基于ARM微处理器的嵌入式数据记录仪的设计

　　0　引　　言

　　随着航空技术、电子信息、计算机技术、控制技术等的发展与进步,飞机系统设计任务涵盖了飞机机体的设计和飞机内部的电子系统设计,飞行数据记录仪可以对航空设备进行监视和记录,可以准确的知道设备在工作过程中的重要参数和运行情况。但是飞行状态的设备通常处于高低温、碰撞等恶劣的环境,在这样的环境下进行数据记录通常面临着记录可靠性和稳定性的问题。因此,本文提出一种数据采集与数据下载分时进行的方法,解决了恶劣环境下数据记录这个技术难点。把采用FLASH技术的存储器引入到系统中进行实时数据记录,这样的存储介质可以长时间保存数据。在飞行任务完成以后采用USB技术把存储器上的数据下载到U盘上。这种方案成本低廉,能提加系统可靠性,并提高可持续采集时间,具有较大的灵活性。本文期望引入嵌入式技术和实时存储技术,阐述基ARM微处理器的数据记录仪的设计方法,提出一套通用的具有一定借鉴意义的开发方案。

　　1　设计方案

　　基于ARM微处理器的嵌入式数据记录仪具有数据采集、存储和下载的功能[1],主要由图1所示的几个部分组成:1)采集电路:数据采集电路依据不同的应用来设计,可以是某些标准的总线结构,例如1553B、429航空总线标准,也可以是多路A/D等。2)板载存储器:由于板卡是记录、下载分时进行,板载存储器必须对数据进行实时存储。3) USB主机:实现数据下载,任务完成以后负责把板载存储器上的数据下载到U盘中。4)ARM微处理器[2]:做嵌入式运算,是记录仪的计算核心,控制采集电路,板载存储器和USB接口的工作。5)FPGA:主要应用于扩展接口和译码,如果系统中的器件有非标准并口总线,必须通过译码才能连接到系统控制总线上。

　　1.1　ARM微处理器电路设计

　　微处理器可以采用PHILIPS公司的基于32位ARM7TDMI-S的LPC2000系列CPU,其主频可以达到60 MHz,支持实时仿真和跟踪,并嵌入高速FLASH存储器。CPU的内核电压为1.8 V,I/O电压为3.3 V,可以用三端稳压芯片AMS1117输出。采用MAX708T为CPU复位,MAX708T的复位阈值电压是3.08 V,复位脉冲宽度为200 ms。板卡将处理器的外部存储器接口作为控制器总线,如果是标准的异步并口可以直接连接到该总线上;如果是非标准的异步并口可以采用板卡上的FPGA进行译码,如果只是简单的数字量I/O,则可以直接连到CPU的GPIO上。

　　1.2　板载存储系统的设计

　　存储系统的设计有两种方案:1)采用NAND型FLASH芯片,例如SAMSUNG公司的K9XXG08UXA是制作大容量存储器常用的FLASH芯片。在不考虑成本和复杂程度的情况下,采用NAND型而不采用NOR型是因为NAND型FLASH更适合于制作大容量的存储系统。2)采用标准IDE接口固态硬盘(SSD),目前有许多工业级的固态硬盘都具有封装尺寸小,接插牢固,容量大,读写速度快等优点。两种方案在硬件设计上具有很大的不同,SSD可以直接把IDE接口挂接在系统总线上;而FLASH一般不具有这样的接口,它只有8个I/O引脚用来串行的传送地址、数据和控制信息。并且SSD不像FLASH要维护坏块信息表,所以采用SSD方式较为方便。