多功能智能移动平台电控系统研究

3 系统组成

图1 系统框图

如图1所示，电控系统主要由上位机和下位机模块两部分组成，其中上位机包含以下组成部分：

1、嵌入式主板：1个；

2、CAN总线模块：1个；

3、二维/三维激光(室内/外)传感器：1个；

4、相机(预留)：1个；

下位机包含以下组成部分：
1、基于S698-T+FPGA控制器模块：1个；

2、红外测距传感器：7个；

3、超声波测距传感器：6个；

4、GPS模块：1个；

5、惯导单元IMU：3个；

6、电机及驱动模块：6组；

4 系统设计
本电控系统的上位机主要涉及到硬件选型以及软件开发，本文暂不对其设计展开详述，主要对下位机的设计方案进行详述。

下位机主要由主控制器模块以及电机驱动、超声波传感器、红外传感器、惯导模块等周边相关外设组成，其中主控制器模块基于S698-T设计，具体方案如下：

图2 基于S698-T+FPGA的控制器模块系统框图

如图2所示，下位机主控制器模块采用S698-T+FPGA的架构，S698-T作为主处理器，其外围设计SRAM、FLASH、硬件看门狗复位、时钟等模块，构成一个S698-T的最小系统，再根据外围接口需要，使用S698-T片内的4路RS232总线接口以及2路CAN总线接口，实现2路RS232接口、2路RS422接口以及2路CAN总线接口。

控制器模块采用FPGA作为协处理器，并通过并行总线将FPGA挂接在S698-T的IO空间上，实现与S698-T的协同处理。FPGA根据系统功能需要，片内设计了两个ADC控制器、6路串行总线控制器、6路PWM输出控制器、32路IO控制器、IIC/SPI接口控制器以及并行接口控制器等功能模块，同时外接相关驱动电路实现系统的接口需求。

控制器模块采用12V DC供电，板上设计有DC-DC电源模块，实现12VDC到+1.2VDC、+2.5VDC、+3.3VDC、+5VDC的转换，供板上相关器件使用。

4.1 主处理器设计
控制器模块的主处理器设计主要是S698-T最小系统+外围接口驱动电路的设计，S698-T最小系统主要包括S698-T、SRAM、FLASH、硬件看门狗复位电路、时钟电路以及调试用的DSU接口电路。

高可靠处理器S698-T简介：
1、采用哈弗体系结构（Harvard architecture）；

2、具备整型单元（IU：Integer Unit）：

Ø32位RISC，采用SPARC V8（IEEE-1754）指令集；

Ø5级指令流水（预取、译码、执行、存储、回写）；

Ø具有硬件乘法器和硬件除法器；

Ø支持MAC和UMAC等DSP指令；

3、浮点处理单元（FPU：Floating Point Unit）

Ø遵循IEEE-754标准；

Ø支持单/双精度；

4、具有彼此分离的大容量指令Cache 32K Bytes和数据Cache 16K Bytes；

5、片内总线遵循AMBA2.0标准，采用AHB总线联接片内高速设备，采用APB总线联接片内低速设备；

6、在线硬件调试支持单元（DSU：Debug Support Unit）：

Ø无需外置仿真器的支持即可实现硬件在线直接调试；

Ø可实现对内部资源（如寄存器、用户可用RAM等）的操作；

Ø可实现程序断点设置；

7、集成存储器控制器（MCTRL：Memory Controller）：

Ø支持外部SRAM、SDRAM、ROM 以及MAP I/O等类型的存储器；

ØSRAM、ROM及MAP I/O的数据总线宽度可通过软件配置成32/16/8 位三种模式；

ØSRAM、ROM及MAP I/O的存取时间参数可配置；

Ø支持5个SRAM Bank、2个SDRAM Bank、2个ROM Bank、1个IO Bank；

Ø寻址空间2048M Bytes；

ØROM寻址空间：512M Bytes；

ØMAP I/O寻址空间：512M Bytes；

ØSRAM/SDRAM寻址空间：1024M Bytes；

8、集成1553B 、ARINC429、CAN、串口等数据总线控制器；

9、集成多功能IO接口（MFIO）：

Ø集成16路独立的多功能IO接口；

Ø各路的输入或输入方向可以独立配置；

Ø各路均可以输出周期、占空比、电平极性、脉冲数目等参数可调的PWM信号；

Ø各路均具有输入脉冲计数功能；

10、集成定时器、看门狗、ADC、DAC等模块；

11、生产工艺：130nm CMOS；

12、工作频率：

Ø最高主频(IUCLK)：200MHz；

Ø最高外频(SYSCLK)：100MHz；

13、处理能力：

Ø180MIPS@200MHz；

Ø55MFLOPS（Double Precision）@200MHz；

14、峰值功耗：不高于1.5W@200MHz；

15、电源电压

Ø3.3V±0.3V（IO）；

Ø1.2V±0.1V（CORE）；

16、工作环境温度

Ø工业级-40℃～+85℃（塑封PBGA352）；

Ø军品级-55℃～+125℃（陶封CBGA352）；

控制器模块的主处理器的主要元器件选型如下：
1)主控制器：S698-T，工作主频为100MHz；

2)SRAM：IS61LV51216-10TI，容量为512k*16bit；

3)FLASH：39VF040-90-4I-NH，容量为512k*8bit；

4)看门狗：TPS3813K33MDBVREP；

5)时钟：有源晶振，10MHz；

6)DSU接口/RS232总线接口驱动芯片：MAX3232ESE；

7)CAN总线驱动芯片：TJA1042t；

8)RS422总线驱动芯片：MAX488ESA；

9)上位机电源控制开关：选用欧姆龙继电器G6k-2F；