列车监视及显示系统硬件平台设计

苗仲海 钱委 欧阳旭阳

一、所属技术领域

本方案属于信息显控系统的系统设计，涉及一种轨道交通信息显控系统的通用设计系统。

二、背景技术

近年來，我国的城市轨道交通呈现了快速发展态势，速度超出了世界上任何国家的高峰期。作为城市公共交通的重要组成部分，城市轨道交通满足人民群众的基本出行，与人民群众生产生活息息相关。

轨道交通信息显控系统可以为司机和乘客提供各类信息的显示和控制，满足乘客乘车信息导向以及司机驾驶所需要的各类信息需求，新一代的轨交信息显控系统利用现代化的图像及语音技术为乘客提供全新的乘车体验，并为地铁运营带来增值业务，提高运营效益。

目前我国的轨交信息显控设备被德国德意达、瑞士帕克西等国外企业占据了大量高端显示终端市场，且价格较高。国内的信息显控系统也有一定的规模，但是由于需求复杂、多样化、开发周期长等原因，一时难以跟随市场的脚步，进而迫切需求一种集成度高、开发周期短、使用方便、成本不高的系统来实现显控系统的设计。

三、技术方案

一种轨道交通信息显控系统的通用设计系统，其包括依次串联综合处理电路、对外接口电路和扩展板电路。所述综合处理电路包括电源管理模块、CPU核心模块、内存模块和存储模块，其中电源管理模块、内存模块和存储模块分别与CPU核心模块相连。所述扩展板电路包括接口管理模块和对外接口端子。

所述电源管理电路包括依次串联的压降管理模块、电平转换模块以及输出管理模块三个模块。

本方案的技术效果是：

本方案一种轨道交通信息显控系统的通用设计系统，基于核心CPU可以实现千兆以太网、音频、USB、CAN、UART、HDMI、LVDS、LCD、SPI等接口电路，同时整合的多功能HD视频引擎可提供1080P 60fps视频解码、1080P 30fps视频编码，并带有2D、3D图形引擎。基于本方案提供的系统，开发人员可以迅速的按照要求选择自己需要的接口电路和视频输出，快速的开发出满足要求的产品。

四、附图说明：

五、具体实施方式

下面通过具体实施例对本方案做详细的说明：

请参阅图1，其是方案一种轨道交通信息显控系统的通用设计系统的整体原理框图。本方案提出的设计系统具有比较广泛的实用性能以及比较强的扩展性。使用者可以完全自定义自己的需求来用本方案来进行实现。其中综合处理电路用于完成图像生成、图像处理、视频处理以及接口协议管理。接口管理电路根据使用开发人员的需求定义和管理所需要的接口。扩展板电路独立于上述两个电路，可以实现综合处理板与接口端子之间的电路处理，其中扩展板电路灵活性比较强，完全由使用者自己定义。

所述综合处理电路包括电源管理模块、CPU核心模块、内存模块和存储模块，其中电源管理模块、内存模块和存储模块分别与CPU核心模块相连。请参阅图2，综合处理电路也是本方案的核心所在，其中电源管理模块负责整个综合处理电路的电源供给，CPU核心模块用于实现视频处理、图像生成以及接口协议管理;内存模块可以采用DDR3动态随机存储器或者LPDDR2动态随机存储器，用于CPU工作时临时存放数据;存储模块选用NAND存储器，用于存放CPU的程序数据。

所述电源管理电路包括依次串联的压降管理模块、电平转换模块以及输出管理模块三个模块，请参阅图3。电源管理电路负责整个综合处理电路的电源供给，该电路也是整个系统低功耗运行的一个重要因素。该电路大部分功能由电平转换模块实现，其中压降管理模块负责将输入的电压进行调整，调整到电平转换模块能够接受的幅值范围内，以确保后续的模块正常工作。电平转换模块的功能是将输入的电平转化为CPU核心模块所需要的电平，鉴于CPU核心模块工作电平不止一个，因此电平转换模块的输出也不止一个，同时电平转换模块要保证输出的每一个电平电流都满足后续电路要求。输出管理模块对转换后的电平做管理，分别输出给综合处理电路其他电路和模块来使用。

所述对外接口电路，在本方案中起到的是桥梁作用，负责综合处理电路和扩展板电路的信号传输。一方面可以把扩展板输入的信号如摄像头信号、网络信号传送给综合处理电路处理，另一方面将综合处理电路生产的信号如HDMI视频信号、音频信号输出至扩展板电路供系统外围电路使用。

所述扩展板电路包括接口管理模块和对外接口端子，请参阅图4。其中接口管理模块负责将综合处理电路输送过来的信号转换为标准的接口信号，由于各个接口或者各个需求不一样，所以对不同的要求会有不同的接口管理模块。对外接口端子负责将整个系统的信号与外界电路连接，可以采用对插或者甩线的模式。本方案可扩展性非常强，所以扩展板电路支持的接口也是很广泛的，包括音频接口、并行摄像头接口、MIPI DSI显示接口、CSI串行摄像头接口、HDMI接口、LCD接口、LVDS接口、10/100/1000M以太网接口、USB Host接口、USB OTG接口、UART接口、CAN总线接口、SPI总线接口、I2C总线接口等。不同的接口对应不同的接口管理模块。

本方案的工作步骤如下：

步骤1：上电，电源管理模块将给整个系统供电并进行电源管理;

步骤2：核心CPU从存储模块中读取程序，并与内容模块进行数据交换缓存，进入工作状态;

步骤3：外部接口电路工作，接受外部输入的数据和信息;

步骤4：核心CPU解析数据，并依此生成图形画面，同时管理总线数据;

步骤5：核心CPU将生成的画面/视频和总线接口数据通过相应的接口输出核心电路;

步骤6：对外接口电路将视频数据/总线接口数据输出至接口管理电路;

步骤7：接口管理电路将相关的数据进行相应的处理和电平转化，输出至接口端子。

步骤8：数据由接口端子发送出至系统外围电路。

此外，本方案可以做进一步改进：所述内存模块不仅限于DDR3和LPDDR2，还可以为SDRAM或DDR4。所述不仅限于NAND，还可以为SD卡或者U盘。

综上所述一种轨道交通信息显控系统的通用设计系统利用核心CPU的超强处理能力，内置底层和应用程序，能够接受、处理、生成各类数据、信息和画面。开发者可以根据自己的需求自定义外围接口电路，来实现预期的要求。同时本方案有以下优点：1、低功耗;2、接口丰富，可扩展性强;3、支持多种视频格式以及不同分辨率的视频输出;4、系统性能可以自定义，满足不同价位和性能的需求;5、小型化、集成度高，满足不同场合的需求。

各模块具体功能描述如下：其中虚线框出部分为综合处理电路，其中核心CPU选用了PCIMX6Q6VV1A，主频可以达到1.2GHz，为本专利的核心所在。2CZ117B为压降管理模块，其作用是将外部输入的+5V降为4.2V作用，供后面的電平转换电路模块使用。ISL9307为电平转换模块，能够生成单板所需要的各种电源，MMPF0100为CPU的电平输出管理模块，负责CPU工作电源的供给。SDIN5C2_8G为存储模块，内部存放的是CPU启动所需要的程序和代码。MT41J128M16HA为内存模块，该芯片需要一共四片。右边虚线框所示为本系统能够提供和支持的各类接口，在实际应用中可以根据所需要的接口需求来确定对应的接口管理电路。

参  考  文  献

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