基于多cpu方式的自動(dòng)識(shí)別控制系統(tǒng)

　自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是將數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)讀、自動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)的一種方法或手段。它是包括條碼技術(shù)、磁條(卡)技術(shù)、光學(xué)字符識(shí)別、系統(tǒng)集成化、射頻技術(shù)、聲音識(shí)別及視覺(jué)識(shí)別等集計(jì)算機(jī)、光、機(jī)電、通信技術(shù)為一體的綜合性高新科學(xué)技術(shù)。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)提供了快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集輸入的有效手段，解決了手工數(shù)據(jù)輸入速度慢、錯(cuò)誤率高等造成的“瓶頸”難題，因而自動(dòng)識(shí)別技術(shù)作為一種革命性的高新技術(shù)，日益為人們所接受。

　　自動(dòng)識(shí)別控制系統(tǒng)則是集微機(jī)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理與控制措施為一體的系統(tǒng)，它涉及電子，機(jī)械，光學(xué)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)，生物技術(shù)等諸多新技術(shù)。是解決重要部門(mén)出入口實(shí)現(xiàn)安全防范管理的有效措施。包括出入口門(mén)禁安全管理系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)、車(chē)輛進(jìn)出控制系統(tǒng)、物業(yè)消防監(jiān)控系統(tǒng)、保安巡檢管理系統(tǒng)等，適用各種機(jī)要部門(mén)，如銀行、賓館、機(jī)房、軍械庫(kù)、機(jī)要室、辦公間,智能化小區(qū)，工廠等。

　　自動(dòng)識(shí)別控制系統(tǒng)在工作環(huán)境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發(fā)揮著巨大的作用。因此設(shè)計(jì)一款性能價(jià)格比較高的產(chǎn)品將有著廣泛的應(yīng)用前景。

　　1、自動(dòng)識(shí)別控制系統(tǒng)的功能組成

　　作為一種通用性強(qiáng)、功能齊全的自動(dòng)識(shí)別控制系統(tǒng)，應(yīng)該具有眾多組成要素。下面我們就以一個(gè)4門(mén)門(mén)禁控制器為例來(lái)說(shuō)明，它的功能模塊組成如下：

　　4路開(kāi)門(mén)繼電器控制電路+1路報(bào)警繼電器控制電路

　　4路門(mén)位置信號(hào)偵測(cè)電路+4路開(kāi)門(mén)按鈕信號(hào)偵測(cè)電路+4路防破壞信號(hào)偵測(cè)電路

　　4路開(kāi)關(guān)量輸入電路+4路開(kāi)關(guān)量輸出電路

　　8路WIGEN信號(hào)譯碼電路(用于接8個(gè)WIGEN讀卡器)

　　2路ABA信號(hào)譯碼電路與2路鍵盤(pán)仿真信號(hào)電路(用于接2個(gè)ABA讀卡器或2個(gè)鍵盤(pán)仿真讀卡器)

　　1路TTL232/RS232信號(hào)譯碼電路(用于接1個(gè)TTL232/RS232讀卡器)

　　1路RS485信號(hào)控制電路(用于連接多達(dá)32個(gè)RS485方式的讀卡器)

　　1路設(shè)備ID號(hào)設(shè)置撥斷開(kāi)關(guān)

　　時(shí)鐘芯片控制電路

　　存儲(chǔ)芯片控制電路(用于存儲(chǔ)用戶信息和事件信息)

　　系統(tǒng)監(jiān)控電路

　　通訊電路(用于和上位機(jī)進(jìn)行通訊)

　　2、幾種主控設(shè)計(jì)方案的比較

　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種CPU、存儲(chǔ)芯片、系統(tǒng)擴(kuò)展芯片、時(shí)鐘芯片等層出不窮，在給設(shè)計(jì)人員有了更多選擇的同時(shí)，也帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題，就是該如何選擇一種適合于自身的一種方案。這個(gè)方案不但要能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需求的基本功能，還要在可靠性、開(kāi)發(fā)難易程度、芯片供貨情況以及價(jià)格等方面都要做到適宜。針對(duì)上面列出的4門(mén)控制器的功能特點(diǎn)，我們可做以下幾個(gè)方案：

