單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第9章開發(fā)應用實例,9.1 概述,9.2 物流盤點機硬件系統(tǒng)的設計,9.3 物流盤點機軟件系統(tǒng)的設計,1,9.1 概述,隨著現(xiàn)代物流業(yè)倉儲、超市等行業(yè)的快速發(fā)展，物品流動的速度越來越快，倉儲庫存周期也越來越短。這樣物流倉儲盤點行業(yè)的壓力也越來越大，傳統(tǒng)的人工盤點方式已經不能適應現(xiàn)代物流的發(fā)展。為了解決這一問題，國際上一些物流先進國家已經采用專業(yè)的盤點設備盤點機，用于物流盤點。,我們在設計時采用了目前流行的嵌入式微處理器作為系統(tǒng)核心部件。其微處理器選型是采用韓國三星公司生產的S3C2410微處理器，操作系統(tǒng)采用了Windows CE.NET 4.2嵌入式操作系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的硬件部分主要分為三個大的模塊：核心板、系統(tǒng)板和專用鍵盤及 LCD顯示器。,2,在核心板上集成了微處理器、64MB SDRAM和64MB NAND Flash模塊及部分支持電路。在系統(tǒng)板上設計有與核心板連接的接口，同時又集成有顯示器接口，以太網接口，USB接口，串口，CF卡和IrDA條形碼掃描接口等各種外設及以相應的控制部件，另外還有電源管理與轉換等一些附屬電路。31鍵的專用鍵盤是采用超低功耗的MSP430單片機作為控制器來對鍵盤進行編解碼，通過自定義的串行鍵盤口接入系統(tǒng)板。顯示部分是采用192*64 LCD字符型顯示器。,本章首先介紹了系統(tǒng)硬件部分設計及工作原理，在軟件部分介紹了Windows CE操作系統(tǒng)的移植和定制，驅動程序和支持軟件的編制。盤點機除了支持常用的設備，還需要支持串口條形碼掃描儀，CF卡等設備。,3,實物圖片,便攜式盤點設備外觀,4,9.2 硬件平臺的設計,嵌入式設備的硬件架構一般都是以嵌入式微處理器為核心，通過處理器接口擴展以及系統(tǒng)硬件的支持，把眾多的外設單元集成到整個系統(tǒng)中，并通過CPLD 等邏輯轉換器件和其它硬件電路完成對外設模塊進行讀寫和控制操作。,物流盤點機系統(tǒng)硬件原理框圖如圖9-1abc所示，硬件部分主要包含有核心板，系統(tǒng)板和專用鍵盤及 LCD顯示器三個部分。,1）系統(tǒng)核心板簡介,核心板是整個系統(tǒng)的核心，集成了盤點機系統(tǒng)的微處理器、SDRAM單元、NAND Flash單元以及它們所需要的輔助部件，如晶體振蕩器（12MHZ和32KHZ兩組），電源模塊等等。核心板圖和PCB板圖如圖9.1b,c所示。,5,圖9.1a硬件平臺示意圖,6,2）FlashROM程序存儲器,在核心板中，微處理器采用的是基于ARM920T核的S3C2410微處理器。系統(tǒng)的程序存儲器采用的是NAND Flash，芯片的型號是Samsung公司的K9F1208，容量為64MB，NAND FlashROM 接口電路原理如圖9-2所示。,它按頁進行自動編程，每一頁大小為528（512+16）字節(jié)，編程的典型時間為200s。擦除則按照塊進行，每一塊的大小為16K字節(jié)，典型的擦除時間為2ms。它在頁面中讀取單個數(shù)據(jù)的時間為50ns。K9F1208總共有48個引腳，起作用的只有8根IO口線、讀寫控制線和電源線等。IO口是地址、命令輸入和數(shù)據(jù)輸出輸入的復用端口。K9F1208還提供了ECC錯誤糾正碼，實現(xiàn)壞區(qū)檢測以及實時映射，這樣它具有高達10萬次的編程擦除周期，數(shù)據(jù)保存長達10年。在S3C2410內部集成有NAND Flash控制器，可以在硬件上直接與NAND Flash相連。在盤點機中，NAND Flash被用作裝載操作系統(tǒng)鏡像以及大容量的數(shù)據(jù)存儲，同時也是系統(tǒng)啟動存儲器。,7,圖9.1b 核心板部分的示意圖,核心板是整個系統(tǒng)的核心，集成了盤點機系統(tǒng)的處理器，SDRAM單元，NAND Flash單元以及它們所需要的輔助部件,8,圖9.1c 核心板PCB圖（6層）,9,圖9-2 NAND FlashROM的原理圖,10,3)SDRAM隨機存儲器,SDRAM被用來運行操作系統(tǒng)以及各類數(shù)據(jù)的緩存，圖9-3是核心板 SDRAM 接口部分的原理圖，系統(tǒng)采用兩片HY57V561620 16M16Bit SDRAM芯片，共同組成32Bit數(shù)據(jù)寬度，64MB內存。