當(dāng)前位置:首頁(yè) > 嵌入式 > 嵌入式硬件
[導(dǎo)讀]為了進(jìn)行資源開(kāi)發(fā),對(duì)海洋油田進(jìn)行探測(cè)及對(duì)污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)防,本文采用EPSON公司的32位單片機(jī)S1C33209和SJA1000型控制器設(shè)計(jì)了一個(gè)探測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)具有高速、功耗低、體積小、易于擴(kuò)展的特點(diǎn),實(shí)驗(yàn)表明,系統(tǒng)與上位機(jī)通信可靠,基本可以滿(mǎn)足實(shí)際需要。

1.引言

單片機(jī)是一種集成在電路芯片,是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)市場(chǎng)的發(fā)展,EPSON公司專(zhuān)為高級(jí)數(shù)據(jù)處理的便攜式設(shè)備推出了32位MCU(Microcontroller Unit)S1C33系列,下面簡(jiǎn)單介紹一下EPSON 32位單片機(jī)的特點(diǎn):

中央處理器(英文CentralProcessingUnit,CPU)是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心。CPU、內(nèi)部存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備是電子計(jì)算機(jī)三大核心部件。電腦中所有操作都由CPU負(fù)責(zé)讀取指令,對(duì)指令譯碼并執(zhí)行指令的核心部件。其功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。所謂的計(jì)算機(jī)的可編程性主要是指對(duì)CPU的編程。CPU由運(yùn)算器、控制器和寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線構(gòu)成。差不多所有的CPU的運(yùn)作原理可分為四個(gè)階段:提取(Fetch)、解碼(Decode)、執(zhí)行(Execute)和寫(xiě)回(Writeback)。

A.強(qiáng)大的CPU內(nèi)核:S1C33采用RISC(精簡(jiǎn)指令集)結(jié)構(gòu),三級(jí)流水線,105條16位長(zhǎng)指令,其大多數(shù)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行,大大提高了指令的執(zhí)行效率。

B.豐富的周邊電路:除了強(qiáng)大的CPU內(nèi)核外,S1C33的周邊電路也很有特色,考慮到對(duì)嵌入式芯片SOC(System On Chip)的要求,EPSON公司在設(shè)計(jì)中在單片機(jī)內(nèi)集成了許多周邊電路,用戶(hù)在開(kāi)發(fā)中,基本不需增加許多外部器件就可構(gòu)成完整的系統(tǒng),大大減少了系統(tǒng)成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度。以本文將要用到的S1C33209為例,它包括8KSRAM、直接內(nèi)存存取控制器DMAC、中斷控制器ITC、可編程定時(shí)器計(jì)數(shù)器Programmable Timer、脈寬調(diào)制電路PWM、串行接口電路SIO、A/D轉(zhuǎn)換器等等,還包含高速的晶振電路OSC3、鎖相環(huán)(PLL)、低速晶振電路和一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘。

C.低功耗:功耗是很多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的問(wèn)題,S1C33 CPU支持三種類(lèi)型的省電模式:兩種HALT模式和一種SLEEP模式;此外,S1C33中時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有一個(gè)預(yù)分頻器(PSC),時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)預(yù)分頻器分頻輸出合適的工作頻率到Timer、SIO、AD等,這樣芯片每個(gè)功能模塊都工作在合適的頻率上,系統(tǒng)功耗可降到最低。

D.良好的性?xún)r(jià)比:S1C33 CPU核非常小,邏輯門(mén)數(shù)在100K左右,并采用0.35um及以上加工工藝,使CPU core占用的芯片的面積較小,以達(dá)到良好的性?xún)r(jià)比。

E.獨(dú)特的ASIC Micro(門(mén)陣結(jié)構(gòu)CPU):S1C33 Core CPU和周邊電路都是用與非門(mén)單元組成的ASIC宏單元,這樣的設(shè)計(jì)使S1C33在芯片設(shè)計(jì)上有很大的靈活性,S1C33209芯片內(nèi)部有20K用戶(hù)可以自定義的門(mén)陣列(Gate Array)電路。

