ARM嵌入式汽车节能控制系统的设计

图4 LCD控制器逻辑框

电源模块

在本系统设计中，由外部供给系统单一的9V电源，通过三端稳压AS1117-5.0, AS1117-3.3和AS1117-2.5，分别得到5.0V, 3.3V以及2.5V。AS1117系列稳压器最大能提供800mA电流，由于本系统功耗较低，最大需求电流不超过300mA，因此用AS1117足以满足系统的供电需求。另外的两套±15V电源由DC/DC变换器供给。考虑到系统中有数字电路和模拟电路，由于数字电路的电流变化较快，容易产生脉冲干扰，从而影响模拟信号的采样精度，因此应把数字地和模拟地分开。

调试接口

S3C44BOX内嵌JTAG测试电路，使得调试起来非常方便。JTAG是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试，JTAG技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路TAP (Test Access Port，测试访问口)，通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。JTAG接口还常用于实现ISP(In System Programmable)功能，如对Flash器件进行编程等。

目前JTAG接口的连接有两种标准，即14针接口和20针接口，在本设计中，采用的是14针的接口。该接口主要通过下载电路与计算机的并行口相连，在集成开发环境之下，使用相应的JTAG下载代理软件就可以用来进行系统调试，而不需专门的仿真器，这样可以降低开发的成本。

通信单元

在系统设计中，考虑到数据传送、下载以及调试的方便，增加了串行通信RS-232C接口。另外，考虑到系统升级的方便，以及为了与现在流行的汽车总线接口的方便，增加了CAN现场总线的接口。

本系统中选用MAX232。MAX232可以实现TTL电平和RS-232电平之间的转换。由于在实际应用中，器件对电源噪声很敏感，因此 MAX232的VCC引脚必须要对地加0.lmF去耦电容，另外，为提高抗干扰能力，添加了四个l0mF电容，在连接在内部电源引脚输出端。MAX232 芯片第7, 8引脚接入分别到串行口的第3, 2引脚;9, 10引脚接处理器的RXD, TXD引脚，实现与处理器的连接。

需要注意的是，MAX232是5V器件，而处理器芯片是用的是3V供电，因此需要考虑电平转换，否则将无法正常收发数据。由于Maxim公司已经注意到这点并推出了专用3V供电的器件MAX3232C，利用它就可以无需考率3V到5V的电平转换问题。MAX3232C与处理器的接口电路如图5所示。

图5 RS-232C与处理器的通信接口电路　　

系统软件设计

在本系统中，主程序是整个程序的核心，担负着系统的运行、控制的主要任务，需要对其控制流程进行仔细考虑，以完成所需的控制要求。

在程序开始时，首先对系统进行初步的初始化。之后，采集各种数据并判断数据是否正常，如果正常，则显示数据并等待中断，根据中断转向相应的中断服务子程序。如果数据不正常，则通过报警来提示用户检查数据，直到数据正常才执行其他程序。如果一切正常，且没有刹车和启动等控制，则可以与其他设备进行通信等操作。具体的流程见图6所示。　　

图6 系统总程序流程图

系统的抗干扰设计

要达到良好的系统控制效果需要在系统设计中非常注意它的抗干扰性和可靠性。本系统由于采用高速ARM作为核心处理器，它的高频信号不仅容易受到干扰，而且也会成为系统的干扰源，因此有必要对整个系统，特别是ARM部分的抗干扰及保护做更多的处理。

硬件部分，控制系统的电源及功率驱动部分抗干扰措施主要就是从防和抗两方面入手。其总原则是：抑制或消除干扰源;切断干扰对系统的耦合通道;降低系统对干扰信号的敏感性。抗干扰设计的具体措施包括：隔离、接地、屏蔽、滤波等常用方法。

软件部分，本系统的软件主要采用了以下几种软件抗干扰设计：

软件陷阱法

测试系统在遇到外界干扰时，往往会导致运行程序进入程序存储器的空白区(即无指令区)，这种现象叫做程序"跑飞"。于是在各子程序之间、各功能模块之间和所有空白处，都写上连续3个空操作指令(nop)，后接一无条件转移指令，一旦程序跑飞到这些区域，就会自动返回执行正常程序。

程序的冗余设计

在程序存储器的空白区域，写入一些重要的数据表和程序作为备份，以便系统程序被破坏时仍有备份参数和程序维持系统正常工作。由于 TMS320LF2407A的数据存储以数据页为基准，如果对不同数据页的数据进行操作而不指定相应的数据页，会导致程序跑飞。因此需要对程序未使用满的数据页进行填充，防止数据页混乱导致的系统误操作。

加装了能量回收再利用装置后，当汽车在加速或重新起动初期，可以利用存储的高压气体驱动汽车，不需要燃料，可以较少汽车尾气对环境的污染。因此，该装置不仅可以节约能源，而且有利于环保。