| 解放軍理工大學(xué) 何敏 劉榮 孫崢 1 概述 行駛記錄儀的主要數(shù)據(jù)包括事故疑點(diǎn)和行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)。其中,事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)是記錄儀以不大于0．2s的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲(chǔ)停車前20 s實(shí)時(shí)時(shí)間所對(duì)應(yīng)的車輛行駛速度及車輛制動(dòng)狀態(tài)信號(hào),記錄次數(shù)至少為1O次：行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)是無(wú)論車輛在行駛狀態(tài)還是停止?fàn)顟B(tài),記錄儀提供的與實(shí)時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)的車輛行駛速度信息。記錄儀應(yīng)能以不大于1 min的時(shí)間間隔持續(xù)記錄并存儲(chǔ)車輛在最近360 h內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù),該行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)主要是車輛在行駛過程中與實(shí)時(shí)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的每分鐘間隔內(nèi)的平均行駛速度值[1]。 該記錄儀需要采用大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。以往的設(shè)計(jì)均采用并行存儲(chǔ)器或鐵電存儲(chǔ)器。其中并行存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量大,讀寫速度快。但是抗干擾能力差,而汽車上的干擾較強(qiáng)．雖然可以通過其它軟、硬件措施來避免。但是在設(shè)計(jì)時(shí)一般都需要選擇抗干擾能力強(qiáng)的芯片;鐵電存儲(chǔ)器采用串行接口,抗干擾能力強(qiáng),也具有很高的靈活性,可以單字節(jié)讀寫(不需要擦除,可直接改寫數(shù)據(jù)),但其存儲(chǔ)密度小,單位成本高,讀寫速度較慢,由于行駛記錄儀要求每0．2 s采樣一次速度和狀態(tài),因此讀寫存儲(chǔ)器的速度會(huì)影響采樣的精度和程序的運(yùn)行。 現(xiàn)在的EEPROM閃速存儲(chǔ)陣列Flash Memory有ATMEL、SST的小扇區(qū)結(jié)構(gòu)閃速存儲(chǔ)器(Small Sector Flash Memory)和ATMEL的海量存儲(chǔ)器(Data-Flash Memory)。這類器件具有EEPROM與NOR技術(shù)Flash Memory的綜合優(yōu)勢(shì),主要表現(xiàn)為： (1)讀寫靈活性比EEPROM差,不能直接改寫數(shù)據(jù)。在編程之前需先進(jìn)行頁(yè)擦除,與NOR技術(shù)Flash Memory的塊結(jié)構(gòu)相比,其頁(yè)尺寸小,因而具有快速隨機(jī)讀取和快編程、快擦除的特點(diǎn)： (2)與EEPROM相比,這種存儲(chǔ)器具有明顯的成本優(yōu)勢(shì); (3)存儲(chǔ)密度比EEPROM大,但比NOR技術(shù)Flash Memory小[2]。 因此,該Dataflash存儲(chǔ)容量大,讀寫速度快,抗干擾能力強(qiáng),在行駛記錄儀中作存儲(chǔ)器是較好的選擇。本文給出了采用ATMEL的AT45DB161B來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的記錄儀設(shè)計(jì)方案。 2 AT45DB161B串行存儲(chǔ)器 ATMEL公司的Data-Flash產(chǎn)品的代表型號(hào)為AT45DBxxxx。此系列存儲(chǔ)器容量較大(從1～256MB);封裝尺寸小,最小封裝型式(CBGA)的尺寸為6 mm×8 mm：可采用SPI接口進(jìn)行讀寫;硬件連線少;內(nèi)部頁(yè)面尺寸較小,8 MB容量的頁(yè)面尺寸為264字節(jié),16 MB和32 MB容量的頁(yè)面尺寸為512字節(jié),64 MB容量的頁(yè)面尺寸為1056字節(jié),128 MB容量和256 MB容量的頁(yè)面尺寸為2112字節(jié)。另外,AT45DBxxxx系列存儲(chǔ)器內(nèi)部有兩個(gè)與主存頁(yè)面大小相同的SRAM緩存,可提高系統(tǒng)的靈活性,簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的讀寫過程。AT45DBxxxx系列存儲(chǔ)器的工作電壓只需2．7～3．6 V;整個(gè)芯片的功耗也較小;典型讀取電流為4 mA,待機(jī)電流僅為2 μA：讀寫的速度最大為20 Mbps。 AT45DB161B的容量為16 MB。分成4096頁(yè),每頁(yè)有528個(gè)字節(jié)[3]。另外還有兩個(gè)528字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖器SRAM。在對(duì)主存儲(chǔ)器進(jìn)行操作時(shí),這兩個(gè)SRAM也可以接收數(shù)據(jù)。因此,和串行EEP-ROM相比。該器件可大大縮短讀寫時(shí)間。而采用SPI總線接口和并行的flash相比．其速度并不慢,而且抗干擾能力也比較強(qiáng)。 2．1 AT45DB161B引腳接口定義 表1所列是AT45DB161B的部分接口引腳定義。