基于ARM的綜合信息處理系統(tǒng)設(shè)計

王海峰

（廣東科學技術(shù)職業(yè)學院 機電學院，廣東 珠海 519090）

在工業(yè)上或軍事上設(shè)計的綜合控制系統(tǒng)，為了完成復雜的控制功能，會涉及到很多開關(guān)量和時序信號，往往采用嵌入式系統(tǒng)，會涉及到硬件和軟件系統(tǒng)，要使得整個系統(tǒng)要正常有序地工作，需要硬件部分按照一定的時序協(xié)調(diào)工作，要求軟件部分對計算機內(nèi)部的CPU和內(nèi)存進行分配和收回[1]，這些都需要一套完整的測試系統(tǒng)進行調(diào)整。本文提出一種通用的綜合信息處理系統(tǒng)，采用模塊化的設(shè)計理念，根據(jù)完成功能的不同及母板總線的工作方式，設(shè)計不同的功能模塊，實現(xiàn)通用性、擴展性、模塊化、組合化。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)成

綜合信息處理系統(tǒng)由工控機一臺（包括：主板、顯卡、多串口卡、測試板等）組成。本系統(tǒng)能實現(xiàn)對綜合信息處理裝置、綜合測控器、綜合控制器進行復位、啟動、通信、軟件調(diào)試、單元測試等功能[2]。

綜合信息處理系統(tǒng)采用一體化設(shè)計技術(shù)方案，通過1553B總線對各功能模板及設(shè)備進行信息綜合與統(tǒng)一管理。

系統(tǒng)組成如圖1所示，包含測試板、LED板、PC機內(nèi)部硬件、1553B板卡、RS422板卡等。

圖1 綜合信息處理系統(tǒng)功能框圖Fig.1 Integrative information management system function block diagram

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

綜合信息處理系統(tǒng)作為主要設(shè)備之一，其需要完成復雜的控制功能。在系統(tǒng)設(shè)計上，采用模塊化的設(shè)計理念，根據(jù)完成功能的不同及母板總線的工作方式，設(shè)計不同的功能模塊，實現(xiàn)通用性、擴展性、模塊化、組合化。各電路板與機箱面可整體拆卸[3]。硬件模塊功能描述如下：

1）4 串口卡 1：主要用于分機 1、2、3 的調(diào)試。

2）4串口卡2：主要用于綜合測控器1、2和綜合控制器1、2的軟件調(diào)試。

3）1553B通信接口卡：綜合測試系統(tǒng) （上位機）通過1553B通信接口卡實現(xiàn)對分機、綜合測控器、綜合控制器的各項功能和性能測試。

4）測試主板：上位機通過串口與測試主板進行數(shù)據(jù)通訊，CPU接收上位機指令并解析后，控制相應(yīng)的光電耦合器件，完成相應(yīng)的控制任務(wù)。

5）LED顯示板：顯示綜合測控器配電輸出及綜合控制器時串出的狀態(tài)。

2.1 測試主板

測試主板是模擬輸出分機、綜合測控器、綜合控制器的開關(guān)量輸入信號。測試板系統(tǒng)的詳細組成如圖2所示，其中CPU采用高性能的ARM芯片LPC2378FBD144，CPU晶振頻率：11.059 2 MHz；光耦采用 TLP521-4。

圖2 測試主板功能框圖Fig.2 Test board function block diagram

說明：

1）上位機通過電腦主板上的串口2與CPU進行通訊，控制相關(guān)信號；

2）上位機寫‘1’時，相應(yīng)光耦輸出低電平；

3）上位機寫‘0’時，相應(yīng)的光耦輸出+28 V電平；4）上電、斷電、狀態(tài)量光耦輸出高電平有效。

2.2 LED顯示板

主要作用是顯示綜合測控器配電輸出及綜合控制器時串出的狀態(tài)。LED板功能框圖如圖3所示。

圖3 LED板功能框圖Fig.3 LED board function block diagram

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

綜合信息處理系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用Visual C++，使用MFC開發(fā)庫進行開發(fā)。綜合信息處理系統(tǒng)監(jiān)控軟件提供圖形化人機接口實現(xiàn)對用戶程序和數(shù)據(jù)文件的上傳和下載、對綜合信息處理系統(tǒng)內(nèi)存的讀和寫，加載程序運行，并輔助完成整個軟件的研制與開發(fā)[4-6]。

