《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于SoPC汽車(chē)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要: 介紹基于Altera公司SoPC的汽車(chē)安全監(jiān)控系統(tǒng),利用嵌入在FPGA中的Nios處理器軟核CPU,配合GPS和GSM系統(tǒng),,對(duì)汽車(chē)的停放和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制,。文中詳細(xì)介紹系統(tǒng)的硬件組成,并給出對(duì)GPS和GSM的C語(yǔ)言管理程序,。
Abstract:
Key words :

       引 言

       基于SoPC汽車(chē)安全監(jiān)控系統(tǒng)采用Altera公司最新的SoPC(可編程片上系統(tǒng))解決方案——Nios處理器軟核為核心,,配合GPSGSM系統(tǒng),對(duì)汽車(chē)的停放和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,。系統(tǒng)監(jiān)測(cè),、記錄和儲(chǔ)存汽車(chē)在行駛過(guò)程中的各種數(shù)據(jù),一旦出現(xiàn)安全問(wèn)題,,立即采用GSM無(wú)線通信方式通知相關(guān)人員和單位,,并隨時(shí)發(fā)送通過(guò)GPS獲得的汽車(chē)位置等數(shù)據(jù),為問(wèn)題的解決提供及時(shí),、準(zhǔn)確和可靠的信息,,必要時(shí)通過(guò)GSM對(duì)汽車(chē)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

       基于SoPC的汽車(chē)安全監(jiān)控系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于汽車(chē)的防盜,、日常維護(hù)和交通事故的處理,,為車(chē)輛故障提供有效的測(cè)試手段。

       1 系統(tǒng)硬件組成

     設(shè)計(jì)采用Altera公司的SoPC開(kāi)發(fā)工具,。系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)包括硬件和軟件兩大部分,。使用SoPC Builder生成Nios嵌入式處理器,Nios嵌入式處理器開(kāi)發(fā)工具允許用戶(hù)配置一個(gè)或多個(gè)Nios CPU,,從標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中添加外圍設(shè)備,,綜合處理自定義系統(tǒng),與Quartus II設(shè)計(jì)軟件一起編譯系統(tǒng),。軟件開(kāi)發(fā)的步驟是:利用SoPC Builder生成的軟件文件,,用文本編輯器編寫(xiě)匯編語(yǔ)言或C/C++源程序,,用GNUPro軟件開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、連編和調(diào)試,。GNUPro將源程序連編(包括匯編/編譯和連接)成可執(zhí)行程序,,通過(guò)下載電纜對(duì)可執(zhí)行程序進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。Quartus II設(shè)計(jì)軟件提供全面有效的設(shè)計(jì)環(huán)境,,將設(shè)計(jì),、綜合、布局和驗(yàn)證以及第三方EDA工具接口集成在一個(gè)無(wú)縫的環(huán)境中,。利用集成在Quartus II 3.0中的SoPCbuilder可以創(chuàng)建自己的Nios CPU系統(tǒng),。Nios是Altera公司開(kāi)發(fā)的16/32位嵌入式處理器軟核。

* ??蒲谢痦?xiàng)目“基于SOPC的汽車(chē)安全監(jiān)控系統(tǒng)”資助,。

       Altera公司推出了新一代多種系列FPGA,本設(shè)計(jì)選用低成本的Cyclone系列器件EP1C12,,其具有12 060個(gè)邏輯單元,,52個(gè)M4K RAM塊,239 616個(gè)RAM位和2個(gè)鎖相環(huán),,最大用戶(hù)I/O引腳249,。系統(tǒng)硬件組成框圖由Nios系統(tǒng)和外部設(shè)備兩部分組成,如圖1所示,。

系統(tǒng)硬件組成框圖


       Nios系統(tǒng)包括CPU(Nios),、存儲(chǔ)器(memory)、定時(shí)器(timer),、總線和并/串行接口(key_pio,、led_pio、lcd_pio,、ccs_pio,、uart_0和uart_1)等,并/串行接口分別實(shí)現(xiàn)與鍵盤(pán),、LED和LCD顯示器,、汽車(chē)中控系統(tǒng)以及GPS和GSM系統(tǒng)等外部設(shè)備的連接。Nios系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)結(jié)果分別如圖2和圖3所示,。
 

Nios系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Nios系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果



       Nios系統(tǒng)同鍵盤(pán),、LED和LCD顯示器、汽車(chē)中控系統(tǒng)以及GPS系統(tǒng)等外部設(shè)備的連接比較簡(jiǎn)單,,GSM系統(tǒng)的連接較為復(fù)雜,,如圖4所示,。
 

TC35i GSM系統(tǒng)連接圖


       整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程是:來(lái)自汽車(chē)中控系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)的信息可以顯示在LED和LCD顯示器上,,也可以通過(guò)GSM系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線發(fā)送,。用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制,也可以通過(guò)GSM系統(tǒng)對(duì)汽車(chē)中控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線控制,。

