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  • 苹果回应向腾讯传输数据:是标记恶意网站的安全功能

    苹果回应向腾讯传输数据:是标记恶意网站的安全功能

    北京时间10月15日早间消息,据外媒报道苹果两年来一直向腾讯发送包括IP地址在内的网络浏览数据。苹果发表针对此报道的声明,称苹果通过“Safari欺诈性网站警告”保护用户隐私和数据,这是一种可标记已知恶意网站的安全功能。 以下为声明全文: 苹果通过“Safari欺诈性网站警告”保护用户隐私和数据,这是一种可标记已知恶意网站的安全功能。启用此功能后,Safari会对照已知网站列表检查网站的URL,并在用户访问的URL被怀疑存在网络钓鱼等欺诈行为时显示警告。 为了完成这项任务,Safari会收到来自谷歌的已知恶意网站列表,对于区域代码设置为中国大陆的设备,则会收到来自腾讯的列表。您访问的网站的实际URL永远不会与安全浏览提供商共享,您也可以关闭该功能。

    时间:2019-10-30 关键词: 苹果 腾讯 传输 恶意 标记

  • AC/DC转换器的简单介绍

    AC/DC转换器的简单介绍

     生活中经常听说AC/DC转换,那么它是什么呢,它就是将交流电压转换成直流电压的元件,如下图所示: AC/DC转换器 为什么需要AC/DC转换器?为什么需要AC/DC转换器? 那是因为家庭住宅和楼房接收到的电压是100V或200V的AC电压。 然而大家大部分使用的电器是在5V或3.3V的DC电压下工作的。 也就是说,如果不把AC电压转换成DC电压,电器就不能工作。 其中也有电机、灯泡等可以用交流电压驱动的产品,但电机与微控制器的控制电路连在一起,灯泡也变成节能LED,因此有必要进行ACDC转换。 为什么传输的是AC电压?可能有人会认为“既然电器使用的是DC,那为什么不一开始就传输DC?” 总所周知,电力来自水力发电站、火力发电站、核电站等。这些发电站位于山区或沿海等地区,从这些地区传输到市区,AC电压更有优势。 简而言之,通过以高电压、低电流方式传输AC电压,可以减少传输损耗(能量损耗)。 在现在的家庭用电,需要经过变压器的将电压转换,这些转换也就因AC而简单。

    时间:2019-07-19 关键词: 交流 传输 电压 电源技术解析

  • 手机蓝牙的音质之谜大剖析

    近年来,随着无线耳机的普及,蓝牙技术又被搬到了台面上来,特别是消费者对于蓝牙的音频编码技术十分的好奇,因为有些人认为蓝牙音质表现不好,所以说到底是什么因素影响着蓝牙音质的表现呢? 谈蓝牙的音质,我们要先回顾一下蓝牙音频技术的发展历史。我们都知道,目前主流的蓝牙技术是5.0和4.2,而最早的蓝牙是1.0时代,那时候的蓝牙带宽仅为723.1Kbit/s,而且那时候蓝牙带宽由于速度低,会影响到部分的音质。之后是蓝牙2.0时代,数据带宽可达到2.1Mbit/s[EDR]左右,在此标准之一,传输常见的AAC/MP3等压缩编码的音频文件已经足够。 真正影响着蓝牙音质的因素是蓝牙无线标准下传输音频的协议以及编码技术等。而目前市面上较为主流的编码技有四种:ACC,SBC,APTX和LDAC。今天,我们就带大家来聊聊,它们之间有什么不同? 1。 SBC (Sub-band coding,子带编码) 这算是最早的编码格式之一,早在蓝牙1.1时代A2DP(Advanced Audio Distribution Profile,蓝牙音频传输协议)协议诞生之后,蓝牙组织强制规定的编码格式就是SBC。此外,由于诞生的比较早,所有的蓝牙也都会支持这个协议。 然而,SBC的编码算法并不够好,在同样的数据量的情况下,音质表现远远不如MP3和AAC。主要原因是蓝牙在传输的过程中是需要转码的,并且每次转码都会损失一部分细节。以MP3为例,需要MP3转为PCM,其次才是SBC,其中的两次转码,损失了一部分的音质细节 这也是SBC的听感会比原始的MP3要差的原因。 2。 AAC(Advanced Audio Coding,高级音频编码) 这个的话,大家可能就比较熟悉了。ACC是杜比实验室为音乐社区提供的技术,是一种高压缩比的编码算法。当蓝牙支持ACC格式的文件的时候,手机自然也就支持AAC传输,并且,ACC编码的音质表现要好于SBC以及MP3。 目前,iPhone就是采用这种编码方式,当然它也兼容MP3格式,可以说AAC是一种非常好用的音频格式,128kbps的AAC足以和224kbps的mp3抗衡,空间却小了差不多一半,但是在空间上和结构上AAC和MP3编码出来后的风格还是不太一样的,感兴趣的小伙伴可以自己去尝试听听。 3。 apt-X apt-X这个大家肯定再熟悉不过了吧,它是一种基于子带ADPCM(SB-ADPCM)技术的数字音频压缩算法。原本属于CSR公司,后来CSR被高通收购了,被广泛应用于目前的安卓手机中,因此你可以很频繁地在各大手机厂商中看到apt-X这个标签。 从官网可以得知,apt-X分为三种:aptX,aptX HD和aptX Low Latency,根据名字可以认为,分别是传统aptX,高品质aptX和低时间延迟aptX。而其中大家接触最多的就是apt-X,它采用大概300kbps左右的数据量实现了理论上更高品质的声音传输。音质上,得益于高效的编码,使得声音保留的细节更多,实际听感好于前面两者,感兴趣的小伙伴可以找一台支持apt-x的安卓手机试试。 4。 LDAC LDAC是SONY研发的一种无线音频编码技术,它最早在2015年的CES消费电子设备大展上亮相。它提供了三种传输模式,首先是完全以质量为最优先的990 kbps 模式,接下来是默认的 660 kbps 普通模式,最后是和普通蓝牙标准差不多的 330 kbps 模式,主要是为了保证连接质量。 在如此高的传输速度下,可以尽可能地减少音质的细节损耗,做到真正意义上的无损音乐。不过,也由于索尼LDAC的特殊性,目前市面上兼容的设备十分的少,但不得不承认,在相当多的评测试用中,测试者表示LDAC加持的蓝牙音质听感要好于其他几种编码形式。 此外需要注意的是,索尼的LDAC还是有损的音频。不过,即使是有损,相比前面三种编码方式,还是强太多了。 蓝牙通讯技术被广泛的用于手机、智能家居、智能穿戴等通讯中。而讲到这里,相信大家对于手机蓝牙的编码技术都有所了解了吧!今天给大家介绍了四款比较主流的编码技术,相信看完之后,大家都会有所收获。

    时间:2019-06-09 关键词: 蓝牙 传输 音质

  • 一分钟秒懂RCA和XLR接口

    众所周知,当大家在使用数码音频产品时,通常要面对的第一件事情就是连线。除了我们熟悉的电源线,很多设备上还有一堆密集的音频接口,而这时候有的人可能就不知道该怎么接线了。这些接口不光功能各不相同,更让人头疼的是有的虽然功能不同,但很多接口的外观却长得一样,这就给很多新手初级用户带来了很大困扰。那么今天我们再来介绍一下也平时也很常见的RCA和XLR接口。 RCA接口 首先,RCA接口在我们日常生活中是很常见的,例如音箱、电视、功放等设备上基本都有。RCA接口得名于美国无线电公司的英文缩写(Radio Corporation of America),在上世纪40年代,这家公司将这种接口引入市场并用它来连接留声机和扬声器等设备。所以,RCA接口在欧美又被称为PHONO接口,也就是我们俗称的“莲花接口”。   RCA接口在我们日常生活中很常见 我们俗称的RCA莲花头 信号传输方面,RCA接口采用同轴传输信号的方式,中轴用来传输信号,外沿一圈的接触层则用来接地。每一根RCA线缆负责传输一个声道的音频信号,因此,用户可以根据使用声道的需要,使用与之数量相匹配的RCA线缆。比如我们想要组成一套双声道立体声系统,那么需要两根RCA线缆即可。 XLR接口 XLR接口又被称为“卡农口”,这是因为James H。 Cannon创立的Cannon Electric公司是它最初的生产商。它们最早的产品是“cannon X”系列,后来改进产品增加了一个锁定装置(Latch),于是在“X”后面增加了一个“L”。再后来又围绕着接头的金属触点增加了橡胶封口(Rubber compound),于是又在“L”后面增加了一个“R”。因此,后来人们就把这三个大写字母组合在一起,取名为XLR接口。 比较常见的三芯XLR接口 一些台式耳放上会提供四芯平衡XLR耳机接口 我们通常见到的XLR插头是3脚的,当然也有2脚、4脚、5脚、6脚的,比如在一些高档耳机线上,我们也会看到四芯XLR平衡接头。XLR接口与“大三芯”TRS接口一样,可以用来传输音频平衡信号。 这里我们简单说一下平衡信号与非平衡信号,声波转换成电信号后,如果直接传送就是非平衡信号,如果把原始信号反相180度,然后同时传送原始信号和反相信号,这就是平衡信号。平衡传输就是利用相位抵消原理,将音频信号传输过程中受到的其他干扰降至最低。 当然,XLR接口也跟“大三芯”TRS接口一样,可以传输非平衡信号,因此光从接口看,我们是看不出来它到底传输的是哪种信号。是不是学会了呢?

