列車監(jiān)視及顯示系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

苗仲海 錢委 歐陽旭陽

一、所屬技術(shù)領(lǐng)域

本方案屬于信息顯控系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，涉及一種軌道交通信息顯控系統(tǒng)的通用設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

二、背景技術(shù)

近年來，我國的城市軌道交通呈現(xiàn)了快速發(fā)展態(tài)勢，速度超出了世界上任何國家的高峰期。作為城市公共交通的重要組成部分，城市軌道交通滿足人民群眾的基本出行，與人民群眾生產(chǎn)生活息息相關(guān)。

軌道交通信息顯控系統(tǒng)可以為司機(jī)和乘客提供各類信息的顯示和控制，滿足乘客乘車信息導(dǎo)向以及司機(jī)駕駛所需要的各類信息需求，新一代的軌交信息顯控系統(tǒng)利用現(xiàn)代化的圖像及語音技術(shù)為乘客提供全新的乘車體驗(yàn)，并為地鐵運(yùn)營帶來增值業(yè)務(wù)，提高運(yùn)營效益。

目前我國的軌交信息顯控設(shè)備被德國德意達(dá)、瑞士帕克西等國外企業(yè)占據(jù)了大量高端顯示終端市場，且價(jià)格較高。國內(nèi)的信息顯控系統(tǒng)也有一定的規(guī)模，但是由于需求復(fù)雜、多樣化、開發(fā)周期長等原因，一時(shí)難以跟隨市場的腳步，進(jìn)而迫切需求一種集成度高、開發(fā)周期短、使用方便、成本不高的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)顯控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

三、技術(shù)方案

一種軌道交通信息顯控系統(tǒng)的通用設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其包括依次串聯(lián)綜合處理電路、對(duì)外接口電路和擴(kuò)展板電路。所述綜合處理電路包括電源管理模塊、CPU核心模塊、內(nèi)存模塊和存儲(chǔ)模塊，其中電源管理模塊、內(nèi)存模塊和存儲(chǔ)模塊分別與CPU核心模塊相連。所述擴(kuò)展板電路包括接口管理模塊和對(duì)外接口端子。

所述電源管理電路包括依次串聯(lián)的壓降管理模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊以及輸出管理模塊三個(gè)模塊。

本方案的技術(shù)效果是：

本方案一種軌道交通信息顯控系統(tǒng)的通用設(shè)計(jì)系統(tǒng)，基于核心CPU可以實(shí)現(xiàn)千兆以太網(wǎng)、音頻、USB、CAN、UART、HDMI、LVDS、LCD、SPI等接口電路，同時(shí)整合的多功能HD視頻引擎可提供1080P 60fps視頻解碼、1080P 30fps視頻編碼，并帶有2D、3D圖形引擎。基于本方案提供的系統(tǒng)，開發(fā)人員可以迅速的按照要求選擇自己需要的接口電路和視頻輸出，快速的開發(fā)出滿足要求的產(chǎn)品。

四、附圖說明：

五、具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本方案做詳細(xì)的說明：

請參閱圖1，其是方案一種軌道交通信息顯控系統(tǒng)的通用設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體原理框圖。本方案提出的設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有比較廣泛的實(shí)用性能以及比較強(qiáng)的擴(kuò)展性。使用者可以完全自定義自己的需求來用本方案來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。其中綜合處理電路用于完成圖像生成、圖像處理、視頻處理以及接口協(xié)議管理。接口管理電路根據(jù)使用開發(fā)人員的需求定義和管理所需要的接口。擴(kuò)展板電路獨(dú)立于上述兩個(gè)電路，可以實(shí)現(xiàn)綜合處理板與接口端子之間的電路處理，其中擴(kuò)展板電路靈活性比較強(qiáng)，完全由使用者自己定義。

所述綜合處理電路包括電源管理模塊、CPU核心模塊、內(nèi)存模塊和存儲(chǔ)模塊，其中電源管理模塊、內(nèi)存模塊和存儲(chǔ)模塊分別與CPU核心模塊相連。請參閱圖2，綜合處理電路也是本方案的核心所在，其中電源管理模塊負(fù)責(zé)整個(gè)綜合處理電路的電源供給，CPU核心模塊用于實(shí)現(xiàn)視頻處理、圖像生成以及接口協(xié)議管理;內(nèi)存模塊可以采用DDR3動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器或者LPDDR2動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，用于CPU工作時(shí)臨時(shí)存放數(shù)據(jù);存儲(chǔ)模塊選用NAND存儲(chǔ)器，用于存放CPU的程序數(shù)據(jù)。

