基于MTK平台核心板的智能巡检仪研发

引 言

台湾联发科技股份有限公司（MTK）提供的完整的手机、平板产品解决方案在国内市场占有率很高[1]。MTK 相比高通平台准入门槛低，拥有更大的用户群体，更多的开放资料可供参考。MTK chipsets 高集成套片方案和turnkey“交钥匙”政策使得手机及相关二次开发的工作量大大降低，使 MTK 平台在除手机以外的专业领域中应用成为可能。

目前，移动智能设备的开发往往侧重于特定的应用领域， 如车载平台、射频识别、智能网关等[2]。在某一领域，这些设备往往功能相近、硬件系统相似，如果将处理器、射频模块、存储器、通信模块、电源管理等底层通用的模块集成在一起， 封装成一个大的“芯片”，并将常用接口引出，则整机的设计工作将大大简化，而这个大芯片我们称其为“核心板”。平台核心板实物图如图 1 所示。将核心板作为一个独立模块分离出来，用户只需要添加显示屏、按键、传感器等外设，利用核心板搭载的安卓智能操作系统接上电池就能工作，这种“核心板+ 外设扩展”搭积木式的设计模式不仅降低了硬件的开发难度， 还提高了整机的稳定性和可维护性。

1 巡检仪设计方案

1.1 核心板选型

某煤矿安全管理项目需要开发一款手持巡检记录仪，要求具有“三违”现场取证、下井作业人员识别卡检测、巡更轨迹信息记录、井下设备资产管理、蓝牙通信、WiFi 语音通话、图片视频采集及无线传输功能 [3]。根据上述功能需求，本文采取“核心板 + 外设扩展”的思路来实现。本设计采用MTK 手机平台、MT6572 处理器及苏州煜瑛微电子公司生产的YYW-M-6572 型核心板，该产品具有集成度高、功能完善、体积小、功耗低的优点。核心板主要由MT6627 WiFi/ GPS/BT/FM 四合一通信 芯片、MT6572 CPU、MT6166 RF Transceiver 射频模块、MT6323 电源管理芯片、AW3210 充电管理芯片、SKY77590 功放芯片、存储芯片构成。其功能模块示意图如图 2 所示， 有GPIO、UART、SPI、I2C、USB 等常用接口，且具有 WiFi、蓝牙、GSM 等常用通信模块，具有很强的可扩展性。

巡检记录仪的外设扩展部分除了可进行通用的LCD 及电容触摸屏CTP、5M 自动对焦摄像头等基础外设扩展，还可针对井下设备资产管理和人员身份识别而采用非接触式的RFID 自动射频识别技术，分别采用了 2.4 GHz NORDIC nRF24LE1 芯片和 13.56 MHz NXP MFRC522 射频芯片[4]。

1.2 扩展外设选型

2.4 G 无线传输模式在无遮挡的环境下， 识别距离大约为几十米，能满足设备信息动态管理的要求。读卡芯片采用 NRF24LE1 芯片， 对应的射频卡为有源卡， 内部也采用NRF24LE1 芯片，由纽扣电池供电。由于芯片内置高速单片机， 数据接收发送程序固化在芯片内部，采用UART 接口接收上位机指令，读卡器能对射频卡进行读写操作[5]。

人员识别采用 13.56 MHz 的短距离射频识别。卡片为采用无线感应方式供电的无源卡， 兼容 ISO/IEC14443A 及MIFARE 协议，价格低廉，应用广泛。读卡芯片采用NXP 公司生产的MFRC522 芯片，具有低电压、低功耗、小尺寸、低成本等优点， 兼容 ISO/IEC14443A 及MIFARE 模式。采用SPI 接口与上位机通信[6]。巡检仪整机设计方案图如图 3 所示。

2 软件设计

MTK 提供的 Turn key Solution 模式将芯片与手机开发所需的软件平台乃至第三方软件捆绑销售，提供了较健全的多媒体平台解决方案。MTK 源代码由核心板供应商提供，目前推荐使用Ubuntu 10.04 搭建MTK android 编译环境[7，8]。

安卓智能手机客户端应用程序是用Java 作为编程语言， 通过Eclipse 创建开发，使用Java 开发包 JDK 及安卓 ADT 进行软件开发和调试 [9]。软件开发的主要工作是调试 UART 和SPI 接口的驱动程序。下面分四步简单介绍SPI 驱动开发及应用测试步骤：

在 SPI 驱动中，有两个重要的结构，分别为 spi_device 与spi_driver。Spi_device 板信息用spi_board_info 结构体来描述，它描述了SPI 外设（RC522 模块）使用的主机控制器序号、片选信号、数据比特率、传输方式等。因此要先填充structspi_board_info 这个结构体。注册SPI 设备与驱动，通过 SPI 总线实现数据读写。这里注册一个混合设备 ：misc_ register（&rc522_misc_device）；在 read，write 操作里都会调 用 到 WriteRawRC（unsigned char Address，unsigned char value）函数，在这个函数里才真正实现了通过 SPI 对RC522寄存器的读写操作。

3 添加定时器

为了节省 CPU 资源，需要添加一个定时器，每隔一定的时间读卡一次。把 pi_register_driver（&rc522_driver）和misc_register（&rc522_misc_device）放 进 rfid_rc522_init（） 函数即可进行编译调试。

编译 rc522 驱动程序， 并通过adb usb 把生成的 rfid_ rc522.ko copy 到 /system 目录下， 然后 insmodrfid_rc522.ko， 这样驱动就以模块的形式加载进了内核系统。加载成功后，在/dev 目录下就会有rfid_rc522_dev 目录。

4 应用程序测试

驱 动 中 的 write函 数 为 rc522_write（structfile*filp， constchar*buf，size_tcount，loff_t*f_pos）；用户空间的应用程序write函数为 write（rc522_fd，bufpw1，sizeof（bufpw1））；应用程序中的write函数通过调用操作系统中的核心函数sys_ write（unsignedintfd，constchar*buf，size_tcount）来实现二者的联系，而 sys_write（）函数又对驱动中的 rc522_write（） 进行了封装。

结 语

本文介绍了一种基于核心板的快速产品开发方案，使用MTK 平台核心板运行Andriod 4.4.2 操作系统。充分利用了手机平台的高可靠性、电源管理的智能性，使得产品的设计周期缩短，可靠性增强。用户只需要在手机系统的架构上做调整， 专注软件设计而不必担心硬件的可行性 [10]。这为各专业领域移动智能设备的开发提供了新思路，特别适用于需要通信功能的手机平台，同时也为掌握手机设计技术的行业用户打破了行业技术壁垒，可以充分利用市场上成熟的手机生产供应链， 具有较高的推广价值[11]。