    时间:2019-06-02 关键词: 信号 传输 耳机

  • 采用PCI9052的ATM数据采集卡的接口电路设计

    采用PCI9052的ATM数据采集卡的接口电路设计

    PCI Interface Circuit Base On ATM Data-Sampling Card 摘要:本文首先对PCI总线接口技术进行讨论,然后介绍了PCI总线接口控制芯片PCI9052的工作原理,结合其在ATM数据采集卡中的应用,着重分析了PCI9052总线接口电路设计中的配置空间和PCB设计,并对PCI驱动程序进行介绍,最后经过验证,该结构的PCI接口符合ATM数据采集卡的数据传输要求。 关键词:总线;中断;传输 ABSTRACT:The paper discuss the technology of PCI(Peripheral Component Interconnect) interface firstly, then introduce the principle of PCI bus interface control chip PCI9052, combine it’s applications in ATM Data-Sampling CARD,mainly analyze the configuration register and PCB layout in development of PCI bus interface , and then recommend the drivers.,at last,this interface accord with the transmission of ATM Data-Sampling CARD under test. Key words: PCI BUS ;Interrupt ;Transmission 1. 引言 随着CPU 的发展,原有的工业总线标准ISA/EISA总线早已跟不上时代的步伐,PCI总线作为一种先进的高性能32/64位局部总线,可以同时支持多组外围设备并且不受制于处理器和时钟频率,并能完全兼容现有的ISA/EISA/MAC等扩展总线,非常适合于显示卡、网卡、多串口卡等高速外设,已经取代了原来ISA总线的主导地位,成为微型计算机系统的主流总线。 2. PCI总线概述 PCI总线不依附于某个具体的处理器,除了适用intel公司的芯片外,还适用于其他型号的处理器芯片,并能实现P&P,既在系统加电时,BIOS可以自动检测机器配置,而给各个外围设备分配中断请求信号和存储器的缓冲区等。PCI接口设备开发的有两种方法,一种方法是采用可编程逻辑芯片,好处是比较灵活,用户可以根据自己的需要开发出适合于特定功能的芯片。另一种常用的方法是使用专用接口芯片,通过专用芯片可以实现完整的PCI主控模块和目标模块的功能,将复杂的PCI总线接口转换为相对简单的用户接口,我们只要设计转换后的总线接口即可。PCI9052是常用的总线接口芯片。本文详细叙述采用PCI9052.进行接口电路设计,主要的创新点在于PCI9052寄存器的配置空间及PCB布线中高速信号线的处理。 3. PCI9052的工作原理 PCI9052是PLX公司为扩展适配板卡推出的一种混合的高性能PCI总线目标(从)模式接口芯片。该芯片可与多种局部总线互连,支持PCI总线上的突发传输速率达到132Mb/s, PCI9052作为目标接口芯片,只能作为从设备,但其功能独具特色。 3.1 初始化和复位 在上电过程中,PCI9052的内部寄存器有PCI BUS的RST#信号复位,并给以响应信号RETRY,在LOCAL BUS上输出LRESET#信号,还要检查串行EEPROM是否存在,如果安装了EEPROM并且它的前16位不为FFFFH,则PCI9052用EEPROM中的值来配置片内的寄存器,否则使用缺省值。PCI总线上主控设备还可通过软件的途径(在NCTRL寄存器中设置相应的位)对PCI9052复位,并给出LRESET#信号。采用这种复位以后,主设备只能访问PCI9052的配置寄存器,而不能访问LOCAL BUS,直到由主设备将软件复位的位清除为止。 3.2 片内寄存器访问 为了接口设计的最大灵活性,PCI9052提供了两种类型的片内寄存器,它们分别是PCI配置寄存器和局部配置寄存器,二者都可以PCI总线和串行EEPROM访问,也可以通过设置寄存器CNTRL[13]~CNTRL[12]禁止对串行EEPROM的访问。 3.3 直接数据传输模式 PCI9052支持PCI主设备直接访问LOCAL BUS上的设备,数据的传输方式分为内存映射的突发传输和I/O映射的单次传输,并由PCI基地址寄存器设置其在PCI内存和I/O空间的合适位置,局部映射寄存器还允许PCI地址空间转换到局部地址空间。 3.4 PCI中断的产生 PCI规范定义了四个中断信号,以INTA#为例,要产生PCI中断INTA#,首先要将寄存器INTCST的第6位(PCI中断使能位)设置为1;如果需要以软件方式产生中断,则只需将INTCST的第7位(软件中断位)设置为1即可。 4.利用PCI9052进行总线接口设计 图1ATM数据采集卡结构图 ATM(异步传输模式)不仅适用于高速信息传送和对服务质量(QOS)的支持,还具备了综合多种业务的能力,以及动态带宽分配与连接管理能力和对已有技术的兼容性,ATM系统具有光明的前景。作者所在研究所开发设计的ATM数据采集卡采用PCI9052作为接口芯片,选择支持5V32位的长卡,EEPROM选择93AA46,9052选择非复用模式,上图为其结构图。 ATM数据采集卡通过光口接收光纤传输的STM-1信元,通过物理层的PM5384把STM-1信元转换成ATM信元,FPGA把ATM信元解释成用户需要的信号,PCI9052则控制信号在ATM数据采集卡和PC之间的传输。 4.1 寄存器的配置 PCI总线支持三个物理空间:存储器地址空间、I/O地址空间和配置空间。配置空间是PCI特有的一个空间,所有的PCI设备必须提供配置空间。串行EEPROM存储了PCI9052的重要配置信息,它的内容非常重要,直接关系到整个板卡能否正常工作,需要非常注意。系统加电时,通过PCI的RST复位以后,PCI9052首先检测EEPROM是否存在。如果检测到EEPROM首字不是FFFFH,PCI9052将依次读取EEPROM的内容来初始化内部寄存器,PCIBIOS根据配置寄存器的内容进行资源分配,从而实现PCI总线的即插即用特性。PCI配置寄存器的配置如表1所示。 PCI9052中还包括局部配置寄存器,以对PCI设备的基地址、地址空间范围、地址空间描述符和片选信号等进行配置。用户可以在EEPROM中对PCI9052的局部配置寄存器进行配置,也可以使用系统对该设备分配默认值。局部配置寄存器的配置不是必须的,一般情况下使用缺省配置即可。 4.2 PCB布局布线 4.2.1 PCI卡电源要求 在设计电路图时,必须遵循PCI规范。在电源层和地线层之间的电容可为连接器上的电源引脚提供去耦作用。所有3.3V引脚和没有使用到的5V引脚需要用以下方法耦合到地: (1)每个电源引脚上必须有退耦电容,且容量至少位0.01µf。 (2)从引脚根部到电容器焊盘的走线长度不大于0.25 in ,线宽至少为0.02 in 。 PCI扩展板上所允许的最大功耗为25w,该值是指来自四条电源线功耗的总和。最大功耗也可以设置成15w或7.5w,这由连接器上的PRSNT1#和PRSNT2#引脚决定。 4.2.2 走线长度 从扩展卡的连接器到PCI元器件的引脚之间,走线长度有如下限制: (1)所有接口信号的最大走线长度为1.5 in。 (2)时钟CLK信号走线长度为2.5 in,并且只能接到一个负载上。 4.2.3 布局布线 PCI接口卡采用四层板结构,在电源层布线时采用“分裂的电源层”技术,既将电源层分成5V和3.3V两个电源层,为了防止高速信号在跨过电源层是的信号完整性问题以及由于断裂处信号线交流回路受阻造成的阻抗的不连续性,尽量不把高速信号布置在两个电源平面上,应把它们全部布在3.3V平面上访或5V平面上方,如果有的信号不得已要跨越两个区域,可以把他放到扳子的另一面,使它在地线平面上方走线。如果有的信号无论如何采用什么方法都不能不让它跨越两个电源层平面的裂缝,这时应将两个电源层平面用电容器耦合在一起,没四条跨过的线用一个0.01µF的高速电容器,并且电容器的位置距跨越点不超过0.25 in. 4.3驱动程序开发 对于开发WDM驱动程序来说,有三个常用的开发环境,Windows DDK, DriverStudio和Windriver,综合考虑它们的优缺点,我们使用DriverStudio来完成PCI9052驱动程序的开发。PCI设备有两个特征使得它的驱动程序与“标准的”或现有的设备驱动程序不同。第一个特征是PCI设备是可以再定位的。也就是说设备的地址空间不是硬件固定的,PCI设备驱动程序及其它配置软件应当用该设备配置空间中的映射信息来决定将设备映射到何处,这个可以在例程OnStartDivce中实现。 第二个持征是PCI中断是共享的。因为在系统实现中,很有可能将各个设备连到一条中断线上,这就要求PCI设备驱动程序能够支持共享的中断。在DivceStudio中使用Kinterrupt类实现中断处理,调用成员函数对中断初始化,控制一个中断服务程序和另一个之间的连接和断开。对于DriveWizard生成的框架,它在OnStartDevice(KIrpI)中对一个中断对象调用InitializeAndConnect(),完成初始化和连接。为了实现PCI中断的共享,中断服务程序必须迅速作出是否为自己板卡来的中断的判定,如果是则返回TURE,否则返回FALSE。对于需要大量操作的工作,中断服务程序会调用一个低于DIRLQ级别的延迟调用函数,在DISPATCH-LEVEL上完成处理。 4.4 验证 通过Creatfile打开设备,使用DeviceIOcontrol将IOCTL控制命令及缓冲区首地址送到驱动程序,驱动程序采用DMA方式将由FPGA重组后的数据加上一个头部信息(VPI、VCI、消息类型等)传递给上层测试程序。经验证收到的数据信息符合发送端发送的数据信息,运行稳定。 5.结束语 本文讨论了采用PCI9052作为ATM数据采集卡的接口电路的设计过程和需要注意的问题,并且在寄存器配置和高速信号布局布线方面做了深入讨论。经过验证证明,采用PCI9052设计的接口电路,电路设计简单,能够达到ATM数据采集卡的速率要求。 参考文献: 1 PCI Local Bus Specification ,Revision 2.1, June 1, 1995 2 PCI9052 DataBook 2.0 September ,2001 3 李贵山,戚德虎, PCI局部总线开发者指南 西安 电子科技大学出版社 4 刘晖 译 PCI系统结构[M], 北京 电子工业出版社 5 吴秋明,和卫星。基于RS-484总线的PC与多单片机之间的串行通信.微计算机信息,2005,8-1:2-3。 创新点:PCI9052接口电路设计的寄存器配置和高速信号的布局布线。 作者简介: 张磊(1983-),男,山东德州人,重庆邮电大学通信学院硕士研究生,主要研究方向为嵌入式技术研究。 邱绍峰(1971-),男,安徽蚌埠人,重庆邮电大学副教授,硕士生导师,主要研究方向为宽带接入网。 联系地址:重庆邮电大学通信与测试技术实验室 邮编:400065

    时间:2018-11-14 关键词: 传输 总线 电源技术解析 中断

  • 爱沛电子发布带EMI屏蔽构造的新款同轴线连接器

    和采用了2009年VESA标准的连接器相比,I-PEX Connectors爱沛电子CABLINE系列的VS II极细同轴线连接器是CABLINE系列产品的延伸。高速接触设计,高达20Gbps 数据传输率,支持最新Thunderbolt 3和IoT的应用。 新款CABLINE-VS II连接器带有360度全屏蔽构造,在整体高度仅为1.3mm max.的情况下,提供更有效的EMI控制。另外,VESA标准的连接器-CABLINE-VS的母座可以安装在相同设计的PCB板上。 CABLINE-VS II为0.5mm pitch,水平对接,30pins(40pin的版本即将上线)。 该新款连接器的高速数据传输性能和全方位屏蔽构造彻底解放设计师,使他们得以专注于提供创新解决方案。

    时间:2017-10-13 关键词: 数据 传输 连接器 全屏蔽

  • 韩成功进行水下无线通信技术试验 最大传输距离30千米

     据外媒报道,韩国海洋水产部当天表示,韩国成功实施水下无线通信试验,此次试验水深100米,通信距离长达30千米。 4月29日-5月3日期间,韩国水产部在济州岛东北部海域进行此次试验,此次试验在水下100米处进行,每隔约30千米设置一个通信设备,测试利用声波收发数据的情况。本次试验结果显示,在试验状况下收发信信号没有失常,与现有通信技术仅能在12千米内保证信号正常相比,传输距离提高2倍以上。 韩国海水部表示,此次试验成功为以后发展相关产业打下基础,计划在2021年前,研发出潜水员水下交流、水中机器人等相关技术。

    时间:2017-07-18 关键词: 无线通信技术 韩国 传输

  • Molex 的 BNC 射频连接器与组件改善查看体验

     近日, Molex 推出全新射频产品线 BNC 射频连接器与组件。Molex 此次创新针对领先的 8K 高速、高清晰度电视 (HDTV)、视频设备以及摄像头制造商而设计,其回波损耗性能超出 SMPTE 2082-1 标准,在将来拓展带宽的过程中无需再更改连接器硬件。 新型的 BNC 射频连接器产品线有助于帮助客户应对诸多的挑战。通过传输频率高达 12 GHz 的信号,该连接器采用了具有市场上最佳阻抗的匹配组件。Molex 的 12 GHz BNC 射频连接器与组件可使用户超出串行数据传输的性能要求,适合摄像头、监视器和交换装置之类的 8K 高清电视及视频设备。提高的带宽有助于承载 8K 高清视频应用所需的更多数据,实现顶尖的性能,并且使设备的 OEM 可以利用单一的视频端口来取代 4K 高清视频设备中的三个端口。设备灵活性上的选项则包括直角、垂直和穿板式的印刷电路板配置。 Molex 的 12 GHz BNC 射频连接器与组件采用 75 欧姆的阻抗,向下兼容 3 GHz 75 欧姆的 BNC 连接器。此次新设计的主要推动力来自于对广播电视市场上用户对 8K HDTV 产品的预计需求。电影电视工程师学会定期更新对硬件设计的标准,这意味着业内人员会不断的经历各种变化。Molex 提供的连接器与组件超越了 8K HDTV、8K 高清视频以及各种广播应用的串行数据传输标准,帮助客户保持领先。这类产品还可在未来实现带宽的拓展而无需更改硬件。 Molex 产品经理 Kerrie Chen 表示:“我们密切关注客户的要求,为 8K 视频改进设备。越来越多的广播设施,尤其是那些现场直播体育赛事的机构,都在寻求着不断增强观看者的体验。Molex 的 BNC 射频连接器与组件可以使高清的分辨率提高一倍。Molex 是最早满足或超出电气性能目标水平的供应商之一。”

    时间:2017-04-07 关键词: molex 传输 射频连接器

  • 详解双电池系统中的互连汽车48V和12V电源轨

    汽车工业的电气化正在以不断增长的速度发展,主要驱动力来自于政府颁布的关于二氧化碳(CO2)的减排标准。欧盟制定的目标是到2020年新车排放量仅有95g/km。中国等其它国家也正在制定类似的法规。为了满足这些标准,汽车制造商正在开发轻型混合动力电动车辆,使用次级高压电池以及标准12V汽车电池。 德国汽车制造商已开始定义并构建基于48V电池的系统。在比传统12V电池更低的电流下,48V电池可提供更多的功率,同时节省线束重量,且不会影响性能。在这种发展过程中,LV148标准已成为双电池汽车系统的主要出发点。双电池系统的顶层框图如图1所示。   图1:双电池汽车系统的框图 建议的系统存在哪些挑战?如何克服障碍?许多OEM系统要求声明,能量必须可以从48V轨道传输到12V轨道,反之亦然。若电池放电,则需要双向电力传输来为电池充电,并且在过载条件下为相反的电压轨提供额外电力。为了在不损坏电池的情况下对电池充电,控制器必须能够非常精确地控制充电电流。在大多数汽车应用中,功率传输的最大值不低,通常处于2kW至3kW的范围内。两个轨道上的电压变化可能很大。根据LV 148规范,48V电源轨通常处于36V和52V之间,而12V电源轨可处在6V至16V的范围内。保护电路还必须存在,用于可能损坏系统的任何故障条件。凭借这些要求,很明显,桥接48V和12V电压轨所需的DC / DC转换器并非一个简单的设计项目。 能意识48V电源轨和12V电源轨的电压范围不会重叠那么设计复杂性就大大降低了。对于从48V电源轨到12V电源轨的电源传输,可以使用降压转换器,而使用升压转换器可实现12V至48V电源轨方向的电源传输。由于千瓦级功率要求,每个转换器应使用同步MOSFET代替续流二极管,以提高系统效率。 降压和升压拓扑在电力电子中是众所周知的,但是设计两个单独的转换器将占用宝贵的电路板空间,并增加系统复杂性和成本。仔细观察这两种拓扑结构可以看出,降压和升压转换器的功率链非常相似。两个拓扑结构由至少两个功率MOSFET、一个电感器和一定量的输出电容组成。拓扑之间的区别是控制器。在降压拓扑中,受控开关是高侧MOSFET;而在升压拓扑中,它是低侧MOSFET。通过简单地改变受控开关,假设您选择了正确的控制器,可在使用相同的动力传动系部件的同时改变电感器中的电流流动方向。图2所示为从两个转换器解决方案到单个转换器解决方案的演变过程。   图2:单控制器双向转换器的演变过程 虽然同步开关对于高电流设计很有必要,但它并非对所有障碍物有效。在2kW的功率下,12V电源轨将导通约166A。快速查看这些内容,您会发现,您将需要多相操作来在实际操作中实现这个设计。通过使用多相架构,可以减少组件的物理尺寸,并使热管理变得更加容易。为了更容易地并联每个电源相位,降压或升压模式操作中的控制方案应该是电流模式控制。多相操作还允许每个相位的交错切换。在每个时间不切换每个相位可减少输出纹波,这又有助于减少电磁干扰(EMI)。 在所有系统中,您必须设计用于操作员安全的保护电路。常见的保护功能,如欠压锁定(UVLO)和过压保护(OVP),确保电池不会充电过猛或过度充电。峰值电感器电流限制有助于防止每个电源相承受过大应力,并使电感器饱和。在双电池汽车设置中,还需要断路器来断开48V和12V轨道之间的任何电连接。监控电路还可以帮助扩展安全功能。例如,在能量传输期间,监视每个通道中的电流可以指示是否或何时发生故障状况。 数字控制DC / DC转换器是一种可能的解决方案,但是该方法存在几个主要缺点。首先,需要大量的分立元件:每相的电流检测放大器、功率MOSFET栅极驱动器、保护电路和监控电路。每个元件将占用印刷电路板(PCB)上的宝贵空间。第二,需要高端微控制器来实现转换器的电流和电压控制环路。第三,微控制器还在保护电路中引入延迟,这可能在高功率水平下引起灾难性损坏。第四,数字控制的设计周期可以是几年的数量级。您必须深入了解开关电源和数字控制。话虽这么讲,但还有一些额外的优点。从系统级来看,数字控制可以更加灵活,允许控制方案参数和调节电压的动态变化。与其它子系统共享信息可提高总体系统性能。 TI的LM5170-Q1同步双相双向降压/升压控制器解决了许多这些挑战。集成电流检测放大器、高电流栅极驱动器和系统保护功能(包括集成断路器和通道电流监控)消除了数字解决方案中所需的许多分立元件。并行堆叠多个控制器可交付千瓦功率,同时通过LM5170-Q1专有的平均电流模式控制方案优化电流充电电池的控制。阅读博文“选择双向转换器控制方案”,了解TI的平均电流模式控制方法与常规控制方案的对比情况如何。桥接48V电池和12V电池很复杂,但若仔细考虑各个步骤,也是有可能实现的。

