在開發汽車行駛記錄儀過程中，因為汽車車況比較復雜，干擾源比較多，記錄儀記錄汽車各種狀態復雜、有效時間要求長，而且有些客戶要求在國標功能的基礎上擴展功能。因此整個系統硬件資源需求火，外掛接口多，普通單片機很難滿足要求，而LPC2294是基于ARM內核32位處理器，外圍接口豐富，很好的滿足了系統要求。

2、基于ARM內核LPC2294

ARM是Advanced RISC Machine的縮寫，是微處理器行業的一家知名企業，該企業設計了大量性能高、廉價、功耗低的RISC處理器，適用于多種領域：嵌入式控制、消費電子、移動電子、汽車電子等。

LPC2294是基于一個支持實時防真和跟蹤的16／32位ARM7TDI-S CPU的微控制器，并帶有256K字節高速片內FLASH存儲器、16K片內RAM、片內128位寬度存儲器接口和獨特的加速結構、高速IIC、兩路SPI、4路CAN、兩路URAT等接口和多達112的GPIO等資源，他們很好的滿足了汽車行駛記錄儀對系統硬件資源的需求。

3、 系統硬件選型及總體設計

汽車行駛記錄儀是汽車行駛狀態記錄的儀器，其硬件必須滿足汽車復雜工況：

（1） 電源電壓適應性：9～36V，耐電壓過壓保護及抗反接性能；

（2） 抗電磁輻射、靜電干擾以及汽車點火干擾；

（3） 數據存儲容量為360小時有效數據，存儲時間為15年有效；

（4） 具有USB HOST功能；

（5） 溫度等級為工作-20°～+75°，存儲溫度-40°～+85°。

考慮到汽車復雜工況以及記錄儀擴展特性，CPU必須至少為工業級產品，由于有USB HOST結構和至少兩路CAN接口功能，FLASH和RAM得足夠大，這樣系統資源才夠用，另外考慮到以后高端機配置GPS和GPRS功能，綜合以上因素，CPU選擇LPC2294，擴展RAM；目前市場上的USB DEVICE芯片比較多，而HOST要少一些，對于USB HOST芯片的選擇，其在硬件上必須比較容易和ARM機型相連接，在軟件上開發難度不能太大，考慮到USB傳輸速度，這樣HLS811就不如ISP1160了。對于數據存儲體，必須滿足存儲時間為15年有效，而且存儲容量為至少360小時有效數據；普通數據FLASH擦寫次數為100萬次，不能滿足記錄儀中頻繁擦寫數據的要求，而鐵電擦寫次數為無限次，但大容量鐵電價格很高，綜合這兩點，存儲體采用小容量鐵電和FLASH結合，這樣既滿足記錄儀要求又有單項比較低的成本。對于CAN接口功能，由于LPC2294內部有CAN控制器，故只需外掛CAN收發器即可，收發器選擇TJA105。

整個系統關鍵模塊總體設計由LPC2294、FLASH、鐵電存儲體、實時時鐘、電源管理、CAN接口、LCD驅動及其他單片機接口電路組成，功能框圖如圖1所示。汽車行駛記錄儀工作時，由LPC2294通過前端接口電路采集汽車行駛狀態的各種信息：包括車速、發動機轉速、各種車輛開關信號等。汽車行駛記錄儀以實時時鐘為基準，把車輛信息按類別分別存入鐵電存儲體和FLASH存儲體。需要從汽車行駛記錄儀中獲取汽車記錄狀態信息時，用戶插入U盤，LPC2294自動識別U盤并加載驅動程序，當完成設備枚舉和Bulk Only傳輸協議后，單片機就可以把汽車行駛記錄儀中記錄的狀態信息以文件的形式傳輸到U盤，當然，記錄儀可以通過兩路CAN接口和車上其他帶有CAN接口的電子裝置進行數據交換，也可以配制兩路CAN接口為高速CAN和低速CAN的交換機。本文重點介紹電源模塊、USB HOST模塊、數據存儲模塊、CAN模塊的硬件設計。

