基于ARM的分布式干擾機(jī)控制單元設(shè)計(jì)

目前常見的干擾機(jī)一般都采用上位機(jī)作為控制單元，優(yōu)點(diǎn)是接口和整個單元開發(fā)均較為方便，但缺點(diǎn)是無法脫離計(jì)算機(jī)獨(dú)立工作。本文采用ARM及大尺寸觸摸屏作為平臺開發(fā)的分布式干擾機(jī)控制單元，ARM與干擾機(jī)可集成為一體，具有攜帶方便、穩(wěn)定性高、成本低、功耗小、可移植性好等優(yōu)點(diǎn)。

設(shè)計(jì)的分布式干擾機(jī)由兩套干擾機(jī)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)的分布式協(xié)同相干和非相干干擾。兩套干擾機(jī)在軟硬件上均采用相同的設(shè)計(jì)，其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 硬件平臺的選擇

如圖1中，ARM控制單元所用平臺為友善之臂公司推出的Miero2440開發(fā)板，特點(diǎn)如下：

(1)采用Samsung S3C2440為微處理器，主頻400 MHz，并采用專業(yè)穩(wěn)定的CPU內(nèi)核電源芯片和復(fù)位芯片來保證系統(tǒng)運(yùn)行時的穩(wěn)定性。

(2)支持Thumb/ARM雙指令集，能很好地兼容8位/16位器件，大量使用寄存器，尋址方式靈活簡單、指令執(zhí)行速度更快、效率更高。

(3)是第一款統(tǒng)一采用支持EABI標(biāo)準(zhǔn)交叉編譯器的開發(fā)板(EABI是ARM結(jié)構(gòu)下的一個編譯規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，而只有符合EABI標(biāo)準(zhǔn)的編譯工具編譯出來的目標(biāo)文件才是互相融合的，這對于后期開發(fā)程序進(jìn)行交叉編譯以及移植尤為重要)，而其他同類開發(fā)板仍在使用拼湊的各個版本的編譯器，會導(dǎo)致開發(fā)效率不高，可移植性不好。

(4)擁有4個通過USB HUB芯片擴(kuò)展的USBHost以及1個USB Slave。其中4個USB Host接口和普通PC的USB接口相同，可以接常見的USB外設(shè)，這對于開發(fā)過程中需要暫時外接鍵盤鼠標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)測試提供了便利;而USB Slave的主要作用是下載Linux內(nèi)核至開發(fā)板中，以及系統(tǒng)一但崩潰可通過其進(jìn)行快速恢復(fù)。

綜上所述，Micro2440是一款實(shí)用的ARM9開發(fā)板，系統(tǒng)穩(wěn)定性好、主頻高、運(yùn)行速度快，可減少軟件開發(fā)時間，外圍設(shè)備資源豐富，從而降低系統(tǒng)的復(fù)雜度、減少系統(tǒng)成本。所以最終選擇Micro2440作為系統(tǒng)的硬件平臺。

1.2 SPI驅(qū)動的開發(fā)

設(shè)備驅(qū)動是操作系統(tǒng)的一部分，一般情況下操作系統(tǒng)并未給各種類型的硬件提供設(shè)備驅(qū)動程序，而操作系統(tǒng)在無設(shè)備驅(qū)動的支持下無法正?？刂朴布?。所以要結(jié)合系統(tǒng)具體的硬件情況開發(fā)設(shè)備驅(qū)動。

Micro2440的SPI接口可以進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸，它包含SPIO和SPI1兩個SPI接口，每個接口分別有兩個8位數(shù)據(jù)移位器用于數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，數(shù)據(jù)同時進(jìn)行發(fā)送和接收。SPI驅(qū)動的添加通過編譯內(nèi)核實(shí)現(xiàn)，它與內(nèi)核一同啟動。SPI驅(qū)動在被加載時，先調(diào)用init_module()，該入口點(diǎn)函數(shù)用來初始化設(shè)備驅(qū)動程序，其一個重要功能是往內(nèi)核中注冊此設(shè)備，完成注冊則需要調(diào)用register_chrdev()。

