本站原创【摘 要】本文根据工业应用领域的特点,结合DIMM-PC的功能,按照嵌入式系统的开发原则,精心设计完成一套完整实用的嵌入式计算机控制系统.
【关 键 词】工业嵌入式；计算机实时系统；JRC功能
【Abstract】ThepaperdescribesanelaboratedesignofapleteandviableembeddedputercontrolsystembasedonDIMM-PC.Thedesignconsiderationsincludethecharacteristicsofanapplicationfield,theDIMM-PCfunctionsandtheprinciplefordevelopmentofanembeddedsystem.
【Keywords】Industrialembedded；Computerreal-timesystem；Control
0概述
嵌入式技术就是“专用”计算机技术,这个专用,是指针对某个特定的应用,如针对网络、通信、音频、视频,工业控制等,从应用的角度,嵌入式系统是以工程应用为中心,在数控、矿山、石油、军事上都能得到广泛的应用,它的软硬件都可裁剪,对应在功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的场合,它基本上由嵌入式微处理器、硬件电路（包含专用输入输出电路）、嵌入式操作系统、用户的应用程序（后两者有可能合二为一）等四个部分组成.
随着数字信息化控制的发展,更多的应用场合需要功能更强大、体积更小、功耗更低和可靠性更高的控制产品,DIMM-PC就是满足这样全新要求的超小型嵌入式计算机控制产品.在68*40*6mm的电路板上集成了一台标准PC全部功能,最大功耗小于2VA,可以像使用一块芯片一样真正做到将PC设计到控制系统中,该PC适用于MSDOS、QNX、VXWorKs、WINDOWS98等操作系统,便于系统开发者完成各种应用程序的开发.
1功能介绍
1.1通用功能
DIMM-PC是一款真正的ALL-IN-ONEPC模块,采用AMDElan520的CPU,拥有高性能、高集成的浮点运算器,具有一台标准计算机的通用接口功能,包括一个40芯IDE硬盘控制器、一个标准3.5寸软盘控制器、PS2标准键盘接口、2个串行通讯接口（TTL电平输出）、一个并行输出接口（支持EPP,ECP）、RESET（重启）和蜂鸣器输出信号、32M的DRAM内存、64M的电子盘（IDE或BIOS方式）.
1.2特殊功能描述
除了以上基本通用的功能之外,DIMM-PC为了适应不同的应用场合,还具备一些特殊的功能,可以让用户在开发应用的时候提供更多方便.
1.2.1看门狗功能模块（Watchdog）
一些高可靠的应用系统,尤其在一些现场必须不间断进行实时控制的时候,是不允许系统长时间中断,如果这时系统处于死机状态而没有自恢复功能,则会引发一连串相关故障,甚至造成重大损失.看门狗功能模块在系统工作时定时向系统相关中断地址发出复位信号.这时如果计算机主机没有死机,主机会定时复位看门狗功能模块上的时钟计时电路,让其在没有发出复位信号之前对计时电路清零,看门狗将重新计时不能复位主机,如果主机处于死机状态,将不能按时清零看门狗功能模块上的计时电路,看门狗功能模块则按照软件中约定的时间复位主机,强制主机重新运行.DIMM-PC计算机模块已经在模板上集成了看门狗电路,并可在bios中方便的设置定时时间,并通过长效电池对设定值保存,设定时间范围从0.4s-8.5min.
1.2.2I2C总线
Inter-Ic总线通常简称I2Cbus,它是一种两线制串行总线方式,它在同一系统中或不同系统之间,甚至是相应芯片之间提供了一种小范围的网络数据交换.目前市面上有很多种单片机的存储器芯片都支持I2Cbus,I2Cbus具有简单、高效的特点,这样在电路设计的过程中,可以优化电路设计方案,它只包括两根双向数据通讯线,即中行数据线（I2DAT）和串行时钟线（I2CLK）.每个支持I2Cbus的设备都可以简单的把这两根线并在一起就组成了一个数据交换网络,它们没有主从关系,任何一个设备既可做主设备又可做从设备,串行时钟控制数据在主从设备之间进行交换,并可以任意变换自己主从设备的角色概念.正是这些优点,I2Cbus在各行各业中都有广泛的应用.
1.2.3JRC功能
JRC是按照标准的RS-232串口通讯定义开发的调试软件,它只需要在一台主机上运行程序,与之相连的DIMM-PC计算机模块通过对应的通讯验证控制程序的合法性,就自动作为受控端受控于它,在DIMM-PC计算机模块的BIOS子界面中可以看到相应的串口怎么写作模块,完全不需在其操作系统启动后运行相关程序,运用这一专业功能,直接可以读写DIMM-PC计算机模块上的各种信息,包括内存中运行的实时信息,在应用软件开发阶段,可以直接通过串口对无显示输出硬件电路的DIMM-PC计算机模块进行加载和调试,这时在控制端实时显示受控端的相关信息及应用程序.