4、電源模塊硬件設計

隨著汽車的發展，汽車上的電子設備越來越多，使車內的電磁環境日益復雜。在這比較復雜的環境中，電源性能的好壞直接影響到電子設備的可靠性。汽車電器產生電磁騷擾的最根本原因，就是在其工作過程中產生的di／dt。例如閃光繼電器、雨刮器電機、空調、點火系統等工作時，他們產生的交變電流形成了干擾源。電源模塊設計就是要在這些干擾源下能正常工作。電源模塊設計。

在電源輸入處，由VDl（IN4007）防止反接，這樣即使在電源接反的情況下，電子設備也不會被損壞；VD2（A36A）為瞬態抑制二極管，其能吸收高壓脈沖電壓，防止汽車在大功率器件工作時產生的高壓脈沖對電子設備的損壞；L1和L2是低電感磁條，能有效的損耗騷擾成分的能量，能很好改善電源性能；F1和F2為自復位二級管，防止電子設備內有器件被損壞時，電源短路造成對其他器件的損壞。N2（7812）提供12V電壓滿足前端輸入接口采集電路的需要，同時給N1（7808）提供輸入，N1提供8v電壓，滿足里程輸出以及速度輸出需要，N3（LM-2576-5.0）提供5V輸出，最大輸出電流為3A，滿足記錄儀帶打印機的需要。N4（WBD505）為DC-DC，其隔離汽車和電子設備電源，使設備電源穩定可靠。N5（SPX1113） 提供3.3V電壓，供LPC2294和存儲體的需要，N6前端的8550為控制N6的輸入，N6給Ic卡供電，需要電源可控。

5、USB HOST模塊硬件設計

在汽車行駛記錄儀USB HOST模塊中，ARM內核芯片采用LPC2294，USB HOST接口芯片采用ISP1160。

USBHOST接口原理圖如圖3所示，ISP1160提供16位并口總線數據協議，和控制線CS、RD、WR、INT以及A0，利用ARM讀寫信號線RD、WR、以及控制線A0、INT就能把ISP1160和LPC2294連接起來。其中 16根數據線在控制線的控制下與LPC2294進行數據交換。因為USB HOST包含有USB設備枚舉協議、Bulk Only傳輸協議以及FAT文件結構，LPC2294內部RAM資源不夠，系統擴展了256KSRAM。ISP1160占有0x82000002和0x82000000兩個地址。另外，USB總線的電氣特性要求在USB收發器之前必須串接22Ω～44Ω電阻。

當CS、RD有效時，如果A0為高，這是讀當前地址或寄存器數據，如果A0為低，則讀當前地址或寄存器地址。當CS、WR有效時，如果A0為高，這是寫當前地址或寄存器數據，如果A0為底，則寫地址或寄存器地址。

USB HOST識別設備過程如下：當連接上USBDEVICE后，會產生一個中斷。LPC2294接收到中斷后，進入枚舉過程。從USB設備插入接口開始到客戶驅動程序能夠使用該設備還有一些工作要做，這一段可以稱作設備識別過程，也稱枚舉過程。枚舉過程是任何USB設備使用前必經的過程，USB HOST端在使用前需要知道這是一個慢速設備還是一個全速沒備，需要知道這個設備的一些特性和能力，以便載入相應的驅動程序。當USB HOST配置完USB設備后，通過描述符提供的信息，識別出Bulk Only的MassStorage設備，然后進入Bulk_Only傳輸方式，在此方式下，USB與設備之間的所有數據均通過Bulk In和Bulk Out來傳輸，不再通過控制端點傳輸任何的數據。在這種傳輸方式下，有三種數據類犁在USB和設備之間傳輸，CBW、CSW和普通數據。CBW（CommandBlock Wrapper，即命令塊分組）是從USB HOST發送到設備的命令，命令的格式遵從接口中的bInterfaceSubClass所指定的命令塊，這里為SCSI傳輸命令集。USB設備需要將SCSI命令從CBW 中提取出來，執行相應的命令，完成以后向HOST發出反映當前命令執行狀態CSW（Command StatusWrapper）， HOST根據CSW來決定是否繼續傳送下一個CBW或數據。USB HOST要求USB設備執行的命令可能為發送數據，則此時需要將特定的數據傳送山去，傳送完畢后發出CSW，使USB HOST進行下一步操作。