所述電源管理電路包括依次串聯(lián)的壓降管理模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊以及輸出管理模塊三個(gè)模塊，請參閱圖3。電源管理電路負(fù)責(zé)整個(gè)綜合處理電路的電源供給，該電路也是整個(gè)系統(tǒng)低功耗運(yùn)行的一個(gè)重要因素。該電路大部分功能由電平轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)，其中壓降管理模塊負(fù)責(zé)將輸入的電壓進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到電平轉(zhuǎn)換模塊能夠接受的幅值范圍內(nèi)，以確保后續(xù)的模塊正常工作。電平轉(zhuǎn)換模塊的功能是將輸入的電平轉(zhuǎn)化為CPU核心模塊所需要的電平，鑒于CPU核心模塊工作電平不止一個(gè)，因此電平轉(zhuǎn)換模塊的輸出也不止一個(gè)，同時(shí)電平轉(zhuǎn)換模塊要保證輸出的每一個(gè)電平電流都滿足后續(xù)電路要求。輸出管理模塊對(duì)轉(zhuǎn)換后的電平做管理，分別輸出給綜合處理電路其他電路和模塊來使用。

所述對(duì)外接口電路，在本方案中起到的是橋梁作用，負(fù)責(zé)綜合處理電路和擴(kuò)展板電路的信號(hào)傳輸。一方面可以把擴(kuò)展板輸入的信號(hào)如攝像頭信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳送給綜合處理電路處理，另一方面將綜合處理電路生產(chǎn)的信號(hào)如HDMI視頻信號(hào)、音頻信號(hào)輸出至擴(kuò)展板電路供系統(tǒng)外圍電路使用。

所述擴(kuò)展板電路包括接口管理模塊和對(duì)外接口端子，請參閱圖4。其中接口管理模塊負(fù)責(zé)將綜合處理電路輸送過來的信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的接口信號(hào)，由于各個(gè)接口或者各個(gè)需求不一樣，所以對(duì)不同的要求會(huì)有不同的接口管理模塊。對(duì)外接口端子負(fù)責(zé)將整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)與外界電路連接，可以采用對(duì)插或者甩線的模式。本方案可擴(kuò)展性非常強(qiáng)，所以擴(kuò)展板電路支持的接口也是很廣泛的，包括音頻接口、并行攝像頭接口、MIPI DSI顯示接口、CSI串行攝像頭接口、HDMI接口、LCD接口、LVDS接口、10/100/1000M以太網(wǎng)接口、USB Host接口、USB OTG接口、UART接口、CAN總線接口、SPI總線接口、I2C總線接口等。不同的接口對(duì)應(yīng)不同的接口管理模塊。

本方案的工作步驟如下：

步驟1：上電，電源管理模塊將給整個(gè)系統(tǒng)供電并進(jìn)行電源管理;

步驟2：核心CPU從存儲(chǔ)模塊中讀取程序，并與內(nèi)容模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換緩存，進(jìn)入工作狀態(tài);

步驟3：外部接口電路工作，接受外部輸入的數(shù)據(jù)和信息;

步驟4：核心CPU解析數(shù)據(jù)，并依此生成圖形畫面，同時(shí)管理總線數(shù)據(jù);

步驟5：核心CPU將生成的畫面/視頻和總線接口數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的接口輸出核心電路;

步驟6：對(duì)外接口電路將視頻數(shù)據(jù)/總線接口數(shù)據(jù)輸出至接口管理電路;

步驟7：接口管理電路將相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理和電平轉(zhuǎn)化，輸出至接口端子。

步驟8：數(shù)據(jù)由接口端子發(fā)送出至系統(tǒng)外圍電路。

此外，本方案可以做進(jìn)一步改進(jìn)：所述內(nèi)存模塊不僅限于DDR3和LPDDR2，還可以為SDRAM或DDR4。所述不僅限于NAND，還可以為SD卡或者U盤。

綜上所述一種軌道交通信息顯控系統(tǒng)的通用設(shè)計(jì)系統(tǒng)利用核心CPU的超強(qiáng)處理能力，內(nèi)置底層和應(yīng)用程序，能夠接受、處理、生成各類數(shù)據(jù)、信息和畫面。開發(fā)者可以根據(jù)自己的需求自定義外圍接口電路，來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的要求。同時(shí)本方案有以下優(yōu)點(diǎn)：1、低功耗;2、接口豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng);3、支持多種視頻格式以及不同分辨率的視頻輸出;4、系統(tǒng)性能可以自定義，滿足不同價(jià)位和性能的需求;5、小型化、集成度高，滿足不同場合的需求。

各模塊具體功能描述如下：其中虛線框出部分為綜合處理電路，其中核心CPU選用了PCIMX6Q6VV1A，主頻可以達(dá)到1.2GHz，為本專利的核心所在。2CZ117B為壓降管理模塊，其作用是將外部輸入的+5V降為4.2V作用，供后面的電平轉(zhuǎn)換電路模塊使用。ISL9307為電平轉(zhuǎn)換模塊，能夠生成單板所需要的各種電源，MMPF0100為CPU的電平輸出管理模塊，負(fù)責(zé)CPU工作電源的供給。SDIN5C2_8G為存儲(chǔ)模塊，內(nèi)部存放的是CPU啟動(dòng)所需要的程序和代碼。MT41J128M16HA為內(nèi)存模塊，該芯片需要一共四片。右邊虛線框所示為本系統(tǒng)能夠提供和支持的各類接口，在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)所需要的接口需求來確定對(duì)應(yīng)的接口管理電路。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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