專利名稱：基于arm內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于ARM內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種電力自動化監(jiān)控保護(hù)裝置，特別是一種基于ARM內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置。
背景技術(shù)：
[0002]目前電力自動化監(jiān)控保護(hù)裝置普遍存在以下問題[0003](1)繼電保護(hù)裝置的內(nèi)部程序空間、存儲空間有限，不能應(yīng)對較大規(guī)模和復(fù)雜數(shù)據(jù)處理，如IEC61850協(xié)議轉(zhuǎn)換、圖形化界面編程；[0004](2)沒有或者只有一路以太網(wǎng)接口，不能滿足現(xiàn)場的通訊組網(wǎng)要求；[0005](3)人機(jī)界面單調(diào)，操作復(fù)雜，不利于現(xiàn)場用戶使用；[0006](4)內(nèi)部程序模塊的調(diào)試、更新復(fù)雜，不利于新產(chǎn)品的集成開發(fā)。實(shí)用新型內(nèi)容[0007]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于ARM內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置，提供多種對外的通訊接口，滿足現(xiàn)行電力自動化監(jiān)控保護(hù)裝置的通訊數(shù)據(jù)處理及靈活組網(wǎng)要求；改進(jìn)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)清晰、直觀、簡便的人機(jī)交互；加載 Linux操作系統(tǒng)，打造模塊化開發(fā)的軟件平臺。[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種基于ARM內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置，包括ARM核心處理模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊和鍵盤操作模塊，ARM核心處理模塊包括CPU、內(nèi)部功能擴(kuò)展接口、對外信號交互接口和內(nèi)部功能信號預(yù)留接口，內(nèi)部功能擴(kuò)展接口、對外信號交互接口、內(nèi)部功能信號預(yù)留接口分別與CPU雙向連接；所述對外信號交互接口包括CAN通訊接口、串行口、鍵盤接口、顯示接口、2路以太網(wǎng)接口，其中一路以太網(wǎng)接口由CPU通過專用以太網(wǎng)擴(kuò)展形成；所述內(nèi)部功能擴(kuò)展接口包括系統(tǒng)實(shí)時時鐘、 CPU通過通用存儲器擴(kuò)展的Flash存儲器和SDRAM存儲器；驅(qū)動模塊與對外信號交互接口雙向連接，鍵盤操作模塊、顯示模塊通過驅(qū)動模塊的驅(qū)動接口與對外信號交互接口連接。[0009]所述核心處理模塊CPU采用了 Cirrus Logic公司的EP93XX系列中的高端產(chǎn)品 EP9315，內(nèi)嵌先進(jìn)的運(yùn)行于200MHz的ARM920T微處理器內(nèi)核。CPU內(nèi)核工作電壓為1. 8V, 所述模塊的輸入電壓為5V。CPU內(nèi)部集成了一個高性能的Ι/lO/lOOMbps以太網(wǎng)媒體訪問控制器(MAC)，通過與支持MII接口的外置PHY (物理層接口)簡單連接，系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)高性能、低開銷的hternet訪問功能。所述核心處理模塊在CPU自帶MAC之外又?jǐn)U展了一路以太網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)了雙以太網(wǎng)功能接口。[0010]所述核心處理模塊通過CPU通用存儲器接口(SDRAM、SRAM、ROM和Flash)擴(kuò)展了 64MbitFlash及64MbitSDRAM。Flash存儲器用于存放用戶應(yīng)用程序、嵌入式Linux操作系統(tǒng)以及其他在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等。SDRAM存儲器為系統(tǒng)程序的運(yùn)行空間，系統(tǒng)及用戶數(shù)據(jù)、堆棧均位于SDRAM存儲器中。[0011]核心處理模塊自帶實(shí)時時鐘，采用BQ3285芯片，通過8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線與CPU連接。[0012]核心處理模塊自帶三路UART接口，其中UARTl用于與上位PC機(jī)的串口通信，通過串口實(shí)現(xiàn)對操作系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試。