ASIC是ApplicationSpecificIntegratedCircuit的英文縮寫(xiě),在集成電路界被認(rèn)為是一種為專(zhuān)門(mén)目的而設(shè)計(jì)的集成電路。目前,在集成電路界ASIC被認(rèn)為是一種為專(zhuān)門(mén)目的而設(shè)計(jì)的集成電路。是指應(yīng)特定用戶(hù)要求和特定電子系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)、制造的集成電路。ASIC的特點(diǎn)是面向特定用戶(hù)的需求,ASIC在批量生產(chǎn)時(shí)與通用集成電路相比具有體積更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增強(qiáng)、成本降低等優(yōu)點(diǎn)。

下面我們采用S1C33209,設(shè)計(jì)一個(gè)探測(cè)系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)描述及組成

我們的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)功耗低、易于擴(kuò)展、體積小的便攜設(shè)備,探測(cè)系統(tǒng)需要測(cè)量參數(shù)包括PH值、溶解氧、化學(xué)元素、深度等。測(cè)控系統(tǒng)工作時(shí)需要接收來(lái)自上位機(jī)控制中心的命令,要求將采集到的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī),兩者的最大通信距離大于5Km.由于CAN總線具有較高的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性,其最大通信距離可到達(dá)10Km,受干擾概率低,因此我們采用CAN總線作為通信方式。


圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,CAN采用雙絞線,信號(hào)以差分電壓傳送。SJA1000一端與單片機(jī)相連,另一端與CAN總線相連。為了提高單片機(jī)對(duì)CAN總線的驅(qū)動(dòng)能力,把PCA82C250作為CAN控制器和物理總線間的接口,以提高對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力,其工作方式(高速方式和斜率方式)由引腳RS控制,RS接地為高速,RS串接一個(gè)電阻后再接地,用于控制上升和下降斜率,可以減少射頻干擾。系統(tǒng)從功能上分為兩個(gè)主要部分:測(cè)控子模塊和通信子模塊。測(cè)控子模塊主要功能是根據(jù)命令啟動(dòng)系統(tǒng)并完成參數(shù)提取、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)及發(fā)送等操作,為了滿(mǎn)足探測(cè)系統(tǒng)多路數(shù)據(jù)的快速采集與分析的特殊要求,該模塊以EPSON公司的S1C33209為核心,擴(kuò)展信號(hào)調(diào)理電路及與CAN總線的接口;通信子模塊的功能是完成水下測(cè)控系統(tǒng)與上位機(jī)的通信,此模塊主要是Philips公司的SJA1000型CAN控制器。

SJA1000是一種獨(dú)立的CAN控制器,主要用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制。它是Philips半導(dǎo)體公司PCA82C200 CAN控制器(BasicCAN)的替代產(chǎn)品,而且它增加了一種新的操作模式——PeliCAN,這種模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B協(xié)議。

3.軟件設(shè)計(jì)

在32位機(jī)系統(tǒng)中,由于軟件較復(fù)雜,基于操作系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)占有重要地位。操作系統(tǒng)的作用是負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度、存儲(chǔ)分配、時(shí)鐘管理和中斷管理,并提供文件管理等基本服務(wù),S1C33 32位芯片使用EPSON公司的ROS33操作系統(tǒng),其核心為廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)的iTron 3.0 OS Kernel,ROS33 Kernel具有:支持μITRON 3.0標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)核優(yōu)化并緊湊(最小可為1.7k)、響應(yīng)快(CPU主頻為33MHz時(shí),最快調(diào)度響應(yīng)時(shí)間為7.8μs)、支持基于ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的主應(yīng)用程序框架如下:

#include "ros33.h"

void main()

{

sys_ini();//用于初始化ROS33所用的參數(shù)和資源

vcre_tsk(task ID, task startup address, priority, initial address of stack);//定義被執(zhí)行的任務(wù)



sta_tsk(task ID, task startup code);//激活執(zhí)行



sys_sta();

