[经验] EE_BeagleBone_Cape硬件系统设计

chenzhufly 2012-10-25 11:39 楼主

作者：chenzhufly QQ：36886052 ( 转载请注明出处)
1. 概述
这篇文档是关于EE_BeagleBone_Cape硬件系统设计的记录，主要谈谈为为什么要设计这样的一块载板，这块载板有哪些功能，能够干哪些事情。同时谈谈我对TI出品的AM335x硬件设计的一些看法，欢迎大伙拍砖。
2. EE_BeagleBone_Cape系统设计框图

图1 系统框图

外扩资源介绍：

1. EP3C16Q240q240+SDRAM 1片主要看中的就是管脚多,接的东西太多了,呵呵

2. NAND Flash 1片本来打算从NAND启动的,可惜BeagleBone的板子比较难改,0402封装的电阻不好焊接阿,暂时不碰

3. LCD 1路

4. CAN 1路

5. RS485 1路

6. EEPROM 1片

7. 温度传感器 1路

8. 加速度传感器 1路

9. 串口扩展TL16C554 1片

10. 高速ADC(ADS826) 1路

至于100M网口、USB这个是Beaglebone自带的。

3. EE_BeagleBone_Cape设计来源
看到上面列的这些功能，非常的丰富，当然也会带来大伙的质疑。很多人都认为是简单的功能堆砌，又是一个大而全，华而不实的东西，仅仅是为了吸引大伙的眼球罢了。在这我将和大家分享我的设计初衷，已经回答这些天来大伙的一些疑问。
我以前在贴在里面说过，我设计的这些功能都是从实际的项目中来的，只不过不是一个，而是很多个，有些是已经成功的实施的，我想换个平台；有的是在设计中失败了，我还想在尝试尝试，诸如此类，等等吧，听我慢慢道来.
项目来源1:高速数据采集和传输
要求：信号频率20M，采集时间50ms，网络传输
首先想到的就是ARM+FPGA架构，FPGA干数据采集，ARM干数据传输，而且ARM+FPGA也是一种非常典型架型，在我的工作范围内使用的很平凡。从AM3359的手册上可以看到，GPMC支持同步模式，最大主频100M，这个很诱人，按16bit的数据宽度来算，也可以达到1.6G的带宽，即使打点折扣也很棒了！

当然会有人问，为什么不能用ARM直接驱动ADC采样，在我所接触的芯片中比如S3C6410,AT91SAM9260,AT91SAM9263等等，外设频率都很难达到20M，所以使用FPGA是比较明智的选择。
我现在的这个载板里面有一个采样频率60M的ADC(ADS826) ,还有一片FPGA，主要就是完成这个功能。
项目来源2:数字示波器
接着上面继续聊，有了高速ADC，如果在加入个LCD，就能很方便的实现示波器的功能。
那么就把LCD加进来吧，但是有个问题是为什么把LCD挂在FPGA上面呢？
这个主要就是为了这个项目量身设计的。直接挂在ARM上当然毋庸置疑是可以驱动的，但是在数据采集和实施显示的时候，将消耗掉非常多的系统资源，所以在这个项目里面，必须要用FPGA来刷新LCD，一方面把ADC采集的数据刷到LCD上，另一面处理ARM的控制信息，然后刷新到LCD上。其中的SDRAM也可以取到数据缓存的作用。
其次如果功能简单点，也可以去掉ARM，单独有FPGA + ADC +LCD来实现简易示波器的功能。
项目来源3:现场设备管理-CAN
这是个实在的项目，已经基本完成。主设备节点AT91SAM9260，从设备节点LM3S8962；主从设备节点通过CAN总线连接。
在这里我只想更换个CPU而已，因为项目都已经基本完成了，也无所谓好不好。不过也有一些理由吧.

1） AM3359自带CAN控制器这是个不错的选择，AT91SAM9260还需要外扩一个MCP2515，不管从调试来说，还是从设计来说，AM3359都是要简单一点。

2）其次是AM3359带两个网口，因为这个项目后续可能还会加个网络摄像头，这样我一块片子就搞定了，不需要在外扩网口，或者增加个路由器了.
项目来源4:串口扩展

苦逼啊！这是来自一个失败的经历，我想验证一下而已。

从手册上可以看到AM3359已经带了6个串口，据说还可以用PRU外扩4个串口，总过就能到到10个串口了，好丰富，所以串口扩展对于AM3359来说可能没有市场。

我们本来打算用S3C6410扩展两个串口，第一次选用了一个SPI接口的扩展芯片，调试的时候总是不稳定；第二次换了个并口TL16C554，据说这玩意很成熟，更加苦逼，只能发不能收，调试了很久无果；又折回头折腾SPI扩展的方案，居然峰回路转发现个BUG，应用程序处理的时候有些问题！第一个方案解决了问题，第二个方案当然就没人理睬了，呵呵.
不过我还是打算深究一下其中的原因，顺便在AM3359上做个验证，说不准哪天就要用到了.
项目来源5:电能数据采集
主要使用ARM + LCD + FPGA + ADC，目前我正在使用，顺便验证一下新平台，呵呵.
我当前采用的架构是AT91SAM9263 挂载LCD，通过外部总线和FPGA通信，FPGA控制ADC进行电能数据的采样。

至于EEPROM可以存放ID，Beaglebone的很多其他载板ID就是存放在EEPROM中
温度传感器只不过是通用设备，可以检测环境的温度
加速度传感器，很多设计中作为防拆设计，其他的在手机中还是很常用的
GPS就更不用说了，大家都很清楚用途。