       2 系統(tǒng)軟件組成

       系統(tǒng)軟件主要由主程序,、GPS管理子程序和GSM管理子程序等部分組成。

       主程序完成系統(tǒng)的初始化,,以及鍵盤(pán),、LED、LCD顯示器和汽車(chē)中控系統(tǒng)的操作管理等,。

       GPS管理子程序主要負(fù)責(zé)從GPS系統(tǒng)接收時(shí)間和位置信息,。

       請(qǐng)求GPS系統(tǒng)返回ASCII時(shí)間位置信息的二進(jìn)制命令為:

       @@EqmC

       其中,m為0時(shí),,輸出一次 響應(yīng)信息(查詢(xún)),,m為1~255時(shí),每1~255 s輸出一次響應(yīng)信息(連續(xù)),;C為校驗(yàn)和(Eqm按字節(jié)“異或”),;為回車(chē)(十六進(jìn)制0d);為換行(十六進(jìn)制0a),;命令長(zhǎng)度為8字節(jié),。

       命令的響應(yīng)信息為: 
@@Eq,mm,dd,yy,hh,mm,ss,dd,mm.mmmm,n,ddd,mm.mmmm,w,         shhhhh.h,sss.s,hhh.h,m,t,dd.d,nn,rrrr,aa,CCC

       日期:mm是月(01~12),dd是日(01~31),,yy是年(99~19),。

       世界時(shí)間(UTC):hh是時(shí)(00~23),mm是分(00~59),,ss是秒(00~59),。

       緯度:dd是度(00~90),mm.mmmm是分(00~59.9999),,n是方向(N是北,,S是南)。

      經(jīng)度:ddd是度(000~180),,mm.mmmm是分(00~59.9999),,w是方向(W是西,E是東),。
信息長(zhǎng)度是96字節(jié),。

      

 

對(duì)應(yīng)的管理子程序?yàn)椋?/p>

 

       int eq[8]={'@','@','E','q',1,'C',0x0d,0x0a};
       void gps_txd(int data[], int n) {
       volatile int m,sum=0;
       for(m=0;m       while(~na_uart_0->np_uartstatus & 0x40);
       //等待發(fā)送準(zhǔn)備好
       if(m!=n-3) {
       sum^=data[m];//計(jì)算校驗(yàn)和
       na_uart_0->np_uarttxdata=data[m];//發(fā)送數(shù)據(jù)
       }else
       na_uart_0->np_uarttxdata=sum; //發(fā)送校驗(yàn)和
       }
       }
       int gps,gps_buf[46];//定義全局變量
       void gps_rxd(int context) {//接收中斷服務(wù)程序
       gps_buf[gps]=na_uart_0->np_uartrxdata; //接收數(shù)據(jù)
       if(gps_buf[gps++]=='q') gps="0"; //數(shù)據(jù)定位
       if(gps>46) gps="46";//忽略無(wú)用數(shù)據(jù)
       }

       GSM管理子程序主要負(fù)責(zé)GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)管理。

       GSM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收 發(fā)以短信形式進(jìn)行,,選擇短信格式的AT命令為AT+CMGF,,收發(fā)短信的AT命令分別為AT+CMGR和AT+CMGS,對(duì)應(yīng)的管理子程序?yàn)椋?br />
       cmgf[20]={'A','T','+','C','M','G','F','=','1',0x0d};//短信格式void gsm_txd(int data[], int n) {
       volatile int m;
       for(m=0;m       while(~na_uart_1->np_uartstatus & 0x40);
       //等待發(fā)送準(zhǔn)備好na_uart_1->np_uarttxdata=data[m]; //發(fā)送數(shù)據(jù)
       }
       }
       int gsm="2",gsm_buf[18]={'A','T'};
       void gsm_rxd(int context) {
       //接收中斷服務(wù)程序
       gsm_buf[gsm]=na_uart_1->np_uartrxdata; //接收數(shù)據(jù)
       if(gsm_buf[gsm]=='T') gsm="1";
       //數(shù)據(jù)定位
       if(++gsm==18) gsm="2";
       }


       3 設(shè)計(jì)調(diào)試方法和設(shè)計(jì)結(jié)果

       在Quartus II中使用SignalTapII嵌入式邏輯分析儀可以實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的信號(hào)數(shù)據(jù),。被觀察的信號(hào)可以多進(jìn)制數(shù)值顯示也可以用波形顯示,,但它需要占用芯片更多的資源,,因此在對(duì)某個(gè)模塊的測(cè)試結(jié)束后,可以在設(shè)置中把SignalTapII嵌入式邏輯分析儀取消,,并重新編譯生成以減少LE資源占用量,。

       實(shí)際試用結(jié)果表明:基于SoPC的汽車(chē)安全監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行正常,定位準(zhǔn)確,,數(shù)據(jù)傳輸可靠,,操作管理方便。如果再配備上GIS(地理信息系統(tǒng)),,整個(gè)系統(tǒng)將如虎添翼,。



參考文獻(xiàn)
1 郭書(shū)軍,王玉花,,葛紉秋.嵌入式處理器原理及應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社,,2004
2 Motorola. M12 Oncore Users Guide Supplement, 2000
3 Siemens. TC35 Siemens Cellular Engines Hardware Interface Description, 2001
4 Siemens. TC35 Siemens Cellular Engines AT Command Set, 2002
郭書(shū)軍:副教授,主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)通信及其信號(hào)處理和嵌入式系統(tǒng),。

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