}

該系統(tǒng)通信協(xié)議采用"ID+命令+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)"的形式,其中,ID為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備標(biāo)識(shí)符,采用ID.18~ID.20.標(biāo)識(shí)符ID.21~ID.28作為固定命令,不參與驗(yàn)收濾波。數(shù)據(jù)表示通信的具體內(nèi)容,校驗(yàn)采用校驗(yàn)和的形式,為1個(gè)字節(jié)。由于CAN總線本身有15位CRC校驗(yàn),并且本系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)較少,競(jìng)爭(zhēng)不會(huì)十分激烈,所以通信可靠性較高。

軟件設(shè)計(jì)思路如下:系統(tǒng)上電后,S1C33209先對(duì)自身和SJA1000初始化,以確定工作主頻、波特率及輸出特性等,然后接收來(lái)自上位機(jī)的控制命令,同時(shí)將獲取的采用數(shù)據(jù)通過(guò)SJA1000傳送到CAN總線上或備份到Flash存儲(chǔ)器中。其中對(duì)SJA1000初始化是設(shè)計(jì)的重點(diǎn),必須對(duì)寫(xiě)入每個(gè)寄存器的內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)和全面考慮,否則系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。設(shè)上位機(jī)SJA1000適配卡的ACR為xx20,AMR為FF00,下位機(jī)測(cè)控中心SJA1000的ACR為xx40,AMR為FF00.下面是初始化程序:

Void CAN_Init(viod)

{ CANMODE=ox09; //進(jìn)入復(fù)位模式,單項(xiàng)驗(yàn)收濾波,對(duì)SJA1000初始化

CANCDR=0x88; //選擇PeilCAN模式

CANIER=0x1A; //開(kāi)放接收中斷、超載中斷和錯(cuò)誤中斷

CANAMR0=0xFF; //接收屏蔽寄存器內(nèi)容在單片機(jī)RAM中的值

CANACR1=0x40;

CANBTR0=0x03; //總線定時(shí)寄存器

CANBTR1=0xFF;

CANOCR=0xAA; //輸出控制寄存器

CANMODE=0x08; //返回工作狀態(tài)

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(ControllerAreaNetwork,CAN)的簡(jiǎn)稱(chēng),是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車(chē)電子產(chǎn)品著稱(chēng)的德國(guó)BOSCH公司開(kāi)發(fā)了的,并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO118?8)。是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。在北美和西歐,CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線,并且擁有以CAN為底層協(xié)議專(zhuān)為大型貨車(chē)和重工機(jī)械車(chē)輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。近年來(lái),其所具有的高可靠性和良好的錯(cuò)誤檢測(cè)能力受到重視,被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。

由于測(cè)控系統(tǒng)對(duì)通信實(shí)時(shí)性要求較高,一旦接收到來(lái)自上位機(jī)的控制命令必須及時(shí)響應(yīng),為此CAN總線上接收信息采用中斷方式,即SJA1000無(wú)錯(cuò)地接收到信息后使INT變?yōu)榈碗娖?,下降沿觸發(fā)S1C33209外部中斷0,使其進(jìn)入中斷服務(wù)程序,其流程如圖2所示。


圖2接收流程圖

如果要向CAN控制器發(fā)送數(shù)據(jù),則必須將符合PeiCAN幀格式的一組數(shù)據(jù)寫(xiě)入SJA1000的發(fā)送緩沖區(qū),然后調(diào)用發(fā)送子程序,我們采用查詢(xún)方式實(shí)現(xiàn)發(fā)送,如圖3流程所示。


圖3發(fā)送流程圖


4.結(jié)束語(yǔ)

為了進(jìn)行資源開(kāi)發(fā),對(duì)海洋油田進(jìn)行探測(cè)及對(duì)污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)防,本文采用EPSON公司的32位單片機(jī)S1C33209和SJA1000型控制器設(shè)計(jì)了一個(gè)探測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)具有高速、功耗低、體積小、易于擴(kuò)展的特點(diǎn),實(shí)驗(yàn)表明,系統(tǒng)與上位機(jī)通信可靠,基本可以滿(mǎn)足實(shí)際需要。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專(zhuān)欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車(chē)的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車(chē)技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車(chē)工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車(chē)。 SODA V工具的開(kāi)發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車(chē) 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶(hù)希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱(chēng),數(shù)字世界的話(huà)語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