专利名称：一种外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及外骨骼服领域，确切地说是指一种外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台。
背景技术：
外骨骼服是一种辅助人承受负载，有效增强人的负重能力，并帮助人们在各种地形条件下行走，结合了人的智能和机械动力装置的机械能量的一种人机结合的机器人。外骨骼服需要配置很多的外部设备，如压力传感器、光电编码器、油压传感器、电机、电液伺服阀、陀螺仪等，这些外部设备的信息需要集中处理，需要实时、稳定、高效、可靠，故需要设计专业的嵌入式计算机平台来满足我们的要求。但是外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台不能满足设计要求，需要改进。
发明内容
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，能够很好地解决系统的相应要求，满足系统的时时通信问题，为控制系统提供很好的硬件支持，同时该硬件平台采用的是工业级电子元器件，能满足系统的长时间工作要求。为了解决以上的技术问题，本发明提供的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，包括电源、CPU系统和外围接口，电源和外围接口与CPU系统连接，其中CPU系统集成有CPU、SDRAM控制器、B00TR0M、FLASH、定时器、看门狗、调试串口、调试网口 ；外围接口包括RS232串口、RS422接口、CAN接口、AD接口、DA接口、通用IO接口。优选地，外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台还包括时钟，时钟与CPU系统连接。优选地，外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台还包括CPLD，CPLD与CPU系统连接。优选地，CPU包括两个组成部分嵌入的PowerPC内核和通信处理模块。优选地，SDRAM控制器对SDRAM进行控制，所有SDRAM所需的读写、行列选择信号均由CPU产生。优选地，调试串口由CPU内部的串行管理控制接口来实现。优选地，RS232串口由CPU内部的串行管理控制接口串行通讯控制接口来完成。优选地，RS422接口由CPU内部的串行管理控制接口串行通讯控制接口来完成。优选地，AD接口采用模拟开关，程控仪表放大器和AD转换芯片实现；DA接口通过DAC8412和外部参考电压源AD588实现。优选地，通用IO接口由CPLD外加总线驱动器164245实现。本发明提供的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，包括电源、CPU系统和外围接口，电源和外围接口与CPU系统连接，其中CPU系统集成有CPU、SDRAM控制器、B00TR0M、FLASH、定时器、看门狗、调试串口、调试网口 ；外围接口包括RS232串口、RS422接口、CAN接口、AD接口、DA接口、通用IO接口。与现有技术相比，本发明提供的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，能够很好地解决系统的相应要求，满足系统的时时通信问题，为控制系统提供很好的硬件支持，同时该硬件平台采用的是工业级电子元器件，能满足系统的长时间工作要求。
图I为本发明中外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台的结构框图。
具体实施例方式为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。请参见图1，该图为本发明中外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台的结构框图。本发明提供的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，包括电源、时钟、CPLD、CPU系统和外围接口，时钟、CPLD、电源和外围接口分别与CPU系统连接，其中CPU系统集成有CPU、SDRAM控制器、B00TR0M、FLASH、定时器、看门狗、调试串口、调试网口 ；外围接口包括RS232串口、RS422接口、CAN接口、AD接口、DA接口、通用IO接口。本发明提供的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台的实现原理如下I、电源+5V的电源通过和底板的连接器提供。内部所使用的3. 3V和I. 5V电源采用DC-DC电源芯片TPS54310实现，可提供高达 3A的电流。板上AD和AD等电路所使用的电源由A0515S-2W实现，可提供+15V和-15V各60mA 的电流。CAN总线需要的5V隔离电源由B0505S-1W实现。2、时钟需要提供CPU和内存所需66MHz时钟，由66MHz晶振外加时钟收发CY2305实现。
