基于SH7137嵌入式控制器的研究與開發

摘要：文中針對工業控制器的發展需求，主要面向工業控制領域構建和開發基于瑞薩單片機和μC／OS-II操作系統的嵌入式控制器。在分析瑞薩單片機的基礎上，自主開發以瑞薩公司的SH7137芯片為核心的嵌入式控制器硬件平臺。本嵌入式控制器采用核心板+底板的方式設計，硬件設計上以SH7137微處理器作為控制器的核心，并設計了電源電路、RS232、RS485串行接口和JTAG接口電路、人機界面電路以及輸入輸出模塊。
關鍵詞：嵌入式；控制器；瑞薩；嵌入式操作系統；μC／OS-II

現今，工業控制設備主要分為兩種：工業控制機和可編程控制器(PLC)。工業控制機是由通用的微機推廣應用而發展起來的。目前，可編程控制器正朝著兩個方向發展。一是朝著小型、簡易、價格低廉的方向發展，主要用于單機控制和規模比較小的自動化生產線控制。二是朝著大型、高速、多功能和多層分布式全自動化方向發展。近幾年來，不論是工業控制機技術還是可編程控制器技術向嵌入式領域滲透的步伐逐漸加大，嵌入式的工業控制器以極小的體積、極低的功耗散熱和軟硬件的可裁剪性，而受到用戶的歡迎，因而具有巨大的應用潛力。

1 嵌入式控制器硬件設計
本論文所做的基于瑞薩SH7137的嵌入式控制器的設計，采用了核心模板(System On Module)+底板的設計方式。在設計上考慮在工業控制器的設計中既要保留傳統的控制器特點，又要在設計中有所開發自身控制器的特色，為此，我們在設計中采用了核心板模塊化的設計思想，底板多功能集成。而且核心模塊接口定義統一，可以根據控制MCU的功能做出不同的核心模塊，例如8位核心模塊、16位控制模塊、32位控制模塊。本控制器采用瑞薩公司生產的32位單位機，基于SH2核的SH7137單片機作為核心控制芯片，實現32位控制模塊。核心模塊是整個控制器的核心部分，由以單片機SH7137核心，加上RTC實時電路、PC電路和JTAG調試電路構成一個小系統，通過總線擴展、IO外接等功能模塊構成了以單片機為基礎的復雜工業控制系統的核心模塊。核心模塊的組成框圖如圖1所示。

嵌入式控制器的底板主要集成了人機界面控制(HMI)、通訊模塊、外部總線接口以及輸入輸出(I／O)模塊。底板主要實現的功能是根據核心模塊處理好的信號通過底板的輸出模塊或者人機界面的顯示屏輸出，或者根據外部輸入信號通過底板的輸入模塊或者人機界面的按鍵輸入到核心模塊進行運算然后輸出。底板的組成框圖如圖2所示。