专利名称：基于arm内核的嵌入式人机交互装置的制作方法
技术领域：
基于ARM内核的嵌入式人机交互装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种电力自动化监控保护装置，特别是一种基于ARM内核的嵌入式人机交互装置。
背景技术：
[0002]目前电力自动化监控保护装置普遍存在以下问题[0003](1)继电保护装置的内部程序空间、存储空间有限，不能应对较大规模和复杂数据处理，如IEC61850协议转换、图形化界面编程；[0004](2)没有或者只有一路以太网接口，不能满足现场的通讯组网要求；[0005](3)人机界面单调，操作复杂，不利于现场用户使用；[0006](4)内部程序模块的调试、更新复杂，不利于新产品的集成开发。实用新型内容[0007]本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于ARM内核的嵌入式人机交互装置，提供多种对外的通讯接口，满足现行电力自动化监控保护装置的通讯数据处理及灵活组网要求；改进人机界面，实现清晰、直观、简便的人机交互；加载 Linux操作系统，打造模块化开发的软件平台。[0008]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是一种基于ARM内核的嵌入式人机交互装置，包括ARM核心处理模块、驱动模块、显示模块和键盘操作模块，ARM核心处理模块包括CPU、内部功能扩展接口、对外信号交互接口和内部功能信号预留接口，内部功能扩展接口、对外信号交互接口、内部功能信号预留接口分别与CPU双向连接；所述对外信号交互接口包括CAN通讯接口、串行口、键盘接口、显示接口、2路以太网接口，其中一路以太网接口由CPU通过专用以太网扩展形成；所述内部功能扩展接口包括系统实时时钟、 CPU通过通用存储器扩展的Flash存储器和SDRAM存储器；驱动模块与对外信号交互接口双向连接，键盘操作模块、显示模块通过驱动模块的驱动接口与对外信号交互接口连接。[0009]所述核心处理模块CPU采用了 Cirrus Logic公司的EP93XX系列中的高端产品 EP9315，内嵌先进的运行于200MHz的ARM920T微处理器内核。CPU内核工作电压为1. 8V, 所述模块的输入电压为5V。CPU内部集成了一个高性能的Ι/lO/lOOMbps以太网媒体访问控制器(MAC)，通过与支持MII接口的外置PHY (物理层接口)简单连接，系统即可实现高性能、低开销的hternet访问功能。所述核心处理模块在CPU自带MAC之外又扩展了一路以太网接口，实现了双以太网功能接口。[0010]所述核心处理模块通过CPU通用存储器接口(SDRAM、SRAM、ROM和Flash)扩展了 64MbitFlash及64MbitSDRAM。Flash存储器用于存放用户应用程序、嵌入式Linux操作系统以及其他在系统掉电后需要保存的用户数据等。SDRAM存储器为系统程序的运行空间，系统及用户数据、堆栈均位于SDRAM存储器中。[0011]核心处理模块自带实时时钟，采用BQ3285芯片，通过8位地址/数据复用总线与CPU连接。[0012]核心处理模块自带三路UART接口，其中UARTl用于与上位PC机的串口通信，通过串口实现对操作系统的开发、调试。在系统的初始状态，EEPROM和Flash存储器均为空，此时需要设置系统启动配置模式为16位串行启动，以把初始化代码写到Flash中。另外两路 UART接口作为通用的通讯或者打印接口使用。[0013]核心处理模块通过SJA1000芯片扩展了 1路CAN通讯接口，兼容CAN2. OB协议，可以用于工业现场的CANBus通讯，或者作为装置的内部通讯总线。[0014]核心处理模块提供了一个带2D图形加速功能的显示接口，支持RGBM位像素显示，支持数字LCD和TFT的时序与接口信号。[0015]所述显示模块采用TFT320X240彩色液晶，通过驱动接口和核心处理模块连接。 通过显示模块对外接口中复位、片选、时钟、串行输入信号线，可以实现液晶显示控制器的串行初始化，调节显示的灰度和对比度等，显示模块人机界面，基于自主研发的uOTI图形界面基础库进行设计，支持图形化及配置显示。[0016]所述驱动模块提供5V核心处理模块工作电源，调制LED背光电源，同时对核心处理模块的对外接口进行驱动和转接。[0017]所述键盘操作模块为3X3矩阵键盘，带去抖动功能。[0018]本实用新型提供多种对外的通讯接口，能满足现行电力自动化监控保护装置的通讯数据处理及灵活组网要求；改进了人机界面，实现了清晰、直观、简便的人机交互；加载了 Linux操作系统，打造了模块化开发的软件平台。
[0019]图1为本实用新型一实施例结构框图；[0020]图2为本实用新型的核心模块电路原理图；(I)CPU自带的以太网接口电路原理图；(2) CPU扩展的以太网接口电路原理图；(3)系统时钟及CAN通讯电路原理图；(4) EP9315主要功能端口电路原理图。
具体实施方式