　　2.1 傳統(tǒng)形式

　　這是一種為廣大嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員熟知的形式，在很多教科書(shū)及應(yīng)用系統(tǒng)中有著詳細(xì)的介紹。

　　在主控方面，一般采用以應(yīng)用最廣的8051+EPROM程序存儲(chǔ)器或帶有大容量FLASH ROM 的CPU如SST89C58或P89C51RD2在系統(tǒng)擴(kuò)展方面，2片74HC138用于譯碼，1片74HC373用于地位地址鎖存，1片74HC245用于總線驅(qū)動(dòng)，3片74HC377用于信號(hào)輸出，4片74HC244用于信號(hào)輸入存儲(chǔ)方面，一片628128用于存儲(chǔ)事件信息和外部變量，一片28SF040或39SF040用于存儲(chǔ)各種有效卡片、非法卡片信息時(shí)鐘方面，采用一片串行方式的DS1302或并行數(shù)據(jù)方式的DS12C887通訊方面，2片485芯片，一片用于和上位機(jī)通訊，一片用于和RS485讀卡器通訊這種方式具有芯片價(jià)格較便宜，供貨渠道廣泛，編程調(diào)試較容易等優(yōu)點(diǎn)，但其體積龐大，芯片多，硬件故障點(diǎn)增多，而且由于任務(wù)眾多，導(dǎo)致CPU工作繁忙，軟件中的各種中斷處理容易干擾，雖然現(xiàn)在已有基于8051的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)可以解決此問(wèn)題,但是這要求設(shè)計(jì)者一方面要選擇價(jià)格相對(duì)高的CPU，另一方面也要學(xué)習(xí)消化RTX51,而將其正確的應(yīng)用到系統(tǒng)中去需要更高的軟件技巧和更多的調(diào)試時(shí)間。否則軟件的可靠性無(wú)法保證。這對(duì)于產(chǎn)品的快速市場(chǎng)化是不利的。

　　2.2 ARM+CPLD

　　ARM芯片及CPLD芯片是最近幾年流行起來(lái)的嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成部件，他們將可能成為后PC時(shí)代嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首選。ARM是一款32位的精簡(jiǎn)指令集(RISC)處理器架構(gòu)，以其高性能、低功耗、低成本占有市場(chǎng)。 以PHILIPS的LPC2104為例，它具有128K 片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器、最多64K靜態(tài)RAM、雙UART、兩個(gè)定時(shí)器、具有4路捕獲/比較通道、多達(dá)6路輸出的PWM單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門(mén)狗定時(shí)器、通用I/O口、CPU操作頻率可達(dá)60MHz等特點(diǎn)。

　　CPLD是復(fù)雜可編程邏輯陣列的簡(jiǎn)稱，它具有口線多、速度快、可編程、純硬件電路等特點(diǎn)。

　　根據(jù)我們提出的4門(mén)控制器的功能，一片ARM及一片CPLD，加上少許外圍電路，即可實(shí)現(xiàn)。這樣不僅使系統(tǒng)板的體積大大減少，而且增加了可靠性，這是其他方式所不能比擬的。但是，由于ARM及CPLD均是新興的技術(shù)，對(duì)于一些基于8051單片機(jī)經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)者而言，卻需要有一個(gè)不短的時(shí)間去學(xué)習(xí)消化實(shí)踐，另外，有關(guān)ARM及CPLD的開(kāi)發(fā)工具，如仿真器、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE都在一個(gè)比較高的價(jià)位上，且學(xué)習(xí)及使用都比8051難多了。這不僅對(duì)產(chǎn)品的快速市場(chǎng)化不利，而且也不適合對(duì)某些場(chǎng)合靈活多變的設(shè)計(jì)。而且，目前這兩種芯片的價(jià)格較8051組成的系統(tǒng)價(jià)格仍偏高，這也不太適合應(yīng)用于本文提出的通用控制器。