該設(shè)備成功注冊后，會得到自定義的次設(shè)備號以及系統(tǒng)為之分配好的主設(shè)備號，其中，主設(shè)備號用來反映設(shè)備類型，次設(shè)備號則用于區(qū)分同類型的設(shè)備，同時和文件系統(tǒng)建立聯(lián)系。嵌入式設(shè)備驅(qū)動程序在卸載時，要回收系統(tǒng)相應(yīng)資源，這里調(diào)用unregister_chrdev()來復(fù)位設(shè)備的相應(yīng)寄存器，同時從內(nèi)核中注銷此設(shè)備。而系統(tǒng)調(diào)用就是對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行操作，如調(diào)用open、read、write以及ioctl等，以供用戶應(yīng)用程序使用。圖2描述了嵌入式設(shè)備SPI驅(qū)動程序在內(nèi)核中的注冊、卸載與系統(tǒng)調(diào)用的全過程。

一般SPI驅(qū)動可分為：設(shè)備的注冊與注銷、打開與釋放、讀寫、控制以及中斷和輪詢處理等一系列操作?；镜腟PI驅(qū)動主要操作是一個內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)file_operations，通過該結(jié)構(gòu)為文件系統(tǒng)提供入口點(diǎn)函數(shù)，即訪問設(shè)備驅(qū)動程序的函數(shù)，該結(jié)構(gòu)在文件中被定義，里面包含了一組函數(shù)指針成員，該結(jié)構(gòu)每個成員的名字都與一個系統(tǒng)調(diào)用相對應(yīng)。字符設(shè)備可用文件系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行訪問，如/dev/fps200。file_operations用于在設(shè)備號與設(shè)備驅(qū)動之間建立連接，它的結(jié)構(gòu)中的每一個成員即函數(shù)指針都須指向設(shè)備驅(qū)動中具有特定功能的函數(shù)，若不支持該操作，可將其設(shè)置為NULL。

1.3 RS232接口設(shè)計(jì)

S3C2440集成了3個串口UART0、1、2，文中用到的是UART0。UART0作為標(biāo)準(zhǔn)串口通信，與主機(jī)相連用于系統(tǒng)調(diào)試、超級終端控制和文件收發(fā)。圖3為S3C2440與RS232信號連接圖，其中MAX3232SOP作為串口UART0使用。

1.4 SD卡接口電路設(shè)計(jì)

SD卡有兩種總線模式，即SD模式和SPI模式。SD模式采用4根數(shù)據(jù)線傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸快，但協(xié)議相對復(fù)雜。SPI模式采用1根數(shù)據(jù)線傳輸數(shù)據(jù)，傳輸速度相對較慢，但傳輸協(xié)議與操作簡單。系統(tǒng)采用SD模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。SD模式下，SD卡的9個引腳分別是命令、時鐘、3個電源以及4個數(shù)據(jù)輸入輸出引腳。SD卡通過卡座與主控制器相連，由于S3C24 40提供了專用的多媒體卡接口，簡化了SD卡與S3C2440的硬件連接。具體的信號連接圖如圖4所示。

2 Qt界面設(shè)計(jì)

在Qt3.3.8版本下，根據(jù)分布式干擾機(jī)的功能需求，以及ARM開發(fā)板觸摸屏的尺寸綜合進(jìn)行設(shè)計(jì)?？紤]到顯示屏大小的限制，以及各功能模塊的區(qū)分，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)發(fā)控制、顯示控制和調(diào)相控制3個選項(xiàng)卡，每個選項(xiàng)卡中的編輯項(xiàng)與顯示項(xiàng)相互獨(dú)立。其中轉(zhuǎn)發(fā)控制選項(xiàng)卡中主要是ARM控制系統(tǒng)對分布式干擾機(jī)的配置參數(shù)，如圖5所示。顯示控制則主要用于顯示干擾機(jī)測量或計(jì)算出的內(nèi)容，調(diào)相控制是對多個假目標(biāo)角度的配置，這里只截取了轉(zhuǎn)發(fā)控制選項(xiàng)卡的界面截圖。而對于加密方案配置項(xiàng)，一直需要顯示的主機(jī)號項(xiàng)，以及隨時可能操作的設(shè)置及退出按鈕，獨(dú)立于3個選項(xiàng)卡之外，會始終顯示在界面上。

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