車載多功能無線系統
汽車電子，也就是電子技術在汽車上的應用，始于20世紀50年代。之后，電子技術在汽車上的應用領域越來越廣。70年代后期，大規模、超大規模集成電路的發展，為汽車提供了速度快、功能強、性能可靠、成本低的電子控制系統。
如今，電子技術有了更進一步的飛躍。不但出現了功能強大的MCU、嵌入式CPU、各類高精度傳感器、高性能汽車總線、實時搶占式多任務嵌入操作系統，而且GPS、GSM、CDMA、局域Wireless總線、超高頻測距等無線技術也達到了穩定可靠、實用的程度，而語音合成與識別、圖像跟蹤與識別等關鍵技術也已經由軍用轉為民用。
與此同時，汽車工業本身也取得了突飛猛進的發展，這些技術進步直接引發了汽車電子應用系統的高密度化、高技術化、功能多樣化。汽車電子的規模化，得益于汽車產業的規模化，2003年全球汽車電子行業的總產值為1,160億美元，預計2005年可以達到1,350億美元。反觀國內，2003年的汽車電子總產值為310億元(RMB)，預計2005年可以達到700億元。雖然落后，卻反映出了極大的發展潛力和市場空間。
人們對汽車本身的要求越來越高，動力性、安全性、節能環保、舒適娛樂性、自診斷自恢復、駕駛的自動性、維修的簡便性等是主要的幾個方面。與之相對應的汽車電子系統則有電控助力轉向系統、電子穩定系統、胎壓、胎溫自動監測、轉速均衡、遙控門鎖、自動感應式雨刷、倒車雷達、SBC剎車系統、定速/安全巡航系統、定位/導航/防盜系統、娛樂系統、行駛記錄儀以及汽車測試臺等。
本文介紹的是深圳市北高智電子有限公司開發的車載多功能無線系統。北高智是一家專業的元器件代理商和方案提供商，有著眾多的代理產品，其中涉及工業控制、消費、無線通信、PC周邊等眾多領域。車載多功能無線系統在廣泛調研市場需求和客戶需求的基礎上，集成了定位、導航、防盜、車載免提電話、無線上網、數據傳輸、短消息、DVD/MP3影視娛樂、緊急呼叫、讀卡器等多項功能。下面將簡單介紹該系統。
本系統的系統結構層次框圖如下：
系統結構層次看上去比較簡單，詳細地內容不在本文詳述。
硬件原理框圖如下：
硬件原理框圖描述：
本系統的核心器件是EP9315，基于ARM920T的工控、消費類嵌入式CPU，提供了原理框圖中除了電源管理模塊、后備電源模塊、CPLD擴展邏輯模塊、GPS模塊、GSM模塊（或CDMA模塊）之外的所有模塊的功能接口，開發較為簡便。Card Reader（讀卡器）模塊通過標準USB口連接，實際是一個獨立的產品，CPLD擴展邏輯除了提供GPS模塊和GSM/GPRS或CDMA模塊的訪問控制邏輯外，預留了一定的邏輯，方便擴展更多的功能，如輪胎壓力、輪胎溫度的無線接收、Video Camera的視頻輸入（可用于拓寬視野、路面車道自動跟蹤等）、Zigbee無線協議等。
模塊功能描述：
● GPS定位模塊
這是本系統的主要功能模塊之一。采用韓國HADARU公司的HPM103H-6模塊，結合系統中的矢量地圖，實現汽車的定位、導航、防盜，當車速超過設定門限時報警等功能。HPM103H-6能夠同時跟蹤12顆衛星，定位精度優于12米，冷啟動時間小于56秒。
● GSM/GPRS或CDMA模塊
這是本系統的另一個主要功能模塊。用戶可以選擇GSM/GPRS、CDMA模塊的其中之一。該模塊提供車載免提電話、無線上網、數據傳輸、短消息等功能；還能設定3個緊急電話號碼（如110等），通過特定的按鈕（Urgent Button）實現緊急呼叫；也可以通過系統提供的以太網接口，連接筆記本電腦等設備，完成相應的功能。
● KeyB/Touch Screen模塊
這是本系統提供的固有的輸入接口，完成系統功能、參數設定。本模塊提供了64鍵鍵盤和一塊觸摸屏。輸入接口也可以通過USB 2#或3#，外接鼠標，完成或輔助完成設定功能。
● LCD顯示/LED指示燈模塊