在系統(tǒng)的初始狀態(tài)，EEPROM和Flash存儲器均為空，此時需要設(shè)置系統(tǒng)啟動配置模式為16位串行啟動，以把初始化代碼寫到Flash中。另外兩路 UART接口作為通用的通訊或者打印接口使用。[0013]核心處理模塊通過SJA1000芯片擴(kuò)展了 1路CAN通訊接口，兼容CAN2. OB協(xié)議，可以用于工業(yè)現(xiàn)場的CANBus通訊，或者作為裝置的內(nèi)部通訊總線。[0014]核心處理模塊提供了一個帶2D圖形加速功能的顯示接口，支持RGBM位像素顯示，支持?jǐn)?shù)字LCD和TFT的時序與接口信號。[0015]所述顯示模塊采用TFT320X240彩色液晶，通過驅(qū)動接口和核心處理模塊連接。 通過顯示模塊對外接口中復(fù)位、片選、時鐘、串行輸入信號線，可以實(shí)現(xiàn)液晶顯示控制器的串行初始化，調(diào)節(jié)顯示的灰度和對比度等，顯示模塊人機(jī)界面，基于自主研發(fā)的uOTI圖形界面基礎(chǔ)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)，支持圖形化及配置顯示。[0016]所述驅(qū)動模塊提供5V核心處理模塊工作電源，調(diào)制LED背光電源，同時對核心處理模塊的對外接口進(jìn)行驅(qū)動和轉(zhuǎn)接。[0017]所述鍵盤操作模塊為3X3矩陣鍵盤，帶去抖動功能。[0018]本實(shí)用新型提供多種對外的通訊接口，能滿足現(xiàn)行電力自動化監(jiān)控保護(hù)裝置的通訊數(shù)據(jù)處理及靈活組網(wǎng)要求；改進(jìn)了人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了清晰、直觀、簡便的人機(jī)交互；加載了 Linux操作系統(tǒng)，打造了模塊化開發(fā)的軟件平臺。


[0019]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖；[0020]圖2為本實(shí)用新型的核心模塊電路原理圖；(I)CPU自帶的以太網(wǎng)接口電路原理圖；(2) CPU擴(kuò)展的以太網(wǎng)接口電路原理圖；(3)系統(tǒng)時鐘及CAN通訊電路原理圖；(4) EP9315主要功能端口電路原理圖。
具體實(shí)施方式
[0021]如圖1所示，基于ARM內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置包括四個子模塊核心處理模塊 1、驅(qū)動模塊2、顯示模塊3、鍵盤操作模塊4。[0022]本實(shí)例核心處理模塊結(jié)構(gòu)包含4大部分CPU、內(nèi)部功能擴(kuò)展接口、對外信號交互接口、內(nèi)部功能信號預(yù)留接口。[0023]核心處理模塊CPU采用了 Cirrus Logic公司的EP9315芯片，內(nèi)嵌先進(jìn)的運(yùn)行于 200MHz的ARM920T微處理器內(nèi)核。CPU內(nèi)核工作電壓為1. 8V，輸入輸出電壓為3. 3V。[0024]核心處理模塊的內(nèi)部功能擴(kuò)展接口包括資源擴(kuò)展和系統(tǒng)時鐘功能擴(kuò)展，使模塊能滿足繼電保護(hù)產(chǎn)品中的設(shè)計(jì)需求。資源擴(kuò)展通過通用存儲器接口擴(kuò)展了 64MbitFlash及 64MbitSDRAM。Flash存儲器用于存放用戶應(yīng)用程序、嵌入式Linux操作系統(tǒng)以及其他在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等。SDRAM存儲器為系統(tǒng)程序的運(yùn)行空間，系統(tǒng)及用戶數(shù)據(jù)、 堆棧均位于SDRAM存儲器中。系統(tǒng)實(shí)時時鐘(RTC)采用BQ3285芯片，確保掉電狀態(tài)下的計(jì)時。[0025]核心處理模塊的對外信號交互接口包括1路CAN、2路以太網(wǎng)、3個串行口、鍵盤接口、1個LCD接口，可滿足電網(wǎng)、廠礦等各種電力用戶對電力自動化監(jiān)控保護(hù)裝置的要求。 實(shí)例模塊基于SJA1000芯片擴(kuò)展了 1路CAN通訊接口 ；實(shí)例模塊基于CPU內(nèi)部集成的以太網(wǎng)媒體訪問控制器(MAC)，實(shí)現(xiàn)NETl網(wǎng)口的擴(kuò)展，同時通過專用以太網(wǎng)芯片擴(kuò)展出NET2網(wǎng)口 ；實(shí)例模塊將CPU的3個串口、鍵盤矩陣、IXD信號經(jīng)電信號驅(qū)動連接至驅(qū)動模塊。[0026]核心處理模塊除了常規(guī)應(yīng)用的接口外，還將CPU的觸摸屏、DMA、USB等信號連接到相應(yīng)的端子作為預(yù)留接口，方便核心模塊的功能擴(kuò)展。