其中CS為片選信號(hào),RESET為復(fù)位端,SCK、SI、SO為SPI總線,RDY／BUSY為忙信號(hào),WP為前256頁(yè)的寫保護(hù)。  SPI接口是一種通用串行接口總線,利用SCK、SI和SO三根線可進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀／寫控制。數(shù)據(jù)以字節(jié)(8 bit)為單位。其中,SCK為時(shí)鐘信號(hào),SI和SO為數(shù)據(jù)輸人和輸出線。 AT45DB161B僅支持SPI模式0和3。在這兩種模式下。SCK信號(hào)的上升沿觸發(fā)數(shù)據(jù)輸入,下降沿觸發(fā)數(shù)據(jù)輸出,二者的區(qū)別是SCK的起始電平不同。AT45DB161B復(fù)位時(shí),默認(rèn)為SPI模式3。 2．2 指令 除了存儲(chǔ)單元外,AT45DB161B內(nèi)部還包括命令用戶接口CUI(Command User Interface)和狀態(tài)機(jī)。CUI接收用戶的軟件指令,以將其翻譯成狀態(tài)機(jī)內(nèi)部操作碼并進(jìn)行命令的有效性檢驗(yàn)。狀態(tài)機(jī)則可控制存儲(chǔ)器所有的內(nèi)部操作。器件內(nèi)部包含一個(gè)8位的狀態(tài)寄存器,可用來指示設(shè)備的操作狀態(tài)。向存儲(chǔ)器輸入讀狀態(tài)寄存器命令可將狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)讀出。下面簡(jiǎn)單介紹模式SPI0和模式SPI3的讀寫存儲(chǔ)單元和狀態(tài)寄存器指令。 (1)讀狀態(tài)寄存器 發(fā)送命令字0XD7。可以直接得到狀態(tài)字(一個(gè)字節(jié)),其格式如下：  其中RDY／BUSY為1時(shí)表示不忙,可以接收下一條指令;為0則表示忙。 設(shè)計(jì)時(shí)可通過讀狀態(tài)寄存器或SO端口來判斷前一條指令是否讀寫完畢。當(dāng)存儲(chǔ)器不忙時(shí),SO端口從O變到1。此外,RDY／BUSY端口也可以用來判斷前一條指令是否讀寫完畢。 COMP用來指示主存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)和緩沖器中數(shù)據(jù)的比較結(jié)果：COMP為0表示相等。COMP為1表示不同。Bit5一Bit2可表示存儲(chǔ)器的容量大小。 (2)讀存儲(chǔ)器指令 讀存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)有兩種方式,具體如圖1所示。其中一種是直接讀存儲(chǔ)器任意地址的數(shù)據(jù),這可用指令D2H加3個(gè)字節(jié)的Dataflash地址再加上四個(gè)字節(jié)的空數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn),以SPI模式3為例,其工作時(shí)序如圖2所示。   另一種是通過緩沖器1(2)來讀存儲(chǔ)器上某一頁(yè)的數(shù)據(jù)。該方式可分兩個(gè)步驟：一是將數(shù)據(jù)讀到數(shù)據(jù)緩沖器1(2),即指令53H(55H)+3個(gè)字節(jié)的Dataflash中的頁(yè)地址(在任意SCK的模式下);二是讀數(shù)據(jù)緩沖器1(2),這可用指令D4H(D6H)+3個(gè)字節(jié)地址(主要表示從數(shù)據(jù)緩沖器的哪個(gè)地址開始讀)+1個(gè)字節(jié)空數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)。以SPI模式3為例的讀數(shù)據(jù)緩沖器時(shí)序如圖3所示。 (3)向存儲(chǔ)器寫數(shù)據(jù) 寫存儲(chǔ)器也有兩種模式,具體如圖4所示。其中一種是通過緩沖器1(2)直接寫到存儲(chǔ)器中;另一種是先寫到緩沖器,再將緩沖器的數(shù)據(jù)寫到存儲(chǔ)器中。具體的命令過程如圖5所示。   上述幾個(gè)命令的格式都是一個(gè)字節(jié)的命令+3個(gè)字節(jié)的地址。 3 W77E58和AT45DB161B的接口電路 W77E58是華邦電子公司(WinBond)推出的高速增強(qiáng)型：MCS-51系列單片機(jī)。使用W77E58的系統(tǒng)速度要比傳統(tǒng)51系列單片機(jī)快2．5倍。工作頻率為40 MHz的W77E58相當(dāng)于100 MHz的8051,加上其內(nèi)置32 KB可重復(fù)編程的Flash EPROM和1KB用MOV指令訪問的內(nèi)部SRAM(節(jié)省了16條數(shù)據(jù)／地址I／O口線),以及2個(gè)增強(qiáng)型全雙工串行口和較低的價(jià)格,W77E58無(wú)疑是一款高性能、多功能、的高集成度8位微控制器,非常適合高速、雙串口、外圍簡(jiǎn)捷、低成本系統(tǒng)。其抗干擾性能和加密性能相對(duì)也是比較好的[4]。 采用W77E58和AT45DB161B進(jìn)行接口的汽車行駛記錄儀的電路連接如圖6所示。  4 軟件實(shí)現(xiàn) 由于W77E58沒有SPI總線,因而需要用軟件來實(shí)現(xiàn),下面給出SPI總線模擬程序和對(duì)AT45DB161B的讀寫程序。 該軟件采用Keil C編程,其源程序代碼如下： 4.1 SPI總線的模擬 (1)從SPI上讀一個(gè)字節(jié)  
4.2 對(duì)AT45DB161B的讀寫   (2)寫Datanash中的數(shù)據(jù) 下面的程序采用先寫到緩沖器,再將緩沖器的數(shù)據(jù)寫到存儲(chǔ)器中的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)：  | 
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