引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展．?dāng)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸在嵌入式系統(tǒng)有了越來越重要的地位。海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是當(dāng)前科技發(fā)展中的—個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域．它的應(yīng)用也變的日益廣泛。

設(shè)計(jì)嵌入式海量數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)首先需要考慮的問題是軟硬件接口的設(shè)計(jì)。只有軟硬件接口定義清晰．協(xié)同工作順利。才能保證軟件與硬件組合為一個(gè)系統(tǒng)。軟硬件接口設(shè)計(jì)又分為2個(gè)具體的問題：一是硬件接口連線的定義是否合理；二是軟件上如何正確地收、發(fā)信息以及交換數(shù)據(jù)。必須選擇合理的CPU來解決這兩個(gè)問題。ARM核CPU以其高性能、小體積、低功耗和多供應(yīng)源的出色結(jié)合而著名．它的另—個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是易移植各種嵌人式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)．對(duì)于海量存儲(chǔ)系統(tǒng)，這是非常必要的。此外，SD卡存儲(chǔ)技術(shù)．目前設(shè)計(jì)成熟、應(yīng)用廣泛目使用極為簡捷。

因此，本設(shè)計(jì)選擇基于ARM的嵌入式結(jié)構(gòu)作為海量存儲(chǔ)的控制系統(tǒng)．使用高效便捷的CAN-BUS作為數(shù)據(jù)采集通道．采用SD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)．同時(shí)也為以后進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能提供了良好的解決方案。下面將圍繞基于ARM的汽車實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)海量存儲(chǔ)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)展開論述。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1．1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

通過分析系統(tǒng)的功能，根據(jù)模塊的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)中選用了具有CAN-BUS以及SD／MMC卡管理功能的高性能ARM處理器：LPC2378。LPC2378是一款基于ARM7的微控制器，十分適用于需要串行通信的場(chǎng)合．且其內(nèi)部包含CAN通道。所以需要考慮針對(duì)CAN總線的接口設(shè)計(jì)及其隔離電路的設(shè)計(jì)（詳述見下文）。在它的基礎(chǔ)上．再配上電源以及存儲(chǔ)器等芯片，就構(gòu)成了一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)總體框圖

1．2 SD存儲(chǔ)卡接口設(shè)計(jì)

本次方案選定的LPC2378微控制器內(nèi)部帶有SD卡控制器，支持SD卡的SD總線模式．因此．我們可以直接使用該控制器來訪問卡。接口電路（如圖2所示）包括4個(gè)部分：

圖2 SD存儲(chǔ)卡接口電路

1．SD總線：如圖所示。微控制器的P0.22、P2.11、P2.12、P2.13、P0.20根據(jù)引腳功能．直接連接到卡座的相應(yīng)接口。

2．SD卡ESD保護(hù)電路：如圖所示．在卡座的數(shù)據(jù)總線DAT0-DAT3、時(shí)鐘線CLK和命令線CMD上．使用了—個(gè)ESD保護(hù)器件PESD5VOL6U。這是—個(gè)專用于SD／MMC卡的ESD保護(hù)器件。它的作用是：當(dāng)卡插人或拔出時(shí)，保護(hù)卡不受高壓靜電的損害。

3．卡供電控制：用可控方式給卡供電，這是為了防止SD卡進(jìn)入不確定狀態(tài)時(shí)，可以通過重新上電給卡復(fù)位。可控電路采用P型MOS管2SJ355．由ARM的GPIO口 P0.25進(jìn)行控制。當(dāng)P0.25輸出高電平時(shí)。2SJ355斷開卡的電源；當(dāng)P0.25輸出低電平時(shí)，2SJ355導(dǎo)通VCC3．3電源給卡供電。采用2sJ355的目的是當(dāng)它開通時(shí)。管子上的壓降比較小．在保證SD／MMC卡工作允許電壓的情況下。也可以使用其它P型的MOS管。

4．卡檢測(cè)電路：卡檢測(cè)電路包括兩部分．卡是否完全插入到卡座中和卡是否寫保護(hù)。檢測(cè)信號(hào)以兩個(gè)引腳的電平方式輸出。當(dāng)卡插入到位時(shí)．卡座的CARD—INSERT腳由于卡座內(nèi)部觸點(diǎn)連接到GND，輸出低電平：當(dāng)卡拔出時(shí)．該引腳由于上掩電阻的存在而輸出高電平。該輸出由ARM的輸入引腳P2．5來檢測(cè)。卡是否寫保護(hù)的檢測(cè)原理與此相同。

2 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

鑒于本系統(tǒng)的高實(shí)時(shí)性要求．在模塊軟件設(shè)計(jì)前首先在LPC2378上移植了μC／OS-II。μc／OS-II是一個(gè)高性能的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。能高效地實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換、任務(wù)調(diào)度、任務(wù)問通信、同步、互斥、實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理、中斷管理等功能。μC／OS-II也是—個(gè)移植性很強(qiáng)的操作系統(tǒng)．系統(tǒng)移植時(shí)只需要修改和硬件有關(guān)的源代碼即可。