[0021]如图1所示，基于ARM内核的嵌入式人机交互装置包括四个子模块核心处理模块 1、驱动模块2、显示模块3、键盘操作模块4。[0022]本实例核心处理模块结构包含4大部分CPU、内部功能扩展接口、对外信号交互接口、内部功能信号预留接口。[0023]核心处理模块CPU采用了 Cirrus Logic公司的EP9315芯片，内嵌先进的运行于 200MHz的ARM920T微处理器内核。CPU内核工作电压为1. 8V，输入输出电压为3. 3V。[0024]核心处理模块的内部功能扩展接口包括资源扩展和系统时钟功能扩展，使模块能满足继电保护产品中的设计需求。资源扩展通过通用存储器接口扩展了 64MbitFlash及 64MbitSDRAM。Flash存储器用于存放用户应用程序、嵌入式Linux操作系统以及其他在系统掉电后需要保存的用户数据等。SDRAM存储器为系统程序的运行空间，系统及用户数据、 堆栈均位于SDRAM存储器中。系统实时时钟(RTC)采用BQ3285芯片，确保掉电状态下的计时。[0025]核心处理模块的对外信号交互接口包括1路CAN、2路以太网、3个串行口、键盘接口、1个LCD接口，可满足电网、厂矿等各种电力用户对电力自动化监控保护装置的要求。 实例模块基于SJA1000芯片扩展了 1路CAN通讯接口 ；实例模块基于CPU内部集成的以太网媒体访问控制器(MAC)，实现NETl网口的扩展，同时通过专用以太网芯片扩展出NET2网口 ；实例模块将CPU的3个串口、键盘矩阵、IXD信号经电信号驱动连接至驱动模块。[0026]核心处理模块除了常规应用的接口外，还将CPU的触摸屏、DMA、USB等信号连接到相应的端子作为预留接口，方便核心模块的功能扩展。[0027]本实例驱动模块提供5V核心处理模块工作电源，调制显示模块LED背光电源， 同时对核心处理模块的对外接口进行驱动和转接。LED背光电源调制采用AP3008芯片； UARTl为RS232 口，经MAX232ESE芯片转换电平后与上位PC机的串口通信，作为实例的调试口 ；UART2、UART3为RS232/RS485可选口，用作对外通讯口，RS485接口芯片采用 SN65HVD3082EP ；CAN经光电隔离以PCA82C250接口芯片转换电平后对外通讯；NETl、NET2 经隔离变压器与外部网络互联。[0028]本实例键盘操作模块为3X3矩阵键盘，带去抖动功能。按键包括上、下、左、右、 加、减、返回、复位、确定，可以实现工业现场的人机界面操作需求。[0029]本实例显示块采用TFT320 X 240彩色液晶，通过驱动模块接口和核心处理模块连接。通过显示模块对外接口中复位、片选、时钟、串行输入信号线，可以实现液晶显示控制器的串行初始化，调节显示的灰度和对比度等。
权利要求1.一种基于ARM内核的嵌入式人机交互装置，包括ARM核心处理模块、驱动模块、显示模块和键盘操作模块，其特征在于，ARM核心处理模块包括CPU、内部功能扩展接口、对外信号交互接口和内部功能信号预留接口，内部功能扩展接口、对外信号交互接口、内部功能信号预留接口分别与CPU双向连接；所述对外信号交互接口包括CAN通讯接口、串行口、 键盘接口、显示接口、两路以太网接口，其中一路以太网接口由CPU通过专用以太网扩展形成；所述内部功能扩展接口包括系统实时时钟、CPU通过通用存储器扩展的Flash存储器和 SDRAM存储器；驱动模块与对外信号交互接口双向连接，键盘操作模块、显示模块通过驱动模块的驱动接口与对外信号交互接口连接。
2.根据权利要求1所述的基于ARM内核的嵌入式人机交互装置，其特征在于，所述CPU 采用EP9315芯片。
3.根据权利要求1所述的基于ARM内核的嵌入式人机交互装置，其特征在于，所述系统实时时钟采用BQ3285芯片。
4.根据权利要求1所述的基于ARM内核的嵌入式人机交互装置，其特征在于，所述CAN 通讯接口由CPU通过SJA1000芯片扩展形成。
5.根据权利要求1所述的基于ARM内核的嵌入式人机交互装置，其特征在于，所述内部功能信号预留接口包括CPU触摸屏接口、DMA接口和USB接口。
6.根据权利要求1所述的基于ARM内核的嵌入式人机交互装置，其特征在于，所述显示模块采用TFT320X240彩色液晶。
7.根据权利要求1所述的基于ARM内核的嵌入式人机交互装置，其特征在于，所述键盘操作模块为3X3矩阵键盘。
专利摘要本实用新型公开了一种基于ARM内核的嵌入式人机交互装置，包括ARM核心处理、驱动、显示及键盘操作子模块，ARM核心处理子模块采用了200MHz的ARM920T微处理器核的高性能CPU，加载了Linux操作系统，提供2路高速以太网接口、带图像加速的LCD接口、SPI、USB2.0、UART、CAN接口，扩展了64MbitFlash及64MbitSDRAM存储单元。本实用新型的装置具有强大的数据管理功能，可以实现工业应用中较大事件信息数据量的存储，完成IEC61850等多种复杂的协议转换及对外通讯处理功能。
文档编号G06F15/78GK202257569SQ20112037009
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者万旭, 张志峰, 罗虎, 黄小大 申请人:华自科技股份有限公司