基于ETX的車載計算機模塊的設計

1 引言

CI 一下機項目的操作系統(tǒng)來說

”系統(tǒng)在新型駝峰無線機車信號系統(tǒng)中，機車主機是機車設備的神經中樞，在自動化控制過程中需實時的進行數據通訊和處理，必須具有多通訊接口、平臺穩(wěn)定，環(huán)境適應強等特點。本文提出了一種基于ETX的車載計算機模塊的設計方法，通訊接口擴至六個串口、三個CAN口，在應用中滿足了高低溫、潮濕、振動、靜電以及電磁干擾等使用環(huán)境的要求。

2 系統(tǒng)設計

2.1 硬件組成

ETX（Embedded Technology Extended嵌入式技術延伸）嵌入式計算機模塊具有完整的PC功能和高效的CPU性能，為嵌入式應用提供完美的解決方案。在系統(tǒng)設計中采用主控制器為ETX工控模塊，其核心CPU為賽揚433 CPU。它能提供VGA、串口（2個）、并口、IDE、語音、以太網口（100M）、USB、鍵盤、鼠標等多種常用的計算機接口。該產品高性能的外圍資源，高品質的CPU集成系統(tǒng)大大方便了外圍設備的擴展，方便了主CPU與外圍設備的數據交流。然而，在新型駝峰無線機車信號系統(tǒng)中對通信接口有更多的要求，需要提供至少6個串口和3個CAN口，為此需要增擴串口和CAN口，其組成框圖如圖1所示。通過橋片和總線控制器完成通信接口的擴展。整個計算機采用歐標6U標準的模板，通過雙96芯VME與底板連接。

圖1 硬件組成框圖

2.2 操作系統(tǒng)選擇

在自動化控制過程中需實時的進行數據通訊和處理，為此操作系統(tǒng)的選擇非常重要。對于車載項目的操作系統(tǒng)，WinCE具有比xp embedded更好的實時性、穩(wěn)定性和更低的功耗。

WinCE. NET做為一個高級的嵌入式的實時操作系統(tǒng)，提供了豐富的網絡和通訊標準，一個高效的實時內核，豐富的多媒體應用和web的功能。

在實際應用中運行于微軟 WinCE4.2 NET操作系統(tǒng)下。WinCE4.2 NET是微軟公司為滿足工業(yè)控制等領域對于實時性的苛刻要求而推出的一款嵌入式實時操作系統(tǒng)。系統(tǒng)具有實時性高，性能穩(wěn)定，系統(tǒng)資源占用低等特點。同時，對于多媒體以及人機界面交互方面在嵌入式領域有著絕對的領先地位。基于以上的系統(tǒng)特點和客戶的具體應用，我們在設計過程中選定使用的操作系統(tǒng)為WinCE4.2 NET。同時為處理板提供基于wince系統(tǒng)的bsp包和相應的外擴設備的WinCE下的驅動。

2.3 環(huán)境適應性設計

為滿足車載系統(tǒng)環(huán)境適應的要求，在設計中作了以下專項工作：

a) 選擇工業(yè)級器件和部件，滿足-40~+70溫度要求

b) 全板附鋁合金冷板以提供良好的散熱和電磁屏蔽，同時提高整板抗振動和沖擊能力

c) 做三防處理

d) 設計靜電釋放電路，減少在運輸安裝過程中由于靜電引起的電路損壞。

3 主要接口電路設計

合處理的需要。PCI總線一個重要的特點是具有極高的數據傳輸速度，是新一代微機的標準總線。系統(tǒng)必須解決PCI到串口和PCI到CAN口的轉換問題。原理框圖中從PCI總線擴展出的串口和CAN口原理框圖如圖2所示。

