命令汽车行驶的硬件

Question

如题所述

Answer 1

5 USB HOST模块硬件设计
在汽车行驶记录仪USB HOST模块中，ARM内核芯片采用LPC2294，USB HOST接口芯片采用ISP1160。
USBHOST接口原理图如图3所示，ISP1160提供16位并口总线数据协议，和控制线CS、RD、WR、INT以及A0，利用ARM读写信号线RD、WR、以及控制线A0、INT就能把ISP1160和LPC2294连接起来。其中 16根数据线在控制线的控制下与LPC2294进行数据交换。因为USB HOST包含有USB设备枚举协议、Bulk Only传输协议以及FAT文件结构，LPC2294内部RAM资源不够，系统扩展了256KSRAM。ISP1160占有0x82000002和0x82000000两个地址。另外，USB总线的电气特性要求在USB收发器之前必须串接22Ω～44Ω电阻。
当CS、RD有效时，如果A0为高，这是读当前地址或寄存器数据，如果A0为低，则读当前地址或寄存器地址。当CS、WR有效时，如果A0为高，这是写当前地址或寄存器数据，如果A0为底，则写地址或寄存器地址。
USB HOST识别设备过程如下：当连接上USBDEVICE后，会产生一个中断。LPC2294接收到中断后，进入枚举过程。从USB设备插入接口开始到客户驱动程序能够使用该设备还有一些工作要做，这一段可以称作设备识别过程，也称枚举过程。枚举过程是任何USB设备使用前必经的过程，USB HOST端在使用前需要知道这是一个慢速设备还是一个全速没备，需要知道这个设备的一些特性和能力，以便载入相应的驱动程序。当USB HOST配置完USB设备后，通过描述符提供的信息，识别出Bulk Only的MassStorage设备，然后进入Bulk_Only传输方式，在此方式下，USB与设备之间的所有数据均通过Bulk In和Bulk Out来传输，不再通过控制端点传输任何的数据。在这种传输方式下，有三种数据类犁在USB和设备之间传输，CBW、CSW和普通数据。CBW(CommandBlock Wrapper，即命令块分组)是从USB HOST发送到设备的命令，命令的格式遵从接口中的bInterfaceSubClass所指定的命令块，这里为SCSI传输命令集。USB设备需要将SCSI命令从CBW 中提取出来，执行相应的命令，完成以后向HOST发出反映当前命令执行状态CSW(Command StatusWrapper)， HOST根据CSW来决定是否继续传送下一个CBW或数据。USB HOST要求USB设备执行的命令可能为发送数据，则此时需要将特定的数据传送山去，传送完毕后发出CSW，使USB HOST进行下一步操作。
6 存储模块硬件设计
汽车行驶记录仪是在汽车行驶过程中，对汽车各种状态进行记录的电子装置，各种状态数据存储是汽车行驶记录仪的重要部分，因此，数据存储模块设计很关键。汽车行驶过程中状态在记录中可分为两种，一种为频率更新很高的数据，此部分数据不适合用普通FLASH来存储，因为普通FLASH擦写次数不够，存储数据的寿命有限，此部分数据适合用FRAM来存储，FRAM有数亿次擦写时间。另一部分数据采用普通FLASH来存储，因为相对FRAM，普通的FLASH性价比要好得多。这样结合普通FLASH和FRAM来存储数据，既满足了数据存储擦写次数要求，而且有比较低的成本。硬件原理图如图4所示。
FRAM(FM24C16)采用I2C接口和LPC2294相连，I2C总线通过两根线——串仃数据(SDA)和串行时钟(SCL)线连接到总线上的任何一个器件，每个器件都有一个唯一的地址，而且都可以作为一个发送器或接收器。此外，器件在执行数据传输时也可以看作是主机或从机，I2C是一个多主机总线，SDA和SCL都是双线路，连接到总线的器件的输出级必须是漏极开路或集电极开路，都通过一个电流源或上拉电阻连接到正的电源电压。当总线空闲时，这两条线路都足高电平。FLASH(AT45DB041)采用 SPI接口和LPC2294相连接，SPI是一个双全工的串行接口，三线同步的数据传输形式。在一定的数据传输过程中，接口上只能有一个主机和一个从机能够通信。在一次传输过程中，主机总是向从机发送一个字节数据，而从机也总是向总机发送一个字节数据。
7 CAN模块硬件设计

CAN-bus(Controller Area Network)即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。起先，CAN-bus被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。
对于CAN在汽车上的应用，具有很多行业标准或者是国际标准，比如国际标准化组织(InternationalOrganization for Standardization) 的 ISO11992、ISO11783以及汽车工程协会(Society of AutomotiveEngineers)的SAE J1939。CAN总线已经作为汽车的一种标准设备列入汽车的整体设计中。CAN模块原理图的电路图如图5所示。
图5 CAN模块原理图的电路图为LPC2294的两路CAN接口设计硬件原理图。图中，TD1、RD1、TD2、RD2为LPC2294的两路CAN控制器的接口引脚，6N137为高速光电隔离器件，TJA1050为CAN收发器。在CAN总线上的电容和二极管是对应的物理层电路保护收发器电路。此外，节点设计时，采用分离终端电路。将产品设计为分离终端的形式，这样，在汽车原型或ECU EMC的评估过程中，可以使CAN总线实现要求更高的抗干扰／幅射性能。采用DC-DC模块与高速光电隔离器件，可以抑制电磁干扰，保护系统电路不受网络影响。另外在设计电路中，增加保护电路是必要的，收发器板应尽可能放在接近PCB边沿连接器的位置。边沿连接器和收发器之间不允许有其他EC。CAN H／L或Tx／Rx电路不应穿越总线或跳线。
8 结束语
在基于ARM LPC2294汽车行驶记录仪中通过关键模块硬件设计，很好实现了汽车行驶记录仪标准和扩展功能，是汽车行驶记录中技术含量比较高的产品。
在产品的送检、认证和使用过程中，相关模块的硬件设计技术性能和产品指标都达到了产品设计和技术要求，这为产品提供了很好的高端技术含量，使汽车行驶记录仪的要求，此项产品具有很好的市场竞争力。