、顯示模塊和鍵盤操作模塊，ARM核心處理模塊包括CPU、內部功能擴展接口、對外信號交互接口和內部功能信號預留接口，內部功能擴展接口、對外信號交互接口、內部功能信號預留接口分別與CPU雙向連接；所述對外信號交互接口包括CAN通訊接口、串行口、鍵盤接口、顯示接口、2路乙太網接口，其中一路乙太網接口由CPU通過專用乙太網擴展形成；所述內部功能擴展接口包括系統實時時鐘、 CPU通過通用存儲器擴展的Flash存儲器和SDRAM存儲器；驅動模塊與對外信號交互接口雙向連接，鍵盤操作模塊、顯示模塊通過驅動模塊的驅動接口與對外信號交互接口連接。[0009]所述核心處理模塊CPU採用了 Cirrus Logic公司的EP93XX系列中的高端產品 EP9315，內嵌先進的運行於200MHz的ARM920T微處理器內核。CPU內核工作電壓為1. 8V, 所述模塊的輸入電壓為5V。CPU內部集成了一個高性能的Ι/lO/lOOMbps乙太網媒體訪問控制器(MAC)，通過與支持MII接口的外置PHY (物理層接口)簡單連接，系統即可實現高性能、低開銷的hternet訪問功能。所述核心處理模塊在CPU自帶MAC之外又擴展了一路乙太網接口，實現了雙乙太網功能接口。[0010]所述核心處理模塊通過CPU通用存儲器接口(SDRAM、SRAM、ROM和Flash)擴展了 64MbitFlash及64MbitSDRAM。Flash存儲器用於存放用戶應用程式、嵌入式Linux作業系統以及其他在系統掉電後需要保存的用戶數據等。SDRAM存儲器為系統程序的運行空間，系統及用戶數據、堆棧均位於SDRAM存儲器中。[0011]核心處理模塊自帶實時時鐘，採用BQ3285晶片，通過8位地址/數據復用總線與CPU連接。[0012]核心處理模塊自帶三路UART接口，其中UARTl用於與上位PC機的串口通信，通過串口實現對作業系統的開發、調試。在系統的初始狀態，EEPROM和Flash存儲器均為空，此時需要設置系統啟動配置模式為16位串行啟動，以把初始化代碼寫到Flash中。另外兩路 UART接口作為通用的通訊或者列印接口使用。[0013]核心處理模塊通過SJA1000晶片擴展了 1路CAN通訊接口，兼容CAN2. OB協議，可以用於工業現場的CANBus通訊，或者作為裝置的內部通訊總線。[0014]核心處理模塊提供了一個帶2D圖形加速功能的顯示接口，支持RGBM位像素顯示，支持數字LCD和TFT的時序與接口信號。[0015]所述顯示模塊採用TFT320X240彩色液晶，通過驅動接口和核心處理模塊連接。 通過顯示模塊對外接口中復位、片選、時鐘、串行輸入信號線，可以實現液晶顯示控制器的串行初始化，調節顯示的灰度和對比度等，顯示模塊人機界面，基於自主研發的uOTI圖形界面基礎庫進行設計，支持圖形化及配置顯示。[0016]所述驅動模塊提供5V核心處理模塊工作電源，調製LED背光電源，同時對核心處理模塊的對外接口進行驅動和轉接。[0017]所述鍵盤操作模塊為3X3矩陣鍵盤，帶去抖動功能。[0018]本實用新型提供多種對外的通訊接口，能滿足現行電力自動化監控保護裝置的通訊數據處理及靈活組網要求；改進了人機界面，實現了清晰、直觀、簡便的人機互動；加載了 Linux作業系統，打造了模塊化開發的軟體平臺。
[0019]圖1為本實用新型一實施例結構框圖；[0020]圖2為本實用新型的核心模塊電路原理圖；(I)CPU自帶的乙太網接口電路原理圖；(2) CPU擴展的乙太網接口電路原理圖；(3)系統時鐘及CAN通訊電路原理圖；(4) EP9315主要功能埠電路原理圖。
具體實施方式
[0021]如圖1所示，基於ARM內核的嵌入式人機互動裝置包括四個子模塊核心處理模塊 1、驅動模塊2、顯示模塊3、鍵盤操作模塊4。[0022]本實例核心處理模塊結構包含4大部分CPU、內部功能擴展接口、對外信號交互接口、內部功能信號預留接口。[0023]核心處理模塊CPU採用了 Cirrus Logic公司的EP9315晶片，內嵌先進的運行於 200MHz的ARM920T微處理器內核。CPU內核工作電壓為1. 8V，輸入輸出電壓為3. 3V。[0024]核心處理模塊的內部功能擴展接口包括資源擴展和系統時鐘功能擴展，使模塊能滿足繼電保護產品中的設計需求。資源擴展通過通用存儲器接口擴展了 64MbitFlash及 64MbitSDRAM。Flash存儲器用於存放用戶應用程式、嵌入式Linux作業系統以及其他在系統掉電後需要保存的用戶數據等。