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1 GPS車載導航儀概述 隨著現(xiàn)代交通運輸網絡和汽車工業(yè)的飛速發(fā)展車輛的自主導航和實時監(jiān)控越來越受到人們的普遍關注，并被廣泛地應用到交通運輸網絡的各個方面。 TRACK-II型GPS車載導航儀是我研究所與香港ARCON公司合作研制的最新一代車載導航儀。它是一種基于GPS技術并融合電子和通信技術的集成信息的硬件和軟件平臺，具有GPS準確定位、路線最優(yōu)引導、旅行信息查詢、出行信息查詢、駕駛員信息查詢等信息綜合服務功能。從所完成的功能來劃分，GPS車載導航儀可以劃分為物理層、數(shù)據鏈路層和應用層。物理層獲取當前車輛的相關信息，包括姿態(tài)、位置、方向和時間等信息，以及與當前位置相關的地理信息數(shù)據；數(shù)據鏈路層則在所獲取的原始數(shù)據信息的基礎之上，進行一系列的數(shù)據濾波處理，為應用層提供標準數(shù)據接口。同時通過數(shù)據鏈路層，GPS車載導航儀可以與外部數(shù)據平臺進行雙向數(shù)據通信，以實現(xiàn)數(shù)據交換；應用層采用面向對象的設計技術，通過標準數(shù)據接口，利用人工智能、模糊控制和專家系統(tǒng)的方法，實現(xiàn)諸如地圖匹配、最優(yōu)路徑選擇等功能。 該GPS車載導航儀的物理層是車載系統(tǒng)信息集成的硬件平臺，它主要包括具有RISC結構的32位CPU ARM9TDMI、大容量的Flash硬盤(存放過程數(shù)據、電子地圖和各種數(shù)據庫信息)和GSM通信模塊。限于篇幅，主要介紹該導航儀中為適應數(shù)據大容量存儲而設計的Flash硬盤的功能和工作原理。 2 Flash硬盤硬件組成 作為車載系統(tǒng)信息集成的硬件平臺 GPS車載導航儀需要快速讀取硬盤中的地理信息數(shù)據、查詢路網數(shù)據庫和執(zhí)行路徑選優(yōu)算法等。大容量存儲器因為要與CPU進行頻繁的通信、進行高速協(xié)調工作，它的可靠程度直接決定了導航儀的可靠性。采用磁原理的普通PC機硬盤，抗振動能力差、易于損壞，不適于車載。基于以上的要求我們設計了大容量的Flash硬盤，作為導航儀的數(shù)據存儲器。 我們設計的Flash硬盤是一種固態(tài)盤SSD(Solid State Disk)。它主要包括具有標準IDE接口的DSP控制器MX9691、程序存儲器和16片128Mbit的Flash存儲器芯片。因為全部采用電子元件，它的抗振動性和平均無故障間隔時間(MTTF)均比普通硬盤高一個數(shù)量級(采用Bellcore或Mil-spec方法)。 2.1 硬盤控制器MX9691簡介 MX9691L是旺宏公司生產的電子硬盤專用控制器，為128腳LQFP封具有寬電壓工作范圍?3.3"5V ，可提供標準的PCMCIA和IDE 接口。它的內部包括MX93011的DSP內核 21MIPS 、1KB的緩沖數(shù)據區(qū)、PCMCIA/ATA接口、Flash存儲器接口和時鐘、復位電路等。用MX9691設計的電子硬盤的擴展性好只要選用相應的固件可以任意選擇相應類型和數(shù)目的Flash存儲器并且有很好的兼容性。圖1為其功能框圖。 2.2 Flash存儲器芯片簡介 采用的Flash 芯片為KM29U128T。它是48腳表面封裝器件，內部具有(16M+512K)×8bit的存儲空間，共32768行，528列，其中后備的16列位于512列到527列。