　　2.3 多CPU系統(tǒng)

　　在經(jīng)過(guò)對(duì)上述兩種方案的比較后，是否還有其他某種使用芯片數(shù)量最少、價(jià)格最便宜、功能最齊全、設(shè)計(jì)靈活多變的方案呢?答案是肯定的。那就是采用多CPU系統(tǒng)。基于8051芯片如AT89x52的廣泛使用，使單片機(jī)的價(jià)格大大下降。目前，89X52的市場(chǎng)零售價(jià)已經(jīng)低于8255、8279、8253、8250等專用接口芯片中的任何一種;而89X52的功能實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以上芯片。因此，如把89x52作為接口芯片使用，在經(jīng)濟(jì)上是合算的。這樣就解決了系統(tǒng)擴(kuò)展芯片眾多的缺點(diǎn)。一片89x52有32個(gè)I/O口，均可做輸入輸出，且有3個(gè)定時(shí)器和2個(gè)外部中斷，完全可以解決對(duì)ABA/WIGEN/232不同串行信號(hào)的處理。

　　正如軟件可由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS來(lái)實(shí)現(xiàn)一樣，硬件一樣可用多CPU組成的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　這樣，本文提出得4門(mén)控制器將由3片CPU共同組成，它具有以下特點(diǎn) 芯片數(shù)目少。除了存儲(chǔ)芯片和時(shí)鐘芯片，基本只剩下3塊89S52 CPU用89S52價(jià)格低的特點(diǎn)，充當(dāng)外設(shè)。使用靈活?？筛鶕?jù)情況減少某個(gè)CPU或更改其程序完成不同的功能原來(lái)寫(xiě)在一個(gè)CPU中的程序分離，使每個(gè)芯片基本上在8K之內(nèi)完成，也就是都可選擇89S52,不用采用昂貴的大容量FLASH 8051內(nèi)核的 CPU。加了看門(mén)狗的主CPU可以實(shí)時(shí)監(jiān)控另外兩個(gè)CPU的工作是否正常各CPU各司其職。提高了與上位機(jī)通訊的速度及準(zhǔn)確性，提高了讀寫(xiě)存儲(chǔ)的速度以及訪問(wèn)FALSH的時(shí)間。由于將個(gè)任務(wù)分解，所以每個(gè)CPU所用的寄存器較少，均可以使用89S52自帶的256字節(jié)RAM即可，不必使用XDATA訪問(wèn)RAM 中的CPU ,提高了各CPU執(zhí)行的速度。

　　3、選擇FM3808為多功能存儲(chǔ)、時(shí)鐘、系統(tǒng)監(jiān)控芯片

　　3.1 傳統(tǒng)方式的說(shuō)明

　　在確立了主控方式之后，要選擇存儲(chǔ)、時(shí)鐘及系統(tǒng)監(jiān)控芯片，我們先來(lái)分析以往芯片的選擇正如3.1種所描述的，除了選擇具有512K BYTES的FLASH ROM 芯片作為卡號(hào)存儲(chǔ)芯片外(因?yàn)闊o(wú)論有效無(wú)效卡號(hào)，其更改頻率是不高的，采用此芯片不會(huì)影響芯片)，作為常用的信息存儲(chǔ)及外部寄存器芯片,一般采用SRAM如628128，雖然此芯片目前價(jià)格很便宜，但由于系統(tǒng)掉電后，其中的所有信息消失，所以必須加掉電保護(hù)電路和電池。而無(wú)論采用專用的掉電保護(hù)芯片和采用分立元件組成的對(duì)電路，都不能100%的保證數(shù)據(jù)部丟失，尤其是在電源不穩(wěn)定和干擾嚴(yán)重的環(huán)境下。

　　時(shí)鐘有眾多選擇，如DS1302及12887，但價(jià)格不低監(jiān)控芯片也有很多種，如X25045，它集成了看門(mén)狗、電壓監(jiān)測(cè)、可靠復(fù)位及EEPROM等特點(diǎn)，但價(jià)格也不低。