,HY57V561620是一款4Banks4M16Bit的SDRAM芯片，采用3.3V電源供電，比較適合嵌入式系統(tǒng)。SDRAM與其它的RAM相比，有許多獨特的優(yōu)點，容量大，功耗低，速度快，最快可以工作在166MHz頻率下，通常存儲時間為10ns。在高速存儲系統(tǒng)中SDRAM是必不可少的外部存儲設備。SDRAM通過S3C2410片內的SDRAM控制器來管理，SDRAM掛接在BANK6上。,11,圖9-3核心板SDRAM部分的原理電路圖,12,4）核心板電源,圖9-4是核心板電源部分的原理電路圖。圖中，采用MIC5207電源芯片將來自系統(tǒng)板的3.3V電壓轉換為兩組1.8V電壓供給處理器內核使用。核心板上還有一些輔助電路，包括上拉電阻，濾波電容，以及供處理器使用的主時鐘晶振，供外設適用的輔助時鐘晶振等，它們一起構成了ARM的最小硬件系統(tǒng)板。系統(tǒng)所使用的S3C2410處理器是一款FBGA封裝的高速處理器，運行時鐘頻率為203MHz，這種FBGA封裝的高速處理器需要使用多層電路板設計。本系統(tǒng)核心板工作在高速信號下，為了布線方便，減少干擾，采用了六層電路板設計，第二層為接地面，四層為電源面，其他各層為信號層。核心板通過標準144芯SIMM插座與母板連接。核心板是一個最小的ARM9硬件系統(tǒng)板，具有較好的通用性，可以作為不同產品開發(fā)設計的基礎。,13,圖9.4 電源原理圖,14,系統(tǒng)板（應用板）的組成與工作原,系統(tǒng)板起兩方面的作用，一方面對核心板提供支持。如為核心板供電，提供外設到核心板的連接，另一方面為各種外設提供了接口。系統(tǒng)板主要集成有RJ-45網絡接口、USB 主從設備接口、串行接口、LCD顯示器接口、CF卡接口、鍵盤等接口電路。同時，還有包含有一些相應的控制轉換電路（如可編程器件CPLD）和電源管理部分。核心板和母板之間采用標準SIMM插槽連接，外設和系統(tǒng)板之間采用相應的外設接口連接。其中可編程器件CPLD采用的是Altera公司的EPM3032ATC44-10的CPLD芯片。CPLD器件可以實現(xiàn)高速的FIFO或者利用其靈活的可編程性，可以作為核心板與外部其他功能模塊的通用接口（如實現(xiàn)了一個IDE接口）。因為S3C2410本身沒有CF卡（半導體輔助存儲器中的一種）接口，所以為了連接CF卡，必須采用轉換接口。實際系統(tǒng)中采用了總線接口的IDE接口轉換為CF卡接口。,15,系統(tǒng)板上的網絡接口芯片采用CS8900網絡接口芯片。CS8900芯片是Cirrus Logic公司生產的一種局域網處理芯片，它的封裝是100-pin TQFP，內部集成了在片RAM、10BASE-T收發(fā)濾波器，并且提供8位和16位兩種接口。本系統(tǒng)中采用16位接口方式。以太網接口原理圖如圖9-6 所示，圖中HR601627是一種脈沖變壓器，在CS8900的前端對網絡信號進行脈沖波形變換。,16,圖9.6 CS8900網絡接口原理圖。,17,系統(tǒng)采用了一款專用顯示器19264型LCD顯示器。該顯示器是一種圖形點陣液晶顯示器，它主要由行驅動器、列驅動器及19264全點陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示124個(1616點陣)漢字，采用3.3V電源供電，與處理器接口采用8位并行輸入輸出數(shù)據(jù)總線和8條控制線。S3C2410處理器內部集成了LCD控制器，但是該控制器不支持用戶選定的顯示器，只能采用其他方式接入該款顯示器，實際采用的是直接掛接到處理器的通用I/O口上的方式。,18,S3C2410中集成了3.3V TTL 電平的串行接口，可以直接使用。為了與標準RS232C串行設備通信，采用了一塊SP3243芯片用于電平的轉換，構成了一個比較完整的串口。,在盤點機的實際應用中，需要外接串行口的條形碼掃描儀，該掃描儀采用標準串口9針D型插座，工作時需要通過串口第九針外接5V電源。為了方便使用該款掃描儀，設計時對串行接口進行了改進，在串口第九針上采用電子開關疊加可控的5V電源。