基于PXA322与CAN总线的手持式工业检测终端设计

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Design of Handheld Industry Detection Terminal Based on PXA322 and CAN BusU oi，HE Yanli，ZHAI Jia(Colege of Electrical Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xian Shaanxi 710021，China)Abstract：Aiming at the characteristics of complex environment，large amounts of data acquisition and transmission and high re-al-time demand in industrial areas，a kind of handheld industry detection terminal was developed based on PXA322 and CAN bus.Inthe system.the CPU was the advanced PXA322 embedded processor，CAN controler SJA1000 and CTM1050 transceiver isolator wereused to set up the system hardware.The term inal can be used for a variety of industrial fields which support CAN interfaee，to monitorand detect the equipment running status，to achieve industrial field data colection and transmission.And the hi gh real·time，reliabilityand transmission distance are ensured。

Keywords：PXA322；Embedded system；CAN bus；Handheld term inals；Industrial inspection现代计算机技术和互联网技术的飞速发展，使嵌入式系统成为了当前的热点，并且引起了工业控制领域的变革。在国外，CAN总线最早由德国 Busch公司推出，由于通信速率高、开放性好、纠错能力和扩展能力强等优点 ，CAN总线的应用范围迅速从汽车工业扩展到过程控制、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗机械以及传感器等工业控制领域-z ，并在现场总线的实际工程应用中占了较大的份额。我国的 CAN总线应用正在-个迅速发展的阶段，但针对工业领域的手持设备非常少，也有许多企业对生产设备工作状态、运行参数、实时性的监控与诊断有很大的需求。

因此，作者设计了-种基于先进的ARM芯片PXA322与 CAN总线的手持式工业检测终端，具有较高的灵活性、可靠性和通信速度，显示部分采用了触摸LCD，也显得更加精美，以达到对工业现场的设备进行数据检测、实时监控的目的。

1 系统总体方案设计文中所介绍的手持终端系统，是将嵌人式系统应用到工业控制上的-项研究。用手持终端对工业现场设备进行数据的实时采集，并通过 CAN总线把数据传送给处理器，经过处理与分析，由手持终端的LCD进行显示。该系统的总体设计如图 l所示，分为两部分： (1)系统硬件设计，包括处理器拈及 CAN拈数据检测的硬件实现； (2)系统软件设计，包括操作软件设计l堕里垦壁I匦盘. . . . . . . . . . . . . . . . .I........～ 实时操作系统竺里堡 ·-叫硬件设计图 1 系统总体方案设计系统移植、启动、对各种外围设备的驱动、CAN协议以及应用程序，完成数据的检测传输，同时提供-些函数供应用层程序调用，应用层运行的是用户编写的应用程序，完成手持终端具体的检测功能。

2 系统硬件设计2.1 处理器拈硬件设计处理器拈主要由五部分设备组成：处理器，供电设备，存储设备，输 输出设备以及接口设备 。

收稿 日期：2012-05-03作者简介：李颀 (1973-)，女，博士，教授 ，研究方向为嵌入式系统、自动化控制。E-mail：67478678###qq.corn。

· 108· 机床与液压 第 41卷，ITAG口U B 串口 R L枷 ， S ， 几/PXA322输入输出设备 I 电源芯片.P3972 LCD，触摸屏，键盘图2 处理器拈硬件结构图系统采用 Marvel公司生产的32位基于Intel Xs-eale架构的PXA322处理器，主频高达806 MHz，共456个引脚，同时处理器集成了UART、ISP等串行接口控制器、存储单元控制器、时钟和电源控制器、DMA控制器、LCD控制器等多种外围控制器，可以实现丰富的外围接口与控制功能，具有高性能、低功耗、体积孝安全可靠的特点，非常适合手持设备的研究与应用。

由于系统供电复杂，需要的电压各不相同，故电源拈采用多功能、可编程电源管理芯片 LP3972，PXA322处理器通过IIC总线与其相连，不仅可以为系统提供9路供电，还可以对其进行控制 ，实现动态电压频率调节、休眠唤醒、各拈电压的控制，极大地降低了系统的功耗。其硬件连接图如图3所示。

D4 2 ptltX3 DN5408×3 1V.n FBlSW1 - ： V0UTLDO1 PGNmVOUTLDO2 FB2VOUTLD03 SW2VoUTLD04 PGND2VOUTLDO5 FB3VOUTLD0 RTC SW3VREF I'GND3图3 LP3972电源拈LP3972的输入电压为2.7～5.5 V，手持终端中选择了常见的5 V电压作为输入，具有6个可编程的LDO，输出电压范围为 1.0～3.3 V。电源拈与PXA322电源管理控制器接口相连，通过编程控制电源的输出电压，并对电源进行实时监控，保证系统运行在最低功耗。其中VCC-APPS为 PXA322内核供电，VCC-3.3V为 GPIO等接口供电，VCC-MEM-1.8V为DDR SDRAM供电，VCC-SRAM-1.4为处理器内部的 RAM供电，VCC-DF-3.3V为 NAND Flash芯片供电。

存储设备主要有 NAND Flash和 DDR SDRAM，NAND Flash采用 三星公 司的 K9G8GUOM，大小 为1 G×8 Bit，超大容量为数据的存储提供便利，并且可以作为 Boot loader、Linux系统文件的存储；DDRSDROM为K4X1G163PC 64 M X 16 Bit。存储设备硬件连接图如图4所示。