    时间:2017-03-22 关键词: 电池 传输 转换器

  • Marvell在2017年国际消费电子产品展(CES)上展示其在数据存储、传输和数据访问的领先技术

    为存储、云基础设施、物联网( IoT)、互联和多媒体应用提供半导体解决方案的全球领导厂商美满电子科技将在2017年国际消费电子产品展(CES)上展示其多款在云端、汽车、工业和消费市场的领先产品。这些技术彰显了Marvell帮助客户解决数据存储和网络带宽挑战难题的卓越能力。 数以亿计的联网设备,如汽车、城市和整个工业都在将数据向云端迁移。依赖高带宽支持视频和数据的虚拟现实、人工智能和自动汽车,造成了数字交通大塞车。自拍、视频和流媒体——数以亿计的社交媒体用户因分享文件而产生了海量数据,每年有超过1ZB的数据需要传输和存储。与此类似,在企业里,数据中心通过增加带宽速度来处理来自云端的海量数据流,他们必须平衡向下一代网络移动的资本和运营支出。 Marvell基于其在存储、网络基础设施和无线连接方面的传统核心优势,为客户提供业界首款差异化解决方案,帮助客户更快速、更安全、更可靠、更高效地传输应用、系统和平台的数据。 Marvell全球市场和销售执行副总裁Thomas Lagatta表示:“在Marvell,我们看到并理解了数据的未来——数据不仅是被传输和储存在云端,还应该在边缘以更快的速度、更高的安全性和可靠性来获得更大的访问性。企业的基础设施和云供应商不得不以前所未有的速度进行创新,Marvell在存储、网络基础设施和无线连接的领先地位及其系统级知识和深入的客户关系,使Marvell成为未来技术的催化剂。” Marvell提供强大的数据中心和云端解决方案产品组合,可支持一系列的以太网技术速度,这些产品包括Prestera®交换器、Alaska®以太网收发器、可支持10GbE、25GbE、40GbE的64位基于ARM的模块化片上系统(SoC)家族ARMADA®。Marvell最近发布的25GbE端到端数据中心解决方案印证了其用优化的技术实现高性能、低成本和节能计算的承诺。这项最新的解决方案来自Marvell向客户提供的最优化的25GbE端到端数据中心解决方案,通过更高的效率、模块化和开放的设计为数据中心带来更大的计算带宽。 Thomas还表示:“数据存储就像Marvell的DNA,公司将会继续对存储、网络基础设施和无线连接技术进行投入,让数据传输和存储可在从消费者到云端的多个市场间转换。” Marvell将在2017国际消费电子产品展上展示其行业领先的解决方案,展示位于Venetian酒店3304号会议室。2017国际消费电子产品展将在2017年1月5日至8日于美国内华达州的拉斯维加斯世界贸易中心和Venetian酒店举办。

    时间:2017-01-06 关键词: marvell 传输 数据存储 数据访问

  • 基于STM32技术的车载消防车信息采集与传输系统

    摘要:面对严峻的火灾形势,为了能够使指挥中心及时掌握这些信息和瞬息万变的现场环境状况,设计了一种车载消防车信息采集与传输系统。该系统结合了无线网络、无线传感技术与嵌入式技术,以模块化设计实现信息采集和传输功能,针对无线网络传输数据丢失问题,通过GPRS模块将信息传输到监控中心,保证整个车载系统的数据准确性。该系统以ARM Cortex—M4为内核的STM32F407作为微控制器,采用GPRS、GPS、ZigBee、射频(RF)网络负责网络通信的实现,将采集到的数据实时传输到监控中心,方便了解车载和火场的实时信息。 关键词:嵌入式;实时监控;信息采集;传输 近几年来,各种危险场所不可避免的火灾频繁出现,给社会安全造成了极大的隐患,于是,发生火灾时的及时补救就成为迫在眉睫需要解决的问题。消防救援人员固然速度很快,但从消防队出发到达火灾地点也需要一段不小的时间,到达火灾现场后的勘察地形和实行相应的救火措施。因此,设计一种车载消防车信息采集与传输系统,建立一个高效、覆盖范围广的车载监控系统,从而实现对车辆环境的实时监控、火场内环境变化的监测。 1 系统功能架构 车载监控系统主要实现4种功能,分别为车辆装备器材的信息采集、无线网络传输、GPS定位、终端的接收和监控。其中无线网络的传输是本系统的关键。如图1 为车载监控系统总体结构图。采用GPRS和ZigBee进行数据的处理与传输,提高系统数据在网络传输的稳定性和可靠性。ZigBee是物联网新一代信息技术的重要组成部分,在智能家居系统、工业、农业等行业得到应用和发展。通过TCP/IP协议的GPRS将数据上传至上位机,以实现车载的远程监测。 2 系统模块化设计 2.1 数据采集模块 2.1.1 火场与车载信息采集电路 本电路的设计主要是采集火场内的必要数据信息和车载的现状信息,由温度传感器和MQ系列传感器模块负责火灾现场的温度变化与有害气体的监测,通过CAN总线可获取车辆的车速、剩余油量及冷却液等参数信息。如图2所示为有害气体与温度采集电路原理图。如一氧化碳浓度信息的采集采用MQ-7传感器。将采集到实时数据通过串口发送到ZigBee节点,然后节点将信息发送到上位机的ZigBee协调器显示出来。 2.1.2 车载GPS信息采集模块 GPS导航系统是用于定位车载终端的实时位置,为监控中心的调度决策提供全面的基础性数据,当险情发生时,消防车辆能以最短的时间赶赴现场。GPS有微处理器、数据存储和信息通道等单元组成。以全球的人造定位卫星为基础,GPS接收机通过卫星天线接收到数据,并对数据进行解析获取经纬度、车速等有用信息,再通过串口发送到主微控制器显示出实时位置坐标。 2.2 无线网络模块 2.2.1 ZigBee传输模块 Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议,协定层从下到上分别为实体层(PHY)、媒体存取层(MAC)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。按网络节点功能可分为终端节点、路由节点、以及协调器节点。ZigBee网络的通信方式网络有3种:星状、网状、簇状,网络中的设备有PAN协调器、路由节点以及终端节点组成。ZigBee的拓扑结构图如图3所示。 簇状拓扑网络通信范围比较大,网络结构中处于最末端的是终端设备。在簇装结构中,大部分是FFD(全功能设备),RFD(精减功能设备)作为簇的末端。拓扑结构中只有一个主协调器。网状网络中的每个节点都可以充当路由节点。因此本系统的ZigBee组网采用簇状网络拓扑图。处理器决定着网络优劣,作为通信硬件的核心,CC2530芯片上有适应2.4 GHzIEEE 802.15.4的RF收发器,提高了接收灵敏度和抗干扰性能,配置有高容量的RAM和FLASH、支持多种串行通信协议的USART,具有高度集成和高性能的特点。其电路设计如图4所示。 2.2.2 GPRS传输模块 GPRS是一种支持TCP/IP协议,可以直接与Internet相通信的网络技术,由GPRS现场数据采集、网络运营商提供网络与远程服务器3部分组成。GPRS的数据传输是以IP包进行的,SIM900A模块内部集成了GSM控制器、TCP/IP协议,是SIMCom公司推出的一款双频 GSM/GPRS模块。火灾现场对环境参数的采集后,发送到ZigBee节点,ZigBee节点通过串口发送到SIM900A模块打并包成TCP/IP数据包完成对数据的无线透明传输。通过GPRS的无线网络与服务器建立连接,将数据发送到上位机终端显示。 2.3 系统主控制器模块 嵌入式ARM内核的STM32系列微控制器具有高性能和资源、指令丰富等优点,车载消防车信息采集与传输系统主控制模块采用意法半导体公司推出的32为基于Cortex—M4F内核的STM32F407处理芯片,片上集成了高容量的SRAM和FLASH,具有CAN与USB总线,多个USART串口通信接口和SPI总线接口等电路接口,满足多种并同时通讯的功能,处理速度快,功能强大,外部接口丰富,内部数据存储空间容量大,可以很好的实现本系统的各功能设计要求,本系统的总体设计结构框架如图5所示。 3 系统软件设计 以下是GPRS无线网络模块的部分初始化程序,先进行SIM卡网络的初始化,然后是通过软件对其硬件进行串口通信等模块的初始化。 4 系统的应用测试 监控中心上位机采用Qt开发,通过Socket编程,实现了对温度、烟雾浓度、车辆位置、车速的实时监测。本监控软件功能强大,拓展性好。监控人员可通过本监控软件对车辆进行集中监控管理,具有高效率,实时性好,调度集中,节省资源等优点。本次系统应用测试在本校进行模拟定位监测并记录轨迹,人工制造烟雾模拟火灾现场记录烟雾传感器的数据变化。测试结果如图6所示。 5 结束语 根据当前消防车车载信息还不够信息化,设计基于STM32技术的车载消防车信息采集与传输系统,车载信息采集与传输装置安装在消防车上,应用于消防车动态信息远程监控系统,具有消防车信息、车载装备器材及周边环境等信息采集和数据上传功能。它集数字化、智能化、网络化为一体,使数据采集、分析、处理实现自动化,有效提高信息采集的准确性、实时性。

