基于A(yíng)RM的分布式干擾機控制單元設計

目前常見(jiàn)的干擾機一般都采用上位機作為控制單元，優(yōu)點(diǎn)是接口和整個(gè)單元開(kāi)發(fā)均較為方便，但缺點(diǎn)是無(wú)法脫離計算機獨立工作。本文采用ARM及大尺寸觸摸屏作為平臺開(kāi)發(fā)的分布式干擾機控制單元，ARM與干擾機可集成為一體，具有攜帶方便、穩定性高、成本低、功耗小、可移植性好等優(yōu)點(diǎn)。

設計的分布式干擾機由兩套干擾機構成，實(shí)現對雷達的分布式協(xié)同相干和非相干干擾。兩套干擾機在軟硬件上均采用相同的設計，其組成結構如圖1所示。

1 系統硬件設計

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(kāi)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(zhuān)業(yè)穩定的CPU內核電源芯片和復位芯片來(lái)保證系統運行時(shí)的穩定性。

(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(jiǎn)單、指令執行速度更快、效率更高。

(3)是第一款統一采用支持EABI標準交叉編譯器的開(kāi)發(fā)板(EABI是ARM結構下的一個(gè)編譯規范和標準，而只有符合EABI標準的編譯工具編譯出來(lái)的目標文件才是互相融合的，這對于后期開(kāi)發(fā)程序進(jìn)行交叉編譯以及移植尤為重要)，而其他同類(lèi)開(kāi)發(fā)板仍在使用拼湊的各個(gè)版本的編譯器，會(huì )導致開(kāi)發(fā)效率不高，可移植性不好。

(4)擁有4個(gè)通過(guò)USB HUB芯片擴展的USBHost以及1個(gè)USB Slave。其中4個(gè)USB Host接口和普通PC的USB接口相同，可以接常見(jiàn)的USB外設，這對于開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要暫時(shí)外接鍵盤(pán)鼠標進(jìn)行系統測試提供了便利;而USB Slave的主要作用是下載Linux內核至開(kāi)發(fā)板中，以及系統一但崩潰可通過(guò)其進(jìn)行快速恢復。

綜上所述，Micro2440是一款實(shí)用的ARM9開(kāi)發(fā)板，系統穩定性好、主頻高、運行速度快，可減少軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間，外圍設備資源豐富，從而降低系統的復雜度、減少系統成本。所以最終選擇Micro2440作為系統的硬件平臺。

1.2 SPI驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)

設備驅動(dòng)是操作系統的一部分，一般情況下操作系統并未給各種類(lèi)型的硬件提供設備驅動(dòng)程序，而操作系統在無(wú)設備驅動(dòng)的支持下無(wú)法正?？刂朴布?。所以要結合系統具體的硬件情況開(kāi)發(fā)設備驅動(dòng)。

Micro2440的SPI接口可以進(jìn)行串行數據傳輸，它包含SPIO和SPI1兩個(gè)SPI接口，每個(gè)接口分別有兩個(gè)8位數據移位器用于數據的接收和發(fā)送，數據同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。SPI驅動(dòng)的添加通過(guò)編譯內核實(shí)現，它與內核一同啟動(dòng)。SPI驅動(dòng)在被加載時(shí)，先調用init_module()，該入口點(diǎn)函數用來(lái)初始化設備驅動(dòng)程序，其一個(gè)重要功能是往內核中注冊此設備，完成注冊則需要調用register_chrdev()。

該設備成功注冊后，會(huì )得到自定義的次設備號以及系統為之分配好的主設備號，其中，主設備號用來(lái)反映設備類(lèi)型，次設備號則用于區分同類(lèi)型的設備，同時(shí)和文件系統建立聯(lián)系。嵌入式設備驅動(dòng)程序在卸載時(shí)，要回收系統相應資源，這里調用unregister_chrdev()來(lái)復位設備的相應寄存器，同時(shí)從內核中注銷(xiāo)此設備。而系統調用就是對相應設備進(jìn)行操作，如調用open、read、write以及ioctl等，以供用戶(hù)應用程序使用。圖2描述了嵌入式設備SPI驅動(dòng)程序在內核中的注冊、卸載與系統調用的全過(guò)程。

一般SPI驅動(dòng)可分為：設備的注冊與注銷(xiāo)、打開(kāi)與釋放、讀寫(xiě)、控制以及中斷和輪詢(xún)處理等一系列操作?；镜腟PI驅動(dòng)主要操作是一個(gè)內核數據結構file_operations，通過(guò)該結構為文件系統提供入口點(diǎn)函數，即訪(fǎng)問(wèn)設備驅動(dòng)程序的函數，該結構在文件中被定義，里面包含了一組函數指針成員，該結構每個(gè)成員的名字都與一個(gè)系統調用相對應。字符設備可用文件系統節點(diǎn)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，如/dev/fps200。file_operations用于在設備號與設備驅動(dòng)之間建立連接，它的結構中的每一個(gè)成員即函數指針都須指向設備驅動(dòng)中具有特定功能的函數，若不支持該操作，可將其設置為NULL。

1.3 RS232接口設計

S3C2440集成了3個(gè)串口UART0、1、2，文中用到的是UART0。UART0作為標準串口通信，與主機相連用于系統調試、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卡接口電路設計

SD卡有兩種總線(xiàn)模式，即SD模式和SPI模式。SD模式采用4根數據線(xiàn)傳輸數據，數據傳輸快，但協(xié)議相對復雜。SPI模式采用1根數據線(xiàn)傳輸數據，傳輸速度相對較慢，但傳輸協(xié)議與操作簡(jiǎn)單。系統采用SD模式進(jìn)行數據傳輸。SD模式下，SD卡的9個(gè)引腳分別是命令、時(shí)鐘、3個(gè)電源以及4個(gè)數據輸入輸出引腳。SD卡通過(guò)卡座與主控制器相連，由于S3C24 40提供了專(zhuān)用的多媒體卡接口，簡(jiǎn)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界面設計

在Qt3.3.8版本下，根據分布式干擾機的功能需求，以及ARM開(kāi)發(fā)板觸摸屏的尺寸綜合進(jìn)行設計?？紤]到顯示屏大小的限制，以及各功能模塊的區分，設計了轉發(fā)控制、顯示控制和調相控制3個(gè)選項卡，每個(gè)選項卡中的編輯項與顯示項相互獨立。其中轉發(fā)控制選項卡中主要是ARM控制系統對分布式干擾機的配置參數，如圖5所示。顯示控制則主要用于顯示干擾機測量或計算出的內容，調相控制是對多個(gè)假目標角度的配置，這里只截取了轉發(fā)控制選項卡的界面截圖。而對于加密方案配置項，一直需要顯示的主機號項，以及隨時(shí)可能操作的設置及退出按鈕，獨立于3個(gè)選項卡之外，會(huì )始終顯示在界面上。

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