基于ARM的综合信息处理系统设计

王海峰

（广东科学技术职业学院 机电学院，广东 珠海 519090）

在工业上或军事上设计的综合控制系统，为了完成复杂的控制功能，会涉及到很多开关量和时序信号，往往采用嵌入式系统，会涉及到硬件和软件系统，要使得整个系统要正常有序地工作，需要硬件部分按照一定的时序协调工作，要求软件部分对计算机内部的CPU和内存进行分配和收回[1]，这些都需要一套完整的测试系统进行调整。本文提出一种通用的综合信息处理系统，采用模块化的设计理念，根据完成功能的不同及母板总线的工作方式，设计不同的功能模块，实现通用性、扩展性、模块化、组合化。

1 系统总体构成

综合信息处理系统由工控机一台（包括：主板、显卡、多串口卡、测试板等）组成。本系统能实现对综合信息处理装置、综合测控器、综合控制器进行复位、启动、通信、软件调试、单元测试等功能[2]。

综合信息处理系统采用一体化设计技术方案，通过1553B总线对各功能模板及设备进行信息综合与统一管理。

系统组成如图1所示，包含测试板、LED板、PC机内部硬件、1553B板卡、RS422板卡等。

图1 综合信息处理系统功能框图Fig.1 Integrative information management system function block diagram

2 系统硬件设计

综合信息处理系统作为主要设备之一，其需要完成复杂的控制功能。在系统设计上，采用模块化的设计理念，根据完成功能的不同及母板总线的工作方式，设计不同的功能模块，实现通用性、扩展性、模块化、组合化。各电路板与机箱面可整体拆卸[3]。硬件模块功能描述如下：

1）4 串口卡 1：主要用于分机 1、2、3 的调试。

2）4串口卡2：主要用于综合测控器1、2和综合控制器1、2的软件调试。

3）1553B通信接口卡：综合测试系统 （上位机）通过1553B通信接口卡实现对分机、综合测控器、综合控制器的各项功能和性能测试。

4）测试主板：上位机通过串口与测试主板进行数据通讯，CPU接收上位机指令并解析后，控制相应的光电耦合器件，完成相应的控制任务。

5）LED显示板：显示综合测控器配电输出及综合控制器时串出的状态。

2.1 测试主板

测试主板是模拟输出分机、综合测控器、综合控制器的开关量输入信号。测试板系统的详细组成如图2所示，其中CPU采用高性能的ARM芯片LPC2378FBD144，CPU晶振频率：11.059 2 MHz；光耦采用 TLP521-4。

图2 测试主板功能框图Fig.2 Test board function block diagram

说明：

1）上位机通过电脑主板上的串口2与CPU进行通讯，控制相关信号；

2）上位机写‘1’时，相应光耦输出低电平；

3）上位机写‘0’时，相应的光耦输出+28 V电平；4）上电、断电、状态量光耦输出高电平有效。

2.2 LED显示板

主要作用是显示综合测控器配电输出及综合控制器时串出的状态。LED板功能框图如图3所示。

图3 LED板功能框图Fig.3 LED board function block diagram

3 系统软件设计

综合信息处理系统监控软件采用Visual C++，使用MFC开发库进行开发。综合信息处理系统监控软件提供图形化人机接口实现对用户程序和数据文件的上传和下载、对综合信息处理系统内存的读和写，加载程序运行，并辅助完成整个软件的研制与开发[4-6]。

本软件采用传统的软件开发生命周期的方法，采用自顶向下，逐步求精的结构化的软件设计方法。

3.1 软件结构

软件结构如图4所示。

图4 软件结构框图Fig.4 Software flamework block diagram

3.2 操作流程图

操作流程图如图5所示。

图5 操作流程图Fig.5 Operation block diagram

3.2 软件主界面

软件界面其中的CPU板界面如图6所示，主要包含栏目有：

1）功能快捷键 如图6中标注所示 。

2）调试模式 根据控制切换菜单所选的调试模式和CPU板号，动态的跟踪显示。

3）提示信息窗口 功能操作的相关gdb命令；功能操作成功或失败的提示信息。

4）状态栏信息包含 用户类型；多机/单板主机板号；调试口连接信息；模式选择；时钟显示。

4 系统测试

通过运行在综合信息处理系统中的单元测试软件可以分别实现对综合信息处理装置、综合控制器、综合测控器的独立测试。

图6 主界面Fig.6 Main Interface

1）测试连接支持

构成完整的测试系统需要以下硬件设备：

①综合信息处理装置（内部固化控制程序）；

②综合测控器（内部固化控制程序）；

③综合控制器（内部固化控制程序）；

④直流稳压电源。

2）测试设备连接

各设备的连接关系如图7所示。

图7 测试设备连接图Fig.7 Test equipment block diagram

3）测试内容

测试内容包括RAM测试、读板号测试、本机DPRAM测试、其他板DPRAM测试[7]、电源板DPRAM测试、读 CPU板RT值、指令测试、A/D测试、状态量1～10测试、心跳信号测试、本机心跳使能、本机心跳禁止、同步信号测试、本机同步使能、本机同步禁止、1553B工作模式切换测试、机器复位、复位封锁、结果清除、自动循环测试。

5 结束语

在综合信息处理系统的研制过程中，采用模块设计，基于ARM芯片的设计和使用集成度高、功耗低、可靠性高；综合信息处理系统经过严格的测试，符合各项功能需求，性能稳定、可靠。

[1]张石.ARM嵌入式系统设计 [M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]刘凯.ARM嵌入式接口技术应用[M].北京：清华大学出版社，2009.

[3]黄菁，刘青春.ARM嵌入式系统GPIO扩展键盘设计[J].自动化应用，2011，7:1-3.HUANG Jing，LIU Qing-chun.The Design of GPIO Extended Keyboard Based on ARM Embedded System，Automation Application，2011，7:1-3.

[4]余祖龙.面向对象程序设计与VC程序设计入门[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[5]张忠帅.VC++2008专题应用程序开发实例精讲 [M].北京:电子工业出版社，2008.

[6]欧阳志宏，董霖，钟俊华.MFC程序设计轻松入门 [M].北京:人民邮电出版社，2009.

[7]刘海旭，马连川，李世光.一种安全计算机板级测试系统的设计与实现[J].现代电子技术，2011（5）:131-134.LIU Hai-xu，MA Lian-chuan，LI Shi-guang.Design and implementationofboard leveltestingsystem forsafety computer[J].Modern Electronics Technique，2011（5）:131-134.