a) 串口

圖2 4串口擴展原理框圖

原理圖中所使用的串口控制器為OX16C954，該片可擴展4個串口（在本系統(tǒng)中，定義為COM3至COM6），數據位可為5/6/7/8/9，停止位可為1/1.5/2，每通道的收發(fā)各有128BYTE深度的FIFO，波特率選擇的范圍根據所選的時鐘頻率可從50到1MB，中斷與查詢均可。光耦的性能為隔離電壓1500V，傳輸速率為10MB。通過HIN213對總線驅動。其中COM6采用單獨隔離的電源，RS232工作方式，并提供全9針功能；COM3、4、5與ETX上的COM2共電源，并提供RS232和RS485硬件跳換。

b) CAN口

圖3 3CAN口擴展原理框圖

CAN口的擴展如圖3所示。采用Intel的CAN控制器I82527。該片支持CAN 2.0 A/B規(guī)范，波特率可達1MB/S，同時I82527還可提供16個I/O口作為其它控制使用。光隔器件采用HCPL0661，隔離電壓為1000V，傳輸速率為10MB。CAN總線收發(fā)器采用TJA1050，該片是專為CAN總線驅動而設計的，傳輸速率可達1MB。在本板中，三路CAN定義為CAN1、CAN2、CAN3，其中CAN3與CAN1和CAN2電源隔離。

c) CPLD內控制接口設計

復雜可編程邏輯器件（CPLD）幾乎可適用于所有的門陣列和各種規(guī)模的數字集成電路，它以其編程方便，集成度高、速度快、價格低等特點越來越受到設計者的歡迎。本設計所采用的CPLD為ALTERA公司的EPM7128，以Altera公司新一代功能更強的集成EDA工具Quartus II為開發(fā)軟件，以Verilog作為硬件描述語言進行設計，完成CPLD內電路的設計。

在圖2、3所示的電路中，使用了CPLD 器件, 使得硬件電路的設計變得十分簡潔。主要實現以下功能：

1) 地址譯碼部分

2) 地址數據的鎖存

3) 讀寫控制部分

4) 中斷管理部分

5) 寄存器部分為中斷標志和中斷允許寄存器。

6) LED燈的控制部分

中斷管理部分實現串口控制器和3個CAN控制器的中斷及8路IO中斷。

這種設計通過軟件編程對其器件的結構和工作方式進行重構，能隨時進行設計調整而滿足產品升級。使得硬件的設計可以如軟件設計一樣方便快捷，從而改變了傳統(tǒng)數字系統(tǒng)及用單片機構成的數字系統(tǒng)的設計方法、設計過程及設計概念，使系統(tǒng)設計的技術操作和系統(tǒng)構成在整體上發(fā)生了質的飛躍。

d) 其它功能擴展

為滿足用戶的需，從CPLD中引出10根引線到面板LED供需方編程使用，此外，CPLD還可提供若干個I/O口作為其它功能的控制。

4 Windows下驅動程序的設計

在硬件調試過程中，在windows操作系統(tǒng)下進行調試，用WinDriver開發(fā)設備驅動程序。

a) 打開WinDriver應用程序后，出現Driver Wizard，選擇創(chuàng)建新Diver，出現當前系統(tǒng)中所有的硬件卡的列表，從中選擇需要建立驅動程序的硬件設備PLX PCI9054，點擊Generate.INF File按鈕建立安裝信息文件，然后按照板卡所需信息進行修改。

b) 用Driver Wizard生成操作硬件的應用程序及API函數。

c) 啟動VC++6.0，建立一個工程，將Wizard產生的部分單元文件包含進工程，在此基礎上加入完成特定任務的代碼。

測試軟件的啟動界面如圖4所示。

圖4 測試軟件啟動界面

5 結束語

cI/O ports.some CAN port, se PCI Bus to extend four seria。示、為至今為止，基于本方案的計算機模塊已經成功地應用于機車遙控系統(tǒng)。

本文作者創(chuàng)新點：該模塊采用PCI總線提高了速度，對各路串口和CAN采取了光電隔離措施，使系統(tǒng)同外部設備之間實現了電絕緣，設計靜電釋放電路，減少在運輸安裝過程中由于靜電引起的電路損壞。全板附鋁合金冷板以提供良好的散熱和電磁屏蔽，同時提高整板抗振動和沖擊能力。