它內部有一個528字節(jié)的數(shù)據寄存器，可以用于頁讀、頁編程操作時數(shù)據的存儲轉換。它可以進行528字節(jié)為一頁的頁讀和寫操作，并可以進行以16K為一塊的塊擦除操作。 KM29U128T的突出優(yōu)點在于：命令、地址和數(shù)據信息均通過8條I/O線傳輸，尋址單元的地址線不作為芯片的引出腳，24位地址分三次寫入地址鎖存器，譯碼后找到相應的單元。 3 Flash硬盤工作原理 Flash硬盤由具有標準IDE接口的MX9691DSP芯片、程序存儲器MX28F2100T、總線驅動器74F244、74F245和16片16M×8bit的KM29U128T組成。 3.1 原理框圖 Flash硬盤工作原理框圖如圖2所示。 由工作原理框圖可以看出MX9691可以看作是普通硬盤中的驅動控制器它是CPU與Flash存儲器進行數(shù)據交換的控制通道。數(shù)據交換不僅可以采用程序控制方式和中斷控制方式，還可以采用直接存儲器存取方式(DMA)。在DMA方式下，MX9691內部的DMA控制器利用數(shù)據緩沖區(qū)可以與IDE適配器直接進行數(shù)據高速交換。因為采用周期竊取技術(cycle stealing) 使得數(shù)據傳送工作對系統(tǒng)總線具有較高的使用 權。因為采用高速的MX93011 DSP內核(21Mips)，進行主機到緩沖區(qū)的突發(fā)數(shù)據傳送時速率可以達到20MB/s。同時，MX9691還支持PIO模式4(16.6MB/s)和DMA模式2(16.6MB/s)。 3.2 對Flash存儲器的讀寫時序 硬盤控制器在與Flash存儲器進行數(shù)據通信操作時，數(shù)據已被放入內存中，MX9691首先把內存中的數(shù)據讀入內部高速緩存中，然后通過識別接收的指令類型和查詢FAT得到要尋址的Flash存儲器的編號。在對Flash存儲器進行寫操作前，先把要寫入的信息依次放到數(shù)據總線上，經過TW a-ce 的時間，待數(shù)據(包括指令、地址和數(shù)據)穩(wěn)定后，通過對要尋址的Flash存儲器編號的解碼，從端口＃601FH輸出FCE片選信號選中相應的Flash芯片。在WR＃和WRFLASH＃同時有效時，數(shù)據被寫入相應的Flash存儲單元中。讀操作與此類似。Flash存儲器讀寫時序如圖3和圖4所示。 MX28F2100T為程序存貯器，它通過標準ATA接口經編譯的可執(zhí)行文件可以對它直接在線編程。74F245和74F244為總線驅動器，在所選Flash存儲器較多時可以提高總線驅動能力。 采用MX9691作為Flash硬盤的驅動控制器有很多優(yōu)點。MX9691為旺宏公司生產的專用硬盤驅動控制芯片優(yōu)化功能強大沒有冗余模塊且封裝緊湊便于進一步小型化和降低功耗。MX9691與三星公司的Flash存儲芯片兼容性好，不需再增加其它電路，因此可靠性高。旺宏公司對MX9691有強大的軟件支持，很多固件可以直接購買。因為MX9691支持在線編程，升級和維護非常簡單。 另外，為用于手持和車載系統(tǒng)MX9691為低功耗設計。它有3種節(jié)電模式idle、standby和sleep。MX9691可以通過查詢自己的工作狀態(tài)自動進入相應的節(jié)電模式因此功耗很低。該Flash硬盤已可靠運行了半年多，并且與Windows CE的兼容性也較好。它體積小、重量輕、抗震性好，并且功耗很低。隨著快閃技術的進一步發(fā)展，大容量的Flash存儲器將被廣泛地應用于個人數(shù)字助理(PDA)、電子游戲機、數(shù)字相機、自動化信息及導航系統(tǒng)中。 |