    时间:2016-02-15 关键词: 嵌入式 传输 实时监控 信息采集

  • 基于Linux操作系统下的TCP/IP网络通信研究与应用

    基于Linux操作系统下的TCP/IP网络通信研究与应用

     Linux 是一种自由的Unix类多用户,多任务的操作系统,可在运行在Intel 80386及更高档次的PC机、ARMS、MIPS和PowerPC等多种计算机平台,已成为应用广泛、可靠性高、功能强大的计算机操作系统,Linux 具有内核小、效率高、源代码开放等优点,还内含了TCP/IP网络协议,很适合在服务器领域使用,而服务器主要用途之一就是进行网络通信,随着计算机办公自动化处理技术的应用与推广,网络的不断普及,传统的纸张式文件传输方式已经不再适合发展的需要,人们更期待一种便捷、高效、环保、安全的网络传输方式。 本文就是考虑到这一现状,结合基于Linux操作系统下的TCP/IP网络通信原理,给出了一种基于TCP/IP编程实现文件传输的实例,因此,TCP/IP网络通信研究具有十分重要的意义。 2 TCP/IP协议概述 TCP/IP即传输控制协议/网络协议[1](Transmission Control Protocol/Internet Protocol),是一个由多种协议组成的协议族,他定义了计算机通过网络互相通信及协议族各层次之间通信的规范,图1描述了Linux对IP协议族的实现机制[2]。 Linux支持BSD的套接字和全部的TCP/IP协议,是通过网络协议将其视为一组相连的软件层来实现的,BSD套接字(BSD Socket)由通用的套接字管理软件支持,该软件是INET套接字层,用来管理基于IP的TCP与UDP端口到端口的互联问题,从协议分层来看,IP是网络层协议,TCP是一个可靠的端口到端口的传输层协议,他是利用IP层进行传接报文的,同时也是面向连接的,通过建立一条虚拟电路在不同的网路间传输报文,保证所传输报文的无丢失性和无重复性。用户数据报文协议(User Datagram Protocol,UDP)也是利用IP层传输报文,但他是一个非面向连接的传输层协议,利用IP层传输报文时,当目的方网际协议层收到IP报文后,必须识别出该报文所使用的上层协议(即传输层协议),因此,在IP报头上中,设有一个"协议"域(Protocol)。通过该域的值,即可判明其上层协议类型,传输层与网络层在功能说的最大区别是前者提供进程通信能力,而后者则不能,在进程通信的意义上,网络通信的最终地址不仅仅是主机地址,还包括可以描述进程的某种标识符,为此,TCP/UDP提出了协议端口(Protocol Port)的概念,用于标识通信的进程,例如,Web服务器进程通常使用端口80,在/etc/services文件中有这些注册了的端口地址。 对于TCP传输,传输节点间先要建立连接,然后通过该连接传输已排好序的报文,以保证传输的正确性,IP层中的代码用于实现网际协议,这些代码将 IP头增加到传输数据中,同时也把收到的IP报文正确的传送到TCP层或UDP层。TCP是一个面向连接协议,而UDP则是一个非面向连接协议,当一个 UDP报文发送出去后,Linux并不知道也不去关心他是否成功地到达了目的的主机,IP层之下,是支持所有Linux网络应用的网络设备层,例如点到点协议(Point to Point Protocol,PPP)和以太网层。网络设备并非总代表物理设备,其中有一些(例如回送设备)则是纯粹的软件设备,网络设备与标准的Linux设备不同,他们不是通过Mknod命令创建的,必须是底层软件找到并进行了初始化之后,这些设备才被创建并可用。因此只有当启动了正确设置的以太网设备驱动程序的内核后,才会有/dev/eth0文件,ARP协议位于IP层和支持地址解析的协议层之间。 3 网络通信原理 所有的网络通信就其实现技术可以分为两种,线路交换和包交换,计算机网络一般采用包交换,TCP使用了包交换通信技术,计算机网络中所传输的数据,全部都以包(Packet)这个单位来发送,包由"报头"和"报文"组成,结构如图2所示,在"报头"中记载有发送主机地址,接收主机地址及与报文内容相关的信息等,在"报文"中记载有需要发送的数据,网络中的每个主机和路由器中都有一个路由寻址表,根据这个路由表,包就可以通过网络传送到相应的目的主机。 网络通信中的一个非常重要的概念就是套接字(Socket)[3,4],简单地说,套接字就是网络进程的ID,网络通信归根到底是进程的通信,在网络中,每个节点有一个网络地址(即IP地址),两个进程通信时,首先要确定各自所在网络节点的网络地址,但是,网络地址只能确定进程所在的计算机,而一台计算机上可能同时有多个网络进程,还不能确定到底是其中的哪个进程,由此套接字中还要有其他的信息,那就是端口号(Port),在一台计算机中,一个端口一次只能分配给一个进程,即端口号与进程是一一对应的关系,所以,端口号和网络地址就能唯一地确定Internet中的一个网络进程。可以认为:套接字= 网络地址+端口号 系统调用一个Socket()得到一个套接字描述符,然后就可以通过他进行网络通信了。 套接字有很多种类,最常用的就有两种;流式套接字和数据报套接字。在Linux中分别称之为"SOCK_STREAM"和"SOCK_DGRAM)"他们分别使用不同的协议,流式套接字使用TCP协议,数据报套接字使用UDP协议,本文所使用的是流式套接字协议。 4 网络通信原理在文件传输程序设计中的应用 网络上的绝大多数通信采用的都是客户机/服务器机制(Client/Server),即服务器提供服务,客户是这些服务的使用者,服务器首先创建一个Socket,然后将该Socket与本地地址/端口号绑定(Bind()),成功之后就在相应的Socket上监听(Listen()) 。当Accept()函数捕捉到一个连接服务(Connect())请求时,接受并生成一个新的Socket,并通过这个新的Socket与客户端通信,客户端同样也要创建一个Socket,将该Socket与本地地址/端口号绑定,还需要指定服务器端的地址与端口号,随后向服务器端发出 Connect(),请求被服务器端接受后,可以通过Socket与服务器端通信。 TCP是一种面向连接的、可靠的、双向的通信数据流,说他可靠,是因为他使用3段握手协议传输数据,并且在传输时采用"重传肯定确认"机制保证数据的正确发送:接收端收到的数据后要发出一个肯定确认,而发送端必须要能接受到这个肯定信号,否则就要将数据重发。在此原理基础之上,设计了基于Linux 操作系统下TCP/IP编程实现文件传输的实例。我们采用客户机/服务器模式通信时,通信双方发送/接收数据的工作流程如图3所示。 文件传输就是基于客户机/服务器模型而设计的,客户机和服务器之间利用TCP建立连续,因文件传输是一个交互式会话系统,客户机每次执行文件传输,都需要与服务器建立控制连接和数据连接,其中控制连接负责传输控制信息、利用控制命令、客户机可以向服务器提出无限次的请求,客户机每次提出的请求,服务器与客户机建立一个数据连接,进行实际的数据传输,数据传输完毕后,对应的数据连接被清除,控制连接依然保持,等待客户机发出新的传输请求,直到客户机撤销控制连接,结束会话。 当进行文件传输时,首先向服务器发出连接请求,服务器验证身份后,与客户端建立连接,双方进入会话状态,这时只要客户端向服务器端发出数据连接请求,建立起数据连接后,双方就进入数据传输状态,数据传输完毕后,数据连接被撤销,如此循环反复,直到会话结束,从而实现将文件从服务器端传输至客户机端。 5 文件传输程序设计流程[5,6] 5.1 客户端的TCP应用程序流程 (1)先用Socket()创建本地套接口,给服务器端套接口地址结构赋值。 (2)用Connect()函数使本地套接口向服务器端套接口发出建立连接请求,经3次握手建立TCP连接。 (3)用Read()函数读取所要接收的文件名以及存放在内存里的文件内容。 (4)用Open()函数打开客户端新建立的目标文件,如果没有建立,该函数会自动生成目标文件,等待存放文件内容。 (5)最后用Write()函数将读取的文件内容存放在新的目标文件中,以实现服务器端向客户端的文件传输。 (6)通信结束,用Close()关闭套接口,停止接收文件。 5.2 服务器端的TCP应用程序流程 (1)先用Open()函数打开等待传输的可读文件; (2)用Socket()创建套接口,并给套接口地址结构赋值; (3)用Bind()函数绑定套接口; (4)用Listen()函数在该套接口上监听请求; (5)用Accept()函数接受请求,产生新的套接口及描述字,并与客户端连接; (6)用Lseek()函数是为了在每次接受客户机连接时,将用于读的源文件指针移到文件头; (7)用Read()函数读取一定长度的源文件数据; (8)最后用Write()函数将读取的源文件数据存放在内存中,以便客户端读取; (9)传输完毕时,用Close()关闭所有进程,结束文件传输。 在文件传输过程中,很重要的一点是:当服务器端开始发送数据时,客户端要同时进行文件数据的接收。如果客户端没有运行,服务器端会一直等待客户端发送请求,当服务器源文件发送完毕,则客户端也将源文件的数据完全接收,并生成新的目标文件,从而实现文件的网络通信。 6 结语 Linux操作系统在网络应用方面具有很强的开发潜力,同时Linux也是可靠性、安全性非常高的系统,因此在基于TCP/IP网络通信的研究与开发中,通常选用Linux操作系统作为开发平台。 本文是介绍基于Linux操作系统下TCP/IP网络通信的实际应用主要用于文件的网络传输,解决了文件传输的效率问题,作为进一步完善,可以在文件传送的过程中,加入如身份验证、权限分配、文件加密等安全机制,保证一些重要文件在传送过程中不会出现泄密的情况,该设计可广泛应用企业办公区域网中。

    时间:2015-11-12 关键词: Linux 传输 编程 电源技术解析

  • 光通信系统技术趋势之三——超越100G,单通道传输速率继续提升

    随着社会信息化进程的不断推进,以视频、云计算、物联网为代表的新兴业务对带宽需求剧增,现有的骨干光传输系统无法满足日益增长的互连容量需求,迫切要求进一步提升传输容量。 实际上,随着网络传输容量需求的激增,光传输系统其单通道传输速率在经历了从2.5Gbit/s->10Gbit/s->40Gbit/s->100Gbit/s的提升,正在酝酿下一代的超100G光传输系统。光传输复用维度也从单纯的时分复发展到时间、波长、频率、偏振态、传输模式的多维复用、多管齐下。面向未来网络容量需求的光传输,Pbit多芯空分复用以及光子轨道角动量复用已成为业界研究热点。在具体实现上,高级正交幅度调制、相干接收、数字信号处理、多载波技术和光电集成工艺等新技术逐步引入并持续优化,不断提升光传输性能,降低光传输成本。 基于成本和兼容性等方面的考虑,充分利用已铺设的光纤光缆,在现有光传输系统上通过升级和改造光收发单元以提高单个波长通道传输数据率的方式来提升系统容量,具有最优的性价比和可行性。超100G光传输将继承100G光传输系统的设计思想,采用偏振复用、多级调制提高频谱效率,采用数字相干接收提高接收机灵敏度和信道均衡能力。 超100G光传输意在可用频带资源不变的情况下进一步提升单根光纤的传输容量,其关键在于提高频谱资源的利用率和频谱效率。对于光传输系统而言,光纤损耗窗口所导致的可用带宽限制和光传输通道光器件级联所引起的窄带滤波效应要求光传输的频谱效率最大化;光传输通道的非线性效应要求光传输功率的效率最大化。此外,光电器件水平对光传输符号基带带宽亦有限制。 针对上述超100G光传输挑战,业界从以下方面入手解决:①充分利用光信号可调制维度(幅度、相位、偏振态)来承载数据以提高频谱效率;②采用多载波和正交频分复用技术提高频谱利用率并降低符号传输的波特率以抑制色散的影响、减小对光、电器件带宽的要求;③采用数字相干接收技术提高接收机的灵敏度和信道均衡能力,采用更高增益的纠错编码提高系统的健壮性。④采用先进的光电集成技术减小体积,降低功耗,提高系统可靠性。 需要注意的是,尽管多维度多级调制可以有效提高频谱效率,减小对传输通道和光电器件带宽的要求,但多级调制会减小星座图上符号之间的最小间距,降低OSNR灵敏度以及传输损伤容忍能力。因此,选择更高级别的QAM调制可以提高超100G的频谱效率和传输速率,但由于强度噪声和相位噪声容忍能力减弱,其传输距离可能远低于目前100G系统。 光电器件集成技术是超100G光传输实现的基础。尽管多载波传输级数可以降低了系统对光、电器件的带宽要求,将器件功耗由平方增长降低为线性增长,但其带宽和功耗要求仍然惊人。光电器件集成工艺是影响超100G光传输设计方案可行性和系统性能的关键因素。 鉴于目前的客户业务需求和光电器件工艺水平,400Gbit/s光传输速率是最具可行性和性价比的解决方案。基于灵活栅格的双子载波偏振复用16级正交幅度调制(2SC-PM-16-QAM)的400G光传输是业界普遍看好的方案之一。该方案每一个传输通道占用75GHz带宽,其频谱效率可以达到5.3bit/s/Hz,较100Gbit/s光传输2bit/s/Hz的频谱效率可以有较大提高。由于采用了较为密集的16QAM调制,400G传输损伤容忍能力(传输距离)较100G光传输系统有所下降,预计会在城域及数据中心互联场合率先应用。

