基于EP9315与嵌入式CPU的车载多功能无线系统的设计

汽车电子简而言之就是半导体和汽车的结合，主要分为两类：一类是汽车电子控制装置，要和机械系统配合使用，例如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、防滑控制、悬架控制、动力转向等。另一类是车载汽车电子装置，是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，和汽车本身性能无直接关系，包括导航、娱乐系统及车载通信系统等。

近年来，中国汽车产业发展迅猛，特别是轿车产业。中国巨大的市场潜力吸引了全球众多知名汽车厂商的目光，这些企业纷纷来华投资。凭借这些跨国企业提供的技术、硬件，以及产能上的保障，中国在短短几年时间内成为全球知名的汽车生产国。

快速发展的汽车产业为汽车电子产品提供了广阔的应用市场，中国汽车电子市场随着中国汽车产业一起进入快速发展时期。2009年中国汽车电子产品市场规模达到1629.6亿元，同比增长20.4%.

目前中国汽车电子产业取得了跨越式的发展，已经初具规模。其中，车载信息系统成了汽车电子市场增长的引擎，也是今后的热点。此外，随着消费者对安全性的关注日益提高，EPS、TPMS、雷达测距等一系列安全技术得到广泛的应用。汽车应用越来越广泛，决定了MCU的处理能力必须要提高，32位MCU逐渐登上了舞台。

随着消人们对汽车本身的要求的提高，如动力性、安全性、舒适娱乐性、驾驶的自动性、维修的简便性等；与之相对应的汽车电子系统如电控助力转向系统、电子稳定系统、胎压、SBC刹车系统、定速/安全巡航系统等也有了进一步的迅速发展。

本文介绍的车载多功能无线系统集成了定位、导航、防盗、车载免提电话、无线上网、短消息、DVD/MP3影视娱乐、紧急呼叫、读卡器等多项功能。下面将简单介绍该系统。

本系统的系统结构层次框图如下。

硬件原理框图如下。

硬件原理框图描述：

本系统的核心器件是EP9315,基于ARM920T的工控、消费类嵌入式CPU,提供了原理框图中除了电源管理模块、后备电源模块、CPLD扩展逻辑模块、GPS模块、GSM模块之外的所有模块的功能接口，开发较为简便。读卡器模块通过标准USB口连接，实际是一个独立的产品，CPLD扩展逻辑除了提供GPS模块和GSM/GPRS或CDMA模块的访问控制逻辑外，预留了一定的逻辑，方便扩展更多的功能，如轮胎压力、轮胎温度的无线接收、Video Camera的视频输入（可用于拓宽视野、路面车道自动跟踪等）、Zigbee无线协议等。

模块功能描述：

◆ GPS定位模块

这是本系统的主要功能模块之一。采用韩国HADARU公司的HPM103H-6模块，结合系统中的矢量地图，实现汽车的定位、导航、防盗，当车速超过设定门限时报警等功能。HPM103H-6能够同时跟踪12颗卫星，定位精度优于12米，冷启动时间小于56秒。

◆ GSM/GPRS或CDMA模块

这是本系统的另一个主要功能模块。用户可以选择GSM/GPRS、CDMA模块的其中之一。该模块提供车载免提电话、无线上网、数据传输、短消息等功能；还能设定3个紧急电话号码（如110等），通过特定的按钮（Urgent Button）实现紧急呼叫；也可以通过系统提供的以太网接口，连接笔记本电脑等设备，完成相应的功能。

◆ KeyB/Touch Screen模块

这是本系统提供的固有的输入接口，完成系统功能、参数设定。本模块提供了64键键盘和一块触摸屏。输入接口也可以通过USB 2#或3#,外接鼠标，完成或辅助完成设定功能。

◆ LCD显示/LED指示灯模块

LCD显示屏是本系统的交互显示介面及系统状态、视频节目的输出界面。提供8个LED指示灯，其中2个用于提示系统的电源、系统运行状态，1个用于指示外界信号到达（电话呼入、短消息到达），1个用于GPS的运行状态，另外4个可以根据需要设定为报警或指示。

◆ UART/IrDA模块

提供一个标准的串行接口和一个标准的红外接口。

◆ USB 1# / Card Reader模块

USB 1# 模块专门为Card Reader（读卡器）模块提供接口， Card Reader能够完成对CFI,II、MD、SM、xD、SD、MMC、MS、MS Pro、MS Duo、MS MagicGate等类型闪存卡的读写，方便旅游者的记录转储。Card Reader本身也是北高智的一个独立产品。

◆ USB 2# / 3# 模块

提供2个标准的USB接口。

◆ RTC模块

提供本系统的实时时钟。

◆ 电源管理/后备电源模块

后备电源模块在系统掉电时，为RTC提供后备电源，其含有充电电路，在系统上电时，由电源管理模块提供充电电源。

电源管理模块完成对本系统的供电，提供了+5V、+3.3V、+1.8V、+12V、-12V等电压，具有系统复位、过压、过流保护功能；此外，还有及其重要的上电时序控制，以防器件发生栓锁现象。

◆ Audio模块

提供本系统音频信号的输入、输出。输入部分提供MIC、Line-in（分为Lline-in,Rline-in）、内部音频总线、SPDIF接口；输出部分提供Line-out（也分为Lline-out和Rline-out）、Stereo Headphone、Speaker（2 Channels）。可以实现录音和放音。