6、存儲模塊硬件設計

汽車行駛記錄儀是在汽車行駛過程中，對汽車各種狀態進行記錄的電子裝置，各種狀態數據存儲是汽車行駛記錄儀的重要部分，因此，數據存儲模塊設計很關鍵。汽車行駛過程中狀態在記錄中可分為兩種，一種為頻率更新很高的數據，此部分數據不適合用普通FLASH來存儲，因為普通FLASH擦寫次數不夠，存儲數據的壽命有限，此部分數據適合用FRAM來存儲，FRAM有數億次擦寫時間。另一部分數據采用普通FLASH來存儲，因為相對FRAM，普通的FLASH性價比要好得多。這樣結合普通FLASH和FRAM來存儲數據，既滿足了數據存儲擦寫次數要求，而且有比較低的成本。

FRAM（FM24C16）采用I2C接口和LPC2294相連，I2C總線通過兩根線——串仃數據（SDA）和串行時鐘（SCL）線連接到總線上的任何一個器件，每個器件都有一個唯一的地址，而且都可以作為一個發送器或接收器。此外，器件在執行數據傳輸時也可以看作是主機或從機，I2C是一個多主機總線，SDA和SCL都是雙線路，連接到總線的器件的輸出級必須是漏極開路或集電極開路，都通過一個電流源或上拉電阻連接到正的電源電壓。當總線空閑時，這兩條線路都足高電平。FLASH（AT45DB041）采用 SPI接口和LPC2294相連接，SPI是一個雙全工的串行接口，三線同步的數據傳輸形式。在一定的數據傳輸過程中，接口上只能有一個主機和一個從機能夠通信。在一次傳輸過程中，主機總是向從機發送一個字節數據，而從機也總是向總機發送一個字節數據。

7、CAN模塊硬件設計

CAN-bus（Controller Area Network）即控制器局域網，是國際上應用最廣泛的現場總線之一。起先，CAN-bus被設計作為汽車環境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網絡。比如：發動機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統中，均嵌入CAN控制裝置。

對于CAN在汽車上的應用，具有很多行業標準或者是國際標準，比如國際標準化組織（InternationalOrganization for Standardization） 的 ISO11992、ISO11783以及汽車工程協會（Society of AutomotiveEngineers）的SAE J1939。CAN總線已經作為汽車的一種標準設備列入汽車的整體設計中。CAN模塊原理圖的電路圖如圖5所示。

CAN模塊原理圖的電路圖為LPC2294的兩路CAN接口設計硬件原理圖。圖中，TD1、RD1、TD2、RD2為LPC2294的兩路CAN控制器的接口引腳，6N137為高速光電隔離器件，TJA1050為CAN收發器。在CAN總線上的電容和二極管是對應的物理層電路保護收發器電路。此外，節點設計時，采用分離終端電路。將產品設計為分離終端的形式，這樣，在汽車原型或ECU EMC的評估過程中，可以使CAN總線實現要求更高的抗干擾／幅射性能。采用DC-DC模塊與高速光電隔離器件，可以抑制電磁干擾，保護系統電路不受網絡影響。另外在設計電路中，增加保護電路是必要的，收發器板應盡可能放在接近PCB邊沿連接器的位置。邊沿連接器和收發器之間不允許有其他EC。CAN H／L或Tx／Rx電路不應穿越總線或跳線。

8、 結束語

在基于ARM LPC2294汽車行駛記錄儀中通過關鍵模塊硬件設計，很好實現了汽車行駛記錄儀標準和擴展功能，是汽車行駛記錄中技術含量比較高的產品。

在產品的送檢、認證和使用過程中，相關模塊的硬件設計技術性能和產品指標都達到了產品設計和技術要求，這為產品提供了很好的高端技術含量，使汽車行駛記錄儀的要求，此項產品具有很好的市場競爭力。

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