LCD顯示屏是本系統的交互顯示介面及系統狀態、視頻節目的輸出界面。提供8個LED指示燈，其中2個用于提示系統的電源、系統運行狀態，1個用于指示外界信號到達（電話呼入、短消息到達），1個用于GPS的運行狀態，另外4個可以根據需要設定為報警或指示。
● UART/IrDA模塊
提供一個標準的串行接口和一個標準的紅外接口。
● USB 1# / Card Reader模塊
USB 1# 模塊專門為Card Reader（讀卡器）模塊提供接口，Card Reader能夠完成對CFI,II、MD、SM、xD、SD、MMC、MS、MS Pro、MS Duo、MS MagicGate等類型閃存卡的讀寫，方便旅游者的記錄轉儲。Card Reader本身也是北高智的一個獨立產品。
● USB 2# / 3# 模塊
提供2個標準的USB接口。
● RTC模塊
提供本系統的實時時鐘。
● 電源管理/后備電源模塊
后備電源模塊在系統掉電時，為RTC提供后備電源，其含有充電電路，在系統上電時，由電源管理模塊提供充電電源。
電源管理模塊完成對本系統的供電，提供了+5V、+3.3V、+1.8V、+12V、-12V等電壓，具有系統復位、過壓、過流保護功能；此外，還有及其重要的上電時序控制，以防器件發生栓鎖現象。
● Audio模塊
提供本系統音頻信號的輸入、輸出。輸入部分提供MIC、Line-in（分為Lline-in，Rline-in）、內部音頻總線、SPDIF接口；輸出部分提供Line-out（也分為Lline-out和Rline-out）、Stereo Headphone、Speaker（2 Channels）。可以實現錄音和放音。
● Urgent Button模塊
此模塊僅有3個按鈕，可以安裝在車中任意明顯或隱蔽位置，用手或腳來控制，完成緊急呼叫的功能。這3個由CPLD內部的中斷控制器控制，保證其實時性。
● 10/100M 以太網接口
EP9315已經提供了以太網MAC層的MII接口，只要選者一個PHY接口IC即可實現以太網的物理電路。本模塊選用了Cirrus Logic公司的CS8952，支持10Base-T和100Base-X，作為通用的以太網接口。
● CPLD擴展邏輯模塊
本模塊選用Altera公司的產品，容量可以升級，封裝不變，以便于未來增加邏輯功能。本模塊除了提供系統的譯碼邏輯、LED燈及緊急按鈕的控制外，也提供EP9315對GPS模塊、GSM/GPRS或CDMA模塊的訪問控制，另外還保留了許多地址空間和I/O線，以備將來的功能擴展之用。
● SSD硬盤模塊
EP9315帶有標準的IDE接口，可以直接掛接IDE硬盤。但是由于汽車內部的溫度比較高、振動劇烈，機械式的硬盤容易損壞，故而選用SSD（Solid State Drive）固態電子硬盤。SimpleTech公司的Zeus系列SSD固態硬盤，具有溫度范圍寬，抗震動、抗沖擊、容量大（2GB ~ 128GB）等優點，帶有標準的IDE接口，可以直接替換普通機械式硬盤。在重要器件介紹中會詳細介紹SSD硬盤的特點和性能。
SSD硬盤用于承載操作系統、文本、媒體文件等。本系統支持Windows CE和Linux嵌入式操作系統，將來還會支持其它的嵌入式操作系統。
● nvSRAM
nvSRAM作為SRAM在系統運行時使用，作為Flash在系統掉電時保存重要的配置數據。該器件會在重要器件中介紹。
● Boot Flash
Boot Flash在系統上電時首先被執行，然后根據配置讀取硬盤中的操作系統引導塊至EP9315中，從而完成操作系統的啟動。
重要器件介紹：
1． EP9315
EP9315是Cirrus Logic公司出品的基于ARM920T內核的200Mhz的處理器，功能強大，適合于工業控制、消費等領域，如數字多媒體服務器、遠程信息監控、瘦客戶機、機頂盒、POS機、生物安全系統、GPS定位/巡航設備等。其特點有：
