基于ARM7的軌道檢測(cè)儀的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.2 高效率電源管理

　　電源管理是電池供的電便攜式設(shè)備的關(guān)鍵部分，使用低功耗器件和提高電源管理效率是延長(zhǎng)系統(tǒng)連續(xù)工作時(shí)間的兩個(gè)重要手段。設(shè)計(jì)中根據(jù)用電器的特征和成本上的考慮做出如圖3所示的供電方案。

　　圖3系統(tǒng)電源方案　Fig. 3 Scheme of power supply

　　DC-DC電源的效率雖高，但紋波系數(shù)較大，不適合模擬電路的供電;線性穩(wěn)壓器雖然穩(wěn)壓效果好，但是效率低，且只能降壓。AD轉(zhuǎn)換器工作電流很小且對(duì)電源穩(wěn)定性要求高，故直接使用線性穩(wěn)壓器給其供電，而數(shù)字部分都采用DC-DC電源，對(duì)于處理器所需的多電壓，也采用線性穩(wěn)壓器，由此帶來(lái)的功率損耗還可接受。傳感器所需的正負(fù)電壓需要通過(guò)DC-DC的升壓和反轉(zhuǎn)才能得到，為了消除其紋波的影響同時(shí)使用了線性穩(wěn)壓器。對(duì)于功率較大的液晶屏背光和打印機(jī)則使用單獨(dú)的DC-DC，并由處理器控制。同時(shí)DC-DC對(duì)負(fù)載大幅度波動(dòng)的適應(yīng)不是很好，打印機(jī)的機(jī)頭產(chǎn)生的功耗是間歇性的，瞬時(shí)功率很高，因此DC-DC需要有足夠的功率裕度。

　　此電源方案在實(shí)踐中取得了良好的效果，系統(tǒng)在關(guān)閉背光和打印機(jī)的情況下，12V蓄電池的輸出電流小于120mA。

　　4軟件設(shè)計(jì)

　　4.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集

　　由于數(shù)據(jù)采集對(duì)實(shí)時(shí)性的要求很高，所以軟件的設(shè)計(jì)沒(méi)有采用操作系統(tǒng)，而是由多個(gè)中斷服務(wù)程序和主程序組成。設(shè)計(jì)一共用到4個(gè)外部中斷和3個(gè)內(nèi)部中斷，分別來(lái)自光電編碼器正反向轉(zhuǎn)動(dòng)、MAX197、CH375、RTC和兩個(gè)定時(shí)器。其中比較重要的兩個(gè)中斷分別來(lái)自光電編碼器和產(chǎn)生采樣頻率的定時(shí)器，前者的特點(diǎn)是頻率較高，可達(dá)1KHz，且不能丟失，后者的特點(diǎn)是中斷服務(wù)程序的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，需要完成濾波運(yùn)算，因此要求中斷是可嵌套的。ARM處理器在硬件上不直接支持中斷服務(wù)程序的嵌套運(yùn)行[4]，雖然可以通過(guò)軟件的方式實(shí)現(xiàn)，但會(huì)增加額外的運(yùn)行開(kāi)銷。巧妙的利用ARM的特有的中斷機(jī)制就可以解決上述問(wèn)題，ARM提供FIQ和IRQ兩類中斷，F(xiàn)IQ中斷到來(lái)時(shí)處理器將運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)到FIQ模式下，該模式下?lián)碛袑Ｓ玫募拇嫫饕詼p少壓棧帶來(lái)的時(shí)間的損耗，IRQ類似，但專用寄存器沒(méi)有FIQ多。因此，當(dāng)處理器在IRQ模式下運(yùn)行中斷服務(wù)程序時(shí)，是可以立即響應(yīng)FIQ中斷的。將光電編碼器產(chǎn)生的中斷作為FIQ類型，其他中斷作為IRQ類型就可以使每個(gè)中斷得到及時(shí)的響應(yīng)[5]。