    时间:2015-06-02 关键词: 传输 光通信

  • 基于cPCI总线的嵌入式遥测前端处理器系统设计

    遥测数据处理系统在航空、航天等军工试验领域有着广泛的应用。在航空飞行试验中.遥测数据处理系统为各类试飞测试数据的实时处理提供了手段和平台,是试飞员、试飞指挥员及试飞工程师协同完成新机试飞必不可少的重要设施,是确保现代飞机试飞安全、提高试飞效率、缩短试飞周期、实现综合试飞的重要手段。 遥测数据处理系统中的核心设备——遥测前端处理器,技术上经历了从分立式、智能式到嵌入式的快速发展。我国遥测前端处理器的研发经历了从引进、合作研制到完全自行研制的历程。 遥测前端处理器是一套嵌入式实时计算机系统,承担着遥测PCM数据的同步、分路、工程单位转换、数据计算、数据分配等实时处理任务。它和遥测系统管理服务器、工作站等设备通过网络联接和系统集成,组成当前流行的基于C/S结构的遥测数据处理系统。可以说,遥测前端处理器的技术水平代表了遥测数据处理系统的技术水平。 1 系统功能和主要技术指标 遥测前端处理器的功能简单地说,就是把来自遥测接收设备送来的多路串行PCM(Pulse Code Modulation)数据流进行同步、分路、合并、存储,并对转换后的并行数据进行工程单位转换、导出参数计算等实时处理,通过网络把数据传送给显示工作站。再通过遥测记录数据重放,为用户提供同实时方式一样的处理功能和更为详细的数据分析功能。 遥测前端处理器主要技术指标为: (1)可同时完成2路PCM数据流的同步和分路,每路PCM速率不大于20Mbps。 (2)实时数据处理速率:20Mbps。 (3)数据传输:交换式以太网、网络带宽1000Mbps、广播方式和“点对点”方式。 (4)数据存储:满足在最大速率下数据存储不丢失,磁盘容量满足不小于4小时的记录时间。 (5)D/A输出:12位、16路模拟信号输出。 2 系统组成和体系结构设计 二十世纪90年代,因受当时的计算机技术限制,国内外大多数嵌入式遥测前端处理器都采用了基于VME总线的计算机平台和双总线、多CPU、百兆以太网接口的体系结构,其技术复杂、成本高、软件开发难度大、系统研制周期长。 当前计算机技术的发展,使得CPU速度和总线速率已不再是新一代嵌入式遥测前端处理器的瓶颈,基于单CPU、单总线和千兆以太网接口的体系结构成为新一代嵌入式遥测前端处理器的主流设计。板卡化后的遥测前端设备,如码同步器、分路器、时码发生器等作为计算机的一个插件板,嵌人到工业计算机系统中,其组成已简化为:19英寸计算机箱、CPU板、多功能PCM分路器板、时码板、D/A板和存储设备,其典型结构与组成见图1所示。新一代嵌入式遥测前端处理器体系结构简化,性能和可靠性提高,成本降低,研制周期缩短,更容易集成为基于C/S结构的多数据流遥测数据处理系统。   3 硬件设计 3.1 总线平台和OEM板卡的选择 计算机总线平台是嵌入式遥测前端处理器的关键,当前国外嵌入式遥测前端处理器均选用了目前流行的Compact PCI计算机总线平台。该平台吸收了PC机商用技术的最新成果,数据传输速率满足新一代嵌入式遥测前端处理器实时处理多条PCM数据流时的传输要求,环境条件、可靠性等都满足运输类飞机机载、地面活动车载等环境使用要求。 遥测前端处理器中的其他硬件,除PCM分路器板外,均选用了OEM产品。机箱选用12槽Compact PCI机箱(包括电源组件和磁盘);根据处理要求,本设计的CPU板选用了美国SBS公司的C7系列,CPU PⅢ1GHz,RAM 1GB,2个1000Mb以太网口,1个SCSI口。时码板选用了美国DATUM公司带GPS授时的BC637;D/A板选用了美国NI公司的 N16713系列,每板8通道.每通道lMSps,D/A分辨率为12位。 考虑到单片式全数字码同步器在国外已有使用,因此在多功能双PCM分路器板设计时已预留了单片码同步器的芯片位置。本设计码同步器选用外置式码同步器。 3.2 多功能双PCM分路器板的设计与实现 PCM 分路器板是嵌入式遥测前端处理器的关键插件,国外也有不少单板、单PCM分路的OEM产品。但高端产品的购置受到西方国家诸多限制,因此,选取了自行设计的技术途经,研制成功了基于Compact PCI总线的多功能双路。PCM分路器板,其技术水平达到当前国际先进水平。 3.2.1 PCM分路器板的硬件逻辑设计 多功能双PCM分路器的原理框图如图2所示,由双PCM分路器(包括帧同步检测、帧/子帧同步策略及相应的时序控制逻辑等)、PCM模拟器、语音采集等功能模块组成。主要功能均由大规模集成电路CPLD可编程逻辑芯片实现。   CPLD选用了Latfice公司的ISP 4512V系统在线可编程器件。由于ISP便于现场更改,降低了研发成本,缩短了系统调试时间。 在众多通用的PCI接口芯片中,选用了目前业界设计选用的主流芯片:PLX公司的PLX9054。PLX9054是一种功能强、使用灵活并符合 PCIV2.2规范的32位、33MHz的。PCI总线接口控制器,它可以作为PCI总线的主控设备去控制总线,也可以作为目标设备去响应总线。 PIX9054提供了PCI总线、EWROM、IDCAL总线3个接口,作为一种“桥”芯片,在PCI总线和LOCAL总线之间有3种直接的数据传输模式。本设计选用了DMA数据传输模式。PLX9054以其强大的功能和简单的用户接口,为PCI总线接口的开发提供了一种简洁的方法,设计者只需设计本地总线接口控制电路,即可实现与PCI总线的高速数据传输。 3.2.2 帧、子帧同步及同步策略的实现 PCM 数据一个参数是以一个字或多个字的方式表达的,每个字由若干码元组成,而在一个PCM采集系统中,所有测试参数组成一个参数群,该参数群称为帧/子帧结构。怎样才能准确地区分每个字的起始位置.正确地恢复采集参数的并行数据,也就是获取帧/子帧以及表示各参数的数据字的起始时刻相一致的脉冲序列,其过程即称为帧/子帧同步。帧,子帧同步信号的作用在于在一串信号群中,给出一个起始时间标志,以便对每个参数字进行正确地分路,其特点是:它本身的信息量不大,但对传输的可靠性要求很高。帧同步检测器是PCM分路器板的关键部分,其他工作都是在帧同步检测器完成正确的检测后进行的,因此,帧同步检测器起着至关重要的作用。其框图如图3所示。[!--empirenews.page--]   按照数据采集方案的格式要求,预先由处理器进行初始化设置,包括帧同步码组、同步码组的长度和允许同步码组的错误位数。随着时间的推移,PCM数据在CLDCK信号的控制下,逐位进入移位寄存器,移位寄存器的输出数据进入比较器,随时与帧同步码组进行比较,在同步码组长度逻辑的控制下,一旦检测到可能的同步码组,则比较器输出同步信号,该同步信号还必须由判决器来进行判决才能决定其是否有效。其方法是:预先设置允许的错误容限也就是允许的错误位数,然后根据比较器的输出信号是否满足错误容限的要求来决定真正的同步信号的输出。帧同步信号的产生为整个PCM分路器板提供了最基本、最重要的时序依据。 帧同步策略是PCM分路的关键技术之一,其意义在于最大限度地解决数据传输过程中造成的“漏同步”和“假同步”现象,以降低误码率,进一步提高数据检测的可靠性和有效性。一种基本的且经实践检验行之有效的帧同步策略是:在帧同步检测完成后,按照PCM格式定义的PCM字长和帧长,连续找到几个(一般为3个) 相匹配的同步码组后,即认为帧确为同步。 帧同步策略的逻辑实现如图4所示。由图4可以看出,帧同步的正确性可以依据以下条件: (1)同步码组的正确性。 (2)帧长的正确性(通过帧长计数器与帧长预置值的比较实现)。 (3)同步、检测和失步的判别。不同的设计者可采用不同的方法,目的是消除假同步和漏同步的影响。可以采取以下方法:若比较器连续出现3个相等值时同步,当有一个不等值时,进入检测状态;而当出现连续3个不等值或检测一定时间后不能同步时,则进入失步状态。   以上解决了帧同步的问题,也就是找到了每一帧的起止位置。然而,每一帧的各数据字在特定的测试方案中又不可能相同,如何来确定某个参数字在哪一帧的哪个位置?帧同步以后,数据传输的正确位置是否可靠?这就是子帧同步要解决的问题。多年来,国内外广泛采用的于帧同步方式为ID同步方式。 子帧同步策略是PCM分路的另一关键技术,其意义在于:在帧同步的基础上,对数据的可靠性作进一步的容错检测。一种常用的且经实践检验较为可靠的子帧同步策略是:连续检查几个子帧数据(一般为3个),其子帧同一位置的ID字如果相同或相邻子帧相应的ID字连续,则判决为子帧同步,否则子帧不同步。 子帧同步策略逻辑实现如图5所示。由图5可以看出,子帧同步与策略的正确性依据以下条件: (1)ID字位置及其值的正确性(如过零检测)。 (2)子帧长的正确性(通过子帧长与帧计数器值的比较判断)。 (3)同步、检测和失步的判别,方法与帧同步策略类似。   在本设计中,双PCM帧同步检测、帧/子帧同步策略均通过CPLD逻辑器件实现,不仅提高了设计的集成度,而且提高了系统的可靠性及其性能,使每路PCM分路速率达到20Mbps的国际先进水平。 4 软件平台选择及软件组成 目前常用的遥测前端处理器操作系统有Windows2000和VxWorks二种。Windows2000通用、软件资源丰富、易于使用和扩展;而 VxWorks是一个用途广泛的实时操作系统,具有良好的实时性、可靠性和可裁减性。根据遥测数据处理的实际需求,本设计选用了Windows2000,程序设计语言选用C++。 遥测前端处理器软件组成与实时数据处理流程框图如图6所示。   图6 遥测前端处理器软件组成与实际工资时数据处理流程 遥测前端处理器中的软件由PCM数据采集、参数提取、工程单位转换、数据合并与导参数计算、报警参数处理、数据存储、网络通信与数据分配等模块组成。其中,采集、参数提取、工程单位转换模块与数据流相对应,每个数据流单独一套。PCM数据经采集后,接事先定义对参数进行提取、工程单位转换和必要的处理、存储。按事先设置,需要模拟输出的数据直接由D/A板输出,通过网络把工程单位数据和原始数据传输给工作站,由工作站完成遥测数据的各种方式的可视化显示和飞行试验专用数据分析与处理。 基于cPCI总线的新一代嵌入式遥测前端处理器的设计和实现,使遥测数据处理系统的集成更加容易。其20Mbps的速率、双路PCM数据的分路和实时处理能力。可满足现代军、民机飞行试验遥测数据处理要求。它的应用使我国的飞行试验遥测数据处理技术水平得到很大的提升。同时,cPCI总线的加固特性,使以嵌人式遥测前端处理器为核心而组成的实时遥测数据处理系统,满足了运输类飞机机载要求和地面车载环境要求,拓宽了遥测前端处理器在军工试验和民用工业试验等领域内的应用范围,有着广阔的应用前景。

    时间:2015-05-12 关键词: 存储 传输 同步 嵌入式处理器 实时

  • 支持网络传感器的嵌入式操作系统设计

    引言 网络传感器是集传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及通信技术、分布式信息处理技术于一身的资源受限的嵌入式设备,是“普适计算”在微型嵌入式领域的一种重要应用模式。 网络传感器的研究过去一直受限于硬件平台而发展缓慢。随着半导体技术、通信技术、微电子技术和微机械技术的不断进步,低功耗、低价格、多功能的传感器网络系统得到了快速发展,使得制作微小、有弹性、低功耗的传感器节点成为现实。 背景 应用特点 网络传感器应用有其自身的特点,主要有以下几个方面:小尺寸和低功耗、并发密集操作、有限的物理并行性和控制层次、多样化的设计和使用。一方面,传感器资源极其有限,给底层嵌入式程序设计带来较大的限制;另一方面,传感器上运行的应用程序和系统内核通常是紧密结合在一起的,且运行时需要的任务数量、执行时间、执行结果以及内存消耗等是可以较好预计的。 此外,传感器种类繁多,针对不同应用场合需要不同种类的传感器;在军事应用、空间探索等特定应用场合下,更是需要大量的不同种类的传感器协同合作来完成特定应用事件。因而传感器上运行的软件系统如果能够具备相对较好的灵活性、可配置性和可重用性,将能更好地满足应用需求。 现有嵌入式OS比较 当前存在众多的嵌入式操作系统,其中具有代表性的如Vxwork、WindowsCE,pSOS和Neculeus等,它们的优点是:功能强大;具有丰富的API和嵌入式应用软件;具备良好的实时性能,尤以Vxwork为代表;具备良好的稳定性。缺点是:价格昂贵;源代码不公开,以及由此导致的诸如对设备的支持、应用软件的移植等一系列的问题;另外对于传感器器件来说,这些嵌入式OS都显得过于“庞大”了一些。 uc/os和嵌入式Linux当前正获得越来越广泛的应用。 它们的优点是:执行效率高、占用空间小、可扩展性能好,同时是免费且源代码公开的。uc/os具备良好的实时性能,嵌入式Linux的实时性能有待进一步提高。缺点是:它们都是相对通用的嵌入式操作系统,不能完全适应传感器应用领域的需求,如嵌入式Linux最小仍然需要上百K的ROM和RAM空间才能工作,而uc/os的内核尽管可缩减至几K,但是对于某些传感器应用来说,仍然显得不够精简。 UC Berkeley设计开发了无线传感器网络应用的嵌入式操作系统TinyOS以及系统编程语言nesC。我们在剖析现有嵌入式OS特别是TinyOS的基础之上,设计实现了支持网络传感器的微型嵌入式操作系统γOS,并开发了系统编程语言AntC。 γOS设计 γOS是以网络传感器应用为目标的微型嵌入式操作系统,针对网络传感器的前述应用特点,γOS的设计具备几个特性:支持足够微小的硬件系统,便于传感器设备在检测环境中的任意撒布;支持足够低的系统功耗,保证传感器设备具备足够长的生命期;支持集成可与物理世界交互的传感设备,实现数据的采集和传输;同时兼顾适度灵活的可重用性、可配置性。 γOS还必须解决传感器网络的两个突出问题: 1)由于网络传感器操作的并发密集性,因而必须保证众多不同数据流的并发即时传输; 2)系统必须提供高效的模块化管理策略,具体硬件设备和具体应用组件必须紧密地结合在一起,减小处理和存储开销。为此,γOS的设计重点主要集中在以下几个方面:低能耗的微型内核;微线程的系统架构;组件化的功能设计;支持传感通信的接口。 支持低能耗的微型内核 为了降低能耗,γOS设计了一种相对简单的内核机制,它由两部分组成:系统初始化代码以及一个微小的核心调度组件。系统初始化代码具有平台相关性;核心调度组件实现基于优先级的两级调度机制,它分别由两个调度队列组成:事件队列和任务队列。事件队列优先级高于任务队列的优先级,每个队列内部基于 FIFO调度机制。   图1 γOS的内核调度示意图 此外,为了降低能耗,在借鉴TinyOS的能耗管理算法的基础之上,设计实现了能耗控制组件:动态电源管理DPM组件和动态电压调整DVS组件。 微线程的系统架构   图2 微线程的系统架构 如图2所示,γOS的通过组件来实现基于事件驱动模式的微线程系统架构,采用事件触发去唤醒相应的功能组件工作。每个功能组件可以由以下几个部分组成:事件处理函数 用以实现对底层硬件中断的处理,如MCU外部中断、定时器中断等,它可以向核心调度组件提交任务,但并不等待任务的执行。事件优先级高,可抢占任务执行,可以传递。它提供了一个简明的方法用于抽象软硬件之间的边界,使得支持硬件中断变得非常简单。 命令 用以执行对底层组件的操作,是非阻塞的,且必须向调用者返回命令执行的结果(成功或失败)。 任务 用于表示组件中计算相对集中的一组操作。任务不具有抢占性,任务与任务之间是原子化的,以先进先出的方式执行,即一个任务必须执行完之后才能执行下一个任务。但任务可以被事件处理函数抢占。 组件状态 用以表示组件当前的工作状态,可以被自己的功能函数或其他组件所参考。 利用微线程的系统架构,γOS可有效降低上下文切换代价;同时,通过引入原子语句来处理任务和事件,甚至事件和事件之间的并发操作,实现微线程异步通讯机制,有效地避免阻塞、轮询和数据资源竞争。 组件化的功能设计 在特定应用场合下,需要大量的不同种类的传感器协同合作来完成特定应用事件,因而传感器上运行的软件系统具备相对较好的灵活性和可配置性。 为此,γOS提供了对组件化的功能设计方式的支持。γOS可分解为一个核心调度组件和若干功能组件。现有的功能组件主要包括:能耗控制组件如动态电源管理 DPM组件和动态电压调整DVS组件,AntIP协议(支持微型嵌入式TCP/IP协议)组件,USB驱动组件,网卡驱动组件和XML分析器组件等。[!--empirenews.page--] 根据不同应用配置不同的功能组件,以实现特定的目标。γOS支持静态配置和动态加载两种方式。静态配置组件最少可只包括一个核心调度组件,而其他的功能组件可根据相应的应用需求选择预先静态配置方式或者动态加载方式。   图3 γOS组件示意图 支持传感通信的接口 γOS通过AntIP组件实现对传感器通信的接口支持,主要有支持传感器节点间的对等(Peer-To-Peer)通信和组播通信模式,支持传感器节点与PC间的对等通信模式和支持基于事件的异步通信处理模式。 AntIP是一个适用于8/16位机的微型嵌入式TCP/IP协议栈,它尽管去掉了许多全功能协议栈中不常用的功能,但仍然保留了网络通信所必要的协议机制,支持ARP,IP,ICMP,TCP,UDP等协议,并且提供了简易的应用层接口和设备驱动层接口。AntIP的设计借鉴了uip的设计思想。 典型应用   图4 硬件平台示意图 γOS是以网络传感器应用为目标的,它可以运行在多种目标传感器上。我们采用γOS机制,针对图像数据采集方面的应用,设计了一套较典型的网络图像传感器系统。该系统主要由主控模块、存储模块、USBhost模块、以太网模块、摄像头模块和串口模块(预留接口)组成,采用的芯片分别为Philips 公司的 P89C60X2(80C51芯片)、USB控制芯片SL811HS、RAM芯片62256和NIC芯片RTL8019AS。 平台部分初始化代码(AntC语言)如下: useSL811HS useCamera useRTL8019 classPlatform { publicstaticintInit() { RTL8019.Init(); if(SL811HS.UsbInit()==FALSE) return-1; if(Camera.CameraInit()==FALSE) return-1; if(Camera.CameraStart()==FALSE) return-1; AntIP.Init(); return1; } publicstaticvoidStart() { postAntIP.Run; } publicstaticvoidmain() { Init(); Start(); } } 该部分代码做了网卡模块、USB模块以及摄像头模块的初始化工作。 结语 采用γOS的网络图像传感器的各模块的代码量及所需数据空间大小如表1所示。从该表中可看出γOS的核心代码量基本接近TinyOS的核心代码量。 表1 模块代码量与所需数据空间   在这篇文章中,我们简要阐述了网络传感器在普适计算环境下的应用特点,介绍了一个以网络传感器为应用目标的嵌入式操作系统γOS的设计和几个特点,并建立了一个典型应用平台,最后简要给出了γOS在该平台上的性能。

