GM8125和GM3101在車輛行駛記錄儀中的應(yīng)用

摘要： 本文介紹了車輛行駛記錄儀中串口擴展模塊和倒車?yán)走_模塊的設(shè)計方案，提供兩種簡單適用的設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞： 汽車電子；車輛行駛記錄儀；串口擴展；倒車?yán)走_

現(xiàn)今，汽車電子技術(shù)日益進步，GPS、倒車?yán)走_幾乎已成中高檔汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置，而且傳統(tǒng)汽車中的很多傳感器和控制方式都已使用電子電路，這就為實現(xiàn)車輛行駛記錄儀提供了必要的條件。以下簡要介紹國騰微電子公司的GM8125串口擴展IC和GM3101倒車?yán)走_IC在車輛行駛記錄儀中的應(yīng)用。

車輛行駛記錄儀通訊電路

本記錄儀中，與通訊相關(guān)的主要包括以下幾個部分：GPS全球定位模塊、GPRS通訊模塊、倒車?yán)走_、打印機、文本/語音轉(zhuǎn)換模塊以及上位機通訊模塊，它們都需要通過串口與ARM主控制器連接。因為主控制器串口數(shù)量有限，沒有足夠串口與各個子模塊分別連接，故系統(tǒng)必須由串口擴展模塊來完成串口擴展功能，本文利用GM8125實現(xiàn)串口擴展，它把主控制器的一個串口擴成5個。考慮到系統(tǒng)與上位機通訊的時候相對較少，所以與通訊量不多的倒車?yán)走_共用一個串口，由主控制器的一個GPIO口來控制切換，使主控制器能同時與6個設(shè)備通訊。通訊電路框圖如圖1所示(圖中省略了ARM與GM8125之間的控制信號連線)。

圖 1  車輛行駛記錄儀通訊電路框圖

GM8125與ARM主控制器的連接

GM8125有兩種工作模式：單通道模式和多通道模式。
當(dāng)采用單通道模式工作時，GM8125等效于兩組四選一多路選擇器，它按照STADD0_2的設(shè)定把它從Rxd0收到的數(shù)據(jù)按相同波特率送到相應(yīng)的Txd1_5引腳，同時按照SRADD0_2的設(shè)定把從它從Rxd1_5收到的數(shù)據(jù)按相同波特率送到Txd0主控制器。單通道模式不需要進行波特率和數(shù)據(jù)幀長的設(shè)置，主串口和子串口采用一對一通訊，每次只允許一個子串口與主串口通訊。單通道模式適合于以下場合：

A、 系統(tǒng)運行過程中可以準(zhǔn)確預(yù)見、或者可以準(zhǔn)確設(shè)定從機發(fā)送數(shù)據(jù)給主控制器的時間；
B、 呼叫/應(yīng)答系統(tǒng)中從機不會主動向主機發(fā)送數(shù)據(jù)，只有在主機向從機請求數(shù)據(jù)時才有數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器；
C、 從機需要通訊波特率非常高時，多通道模式下，主串口和各子串口采用一對多通訊，各子串口可以同時工作，自動響應(yīng)接收數(shù)據(jù)，不需要主機控制接收，因此多通道模式主要用在從機發(fā)送數(shù)據(jù)時間不可控和要求實時收發(fā)數(shù)據(jù)的應(yīng)用中。

在多通道模式下，在初始化時主控制器需要先向GM8125寫配置寄存器來選擇幀數(shù)據(jù)格式和波特率。每次要向一個子串口寫數(shù)據(jù)前，先在STADD0_2引腳上設(shè)置好發(fā)送子串口地址，然后向GM8125寫入串口數(shù)據(jù)，GM8125會自動把數(shù)據(jù)從相應(yīng)的Txd引腳發(fā)送出去。需要注意的是，主控制器在向同一子串口寫入兩連續(xù)數(shù)據(jù)時，子串口至少要隔按照配置寄存器設(shè)定的格式和波特率發(fā)送完上一字節(jié)所需的時間，這可以通過延時來實現(xiàn)，也可以通過把STADD0_2設(shè)成000，然后連續(xù)發(fā)送5字節(jié)0來實現(xiàn)。

當(dāng)GM8125的任意一個子串口接收到數(shù)據(jù)時，它將主動從Txd0引腳發(fā)送出來，同時在SRADD0_2引腳上輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)表明該數(shù)據(jù)對應(yīng)的子串口序號。由于地址線在TXD0送出下一字節(jié)的第5位時改變，因此當(dāng)主控制器的串口接收到了該數(shù)據(jù)后，應(yīng)該立即去讀取SRADD0_2的值以確定子串口號，否則有可能會造成數(shù)據(jù)與子串口號張冠李戴。

主控制器與GM8125的硬件連接方式如圖2所示，主控制器通過8個GPIO分別與GM8125的Reset、MS和其它引腳相連。系統(tǒng)剛開始工作時，為了確保GM8125處理一個可知的波特率和數(shù)據(jù)格式，必須由主控制器主動對GM8125進行復(fù)位。

使用GM8125進行串口擴展具有以下優(yōu)勢：
* 控制簡單。芯片利用軟件設(shè)置工作方式，最大限度地減少控制線，不需要占用太多主機的系統(tǒng)資源。
* 應(yīng)用靈活。芯片具備兩種工作模式、多種工作波特率、10位或11位數(shù)據(jù)幀長可靈活選擇。
* 通用性強。芯片設(shè)計時充分考慮各種用戶的需求，只需提供標(biāo)準(zhǔn)UART和IO口即可與GM8125通訊，對控制器沒有特殊要求，適用于大多數(shù)串口通訊系統(tǒng)。
* 工作波特率高。芯片子串口在單通道模式下波特率支持20Mbps，多通道模式下支持38.4kbps。
* 性能穩(wěn)定。硬件實現(xiàn)串口比軟件實現(xiàn)串口更能保證串行通訊的穩(wěn)定性，同時每位數(shù)字采樣16次，保證了數(shù)據(jù)的正確性。
* 波特率誤差小。輸出波特率誤差小于0.2%，輸入波特率誤差小于2.8%。

圖2  ARM控制器與GM8125的連接圖

倒車?yán)走_系統(tǒng)的集成

目前車載設(shè)備越來越趨向于將各子系統(tǒng)集成化，提高控制器和顯示屏的利用率，因此各種車輛附加裝置如胎壓檢測系統(tǒng)、倒車?yán)走_系統(tǒng)等不再獨立工作，而是和其他系統(tǒng)集成在一起以節(jié)約系統(tǒng)資源。例如本汽車行駛記錄儀方案就將倒車?yán)走_集成在本系統(tǒng)中。

GM3101倒車?yán)走_專用控制芯片，用純硬件ASIC方式實現(xiàn)倒車?yán)走_主機功能，將倒車?yán)走_需要的主要元件(控制器、運放電路、濾波電路等)都集成在了單一芯片中，外圍只需接上超聲波傳感器和功率器件就可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能，提高了系統(tǒng)集成度，也不需要軟件編程，是目前最簡單的一種倒車?yán)走_實現(xiàn)方案。該芯片主要工作原理為定時向超聲波探頭發(fā)送驅(qū)動信號，同時接收超聲探頭回送的檢測信號，根據(jù)發(fā)送和接收的時間差計算障礙物的距離，輸出相應(yīng)報警信號。該芯片主要特性包括：