SDRAM存儲器為系統程序的運行空間，系統及用戶數據、 堆棧均位於SDRAM存儲器中。系統實時時鐘(RTC)採用BQ3285晶片，確保掉電狀態下的計時。[0025]核心處理模塊的對外信號交互接口包括1路CAN、2路乙太網、3個串行口、鍵盤接口、1個LCD接口，可滿足電網、廠礦等各種電力用戶對電力自動化監控保護裝置的要求。 實例模塊基於SJA1000晶片擴展了 1路CAN通訊接口 ；實例模塊基於CPU內部集成的乙太網媒體訪問控制器(MAC)，實現NETl網口的擴展，同時通過專用乙太網晶片擴展出NET2網口 ；實例模塊將CPU的3個串口、鍵盤矩陣、IXD信號經電信號驅動連接至驅動模塊。[0026]核心處理模塊除了常規應用的接口外，還將CPU的觸控螢幕、DMA、USB等信號連接到相應的端子作為預留接口，方便核心模塊的功能擴展。[0027]本實例驅動模塊提供5V核心處理模塊工作電源，調製顯示模塊LED背光電源， 同時對核心處理模塊的對外接口進行驅動和轉接。LED背光電源調製採用AP3008晶片； UARTl為RS232 口，經MAX232ESE晶片轉換電平後與上位PC機的串口通信，作為實例的調試口 ；UART2、UART3為RS232/RS485可選口，用作對外通訊口，RS485接口晶片採用 SN65HVD3082EP ；CAN經光電隔離以PCA82C250接口晶片轉換電平後對外通訊；NETl、NET2 經隔離變壓器與外部網絡互聯。[0028]本實例鍵盤操作模塊為3X3矩陣鍵盤，帶去抖動功能。按鍵包括上、下、左、右、 加、減、返回、復位、確定，可以實現工業現場的人機界面操作需求。[0029]本實例顯示塊採用TFT320 X 240彩色液晶，通過驅動模塊接口和核心處理模塊連接。通過顯示模塊對外接口中復位、片選、時鐘、串行輸入信號線，可以實現液晶顯示控制器的串行初始化，調節顯示的灰度和對比度等。
權利要求1.一種基於ARM內核的嵌入式人機互動裝置，包括ARM核心處理模塊、驅動模塊、顯示模塊和鍵盤操作模塊，其特徵在於，ARM核心處理模塊包括CPU、內部功能擴展接口、對外信號交互接口和內部功能信號預留接口，內部功能擴展接口、對外信號交互接口、內部功能信號預留接口分別與CPU雙向連接；所述對外信號交互接口包括CAN通訊接口、串行口、 鍵盤接口、顯示接口、兩路乙太網接口，其中一路乙太網接口由CPU通過專用乙太網擴展形成；所述內部功能擴展接口包括系統實時時鐘、CPU通過通用存儲器擴展的Flash存儲器和 SDRAM存儲器；驅動模塊與對外信號交互接口雙向連接，鍵盤操作模塊、顯示模塊通過驅動模塊的驅動接口與對外信號交互接口連接。
2.根據權利要求1所述的基於ARM內核的嵌入式人機互動裝置，其特徵在於，所述CPU 採用EP9315晶片。
3.根據權利要求1所述的基於ARM內核的嵌入式人機互動裝置，其特徵在於，所述系統實時時鐘採用BQ3285晶片。
4.根據權利要求1所述的基於ARM內核的嵌入式人機互動裝置，其特徵在於，所述CAN 通訊接口由CPU通過SJA1000晶片擴展形成。
5.根據權利要求1所述的基於ARM內核的嵌入式人機互動裝置，其特徵在於，所述內部功能信號預留接口包括CPU觸控螢幕接口、DMA接口和USB接口。
6.根據權利要求1所述的基於ARM內核的嵌入式人機互動裝置，其特徵在於，所述顯示模塊採用TFT320X240彩色液晶。
7.根據權利要求1所述的基於ARM內核的嵌入式人機互動裝置，其特徵在於，所述鍵盤操作模塊為3X3矩陣鍵盤。
專利摘要本實用新型公開了一種基於ARM內核的嵌入式人機互動裝置，包括ARM核心處理、驅動、顯示及鍵盤操作子模塊，ARM核心處理子模塊採用了200MHz的ARM920T微處理器核的高性能CPU，加載了Linux作業系統，提供2路高速乙太網接口、帶圖像加速的LCD接口、SPI、USB2.0、UART、CAN接口，擴展了64MbitFlash及64MbitSDRAM存儲單元。本實用新型的裝置具有強大的數據管理功能，可以實現工業應用中較大事件信息數據量的存儲，完成IEC61850等多種複雜的協議轉換及對外通訊處理功能。
文檔編號G06F15/78GK202257569SQ20112037009
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者萬旭, 張志峰, 羅虎, 黃小大 申請人:華自科技股份有限公司