    时间:2015-01-12 关键词: 架构 接口 传输 编程 驱动开发

  • 基于ZigBee和GPRS的远程抄表系统设计

    摘要:针对当前传统抄表效率低、成本高、劳动强度大等问题,提出了一种无线远程抄表方案。结合ZigBee无线短距离通信技术和GPRS技术设计了一套抄表系统,该系统广域网采用GPRS技术通信,局域网采用ZigBee无线短距离通信,该系统具有能耗低、稳定性强、成本低、通信安全可靠等特点。经现场试验测试,该系统能够完成数据采集、传输,抄表成功率高,同时该系统在医疗、环境监测等领域应用前景广阔。 0 引言 随着我国电力企业改革的不断深入,电力企业无论是在管理方面还是在技术操作方面越来越现代化、智能化,而抄表作为电力行业的基础业务,抄表工作的好坏、抄表速度的快慢直接影响着电力工作的优劣。现如今传统的抄表方式由于效率低、成本高、劳动强度大等问题,已无法满足现代社会的需求。为此提出了一套先进的远程无线抄表系统, 此系统主要是将ZigBee技术和GPRS网络结合在一起,来实现远程终端对用户电表的控制。 1 系统总体设计 系统总体设计如图1所示。基于ZigBee和GPRS的远程抄表系统主要有三部分组成。 1.1 数据采集传输端 数据采集传输端主要由采集器和集中器组成,数据传输端是通过ZigBee无线网络技术通信。ZigBee技术是一种新兴的短距离、低复杂度的无线网络技术,具有功耗低、成本低、网络容量大、时延短、网络的自组织、自愈能力强、通信可靠等特点。数据采集传输端主要负责用户电表数据的采集和采集数据的转发,使数据顺利传输到协调器。 1.2 协调器和GPRS网络 协调器是整个系统的中间节点,负责ZigBee网络的组建并且将ZigBee网络采集到的数据通过GPRS网络传输到监测中心。GPRS网络是远程无线通信网络,具有传输数据大、实时在线、频率利用率高、传输可靠等特点。 1.3 监测中心 监测中心由监测设备和数据库服务器组成,监测设备接收协调器发来的数据,同时可以向协调器发送需求。 2 系统硬件设计 2.1 数据采集传输端硬件设计 数据采集传输端主要负责电表数据的采集以及发送。采集器负责电表数据采集,集中器起到承上启下的作用,一方面是负责将采集器采集的数据顺利传送给协调器,另一方面是负责传达协调器下达的命令。采集器和集中器均采用电源供电。采集器由传感器模块、处理器CC2430模块、电源模块、电源管理模块、天线模块、LED指示灯6部分组成,而集中器的组成包含除去传感器模块的所有模块。主控芯片采用CC2430芯片是因为CC2430在ZigBee技术应用中的优势,CC2430是chipcon公司研究推出的、用来实现嵌入式的片上系统,CC2430芯片具有高性能、低能耗、抗干扰能力强等特点,CC2430芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器,具有128KB可编程闪存和8KB的RAM,CC2430芯片工作时的电流损耗为27mA,休眠模式时仅为0.9 μA的能耗,待机模式时更少。电源模块用于给处理器供电,LED指示灯用于显示网络的状态。 2.2 协调器节点硬件设计 协调器由ZigBee无线通信模块、处理器模块、电源模块、电源管理模块、GPRS模块、LED指示灯、LCD模块、数据存储模块8部分组成,具体结构如图2所示。 协调器模块也采用电源供电。ZigBee无线通信模块主要用于数据通信,其设计和集中器一样。处理器模块用于数据处理和远程操作功能的实现,其主控芯片选用美国德州仪器的MSP430F系列,MSP430F系列是一种具有功耗低、功能强、性能好等技术特点的16位单片机,具有丰富的寻址方式,程序代码可以方便地写入和擦出,并且与MSP430F系列相适应的C430语言与标准的C语言兼容性好。处理器模块和ZigBee模块采用SPI总线通信,与GPRS模块采用RS232串口通信。GPRS模块用于协调器和远程终端通信,GPRS模块采用SSIM900无线通信模块,该模块是有Simcom公司生产的,具有射频天线,支持GSM/GPRS通信,并且还有本地SIM卡连接等。LCD模块是用户和无线网络交互的界面,用来显示菜单功能,数据存储模块用于对采集到数据的存储。 3 系统软件设计 本系统主要是结合ZigBee技术和GPRS技术来完成设计,系统具备的功能主要是协调器自动建立网络、采集器定时自动抄表、远程终端命令控制以及远程自动抄表等。基于以上功能,系统的软件设计主要分为两部分:协调器节点软件设计和采集器节点软件设计。 3.1 协调器节点软件设计 协调器是整个系统的网关,并且还是ZigBee网络和远程终端的桥梁,能通过GPRS网络实现ZigBee网络和远程终端的交互。协调器节点的功能主要有两部分,一是ZigBee网络的组建,对其组建的网络中的其他节点进行管理,并且向采集器节点发送采集信息,将采集的数据信息储存,为了降低能耗,采集器和中继器一般处于休眠状态,所以协调器节点在需要采集数据信息时,首先应该向采集器节点发送激活码,激活采集器节点;二是接受远程终端命令,通过GPRS网络和远程终端建立连接,将采集的数据信息定时发送给远程终端,并且实时等待接收远程终端发来的命令,为保证GPRS模块和远程终端有效连接,单片机需要通过GPRS模块向远程终端发送握手信号,在握手失败时再次发送建立连接。 3.2 采集器节点软件设计 采集器的功能主要有两部分,一是定时自动抄表,随时记录电表中的数据;二是定时监听系统中协调器是否发来激活码及网络信号。采集器作为休眠节点,除了设定的定时抄表时间和接收协调器发来网络信息及向协调器节点发送数据信息时间,为了降低能耗,一般其他时间采集器都处于休眠状态。采集器节点的软件流程图如图4所示。 4 系统测试 系统测试主要分为两部分:节点与节点之间通信的测试和远程抄表成功率的测试。1)节点测试,本系统选取曲阜师范大学教师公寓30台电表进行测试,部署1个协调器节点、3个集中器节点、30个采集器节点,节点的无线信号发射功率设置为17dBm,节点在空旷的空间通信距离可达150m,经测试,节点通信在楼宇建筑物中可以穿越楼板,并且通信结果受天气影响不大,系统的鲁棒性较强。2)抄表成功率测试,系统定时每月抄表3次,经测试及对测试结果分析,系统一次抄表的成功率为98.7%,二次、三次抄表成功率为100%。测试结果表明,本系统安全可靠、通信可靠、抗干扰性强、功耗低、成功率高、维护方便,既方便了用户,同时又提高了电力工作人员的工作效率和服务质量。 5 结论 本文利用当前比较先进的ZigBee无线短距离通信技术和GPRS技术相结合设计出了一种实用的无线远程抄表系统,本系统具有能耗低、稳定性强、通信安全可靠、鲁棒性强、搭建灵活、运营成本低等特点,可以说是与当前电力系统实际相结合的产物。实际应用中,系统无线抄表成功率高,系统维护简单,完全可以取代人工抄表。同时本系统可移植 性较强,不仅在抄表方面应用前景广阔,在医疗、环境监测等领域也具有很强的市场应用价值。

    时间:2014-12-08 关键词: GPRS Zigbee 传输 采集 远程抄表

  • 我量子通信安全传输距离创新纪录

    我国科学家创造的量子通信安全传输创最新世界纪录:将可以抵御黑客攻击的远程量子密钥分发系统的安全距离扩展至200公里。这一成果由中国科学技术大学潘建伟教授及其同事张强、陈腾云与中国科学院上海微系统所、清华大学的科研人员合作完成,相关论文发表在日前出版的国际权威物理学期刊《物理评论快报》上。 量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的新型通信方式,量子密钥分发为安全信息加密提供了理论上绝对安全的解决方案。但是,由于现实系统的器件不满足理论假设,这一缺陷会造成各种安全漏洞。 据悉,2013年,潘建伟小组和加拿大一研究组分别在国际上首次实验,实现了测量器件无关的量子密钥分发,解决了所有针对探测系统的攻击,但当时这些前期实验的传输距离仅为50公里左右,限制了该技术在实用化广域量子通信网络中的应用。