1.2.4主频调节功能
在一些场合,我们计算机模块对功耗有着极其严格的要求,对于DIMM-PC计算机模块中CPU来讲,降低其主频是降低功耗的有效方法之一,尤其是操作系统并没有让CPU满载工作的情况下,为此DIMM-PC计算机模块在bios中设计了主频调节功能,在CMOS设置中,可以设置CPU的主频值,当计算机工作在不同的频率,CPU工作在高低不同频率下工作.其相应的功耗可相差30%以上.2DIMM-PC接口规范
DIMM-PC的所有模块使用的DIMM-144内存插座为连接器连接方式,采用的144芯的金手指连接,有效降低连接方面的故障率,其CPU模块和扩展模块的插座长度、宽度上有一定区别,以防在连接插错.CPU模块.
3基于DIMM-PC的计算机控制系统
DIMM-PC计算机模块的用户都需要自己设计计算机模块的电路板母板,在母板上必须设计有一个DIMM-PC/CPU和DIMM-PC/IO的插座,以DIMM-PC/CPU为核心,在电路板母板DIMM-PC/CPU和DIMM-PC/IO的插座周边区域设计I/O和相关接口控制电路,如果相对应辅助电路较多,或者由于需要实现特殊的功能,那么在只要条件允许情况下设计4层以上的PCB板,同时严格按照尽量降低相互电磁干扰的原则,在电路设计过程中注意高频信号、电源和地线的布置.
3.1DIMM-PC的开发过程
任何一类控制系统都有许多的相关接口控制电路,与DIMM-PC直接相关的接口信号包括ISA总线信号、IDE硬盘控制信号、串行通讯接口信号、软驱控制信号、并口控制信号及其它辅助信号等,与DIMM-PC直接相关的硬件接口包括RJ45网络接口、串并行通讯接口、软驱接口、ide硬盘接口、ps2键盘鼠标接口及数据、地址总线接口等.
3.1.1硬盘接口
DIMM-PC模块本身携带有一块最大32M的电子盘（标准IDE接口）,在MSDOS、QNX、VXWorKs等操作系统下应用时,计算机控制系统无须外挂其他大容量的硬盘,适用于那些对体积和重量有严格要求的应用场合.如果在某些场合确实需要另外一个大容量的硬盘用于存放数据,只须按照逻辑关系将ISA总线信号IDE硬盘控制信号接入标准的IDE连接器即可,IDE连接器根据需要分为2.54mm间距40芯和2.0mm间距44芯两种.
3.1.2软驱接口在大多数场合下,软驱的用途非常重要,所以DIMM-PC模块提供了一个标准的软盘控制驱动器,只须按照逻辑关系将软驱控制信号接入标准的FD连接器即可,FD连接器根据需要分为2.54mm间距34芯和1.0mm间距26芯两种.
3.1.3串行通讯接口控制系统往往不是一个孤立的系统,同外界有着种种信息或数据的联系,同其他慢速设备之间的通讯可以直接使用TTL接口,长距离通讯的接口标准有RS-232、RS-422和RS-485等,但需要另外增加信号转换电路.
3.1.4网络接口
DIMM-PC模块本身不具有网络接口,但网络的应用已经非常普及,特别是局域网在特殊领域中的应用越来越广泛,为了满足远程网络接入或远程调试的需要,选用DM9008ISA（NE2000兼容）以太网适配器,直接利用模块的ISA总线和其他控制信号构建一款在板网卡,它完全符合IEE802.3标准,可工作在10M半双工或全双工模式.所占用的系统I/O地址可通过软件在DOS中设置.
3.2DIMM-PC的应用设计
DIMM-PC的应用方向主要在嵌入式系统方面,必须和具体应用结合在一起以适和用户对功能、可靠性、成本、体积、环境、功耗有严格要求的专用计算机系统,可用于实时控制、监视、管理或辅助其他设备的正常运行.
作为一个优秀的设计师,应实行严格的标准化、系列化、规范化设计,并将该类产品领域的基本硬件构及基本软件形成产品的统一.
3.2.1系统的资源配置
DIMM-PCCPU模块的I/O端口地址和中断资源同标准的PC/AT完全一样.在不改变CPU模块自身资源的情况下,利用CPU模块为用户保留的I/O端口地和中断资源对控制系统进行系统配置.
DIMM-PC的应用该嵌入式系统是为某重点预研项目研制的基于DIMM-PC的计算机控制系统,以先进的计算机技术、半导体技术和电子技术为基础,将具有PentiumclassCPU133MHZ的标准配置的计算机系统和所有控制功能集成在一块170*80*10mm的多层印制线路处理能力、电磁兼容性等方面均达到应用要求.
3.3Vxworks操作系统简介
系统软件基于Vxworks操作系统平台.它由美国风河公司开发,Vxworks操作系统是目前世界上最先进的高性能实时操作系统,主要应用于军事、航空航天、导弹武器系统、工业控制.它包括一个微内核、这个微内核直接包含应用模块,系统支持各种网络协议,以及FAT磁盘文件系统和多种I/O管理、良好的C++支持.
4结束语
超小型嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用领域不断向前发展的系统,伴随嵌入式处理器核心不断小型化、超低功率的进步,这将不断推动超小型嵌入式系统在各领域的应用.
【参考文献】
[1]吕京建,肖海桥.嵌入式系统综述[Z].
[责任编辑：丁艳]