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(多图) PowerPC在车辆显控系统中的应用

单片机与嵌入式系统 崔晓颖 杜宏 孙丽艳 刘军华?? 2011年06月27日 ?? 收藏0

  摘要:车辆显控系统的控制主板选用高性能PowerPC MPC8548E处理器,扩展了显示器、内存、Flash存储器和接口设备。以此主板为平台,实现了车辆数据和视频的实时显示和控制。本文重点阐述了在PowerPC上用软件实现I2C控制以及通过PCI总线实现设备间通信的方法。

  车辆显控系统是对车辆工作状态信息进行显示、控制,并完成人机交互的系统。车辆显控系统需要在显示文字、图形和视频的同时响应按键操作,并对车辆控制系统进行操控。这就要求系统具有实时响应、并行处理多个任务的能力。本文在以PowerPC MPC8548E为处理器的控制主板上应用实时操作系统VxWorks,实现了实时响应系统操作、显示相应信息的功能。以此主板为核心控制主板的显控系统,具有高性能、高稳定性和良好的兼容性。

  1 PowerPC MPC8548及其控制主板概述

  PowerPC MPC8548是Freescale公司开发的新一代PowerQUICC III系列的高性能处理器。其内部工作频率可达1.33 GHz,在该工作频率上处理性能可达3 065MIPS。一级缓存有指令缓存和数据缓存各32 KB,二级缓存为512 KB,支持DDR1和DDR2存储器控制器,支持PCI、PCI-X和PCIE接口,支持SRapid IO接口和4个GbE接口。MPC8548不仅拥有强大的数据处理能力,还具有很强的通信处理能力,可靠性高,抗恶劣环境能力好,特别适合对网络性能要求较高及有多个接口的场合。

  车辆显控系统的核心控制主板是以PowerPCMPC8548E为处理器的嵌入式系统。该系统通过扩展显示器、内存、Flash存储器以及其他接口控制电路,构成了高性能、高可靠性的核心控制主板。以此控制主板为硬件平台,移植嵌入式实时操作系统VxWorks,对接口设备驱动进行二次开发,继而以VxWorks为软件开发平台,开发应用程序,实现显示和控制任务。

  2 PowerPC控制主板硬件设计

  如图1所示,PowerPC控制主板硬件系统由处理器、外围电路和外部接口设备组成。外围电路包括电源、晶振和复位电路;外部接口电路包括串口、网口、EL/LVDS液晶显示、16位PCI总线、USB接口、Flash、鼠标和键盘等。

PowerPC控制主板硬件结构图

PowerPC控制主板硬件结构图

  3 PowerPC控制主板软件设计

  车辆显控系统是一个多任务的复杂的实时嵌入式系统,采用操作系统对所有软硬件资源进行分配、调度、控制和协调,尤其是协调并发活动,如任务调度、内存管理、同步机制、异常和中断处理、任务间通信等。WindRiver公司(现被Intel收购)的VxWorks是一个实时嵌入式操作系统。VxWorks操作系统已经广泛应用于航空、汽车等行业,鉴于VxWorks对PowerPC处理器体系结构的支持,使得应用PowerPC处理器的嵌入式系统大多以其作为操作系统。因此,车辆显控系统也采用VxWorks作为操作系统。

  嵌入式系统是根据实际要求对硬件资源进行配置和裁减而成的系统。由于嵌入式产品是软硬件的结合体,且随着产品的研制完成,软件就已固化在硬件环境中,因此,软硬件综合开发是嵌入式系统的一大特点,而软件设计是在紧密联系硬件的基础上完成的。

  PowerPC控制主板的软件设计遵循嵌入式软件的体系结构设计方法,分为如下两部分:

①特殊设备驱动的开发,通用设备驱动程序的集成,即板级支持包BSP的开发。
②应用程序的开发,即显控任务的实现。

  3.1 设备驱动开发

  由于本系统的硬件平台是根据实际需要设计的,故必须根据实际的接口对设备驱动进行开发。在VxWorks提供的通用设备驱动的架构上,结合每个具体设备的工作原理和功能,以数据流为中心,在掌握设备与CPU及外接设备的通信方式后,对具体设备的驱动进行逐一开发。设备驱动程序开发完成后,最终形成MPC8548E的板级支持包BSP。硬件设备程序的集成包括如下几个方面。

  (1)特殊设备驱动

  一些特殊设备的驱动程序不在VxWorks配备的标准设备清单中,因此需自行开发,例如PCI线驱动、DDR内存驱动和显示驱动等。

  (2)通用设备驱动

  通用设备的驱动程序可以直接应用VxWorks标准驱动,或在标准驱动的基础上稍作改动即可,例如鼠标、键盘、串口、以太网接口和USB接口等。

  3.2 应用程序开发

  首先将车辆显控系统要完成的任务分解为多个任务:按键查询、界面切换、数据显示、视频显示和参数存储。应用程序保证各任务按照规定的方式实时完成。PowerPC控制主板软件结构图如图2所示。

PowerPC控制主板软件结构图

PowerPC控制主板软件结构图


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PowerPC? MPC8548E? VxWorks? BSP?

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