ARM核心部分：
● 16KB的數據緩存和16KB的指令緩存
● 內存管理單元（支持Linux、Windows CE）
● 100MHz的系統總線
● MaverickCrunch 數學運算及信號處理引擎
● MaverickKey 權限、IP安全ID
外圍接口部分：
● PCMCIA接口
● 圖形加速器
● EIDE接口，2個
● 10/100MHz Ethernet MAC
● USB2.0全速主機，3個
● UART，基于16550的，3個
● IrDA紅外接口，支持慢速、快速模式
● LCD接口，帶有專用的SDRAM通道
● Touch Screen觸摸屏接口
● SPI接口
● AC’ 97 音頻接口
● I2S 接口，6個
● 8x8鍵盤接口
可選外部存儲器支持：
● 32-Bit SDRAM， 4bank
● 32/16/8-bit SRAM/Flash/ROM/接口
● 串行EEPROM接口
內部功能模塊：
● 實時時鐘，軟件可調
● 12個DMA 數據傳輸通道，最大限度提升了系統性能
● Boot ROM
● 雙鎖相環，控制所有時鐘
● 看門狗定時器
● 2個通用16-bit定時器
● 1個通用32-bit定時器
● 1個40-bit調試用途定時器
通用I/O：
● 16條有中斷功能的增強型GPIO
● 49條復用的GPIO
封裝：
● 352-Pin PBGA
下圖是EP9315的結構框圖。
2． U634H256-SA35
這是一顆32Kbyte x 8 的nvSRAM，35ns的訪問速度，德國ZMD公司生產的IC，專門用于環境比較苛刻的系統，溫度范圍寬（-40℃～+125℃）、抗干擾能力強，特別適合汽車這類環境條件的工業應用。nvSRAM內部有一套SRAM和一套FLASH，兩者在bit級別上一一對應，運行時作為SRAM，掉電時作為FLASH存儲數據，并且提供3種SRAM至FLASH的數據存儲模式：掉電模式、硬件模式、軟件指令模式，以及2種FLASH至SRAM的數據召回模式：上電模式、軟件指令模式。
3． SSD硬盤
SimpleTech公司SSD硬盤，廣泛應用于工業、冗余存儲等穩定性比較高的領域，SSD硬盤是用Flash加FPGA開發而成的，有以下特點：
● 持續讀/寫速度：Up to 60MB/s
● 44Pin IDE接口(2.5-inch)，40Pin IDE接口(3.5-inch)
● 2.5-inch/3.5-inch的工業標準
● 符合ATA-5標準，支持PIO0-4，UDMA0-4
● Master/Slave跳線選擇
● 百萬次的擦寫周期
● 容量：從2GB到128GB
● 10年的數據保持時間
● 防震、防碰撞的鋁合金外殼
● 緊湊的設計，厚度僅為9.5mm
● 讀寫損耗均衡、壞塊管理算法專利
● 不穩定供電時，具有可靠的運行保證
● 快速的初始化，固件可以現場升級
在可靠性方面有以下特點：
● 手動/自動的自診斷系統
● 可選的掉電保護電路
● EDC/ECC錯誤檢測和錯誤糾正
● SMART系統
汽車電子的發展已經經歷了無處理器的模擬技術階段、簡單的MCU的數字技術階段、16位MCU階段，現在正處于32位CPU、嵌入式處理器的SoC階段，其發展方向不可避免地會朝著FPGA的方向發展，越來越多地依靠強大的硬件平臺來處理越來越多的離散海量數據，使對汽車本身的控制越來越智能、越來越精確、越來越安全，這一天我們終將看到。
本系統所采用的重要器件，包括Cirrus Logic公司出品的基于ARM920T內核的200Mhz的處理器、德國ZMD公司生產的32kbyte x 8 的nvSRAM，以及SimpleTech公司SSD硬盤等.