    时间:2014-11-17 关键词: 通信 传输 量子

  • 基于MSP430单片机的多路数据采集系统的设计

    1 引 言 数据采集是从一个或多个信号获取对象信息的过程。随着微型计算机技术的飞速发展和普及,数据采集监测已成为日益重要的检测技术,广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。数据采集是工业控制等系统中的重要环节,通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现,作为测控系统不可缺少的部分,数据采集的性能特点直接影响到整个系统。本文设计的多路数据采集系统采用MSP430系列单片机作为MCU板的核心控制元件。MSP430系列单片机是由TI公司开发的16位单片机,其突出特点是强调超低功耗,非常适合于各种功率要求低的场合。该系统采样电路采用MSP430单片机内部12位的A/D,使系统具有硬件电路得以简单化,功耗低的特点。由于该系列较高的性能价格比,应用日趋广泛。 2 系统的基本组成和工作原理 在本数据采集系统的设计中为了提高系统智能化、可靠性和实用性,采用单片MCU和上位机传输的方法,即MCU运行在数据采集系统的远端,完成数据的采集、处理、发送和显示,上位机则完成数据的接收、校验及显示,同时上位机可对远端MCU进行控制,使其采集方式可选。MCU选用TI公司的低功耗MSP430F437,该单片机比80C51功能要强大许多,他内部不仅有8路12位A/D,而且还带 LCD的驱动,节省了不少外围电路。本系统现场模拟一正弦波信号以及其他6路分压信号以供系统进行多路采样,采用ICL8038精密信号发生芯片产生一频率可变的正弦波,然后由LM331芯片实现频率到电压的转换,之间还需对信号进行调理以符合系统要求。 3 系统硬件电路设计 系统硬件总体框图如图1所示。本系统由模拟板和MCU板2块板组成,模拟板包括系统电源、正弦波信号发生模块、频率电压转化模块、信号调理模块和7路A/D的接口;MCU板包括电源及A/D接口、MCU、LCD和串口收发模块。   3.1 正弦信号发生模块 正弦信号发生模块主要采用集成函数发生器 ICL8038,ICL8038函数发生器是采用肖特基势垒二极管等先进工艺制成的单片集成电路芯片,具有电源电压范围宽、稳定度好、精度高等优点,外部只需接入很少的元件即可工作,可同时产生方波、三角波和正弦波。ICL8038及外围电路如图2所示,由8脚输入外部控制电压,调节电位器P1即可使2脚输出的正弦波信号频率发生变化,实现外部压控振荡。10,11脚之间接0.01 μF的振荡电容,4,5脚接电阻和电位器,调节正弦波失真度。   3.2 频率电压变换模块 频率电压变换模块的设计采用集成芯片LM331,LM331采用新的温度补偿能隙基准电路,在整个工作温度范围内和低到5.O V电源电压下都有极高的精度。LM331的动态范围宽,可达100 dB;线性度好,最大非线性失真小于O.01%,工作频率低到0.1 Hz时尚有较好的线性度;转换精度高,数字分辨率可达12位;外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路,并且容易保证转换精度。本系统中的所设计的频率电压变换电路如图3所示。   调节P1使Rs为12.8 kΩ左右即可,则当fi=200 Hz时Vo=O.22 V;当fi=2 kHz时,Vo=2.22 V。 3.3 信号调理模块 信号调理模块包括信号放大整形电路和信号放大调理电路。图4为采用A/D824设计的信号放大整形及调理电路。图4(a)中由ICL8038产生的正弦波信号先经过1 μF电容高通滤波,再经A/D824反向放大2倍,然后经比较器,输出对应频率的方波信号,作为LM331的输入。200 Hz~2 kHz的方波信号经过LM331频率电压变换芯片后,产生的信号Vo为O.22~2.22 V,为符合200 Hz~2 kHz对应于1~5 V,故需对Vo进行调理,方案中的运算电路如图4(b)所示。   3.4 系统电源模块 系统采用±12 V直流电源供电,直接供给ICL8038,LM331及A/D3824,将输入的+12 V电压经过LM317可调三端稳压管产生+5 V电压,通过电阻分压产生其他O,1 V,2 V,3 V,4 V,5 V共6路数据供给A/D采样,单片机板需+3.3 V供电,可由+5 V经另一LM317产生得到。为减小电源噪声,给各个电源均加上滤波电容,一般取10 μF和0.1 μF的大小电容组合。 3.5 单片机模块 本系统主要运用了MSP430单片机的以下性能特点:低工作电压、超低功耗、8通道12位A/D转换器、驱动液晶能力可达160段等,使硬件电路得以简单化。单片机及外围电路如图5所示,即为系统MCU板的电路原理图。由5 V电源经LM317产生3.3 V直流电压给MSP430供电,单片机负责采集7个通道的电压数据并在LCD上显示对应电压值,同时单片机和上位机进行串行通讯,通讯方式采用标准的RS 232方式,也可采用RS 485差分方式接口以改善通讯速率和距离,但需在上位机前另加485-232转换芯片,稍显复杂,因此采用RS232即可满足系统要求,简单又实用。   通过上位机可对单片机的采样模式进行控制,即循环采集和固定通道采集2种模式,实现了远端可控的数据采集。 4 系统软件设计 本系统的采用C语言编写,实现功能包括:7路A/D采样、LCD显示和串口收发,其中7路A/D采样可由上位机控制采样方式,即循环采样和固定通道采样,LCD显示采样值和对应的通道号,系统通过串口和上位机进行通讯。 4.1 软件流程图 图6为本系统软件主流程图。   系统上电后,对各模块进行初始化,包括:A/D模块、定时器A、看门狗、LCD以及串口等。然后判断采样方式,进行采样和显示,系统默认的采样方式为7通道循环采样。 5 结语 本系统是基于MSP430单片机的多路数据采集系统,系统采用单片机与上位机进行通讯,实现了远端控制的功能。 本系统有以下特点: (1)本系统采用集成函数发生器ICL8038产生一正弦信号,用于模拟现场需要采集的数据,产生的模拟信号精度较高。 (2)系统采用低功耗、功能强大的MSP430单片机,MSP430单片机配置了8路外部通道12位的A/D,可实现多路数据采集,精度较高,可同时采集7路数据且采集方式可控制。采用单片机内部12位的A/D,使系统硬件电路得以简化。 (3)系统中单片机与上位机之间采用RS 232标准接口方式进行通讯,也可采用RS 485差分方式进行传输,以改善通讯速率和传输距离。 本系统中MSP430单片机负责对7路数据采集、处理和显示,同时应答上位机命令;上位机面向用户,可以对系统进行控制,向单片机发送命令选择数据采集的方式。 本系统可实现对7路模拟信号的采集,采集精度较高,可满足一般场合的应用。

    时间:2014-11-06 关键词: 频率 传输 MCU 采样

  • 基于cPCI总线的嵌入式遥测前端处理器系统设计

    遥测数据处理系统在航空、航天等军工试验领域有着广泛的应用。在航空飞行试验中.遥测数据处理系统为各类试飞测试数据的实时处理提供了手段和平台,是试飞员、试飞指挥员及试飞工程师协同完成新机试飞必不可少的重要设施,是确保现代飞机试飞安全、提高试飞效率、缩短试飞周期、实现综合试飞的重要手段。 遥测数据处理系统中的核心设备——遥测前端处理器,技术上经历了从分立式、智能式到嵌入式的快速发展。我国遥测前端处理器的研发经历了从引进、合作研制到完全自行研制的历程。 遥测前端处理器是一套嵌入式实时计算机系统,承担着遥测PCM数据的同步、分路、工程单位转换、数据计算、数据分配等实时处理任务。它和遥测系统管理服务器、工作站等设备通过网络联接和系统集成,组成当前流行的基于C/S结构的遥测数据处理系统。可以说,遥测前端处理器的技术水平代表了遥测数据处理系统的技术水平。 1 系统功能和主要技术指标 遥测前端处理器的功能简单地说,就是把来自遥测接收设备送来的多路串行PCM(Pulse Code Modulation)数据流进行同步、分路、合并、存储,并对转换后的并行数据进行工程单位转换、导出参数计算等实时处理,通过网络把数据传送给显示工作站。再通过遥测记录数据重放,为用户提供同实时方式一样的处理功能和更为详细的数据分析功能。 遥测前端处理器主要技术指标为: (1)可同时完成2路PCM数据流的同步和分路,每路PCM速率不大于20Mbps。 (2)实时数据处理速率:20Mbps。 (3)数据传输:交换式以太网、网络带宽1000Mbps、广播方式和“点对点”方式。 (4)数据存储:满足在最大速率下数据存储不丢失,磁盘容量满足不小于4小时的记录时间。 (5)D/A输出:12位、16路模拟信号输出。 2 系统组成和体系结构设计 二十世纪90年代,因受当时的计算机技术限制,国内外大多数嵌入式遥测前端处理器都采用了基于VME总线的计算机平台和双总线、多CPU、百兆以太网接口的体系结构,其技术复杂、成本高、软件开发难度大、系统研制周期长。 当前计算机技术的发展,使得CPU速度和总线速率已不再是新一代嵌入式遥测前端处理器的瓶颈,基于单CPU、单总线和千兆以太网接口的体系结构成为新一代嵌入式遥测前端处理器的主流设计。板卡化后的遥测前端设备,如码同步器、分路器、时码发生器等作为计算机的一个插件板,嵌人到工业计算机系统中,其组成已简化为:19英寸计算机箱、CPU板、多功能PCM分路器板、时码板、D/A板和存储设备,其典型结构与组成见图1所示。新一代嵌入式遥测前端处理器体系结构简化,性能和可靠性提高,成本降低,研制周期缩短,更容易集成为基于C/S结构的多数据流遥测数据处理系统。   3 硬件设计 3.1 总线平台和OEM板卡的选择 计算机总线平台是嵌入式遥测前端处理器的关键,当前国外嵌入式遥测前端处理器均选用了目前流行的Compact PCI计算机总线平台。该平台吸收了PC机商用技术的最新成果,数据传输速率满足新一代嵌入式遥测前端处理器实时处理多条PCM数据流时的传输要求,环境条件、可靠性等都满足运输类飞机机载、地面活动车载等环境使用要求。 遥测前端处理器中的其他硬件,除PCM分路器板外,均选用了OEM产品。机箱选用12槽Compact PCI机箱(包括电源组件和磁盘);根据处理要求,本设计的CPU板选用了美国SBS公司的C7系列,CPU PⅢ1GHz,RAM 1GB,2个1000Mb以太网口,1个SCSI口。时码板选用了美国DATUM公司带GPS授时的BC637;D/A板选用了美国NI公司的 N16713系列,每板8通道.每通道lMSps,D/A分辨率为12位。 考虑到单片式全数字码同步器在国外已有使用,因此在多功能双PCM分路器板设计时已预留了单片码同步器的芯片位置。本设计码同步器选用外置式码同步器。 3.2 多功能双PCM分路器板的设计与实现 PCM 分路器板是嵌入式遥测前端处理器的关键插件,国外也有不少单板、单PCM分路的OEM产品。但高端产品的购置受到西方国家诸多限制,因此,选取了自行设计的技术途经,研制成功了基于Compact PCI总线的多功能双路。PCM分路器板,其技术水平达到当前国际先进水平。 3.2.1 PCM分路器板的硬件逻辑设计 多功能双PCM分路器的原理框图如图2所示,由双PCM分路器(包括帧同步检测、帧/子帧同步策略及相应的时序控制逻辑等)、PCM模拟器、语音采集等功能模块组成。主要功能均由大规模集成电路CPLD可编程逻辑芯片实现。   CPLD选用了Latfice公司的ISP 4512V系统在线可编程器件。由于ISP便于现场更改,降低了研发成本,缩短了系统调试时间。 在众多通用的PCI接口芯片中,选用了目前业界设计选用的主流芯片:PLX公司的PLX9054。PLX9054是一种功能强、使用灵活并符合 PCIV2.2规范的32位、33MHz的。PCI总线接口控制器,它可以作为PCI总线的主控设备去控制总线,也可以作为目标设备去响应总线。 PIX9054提供了PCI总线、EWROM、IDCAL总线3个接口,作为一种“桥”芯片,在PCI总线和LOCAL总线之间有3种直接的数据传输模式。本设计选用了DMA数据传输模式。PLX9054以其强大的功能和简单的用户接口,为PCI总线接口的开发提供了一种简洁的方法,设计者只需设计本地总线接口控制电路,即可实现与PCI总线的高速数据传输。 3.2.2 帧、子帧同步及同步策略的实现 PCM 数据一个参数是以一个字或多个字的方式表达的,每个字由若干码元组成,而在一个PCM采集系统中,所有测试参数组成一个参数群,该参数群称为帧/子帧结构。怎样才能准确地区分每个字的起始位置.正确地恢复采集参数的并行数据,也就是获取帧/子帧以及表示各参数的数据字的起始时刻相一致的脉冲序列,其过程即称为帧/子帧同步。帧,子帧同步信号的作用在于在一串信号群中,给出一个起始时间标志,以便对每个参数字进行正确地分路,其特点是:它本身的信息量不大,但对传输的可靠性要求很高。帧同步检测器是PCM分路器板的关键部分,其他工作都是在帧同步检测器完成正确的检测后进行的,因此,帧同步检测器起着至关重要的作用。其框图如图3所示。[!--empirenews.page--]   按照数据采集方案的格式要求,预先由处理器进行初始化设置,包括帧同步码组、同步码组的长度和允许同步码组的错误位数。随着时间的推移,PCM数据在CLDCK信号的控制下,逐位进入移位寄存器,移位寄存器的输出数据进入比较器,随时与帧同步码组进行比较,在同步码组长度逻辑的控制下,一旦检测到可能的同步码组,则比较器输出同步信号,该同步信号还必须由判决器来进行判决才能决定其是否有效。其方法是:预先设置允许的错误容限也就是允许的错误位数,然后根据比较器的输出信号是否满足错误容限的要求来决定真正的同步信号的输出。帧同步信号的产生为整个PCM分路器板提供了最基本、最重要的时序依据。 帧同步策略是PCM分路的关键技术之一,其意义在于最大限度地解决数据传输过程中造成的“漏同步”和“假同步”现象,以降低误码率,进一步提高数据检测的可靠性和有效性。一种基本的且经实践检验行之有效的帧同步策略是:在帧同步检测完成后,按照PCM格式定义的PCM字长和帧长,连续找到几个(一般为3个) 相匹配的同步码组后,即认为帧确为同步。 帧同步策略的逻辑实现如图4所示。由图4可以看出,帧同步的正确性可以依据以下条件: (1)同步码组的正确性。 (2)帧长的正确性(通过帧长计数器与帧长预置值的比较实现)。 (3)同步、检测和失步的判别。不同的设计者可采用不同的方法,目的是消除假同步和漏同步的影响。可以采取以下方法:若比较器连续出现3个相等值时同步,当有一个不等值时,进入检测状态;而当出现连续3个不等值或检测一定时间后不能同步时,则进入失步状态。   以上解决了帧同步的问题,也就是找到了每一帧的起止位置。然而,每一帧的各数据字在特定的测试方案中又不可能相同,如何来确定某个参数字在哪一帧的哪个位置?帧同步以后,数据传输的正确位置是否可靠?这就是子帧同步要解决的问题。多年来,国内外广泛采用的于帧同步方式为ID同步方式。 子帧同步策略是PCM分路的另一关键技术,其意义在于:在帧同步的基础上,对数据的可靠性作进一步的容错检测。一种常用的且经实践检验较为可靠的子帧同步策略是:连续检查几个子帧数据(一般为3个),其子帧同一位置的ID字如果相同或相邻子帧相应的ID字连续,则判决为子帧同步,否则子帧不同步。 子帧同步策略逻辑实现如图5所示。由图5可以看出,子帧同步与策略的正确性依据以下条件: (1)ID字位置及其值的正确性(如过零检测)。 (2)子帧长的正确性(通过子帧长与帧计数器值的比较判断)。 (3)同步、检测和失步的判别,方法与帧同步策略类似。   在本设计中,双PCM帧同步检测、帧/子帧同步策略均通过CPLD逻辑器件实现,不仅提高了设计的集成度,而且提高了系统的可靠性及其性能,使每路PCM分路速率达到20Mbps的国际先进水平。 4 软件平台选择及软件组成 目前常用的遥测前端处理器操作系统有Windows2000和VxWorks二种。Windows2000通用、软件资源丰富、易于使用和扩展;而 VxWorks是一个用途广泛的实时操作系统,具有良好的实时性、可靠性和可裁减性。根据遥测数据处理的实际需求,本设计选用了Windows2000,程序设计语言选用C++。 遥测前端处理器软件组成与实时数据处理流程框图如图6所示。   图6 遥测前端处理器软件组成与实际工资时数据处理流程 遥测前端处理器中的软件由PCM数据采集、参数提取、工程单位转换、数据合并与导参数计算、报警参数处理、数据存储、网络通信与数据分配等模块组成。其中,采集、参数提取、工程单位转换模块与数据流相对应,每个数据流单独一套。PCM数据经采集后,接事先定义对参数进行提取、工程单位转换和必要的处理、存储。按事先设置,需要模拟输出的数据直接由D/A板输出,通过网络把工程单位数据和原始数据传输给工作站,由工作站完成遥测数据的各种方式的可视化显示和飞行试验专用数据分析与处理。 基于cPCI总线的新一代嵌入式遥测前端处理器的设计和实现,使遥测数据处理系统的集成更加容易。其20Mbps的速率、双路PCM数据的分路和实时处理能力。可满足现代军、民机飞行试验遥测数据处理要求。它的应用使我国的飞行试验遥测数据处理技术水平得到很大的提升。同时,cPCI总线的加固特性,使以嵌人式遥测前端处理器为核心而组成的实时遥测数据处理系统,满足了运输类飞机机载要求和地面车载环境要求,拓宽了遥测前端处理器在军工试验和民用工业试验等领域内的应用范围,有着广阔的应用前景。