◆ Urgent Button模块

此模块仅有3个按钮，可以安装在车中任意明显或隐蔽位置，用手或脚来控制，完成紧急呼叫的功能。这3个由CPLD内部的中断控制器控制，保证其实时性。

◆ 10/100M 以太网接口

EP9315已经提供了以太网MAC层的MII接口，只要选者一个PHY接口IC即可实现以太网的物理电路。本模块选用了Cirrus Logic公司的CS8952,支持10Base-T和100Base-X,作为通用的以太网接口。

◆ CPLD扩展逻辑模块

本模块选用Altera公司的产品，容量可以升级，封装不变，以便于未来增加逻辑功能。本模块除了提供系统的译码逻辑、LED灯及紧急按钮的控制外，也提供EP9315对GPS模块、GSM/GPRS或CDMA模块的访问控制，另外还保留了许多地址空间和I/O线，以备将来的功能扩展之用。

◆ SSD硬盘模块

EP9315带有标准的IDE接口，可以直接挂接IDE硬盘。但是由于汽车内部的温度比较高、振动剧烈，机械式的硬盘容易损坏，故而选用SSD（Solid State Drive）固态电子硬盘。SimpleTech公司的Zeus系列SSD固态硬盘，具有温度范围宽，抗震动、抗冲击、容量大（2GB ~ 128GB）等优点，带有标准的IDE接口，可以直接替换普通机械式硬盘。在重要器件介绍中会详细介绍SSD硬盘的特点和性能。

SSD硬盘用于承载操作系统、文本、媒体文件等。本系统支持Windows CE和Linux嵌入式操作系统，将来还会支持其它的嵌入式操作系统。

◆ nvSRAM

nvSRAM作为SRAM在系统运行时使用，作为Flash在系统掉电时保存重要的配置数据。该器件会在重要器件中介绍。

◆ Boot Flash

Boot Flash在系统上电时首先被执行，然后根据配置读取硬盘中的操作系统引导块至EP9315中，从而完成操作系统的启动。

重要器件介绍：

1.EP9315

EP9315是Cirrus Logic公司出品的基于ARM920T内核的200Mhz的处理器，功能强大，适合于工业控制、消费等领域，如数字多媒体服务器、远程信息监控、瘦客户机、机顶盒、POS机、生物安全系统、GPS定位/巡航设备等。其特点有：

ARM核心部分：16KB的数据缓存和16KB的指令缓存；内存管理单元（支持Linux、Windows CE）；100MHz的系统总线；MaverickCrunch 数学运算及信号处理引擎；MaverickKey 权限、IP安全ID.

外围接口部分：

◆ PCMCIA接口

◆ 图形加速器

◆ EIDE接口，2个

◆ USB2.0全速主机，3个

◆ UART,基于16550的，3个

◆ IrDA红外接口，支持慢速、快速模式

◆ LCD接口，带有专用的SDRAM通道

◆ Touch Screen触摸屏接口

◆ SPI接口

◆ AC' 97 音频接口

◆ I2S 接口，6个

◆ 8x8键盘接口

可选外部存储器支持：

◆ 32-Bit SDRAM, 4bank

◆ 32/16/8-bit SRAM/Flash/ROM/接口

◆ 串行EEPROM接口

内部功能模块：

◆ 实时时钟，软件可调

◆ 12个DMA 数据传输通道，最大限度提升了系统性能

◆ Boot ROM

◆ 双锁相环，控制所有时钟

◆ 看门狗定时器

◆ 2个通用16-bit定时器

◆ 1个通用32-bit定时器

◆ 1个40-bit调试用途定时器

◆ 通用I/O:16条有中断功能的增强型GPIO

◆ 封装：352-Pin PBGA

下图是EP9315的结构框图。

2.U634H256-SA35

这是一颗32Kbyte x 8 的nvSRAM,35ns的访问速度，德国ZMD公司生产的IC,专门用于环境比较苛刻的系统，温度范围宽（-40℃~+125℃）、抗干扰能力强，特别适合汽车这类环境条件的工业应用。nvSRAM内部有一套SRAM和一套FLASH,两者在bit级别上一一对应，运行时作为SRAM,掉电时作为FLASH存储数据，并且提供3种SRAM至FLASH的数据存储模式：掉电模式、硬件模式、软件指令模式，以及2种FLASH至SRAM的数据召回模式：上电模式、软件指令模式。

3. SSD硬盘

SimpleTech公司SSD硬盘，广泛应用于工业、冗余存储等稳定性比较高的领域，SSD硬盘是用Flash加FPGA开发而成的，有以下特点：

◆ 持续读/写速度：Up to 60MB/s

◆ 44Pin IDE接口（2.5-inch），40Pin IDE接口（3.5-inch）

◆ 2.5-inch/3.5-inch的工业标准

◆ 符合ATA-5标准，支持PIO0-4,UDMA0-4

◆ Master/Slave跳线选择

◆ 百万次的擦写周期

◆ 容量：从2GB到128GB

◆ 10年的数据保持时间

◆ 防震、防碰撞的铝合金外壳

◆ 紧凑的设计，厚度仅为9.5mm

◆ 读写损耗均衡、坏块管理算法专利

◆ 不稳定供电时，具有可靠的运行保证

◆ 快速的初始化，固件可以现场升级

在可靠性方面有以下特点：

◆ 手动/自动的自诊断系统

◆ 可选的掉电保护电路

◆ EDC/ECC错误检测和错误纠正

◆ SMART系统

汽车电子的发展已经经历了无处理器的模拟技术阶段、简单的MCU的数字技术阶段、16位MCU阶段，现在正处于32位CPU、嵌入式处理器的SoC阶段，其发展方向不可避免地会朝着FPGA的方向发展，越来越多地依靠强大的硬件平台来处理越来越多的离散海量数据，使对汽车本身的控制越来越智能、越来越精确、越来越安全。