如今，電子技術有了更進一步的飛躍。不但出現了功能強大的MCU、嵌入式CPU、各類高精度傳感器、高性能汽車總線、實時搶占式多任務嵌入操作系統，而且GPS、GSM、CDMA、局域Wireless總線、超高頻測距等無線技術也達到了穩定可靠、實用的程度，而語音合成與識別、圖像跟蹤與識別等關鍵技術也已經由軍用轉為民用。
與此同時，汽車工業本身也取得了突飛猛進的發展，這些技術進步直接引發了汽車電子應用系統的高密度化、高技術化、功能多樣化。汽車電子的規模化，得益于汽車產業的規模化，2003年全球汽車電子行業的總產值為1,160億美元，預計2005年可以達到1,350億美元。反觀國內，2003年的汽車電子總產值為310億元(RMB)，預計2005年可以達到700億元。雖然落后，卻反映出了極大的發展潛力和市場空間。
人們對汽車本身的要求越來越高，動力性、安全性、節能環保、舒適娛樂性、自診斷自恢復、駕駛的自動性、維修的簡便性等是主要的幾個方面。與之相對應的汽車電子系統則有電控助力轉向系統、電子穩定系統、胎壓、胎溫自動監測、轉速均衡、遙控門鎖、自動感應式雨刷、倒車雷達、SBC剎車系統、定速/安全巡航系統、定位/導航/防盜系統、娛樂系統、行駛記錄儀以及汽車測試臺等。
本文介紹的是深圳市北高智電子有限公司開發的車載多功能無線系統。北高智是一家專業的元器件代理商和方案提供商，有著眾多的代理產品，其中涉及工業控制、消費、無線通信、PC周邊等眾多領域。車載多功能無線系統在廣泛調研市場需求和客戶需求的基礎上，集成了定位、導航、防盜、車載免提電話、無線上網、數據傳輸、短消息、DVD/MP3影視娛樂、緊急呼叫、讀卡器等多項功能。下面將簡單介紹該系統。
本系統的系統結構層次框圖如下：
系統結構層次看上去比較簡單，詳細地內容不在本文詳述。
硬件原理框圖如下：
硬件原理框圖描述：
本系統的核心器件是EP9315，基于ARM920T的工控、消費類嵌入式CPU，提供了原理框圖中除了電源管理模塊、后備電源模塊、CPLD擴展邏輯模塊、GPS模塊、GSM模塊（或CDMA模塊）之外的所有模塊的功能接口，開發較為簡便。Card Reader（讀卡器）模塊通過標準USB口連接，實際是一個獨立的產品，CPLD擴展邏輯除了提供GPS模塊和GSM/GPRS或CDMA模塊的訪問控制邏輯外，預留了一定的邏輯，方便擴展更多的功能，如輪胎壓力、輪胎溫度的無線接收、Video Camera的視頻輸入（可用于拓寬視野、路面車道自動跟蹤等）、Zigbee無線協議等。
模塊功能描述：
● GPS定位模塊
這是本系統的主要功能模塊之一。采用韓國HADARU公司的HPM103H-6模塊，結合系統中的矢量地圖，實現汽車的定位、導航、防盜，當車速超過設定門限時報警等功能。HPM103H-6能夠同時跟蹤12顆衛星，定位精度優于12米，冷啟動時間小于56秒。
● GSM/GPRS或CDMA模塊
這是本系統的另一個主要功能模塊。用戶可以選擇GSM/GPRS、CDMA模塊的其中之一。該模塊提供車載免提電話、無線上網、數據傳輸、短消息等功能；還能設定3個緊急電話號碼（如110等），通過特定的按鈕（Urgent Button）實現緊急呼叫；也可以通過系統提供的以太網接口，連接筆記本電腦等設備，完成相應的功能。
● KeyB/Touch Screen模塊
這是本系統提供的固有的輸入接口，完成系統功能、參數設定。本模塊提供了64鍵鍵盤和一塊觸摸屏。輸入接口也可以通過USB 2#或3#，外接鼠標，完成或輔助完成設定功能。
● LCD顯示/LED指示燈模塊
LCD顯示屏是本系統的交互顯示介面及系統狀態、視頻節目的輸出界面。提供8個LED指示燈，其中2個用于提示系統的電源、系統運行狀態，1個用于指示外界信號到達（電話呼入、短消息到達），1個用于GPS的運行狀態，另外4個可以根據需要設定為報警或指示。