2．1 系統(tǒng)軟件流程

使用定時(shí)中斷方式采集CAN總線中的數(shù)據(jù)。在μC/OS-Ⅱ主函數(shù)中建立一個(gè)空閑任務(wù)TASK0．配置和初始化定時(shí)器0和實(shí)時(shí)時(shí)鐘，啟動(dòng)多任務(wù)操作系統(tǒng)．并記錄其啟動(dòng)時(shí)間。接著在TASK0任務(wù)中初始化ADC、定時(shí)器等系統(tǒng)硬件，創(chuàng)建控制、存儲(chǔ)采樣信息的信號(hào)量和消息郵箱．并創(chuàng)建SD卡文件寫入任務(wù)、采樣任務(wù)和FS文件管理系統(tǒng)任務(wù)。其中，文件管理任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最高．SD卡寫入任務(wù)最低。而采樣任務(wù)是由中斷服務(wù)程序（ISR）控制的．定時(shí)器時(shí)間到后，觸發(fā)中斷，ISR即發(fā)送信號(hào)量給采樣任務(wù)，隨即開始一次硬件采樣。SD卡文件寫入任務(wù)和采樣任務(wù)的流程圖分別如圖3、圖4所示。

圖3 SD卡文件寫入任務(wù)流程圖

圖4 采樣任務(wù)流程圖

在采樣中有兩個(gè)問題需要注意．首先是所有的采樣值都必須加上采樣時(shí)問的數(shù)據(jù)，方便后期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析．所以在硬件設(shè)計(jì)中使用到了LPC2378的實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能（RTC）。第二個(gè)問題是FS文件系統(tǒng)管理任務(wù)在控制SD卡寫入任務(wù)時(shí)．是以ASCII碼的形式往SD卡中寫入數(shù)據(jù)，因此在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)前比較將A/D采樣結(jié)果轉(zhuǎn)換成ASCⅡ碼。

2．2 CAN總線初始化設(shè)計(jì)

CAN控制器的寄存器比較多．但其通信流程與常規(guī)通信接口UART大體是一致的．所以初始化CAN的過程，包括對(duì)CAN的時(shí)鐘頻率．CAN的引腳一級(jí)波特率的設(shè)置等。需要注意的是。所有設(shè)置必須要在CAN控制器處于復(fù)位模式下時(shí)進(jìn)行。

初始化CAN控制器使用函數(shù)CAN_Init（）．它包括了兩路的CAN控制器的同時(shí)配置。

CAN總線的初始化程序關(guān)鍵代碼：

void CAN_Init（unsigned char Ch，unsigned long Baud）

{

unsigned long addr

/*配置CAN控制器引腳*/

PCONP |=0x01L《《13； /*打開CAN控制器電源*/

PINSEL0&=~（Ox03L《《0）; /*通道IRD*／

PINSEL0 |=（0xO1L《 PINSEL0＆=~（Ox03L《《2）； /*通道ITD*/

PINSEL0 |=（0x01L《《2）;

。。.

addr=（unsigned long）（&CAN1BTR）+Ch*CANOFFSET；

RGE（addr）=Baud； /*獲取CH路的CANIBTR寄存器地址．并設(shè)定波特率*/

。。.

}

2．3 SD/MMC接口的初始化設(shè)計(jì)

SD接口的初始化在TASK0任務(wù)中進(jìn)行．其功能通過調(diào)用SDCammand函數(shù)實(shí)現(xiàn)。SDCammand函數(shù)包括底層SD驅(qū)動(dòng)程序和操作系統(tǒng)上層接口程序。SDCammand函數(shù)的關(guān)鍵代碼如下：

uint16 SDCammand（uint8 Cammand，void * Parameter）

{

/*定義相關(guān)變量*/

switch（cammand）

{

case DISK_INIT： /*設(shè)備初始化*/

SD_Initialize（&sds）； /*完成SD卡的硬件初始化*/

case DISK_CLOSE： /*關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器．移除驅(qū)動(dòng)程序*/

case DISK_READ_SECTOR：?/*讀扇區(qū)*/

case DISK_WRITE_SECTOR：?/*寫扇區(qū)*/

。。.

}

retum rt； /*rt負(fù)責(zé)返回各種底層驅(qū)動(dòng)返回值*/

}

3 結(jié)語

詳細(xì)論述了基于ARM的汽車實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)海量存儲(chǔ)系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)．該系統(tǒng)在以LPC2378微處理器和μC／OS一Ⅱ操作系統(tǒng)組成的平臺(tái)上完成了對(duì)汽車同步器實(shí)驗(yàn)臺(tái)各項(xiàng)參數(shù)的采集、處理、存儲(chǔ)等功能。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、設(shè)計(jì)簡單．在實(shí)際應(yīng)用中已達(dá)到了預(yù)期的效果。文中所述海量存儲(chǔ)系統(tǒng)也可應(yīng)用于其它需要大量數(shù)據(jù)處理的工控實(shí)驗(yàn)場(chǎng)合．具有參考意義。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：1、采用LPC2378為系統(tǒng)控制單元核心；2、采用便攜，成本低廉的SD卡作為海量存儲(chǔ)單元；3、經(jīng)實(shí)踐測(cè)試．本系統(tǒng)完全可應(yīng)用于各類汽車工控實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

責(zé)任編輯：gt