    时间:2014-06-04 关键词: 存储 传输 同步 嵌入式处理器 实时

  • 基于ARM的嵌入式多参数监护仪设计与实现

    1 引 言 多参数监护仪广泛应用于ICU、CCU、病房、手术室等。目前我国也有自主知识产权的产品,如迈瑞、金科威、金脑人等,但与GE、飞利浦世界先进产品比较,在监测和计算、可靠性、实时性、稳定性、信号变异的处理分析、远程传输等方面都较落后[1]。嵌入式系统把计算机直接嵌入到应用系统之中,它融合了通信技术和半导体微电子技术,是信息技术IT的最终产品[2]。因此将嵌入式系统,网络等技术应用于医用监护仪领域,能使多参数监护仪顺应现代医用监护仪市场缩小体积,提高数据处理能力,远程医疗等方面的要求。 本文介绍一种基于ARM的实时监护系统,它将32位RISC结构的ARM内核处理器与实时多任务嵌入式系统相结合,并通过嵌入式TCP/IP协议栈为平台添加网络传输功能,构建一个新型的多参数监护仪系统。 2 系统硬件设计 医用监护仪具有以下几个方面功能:测量功能、分析功能、报警功能、打印功能、网络通信功能等。六参数模块通过导联端、光手指、袖带获得人体的心电、无创血压、血氧、脉率、呼吸、体温六参数信号,通过串口通信方式与以ARM7为内核的嵌入式处理器相连,数据从串口送到ARM7中央处理器,通过多任务调度,进行实时数据处理,并在LCD上实时显示各种信号的图形和数值,还可以由外部键盘控制,进行存储和网络发送,并对各种检测信号设置报警线,对超出报警范围的检测情况进行报警。硬件结构图1所示:   3 开发系统软件设计 3.1 软件开发总体介绍 利用PC机运行的Hitool forARM开发环境下调试程序:首先运行系统、Memory及I/O端口的初始化程序,随后进入主程序,采用外部中断方式,判断是否有键输入,若有则调用键盘控制子程序进行识别所按下的键,根据键盘的控制执行相应的任务;若无就调用串口读入程序,采集心电、血氧、血压等数据,并判别所采集数据的类型,存入不同地址的SDRAM中,并依次分类进行处理,处理完毕,判断是否超越各自的报警限,若是则调用报警程序和显示程序,若否则直接调用显示程序;这样,各种数据就实时地采集进来,并在LCD上显示测试数值和心电、呼吸波形。其中测试数值按每分钟存储,心电、呼吸波形按键存储,按翻页键可以调出相应的存储波形并进行显示;根据打印和网络命令进行打印和网络命令处理等。程序主要用C语言编写。 3.2 串口的处理 硬件接口采用标准RS-232C异步串行接口,选用发送 (TXD)、接收(RXD)和地线的三线方式,其它的握手信号直接悬空。要实现六参数模块与S3C44BO之间的串口通信,必须使两者采用相同的数据传输方式,它们通信的数据格式如下;波特率为9600bps, 8位数据位, 1位停止位,无奇偶校验位。 另外,在I/O端口初始化程序中,定义Uart_Init函数,对串行口各寄存器进行初始化,配置参数时钟和波特率等。在设计中主要进行以下串行口寄存器设置: UART线性控制寄存器ULCON1=0x3; UART控制寄存器UCON1=0x245; UART先进先出控制寄存器UFCON1=0x1; UART波特率寄存器UBRDTV,根据公式计算出。 在串口读入程序中,采用了中断方式,来实现双向数据传输,达到实时控制的目的。串口程序数据接收过程为:调用Uart_Getch()函数读入N个字符,以数组的方式放置在SDRAM中,然后进行数据处理。在lib.C程序中部分源代码如下: charUart_Getch() {… while(! (rUTRSTAT1& 0x1)); //Receive data ready return rURXH1; …} 3. 3 LCD显示 当有新数据需要显示时, LCD显示模块将新的采样数据写入LCD显示存储器中, S3C44BO芯片所支持的LCD控制器在不需要CPU介入的情况下,通过专用DMA自动地将需要显示的数据从显示存储器传送到LCD显示器中。LCD显示器不断地接收数据,就在LCD上显示监测内容。 3. 3. 1 LCD初始化 定义Lcd_MonoInit()函数,在LCD的三个控制寄存器中,设置LCD扫描宽度等与硬件时序有关的量:如:使用160×240的黑白单色显示屏, 4-bit单扫描等。在LCD的三个缓冲初始地址寄存器中,主要配置了帧缓冲寄存器BUFFER的起始地址等。 以上各寄存器基本的配置的源程序如下: void Lcd_MonoInit(void) //初始化LCD屏幕 { //160×240 1bit/1pixelLCD #defineMVAL_USED 0 rLCDCON1=(0) (1<<5) (MVAL_USED<<7) (0x3<< 8) (0x3<<10) (CLKVAL_MONO<<12); //disable, 4B_SNGL_SCAN,WDLY=8clk,WLH=8clk rLCDCON2=(LINEVAL) (HOZVAL<<10) (10<<21); //LINEBLANK=10(without any calculation) rLCDSADDR1= (0x0<<27) (((U32) frameBuffer1>>22)<< 21 ) M5D((U32)frameBuffer1>>1); //monochrome,LCDBANK,LCDBASEU rLCDSADDR2=M5D( (((U32)frameBuffer1+(SCR_XSIZE*LCD_ YSIZE/8))>>1)) (MVAL<<21) (1<<29); rLCDSADDR3=(LCD_XSIZE/16) ((SCR_XSIZE-LCD_XSIZE) / 16)<<9); } 3. 3. 2 打开LCD 1)在内核中开辟内存空间用于显示内存 可在显示模块中加入:#define frameBuffer1 0xC400000 2)定义帧缓冲器长度,并对其赋初值设置一个行列与LCD 高宽相对应的数组pbuffer, pbuffer用于存放发送至显示屏的每帧像点数据,像点数据的多少取决于显示屏的大小; pbuffer="BitsPerPixe"*l Lines* /8=160* 240/8=4800(字节)。 由于pbuffer被定义为U32,即32位(八个四位)指针,每一个元素对应LCD显示屏上的一个像素点,显示方式采用4-bit单扫描,所以应当循环4800(字节) /4=1200次,实际上对应的单元数为整个160×240的屏幕范围。 for( i="0", i<1200; i++) #(pBuffer[ i])=0x0; 3)数据处理 LCD的数据处理主要对要显示的数据进行处理(4bit到32bit的转换)。 temp_data=(Buf[ i* 4+3]<<24)+(Buf[ i* 4+2]<< 16)+(Buf[*i 4+1]<<8)+(Buf[*i 4]);[!--empirenews.page--] 3. 3. 3 清屏 清屏对显存的每个单元置零,使屏幕显示清除。以下为清屏的部分源程序: Void clrscreen(void) { int ;i unsigned int* pbuffer; pbuffer=(U32* )frameBuffer1; for( i="0"; i<1200; i++) { pbuffer[ i]=0; } } 3. 3. 4 编制LCD显示函数并向LCD设备写入数据 定义displayLcd()函数为LCD显示函数,用于往显存中写数据,经过pbuffer送至LCD显示器,并让它循环显示在LCD显示屏上。要在LCD上显示ASCII字符,首先把每个字符转成一个16* 16bit的数组,组成字库(本次实现中使用),然后,选择要显示的字符,从字库中提取字符,经函数调用后,将要显示的字符送至LCD显示器,这样,就在 LCD上显示出ASCII字符。 部分源程序如下: void displayLCD(void) //LCD显示函数 { unsigned int* pbuffer, temp_data; int ;i pbuffer=(U32* )frameBuffer1; for( i="0"; i<1200; i++) { temp_data=(Buf[ i* 4+3]<<24)+(Buf[ i* 4+2]<< 16)+(Buf[*i 4+1]<<8)+(Buf[*i 4]; //进行4bit到32bit的数据转换处理 pbuffer[ i]=~temp_data; Delay(10); } } 在添加所用的头文件的同时,增加对LCD_Init()函数、dis-playLCD()等函数的调用。 4 网络命令处理 在硬件设计上采用以太网口,软件上通过实现瘦TCP/IP网络通信协议,针对嵌入式系统特点对传统的TCP/IP协议栈进行裁减[4],让嵌入式多参数监护仪支持轻量级TCP/IP协议栈而 直接连入Internet。在设计将无实时要求和费时的TCP/IP协议簇的处理放在主程序顺序循环中。网络程序结构采取顺序执行和硬件中断相配合的方式,这种硬件中断是外部时钟中断,中断级别要比非向量模式的FIQ中断级别低,在系统空闲时进行网络数据交互; 对网络接口控制芯片采用查询方式,即在其他中断任务的执行间隙处理瘦TCP/IP协议簇,以牺牲响应速度来换取系统可靠性。 考虑到嵌入式医用监护仪在窄宽带不可靠环境下实现实时监测的要求,决定在网络通信协议的传输层中,选用UDP(用户数据报协议)。 5 结束语 介绍一种基于ARM的嵌入式多参数监护仪的设计与实现,并应用于实际测量,为嵌入式系统在医用监护中的应用提供了一个很有意义的新思路和切实可行的方案。由于该网络监护仪主要面向医院、社区和家庭,具有成本低、功耗小、数据存储量大、数据处理速度快、便于远程医疗、能同时实现实时多任务的操作等各项优势,是现代医疗监护进一步智能化、专业化、小型化、低功耗的发展新方向,困此具有很广阔的市场前景。 参考文献 [1]姜宗义,“医用监护仪的发展”,《常规医疗装备》, 2003, 1. [2]陈章龙、涂时亮,嵌入式系统Intel StrongARM结构和开发,北航出版社. 2002. [3]阙建荣,“嵌入式Internet体系结构研究”,《微型机与应用》, 2004. 3 [4] EA6六参数模块使用手册,上海贝瑞电子科技有限公司. [5] Hitool for ARM User′sManual Hitool SYSTEM INC. Doc. No. 003-000041 Fourth Edition November 26, 2002. Http: //www.hitoolsys. com. [6] DevelopmentSolutions forEmbedded System Design.MICETEK. [7] http: //www. up-tech. com. [8]黄定华、孙炳达,嵌入系统中的软件设计技术———C程序语言设计,北航出版社, 2001. [9]马忠梅等,AT91系列ARM核微控制器结构与开发,北京航空航天大学出版社, 2003.

    时间:2014-06-03 关键词: 网络 传输 协议栈 嵌入式处理器

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