● UART/IrDA模塊
提供一個標準的串行接口和一個標準的紅外接口。
● USB 1# / Card Reader模塊
USB 1# 模塊專門為Card Reader（讀卡器）模塊提供接口，Card Reader能夠完成對CFI,II、MD、SM、xD、SD、MMC、MS、MS Pro、MS Duo、MS MagicGate等類型閃存卡的讀寫，方便旅游者的記錄轉儲。Card Reader本身也是北高智的一個獨立產品。
● USB 2# / 3# 模塊
提供2個標準的USB接口。
● RTC模塊
提供本系統的實時時鐘。
● 電源管理/后備電源模塊
后備電源模塊在系統掉電時，為RTC提供后備電源，其含有充電電路，在系統上電時，由電源管理模塊提供充電電源。
電源管理模塊完成對本系統的供電，提供了+5V、+3.3V、+1.8V、+12V、-12V等電壓，具有系統復位、過壓、過流保護功能；此外，還有及其重要的上電時序控制，以防器件發生栓鎖現象。
● Audio模塊
提供本系統音頻信號的輸入、輸出。輸入部分提供MIC、Line-in（分為Lline-in，Rline-in）、內部音頻總線、SPDIF接口；輸出部分提供Line-out（也分為Lline-out和Rline-out）、Stereo Headphone、Speaker（2 Channels）。可以實現錄音和放音。
● Urgent Button模塊
此模塊僅有3個按鈕，可以安裝在車中任意明顯或隱蔽位置，用手或腳來控制，完成緊急呼叫的功能。這3個由CPLD內部的中斷控制器控制，保證其實時性。
● 10/100M 以太網接口
EP9315已經提供了以太網MAC層的MII接口，只要選者一個PHY接口IC即可實現以太網的物理電路。本模塊選用了Cirrus Logic公司的CS8952，支持10Base-T和100Base-X，作為通用的以太網接口。
● CPLD擴展邏輯模塊
本模塊選用Altera公司的產品，容量可以升級，封裝不變，以便于未來增加邏輯功能。本模塊除了提供系統的譯碼邏輯、LED燈及緊急按鈕的控制外，也提供EP9315對GPS模塊、GSM/GPRS或CDMA模塊的訪問控制，另外還保留了許多地址空間和I/O線，以備將來的功能擴展之用。
● SSD硬盤模塊
EP9315帶有標準的IDE接口，可以直接掛接IDE硬盤。但是由于汽車內部的溫度比較高、振動劇烈，機械式的硬盤容易損壞，故而選用SSD（Solid State Drive）固態電子硬盤。SimpleTech公司的Zeus系列SSD固態硬盤，具有溫度范圍寬，抗震動、抗沖擊、容量大（2GB ~ 128GB）等優點，帶有標準的IDE接口，可以直接替換普通機械式硬盤。在重要器件介紹中會詳細介紹SSD硬盤的特點和性能。
SSD硬盤用于承載操作系統、文本、媒體文件等。本系統支持Windows CE和Linux嵌入式操作系統，將來還會支持其它的嵌入式操作系統。
● nvSRAM
nvSRAM作為SRAM在系統運行時使用，作為Flash在系統掉電時保存重要的配置數據。該器件會在重要器件中介紹。
● Boot Flash
Boot Flash在系統上電時首先被執行，然后根據配置讀取硬盤中的操作系統引導塊至EP9315中，從而完成操作系統的啟動。
重要器件介紹：
1． EP9315
EP9315是Cirrus Logic公司出品的基于ARM920T內核的200Mhz的處理器，功能強大，適合于工業控制、消費等領域，如數字多媒體服務器、遠程信息監控、瘦客戶機、機頂盒、POS機、生物安全系統、GPS定位/巡航設備等。其特點有：
ARM核心部分：
● 16KB的數據緩存和16KB的指令緩存