在作為標準串口使用時，5V電源和第九針斷開。當外接掃描儀時第九針接入5V電源，驅動掃描儀正常工作。串口第九針是否接入5V電源在串口驅動程序中實現(xiàn)，應用程序通過串口設置系統(tǒng)調用函數(shù)來控制，接口電路如圖 9-8 所示。,19,圖 9-8 串行接口電路,20,本系統(tǒng)中所用的設備較多，其中很多設備需要復位信號來保證正?？煽康膹臀弧榇?，在系統(tǒng)板上設計了復位信號模塊，該模塊采用電阻、電容和二極管構成一個簡單適用的復位電路，在此基礎上采用74HC17芯片進行波形調整、信號取反繼而生成符合設備需要的高、低電平兩組復位信號，供整個系統(tǒng)使用。復位電路的原理圖見圖9-9所示。,S3C2410處理器片內集成有USB接口，故系統(tǒng)板只是簡單的將此信號引出。,21,圖9.8 復位電路原理圖,22,盤點機的輸入信號則采用外接的串口鍵盤手動輸入和串口條形碼掃描儀讀入方式。串口鍵盤為自行設計的，適合盤點業(yè)需要的專用鍵盤，鍵盤采用了一款16位低功耗單片機MSP430進行管理。,使用盤點機的目的是為了提高盤點效率，對于盤點人員而言，使用最多的就是掃描儀和鍵盤。掃描儀上只有一個按鍵，使用簡單。由于鍵盤的效率對于提高盤點的效率非常重要，所以在盤點機系統(tǒng)中設計一款最合適盤點使用的鍵盤是提高盤點效率的重要一環(huán)。盤點機是一款便攜式設備，鍵盤不可能做得很大，另一方面為了便于盤點人員實現(xiàn)盲打，按鍵的大小不能太小，特別是頻繁使用的按鍵還應該比計算機標準鍵盤略大。在這種情況下，按鍵的個數(shù)就有所限制，經過大量實踐，最終的鍵盤設計采用了31鍵的方案。其中字母和數(shù)據(jù)鍵在一般情況下作為數(shù)字鍵使用，配合Shift按鍵輸入字母，圖9-10為鍵盤部分的框圖。,專用鍵盤的設計,23,同時，為了使用方便，鍵盤上還設置了系統(tǒng)休眠、喚醒按鍵，與鍵盤接口一起通過排線接入系統(tǒng)板。鍵盤所用的控制器為MSP430F149，這是TI公司推出的一種具有16位RISC結構、超低功耗的工業(yè)級混合信號控制器。這些控制器被設計為可用電池工作，而且可以有很長使用時間的應用。CPU中的16個寄存器和常數(shù)發(fā)生器使MSP430微控制器能達到最高的代碼效率，靈活的時鐘源可以使器件達到最低的功率消耗，數(shù)字控制的振蕩器（DCO）可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于6s的時間內激活到活躍的工作方式。程序中使用MSP430F149的外部中斷I/O口作為鍵盤掃描的信號線，經過編碼后，通過片內內置的串口輸出到系統(tǒng)板。該芯片在電壓，1MHz的時鐘條件下運行，耗電電流在0.1-400A之間（因不同的工作模式而不同）。CPU平時至于節(jié)電模式，按鍵時觸發(fā)中斷信號，CPU立即被喚醒，處理完鍵盤事件后，CPU再次進入省電模式。,24,圖9-10為鍵盤部分的框圖,25,系統(tǒng) 板圖,10M,以太網,網卡,CS8900,條形碼掃描儀RS232接口,網絡傳輸,RJ45,接口,JTAG調試,接口,鍵盤,RS232,接口,LCD顯示器,接口,電源模塊,MAX603,26,9.3 軟件系統(tǒng)的設計,系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要包括嵌入式操作系統(tǒng)選型、定制及裁減、硬件驅動程序和用戶應用程序方面。,操作系統(tǒng)的定制與實現(xiàn),Window CE 具有良好的圖形交互界面，便于開發(fā)調試上層圖形應用程序，所以本便攜式盤點機的操作系統(tǒng)選用了Windows CE。,Microsoft Windows CE.NET 是支持多平臺的、可定制的32位嵌入式操作系統(tǒng)。支持多線程、完全搶占執(zhí)行和多任務。不僅適用于工業(yè)上的嵌入式設備，同時支持高度便攜性的個人計算設備，如掌上電腦、PDA 和移動通信設備等。Windows CE.NET在設計上采用完全的模塊化結構，可以根據(jù)硬件平臺和應用目的靈活的進行定制。對于應用程序的開發(fā)者來說，Windows CE.NET 提供了同 Windows 環(huán)境相似的各種開發(fā)環(huán)境。Microsoft Win32 API、ActiveX 控件、消息隊列、COM 接口、ATL