除此之外，该手持终端以按键和触摸屏作为输入设备，LCD作为输出设备，更好地实现了人机交互；为方便调试与下载，还设计 了 20脚的 JTAG接 口。

所选元器件工作温度均可达到-40～85 cI，符合工业现场的温度要求。

图4 DDR与 NAND FLASH连接图2.2 CAN拈硬件设计CAN拈由 CAN控制器 SJA1000与 CAN收发隔离器 CTM1050组成。

SJA1000是-种独立的CAN控制器，它是 Philips公司早期CAN控制器 PCA82C200 Basic CAN的代替品。SJA1000不仅在软件上和引脚上都与其前款PCA82C200独立控制器相兼容，还增加了许多新的功能和-种新的工作模式 Peli CAN。它具有如下特点：支持具有很多新功能的 CAN2.0B协议 ；标准帧数据结构 (11位)和扩展帧数据结构 (29位)，这两种帧格式都具有单/双接收过滤器；128字节的接收FIFO；可读写访问的错误计数器和错误限制报警以及只听方式，位速率可达 1 Mb/s；24 MHz时钟频率；对不同微处理器的接 口兼容；可编程的 CAN输出驱动器配置。

CTN1050是-款带隔离的高速 CAN收发器拈，该拈内部集成了所有必需的电源隔离、CAN隔离及 CAN收发器件，这些都被集成在不到 3 cm 的模块上，具有DC 2 500 V的隔离功能，抗瞬间干扰和保护总线的能力，其中集成的收发器件可以将 CAN控制器的逻辑电平转换为 CAN总线的差分电平，该拈的 TXD、RXD引脚兼容 3.3 V及 5 V，可以直接将 3.3 V或 5 V的 CAN控制器发送接收引脚与CTM拈的发送接收引脚相连接，传输速率可以达到 1 Mb/s。CTM1050可以很好地实现 CAN-Bus总线上各节点电气电源之间完全隔离与数据传输功能，提高了CAN工作的稳定性和安全性 。

第 14期 李颀 等：基于PXA322与CAN总线的手持式工业检测终端设计 ·109·图 5 SJA1000与 CTM1050连接 图3 系统软件设计 。

手持终端的软件平台由以下部分组成：系统引导部分，嵌入式操作系统内核，CAN协议以及用户应用程序图形界面 。系统引导程序也通常称为 Bootloader，它对开发板上的主要部件如 CPU、SDRAM、FLASH、串口等进行初始化。嵌入式操作系统内核是嵌入式系统加电运行后进行管理的平台，负责实时性任务和多任务管理。作者选用嵌入式 Linux操作系统，它是根据系统需要对 Linux操作系统进行小型化剪裁并对 Linux进行实时化的基础上实现的。使用Linux的优势在于：其操作系统的源代码是开放的，可根据需要进行定制；支持多任务多进程，能提供较好的实时性 。

利用SJA1000控制器来实现 CAN协议，CAN数据的第-个字节存放帧信息，包括是标准止是扩展症是数据止是远程帧以及数据代码长度；在扩展帧模式下，第2～5个字节存放扩展帧的29位ID；第6～13个字节存放8个数据字节。

SJA1000的工作方式有两种：复位模式和工作模式。软件首先进行的初始化程序只有在复位模式下才可以进行，在复位模式下对 SJA1000中寄存器写入控制字，确定CAN控制器的工作方式。初始化寄存器次序为：时钟分频寄存器，输出控制寄存器，总线定时器，代码验收寄存器 (ACR)，代码屏蔽寄存器(AMR)，波特率参数设置 以及 中断允许寄存器(IER)设置等。然后，退出复位模式进入正常工作模式。

CAN数据的接收和发送则工作在工作模式下，接收缓冲器 (RXB，RXFIFO)用来存储从 CAN总线上接收并确认的信息∮收缓冲器作为接收 FIFO，可被 PXA322访问。验收滤波器 (AcF)把它的内容和接收到的标识码相比较 ，以决定是否接收下这条报文。在验收测试通过后，这条报文就会被保存在RXFIFO中∮收完毕，会释放接收缓冲区，进行应用程序处理。

I cPu E l'SJAIO00初始化读取sJAlooo态寄存器T y/ Y Y配置发送缓 读扔收缓冲区数据 冲区数据1发送报文 释放接收缓冲器处理接收数显示在LCD[2l图6 手持终端的程序流程图图形用户界面使用 Qt/OPIE实现。Qt是-个多平台的c图形用户界面应用程序框架，它提供给应用程序开发者建立图形用户界面所需的所有功能。

Qf很容易进行扩展，允许真正的组件编程。OPIE为用户提供-个图形用户界面，并且实现了许多标准应用程序，如日历、时钟等。利用Qt/OPIE可以快速地开发出适合于手持终端的应用程序，文中主要将图形界面用于显示 CAN总线接收的检测数据结果与触摸式输入控制，使数据内容更加直观、操作更加方便。

4 结论分析了手持终端的基本工作原理，给出了硬件组成与软件设计方案，该手持终端采用了高性能的PXA322处理器保证了系统的运行速度，CAN拈的隔离设计保证了数据传输的可靠性，CAN总线的设计可以对工业设备的运行状态、工作参数进行检测，并将 CAN检测结果送到 LCD的图形界面中。通过这些检测结果，可以得到设备信息并对不正常设备进行(下转第 162页)