● 內存管理單元（支持Linux、Windows CE）
● 100MHz的系統總線
● MaverickCrunch 數學運算及信號處理引擎
● MaverickKey 權限、IP安全ID
外圍接口部分：
● PCMCIA接口
● 圖形加速器
● EIDE接口，2個
● 10/100MHz Ethernet MAC
● USB2.0全速主機，3個
● UART，基于16550的，3個
● IrDA紅外接口，支持慢速、快速模式
● LCD接口，帶有專用的SDRAM通道
● Touch Screen觸摸屏接口
● SPI接口
● AC’ 97 音頻接口
● I2S 接口，6個
● 8x8鍵盤接口
可選外部存儲器支持：
● 32-Bit SDRAM， 4bank
● 32/16/8-bit SRAM/Flash/ROM/接口
● 串行EEPROM接口
內部功能模塊：
● 實時時鐘，軟件可調
● 12個DMA 數據傳輸通道，最大限度提升了系統性能
● Boot ROM
● 雙鎖相環，控制所有時鐘
● 看門狗定時器
● 2個通用16-bit定時器
● 1個通用32-bit定時器
● 1個40-bit調試用途定時器
通用I/O：
● 16條有中斷功能的增強型GPIO
● 49條復用的GPIO
封裝：
● 352-Pin PBGA
下圖是EP9315的結構框圖。
2． U634H256-SA35
這是一顆32Kbyte x 8 的nvSRAM，35ns的訪問速度，德國ZMD公司生產的IC，專門用于環境比較苛刻的系統，溫度范圍寬（-40℃～+125℃）、抗干擾能力強，特別適合汽車這類環境條件的工業應用。nvSRAM內部有一套SRAM和一套FLASH，兩者在bit級別上一一對應，運行時作為SRAM，掉電時作為FLASH存儲數據，并且提供3種SRAM至FLASH的數據存儲模式：掉電模式、硬件模式、軟件指令模式，以及2種FLASH至SRAM的數據召回模式：上電模式、軟件指令模式。
3． SSD硬盤
SimpleTech公司SSD硬盤，廣泛應用于工業、冗余存儲等穩定性比較高的領域，SSD硬盤是用Flash加FPGA開發而成的，有以下特點：
● 持續讀/寫速度：Up to 60MB/s
● 44Pin IDE接口(2.5-inch)，40Pin IDE接口(3.5-inch)
● 2.5-inch/3.5-inch的工業標準
● 符合ATA-5標準，支持PIO0-4，UDMA0-4
● Master/Slave跳線選擇
● 百萬次的擦寫周期
● 容量：從2GB到128GB
● 10年的數據保持時間
● 防震、防碰撞的鋁合金外殼
● 緊湊的設計，厚度僅為9.5mm
● 讀寫損耗均衡、壞塊管理算法專利
● 不穩定供電時，具有可靠的運行保證
● 快速的初始化，固件可以現場升級
在可靠性方面有以下特點：
● 手動/自動的自診斷系統
● 可選的掉電保護電路
● EDC/ECC錯誤檢測和錯誤糾正
● SMART系統
汽車電子的發展已經經歷了無處理器的模擬技術階段、簡單的MCU的數字技術階段、16位MCU階段，現在正處于32位CPU、嵌入式處理器的SoC階段，其發展方向不可避免地會朝著FPGA的方向發展，越來越多地依靠強大的硬件平臺來處理越來越多的離散海量數據，使對汽車本身的控制越來越智能、越來越精確、越來越安全，這一天我們終將看到。
本系統所采用的重要器件，包括Cirrus Logic公司出品的基于ARM920T內核的200Mhz的處理器、德國ZMD公司生產的32kbyte x 8 的nvSRAM，以及SimpleTech公司SSD硬盤等.
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