采用25MHz晶振提供网络所需的时钟。3、CPLD采用LC4256V-75T176-10I实现板上逻辑的控制。4、CPU 小系统4. I、CPU采用MPC8280，外频 66MHz，CPM 频率 266MHz，CPU 的主频 333MHz。MPC8280 是飞思卡尔公司(前身为Motorola半导体)的高性能PowerPC处理器。CPU有两个主要的组成部分嵌入的PowerPC内核和通信处理模块(CPM)。由于CPM分担了嵌入式PowerPC核的外围工作任务，这种双处理器体系结构功耗要低于传统的体系结构的处理器。4. 2、SDRAM CPU集成SDRAM控制器对板内SDRAM进行控制，所有SDRAM所需的读写、行列选择信号均由CPU产生。SDRAM采用MT48LC4M32B2P，该芯片32位宽度，16M容量，使用2片并联，共提供32M字节的容量，并提供向上兼容的能力。
64位66MHz的访问宽度和速度大大提高了内存的访问效率，使得系统的效率得到提升。4. 3、B00TR0M采用S29AL008D70TAI020芯片，16位宽度IM字节空间。主要用作存放操作系统启动代码、启动配置，用户不可用。
4. 5, FLASH采用S29GL512N11TAI020芯片，16位宽度64M字节空间。主要用作存放操作系统的代码以及用户代码、用户配置和用户数据。FLASH进行TFFS的文件格式化，方便用户进行操作。4. 6、定时器2路定时器由CPU内部实现。CPU的CPM处理器提供4个通用16位定时器，可提供从微秒到秒级的定时中断，经过软件配置提供给用户使用。4·7、看门狗看门狗通过CPLD硬件编程联合外部复位芯片MAX813实现，用户可以通过跳线设置是否启动看门狗。看门狗在系统上电启动时设置的喂狗时间为30秒左右，当系统启动后，喂狗间隔时间为2秒左右。4. 8、调试串口调试串口由CPU内部的SMC(串行管理控制)接口来实现。包括波特率发生器、中断等均由CPU内部完成。串行接口可通过软件设置成不同的模式和波特率，默认115200bps的波特率。4. 9、调试网口调试网口用LXT971作为快速以太网物理层自适应收发器。由于LXT971支持IEEE802·3标准，提供MII(media independent interface)接口，可以支持MAC，而MPC8280内部正好集成有以太网媒体存取控制器，所以LXT971可以和MPC8280实现无缝连接。在通过网络隔离变压器和RJ45连接器同调试网络进行连接。5、外围接口5. URS2322路RS232串口由CPU内部的SMC(串行管理控制)接口 SCC(串行通讯控制)接口来完成。包括波特率发生器、中断等均由CPU内部完成。串行接口可通过软件设置成不同的模式和波特率，默认115200bps的波特率。5.2、RS4223路RS422接口由CPU内部的SMC (串行管理控制)接口 SCC (串行通讯控制)接口来完成。包括波特率发生器、中断等均由CPU内部完成。串行接口可通过软件设置成不同的模式和波特率，默认115200bps的波特率。5. 3、CAN2路CAN接口，波特率500Kbps，采用2个CAN控制器SJA1000实现。SJA1000是一款独立的控制器，用于汽车和一般工业环境中的控制器局域网络(CAN)。它是PHILIPS半导体PCA82C200CAN控制器(BasicCAN)的替代产品。而且，它增加了一种新的工作模式(PeliCAN)，这种模式支持具有很多新特性的CAN2. OB协议。
5.4、AD 接口7路AD接口采用模拟开关，程控仪表放大器和AD转换芯片实现。支持16路单端， 8路差分AD接口，量程0-+10V，+/-5V, +/-IOV可选，量程X I，2，4，8倍可编程 增益，最大采样率 IOOKHz οAD1674是美国AD公司推出的一种完整的12位并行模/数转换单片集成电路。该芯片带有内部采样保持的完全12位逐次逼近(SAR)型模/数转换器；采样频率为IOOkHz ； 转换时间为IOys;具有±1/2LSB的积分非线性(INL)以及12位无漏码的差分非线性 (DNL);满量程校准误差为O. 125%;内有+IOV基准电源，也可使用外部基准源；四种单极或双极电压输入范围分别为±5V，±10V，0V IOV和OV 20V ;数据可并行输出，采用8/12 位可选微处理器总线接口 ；内部带有防静电保护装置(ESD)，放电耐压值可达4000V;采用双电源供电模拟部分为±12V/±15V，数字部分为+5V。ADG508是8路模拟开关，可通过软件进行任意通道的选择。PGA203是数字控制可编程增益G = 1、2、4、8的单片仪表放大器，有与CMOS或TTL 兼容的输入，便于与微处理器接口。