EE_BeagleBone_Cape硬件系统设计

chenzhufly

EE_BeagleBone_Cape硬件系统设计 [复制链接]

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。

    其他的就不再多说了，呵呵，有心的人自己发掘吧
4.     EE_BeagleBone_Cape设计点滴

1)      为了节约空间，FPGA的AS接口没有画，如果要配置EPCS，只能用jtag口下载jic文件了

2)      部分接口不是直接连在BeagleBone上的，采用独立的模块，可以使用杜邦线连接。比如RS232,CAN,RS485,GPS等等

3)      电源部分貌似不能同时上电，同时上电的话FPGA的管脚状态将影响AM3359的SYSBOOT引脚，从而导致AM3359无法正常启动

4)      LCD部分可以兼容群创的4.3寸、7寸、10寸屏，已经实测过。

5.      EE_BeagleBone_Cape各功能原理图设计
5.1  Beaglebone外扩接口

主要通过P8和FPGA相连，P9有一部分接口也接在FPGA上。

5.2  EP3C16 + SDRAM
常规设计，没啥好说的，只不过我把AS的接口去掉了，这样在配置EPCS芯片的时候，需要转换成JIC的文件格式，通过JTAG下载。
图太大就不贴了，贴了也看不清楚，直接看PDF吧
5.3  NAND

这里做了一些兼容设计，可以支持不同类型的NAND Flash

5.4  TFT LCD

我使用的群创的屏，4.3寸、7寸、10寸的我都试过，没有问题。

5.5  CAN

这里也是可以和TJA1050之类兼容的，我手头正好有SN65HVD232，所以就采用这个了，呵呵

5.6  RS485

这个是常用芯片没啥好说的了，我实际焊接的是MAX485

5.7  I2C接口

Max7501是因为我手头有，就选用了这个，也做了兼容设计，可以采用LM75等；貌似目前linux还不支持Max7501，苦逼啊。

5.8  加速度传感器

焊接很麻烦哦，我没打算调试了，呵呵

5.9  GPS

天宝的典型设计，直接把管脚引出就行了，使用的是3.3V  TTL电平

5.10 ADC

可以参考数据手册中的典型设计。

5.11 串口扩展

6.     实际效果图
6.1  PCB效果图

6.2  焊接效果图

7.   原理图链接

https://bbs.eeworld.com.cn/thread-348017-1-1.html

8.   PDF格式下载
EE_BeagleBone_Cape硬件系统设计.pdf (1.62 MB, 下载次数: 248)

2012-10-25 11:47 上传

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[ 本帖最后由 chenzhufly 于 2012-10-25 11:47 编辑 ]

lyzhangxiang

真给力

PENGSHIFANG

给力

qinkaiabc

强大~

anananjjj

顶一个！！！

open82977352

顶，效率真高~~~~~~

kobe1941

没啥好说的，就一个字，牛！

ou513

啥时候有出售的啊

chenzhufly

呵呵 成本太高，不打算出售成品了