[0027]本實(shí)例驅(qū)動模塊提供5V核心處理模塊工作電源，調(diào)制顯示模塊LED背光電源， 同時對核心處理模塊的對外接口進(jìn)行驅(qū)動和轉(zhuǎn)接。LED背光電源調(diào)制采用AP3008芯片； UARTl為RS232 口，經(jīng)MAX232ESE芯片轉(zhuǎn)換電平后與上位PC機(jī)的串口通信，作為實(shí)例的調(diào)試口 ；UART2、UART3為RS232/RS485可選口，用作對外通訊口，RS485接口芯片采用 SN65HVD3082EP ；CAN經(jīng)光電隔離以PCA82C250接口芯片轉(zhuǎn)換電平后對外通訊；NETl、NET2 經(jīng)隔離變壓器與外部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。[0028]本實(shí)例鍵盤操作模塊為3X3矩陣鍵盤，帶去抖動功能。按鍵包括上、下、左、右、 加、減、返回、復(fù)位、確定，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的人機(jī)界面操作需求。[0029]本實(shí)例顯示塊采用TFT320 X 240彩色液晶，通過驅(qū)動模塊接口和核心處理模塊連接。通過顯示模塊對外接口中復(fù)位、片選、時鐘、串行輸入信號線，可以實(shí)現(xiàn)液晶顯示控制器的串行初始化，調(diào)節(jié)顯示的灰度和對比度等。
權(quán)利要求1.一種基于ARM內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置，包括ARM核心處理模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊和鍵盤操作模塊，其特征在于，ARM核心處理模塊包括CPU、內(nèi)部功能擴(kuò)展接口、對外信號交互接口和內(nèi)部功能信號預(yù)留接口，內(nèi)部功能擴(kuò)展接口、對外信號交互接口、內(nèi)部功能信號預(yù)留接口分別與CPU雙向連接；所述對外信號交互接口包括CAN通訊接口、串行口、 鍵盤接口、顯示接口、兩路以太網(wǎng)接口，其中一路以太網(wǎng)接口由CPU通過專用以太網(wǎng)擴(kuò)展形成；所述內(nèi)部功能擴(kuò)展接口包括系統(tǒng)實(shí)時時鐘、CPU通過通用存儲器擴(kuò)展的Flash存儲器和 SDRAM存儲器；驅(qū)動模塊與對外信號交互接口雙向連接，鍵盤操作模塊、顯示模塊通過驅(qū)動模塊的驅(qū)動接口與對外信號交互接口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置，其特征在于，所述CPU 采用EP9315芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)實(shí)時時鐘采用BQ3285芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置，其特征在于，所述CAN 通訊接口由CPU通過SJA1000芯片擴(kuò)展形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置，其特征在于，所述內(nèi)部功能信號預(yù)留接口包括CPU觸摸屏接口、DMA接口和USB接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置，其特征在于，所述顯示模塊采用TFT320X240彩色液晶。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置，其特征在于，所述鍵盤操作模塊為3X3矩陣鍵盤。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于ARM內(nèi)核的嵌入式人機(jī)交互裝置，包括ARM核心處理、驅(qū)動、顯示及鍵盤操作子模塊，ARM核心處理子模塊采用了200MHz的ARM920T微處理器核的高性能CPU，加載了Linux操作系統(tǒng)，提供2路高速以太網(wǎng)接口、帶圖像加速的LCD接口、SPI、USB2.0、UART、CAN接口，擴(kuò)展了64MbitFlash及64MbitSDRAM存儲單元。本實(shí)用新型的裝置具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用中較大事件信息數(shù)據(jù)量的存儲，完成IEC61850等多種復(fù)雜的協(xié)議轉(zhuǎn)換及對外通訊處理功能。
文檔編號G06F15/78GK202257569SQ20112037009
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者萬旭, 張志峰, 羅虎, 黃小大 申請人:華自科技股份有限公司