有FET输入和一种新的跨导电路，使得在带宽内的增益几乎保持常数。增益和失调电压采用激光校正，使用时无需外部元件。5. 5、DA 接口3路DA接口通过DAC8412和外部参考电压源AD588实现，可实现12位的分辨率， 在外部参考电压的配合下可实现-5-+5V，-10-+10V,0-5V, 0-10V可选量程。DAC8412具有4个DA接口，12位的精度，并具有将设置的数字值读回的功能。 DAC8412支持单极性和双极性输出，输出的摆幅由参考电压决定。在复位的时候，如果为双极性输出则保持为O电平，如果为单极性输出则为满量程的一半大小。AD588是适用于12位精度的参考电压源，通过设置，可以提供_5V，+5V，-10V, +IOV 等参考电压。5. 6、通用 IO 接口通用IO接口由CPLD外加总线驱动器164245实现。设计为16位GP0。与现有技术相比，本发明提供的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，能够很好地解决系统的相应要求，满足系统的时时通信问题，为控制系统提供很好的硬件支持，同时该硬件平台采用的是工业级电子元器件，能满足系统的长时间工作要求。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，其特征在于，包括电源、CPU系统和外围接口，电源和外围接口与CPU系统连接，其中 CPU系统集成有CPU、SDRAM控制器、BOOTROM、FLASH、定时器、看门狗、调试串口、调试网Π ； 外围接口包括RS232串口、RS422接口、CAN接口、AD接口、DA接口、通用IO接口。
2.根据权利要求I所述的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，其特征在于，还包括时钟，时钟与CPU系统连接。
3.根据权利要求I所述的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，其特征在于，还包括CPLD，CPLD与CPU系统连接。
4.根据权利要求I所述的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，其特征在于，CPU包括两个组成部分嵌入的PowerPC内核和通信处理模块。
5.根据权利要求I所述的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，其特征在于，SDRAM控制器对SDRAM进行控制，所有SDRAM所需的读写、行列选择信号均由CPU产生。
6.根据权利要求I所述的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，其特征在于，调试串口由CPU内部的串行管理控制接口来实现。
7.根据权利要求I所述的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，其特征在于，RS232串口由CPU内部的串行管理控制接口串行通讯控制接口来完成。
8.根据权利要求I所述的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，其特征在于，RS422接口由CPU内部的串行管理控制接口串行通讯控制接口来完成。
9.根据权利要求I所述的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，其特征在于，AD接口采用模拟开关，程控仪表放大器和AD转换芯片实现；DA接口通过DAC8412和外部参考电压源AD588实现。
10.根据权利要求3所述的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，其特征在于，通用IO接口由CPLD外加总线驱动器164245实现。
全文摘要
本发明公开一种外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，包括电源、CPU系统和外围接口，电源和外围接口与CPU系统连接，其中CPU系统集成有CPU、SDRAM控制器、BOOTROM、FLASH、定时器、看门狗、调试串口、调试网口；外围接口包括RS 232串口、RS422接口、CAN接口、AD接口、DA接口、通用IO接口。与现有技术相比，本发明提供的外骨骼服的嵌入式计算机硬件平台，能够很好地解决系统的相应要求，满足系统的时时通信问题，为控制系统提供很好的硬件支持，同时该硬件平台采用的是工业级电子元器件，能满足系统的长时间工作要求。
文档编号G05B15/02GK102621895SQ201210053750
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者周宏 , 周胜明, 张志刚, 朱家元, 李炎, 汤天强, 谢安, 邓振挺 申请人:四川华通工程技术研究院