本軟件采用傳統(tǒng)的軟件開發(fā)生命周期的方法，采用自頂向下，逐步求精的結(jié)構(gòu)化的軟件設(shè)計方法。

3.1 軟件結(jié)構(gòu)

軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 軟件結(jié)構(gòu)框圖Fig.4 Software flamework block diagram

3.2 操作流程圖

操作流程圖如圖5所示。

圖5 操作流程圖Fig.5 Operation block diagram

3.2 軟件主界面

軟件界面其中的CPU板界面如圖6所示，主要包含欄目有：

1）功能快捷鍵 如圖6中標注所示 。

2）調(diào)試模式 根據(jù)控制切換菜單所選的調(diào)試模式和CPU板號，動態(tài)的跟蹤顯示。

3）提示信息窗口 功能操作的相關(guān)gdb命令；功能操作成功或失敗的提示信息。

4）狀態(tài)欄信息包含 用戶類型；多機/單板主機板號；調(diào)試口連接信息；模式選擇；時鐘顯示。

4 系統(tǒng)測試

通過運行在綜合信息處理系統(tǒng)中的單元測試軟件可以分別實現(xiàn)對綜合信息處理裝置、綜合控制器、綜合測控器的獨立測試。

圖6 主界面Fig.6 Main Interface

1）測試連接支持

構(gòu)成完整的測試系統(tǒng)需要以下硬件設(shè)備：

①綜合信息處理裝置（內(nèi)部固化控制程序）；

②綜合測控器（內(nèi)部固化控制程序）；

③綜合控制器（內(nèi)部固化控制程序）；

④直流穩(wěn)壓電源。

2）測試設(shè)備連接

各設(shè)備的連接關(guān)系如圖7所示。

圖7 測試設(shè)備連接圖Fig.7 Test equipment block diagram

3）測試內(nèi)容

測試內(nèi)容包括RAM測試、讀板號測試、本機DPRAM測試、其他板DPRAM測試[7]、電源板DPRAM測試、讀 CPU板RT值、指令測試、A/D測試、狀態(tài)量1～10測試、心跳信號測試、本機心跳使能、本機心跳禁止、同步信號測試、本機同步使能、本機同步禁止、1553B工作模式切換測試、機器復位、復位封鎖、結(jié)果清除、自動循環(huán)測試。

5 結(jié)束語

在綜合信息處理系統(tǒng)的研制過程中，采用模塊設(shè)計，基于ARM芯片的設(shè)計和使用集成度高、功耗低、可靠性高；綜合信息處理系統(tǒng)經(jīng)過嚴格的測試，符合各項功能需求，性能穩(wěn)定、可靠。

[1]張石.ARM嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]劉凱.ARM嵌入式接口技術(shù)應(yīng)用[M].北京：清華大學出版社，2009.

[3]黃菁，劉青春.ARM嵌入式系統(tǒng)GPIO擴展鍵盤設(shè)計[J].自動化應(yīng)用，2011，7:1-3.HUANG Jing，LIU Qing-chun.The Design of GPIO Extended Keyboard Based on ARM Embedded System，Automation Application，2011，7:1-3.

[4]余祖龍.面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計與VC程序設(shè)計入門[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[5]張忠?guī)?VC++2008專題應(yīng)用程序開發(fā)實例精講 [M].北京:電子工業(yè)出版社，2008.

[6]歐陽志宏，董霖，鐘俊華.MFC程序設(shè)計輕松入門 [M].北京:人民郵電出版社，2009.

[7]劉海旭，馬連川，李世光.一種安全計算機板級測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011（5）:131-134.LIU Hai-xu，MA Lian-chuan，LI Shi-guang.Design and implementationofboard leveltestingsystem forsafety computer[J].Modern Electronics Technique，2011（5）:131-134.