基于ARM的分布式干擾機控制單元設計

目前常見的干擾機一般都采用上位機作為控制單元，優點是接口和整個單元開發均較為方便，但缺點是無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發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、可移植性好等優點。

設計的分布式干擾機由兩套干擾機構成，實現對雷達的分布式協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開發板，特點如下：

(1)采用Samsung S3C2440為微處理器，主頻400 MHz，并采用專業穩定的CPU內核電源芯片和復位芯片來保證系統運行時的穩定性。

(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發板(EABI是ARM結構下的一個編譯規范和標準，而只有符合EABI標準的編譯工具編譯出來的目標文件才是互相融合的，這對于后期開發程序進行交叉編譯以及移植尤為重要)，而其他同類開發板仍在使用拼湊的各個版本的編譯器，會導致開發效率不高，可移植性不好。

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

綜上所述，Micro2440是一款實用的ARM9開發板，系統穩定性好、主頻高、運行速度快，可減少軟件開發時間，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驅動的開發

設備驅動是操作系統的一部分，一般情況下操作系統并未給各種類型的硬件提供設備驅動程序，而操作系統在無設備驅動的支持下無法正常控制硬件。所以要結合系統具體的硬件情況開發設備驅動。

Micro2440的SPI接口可以進行串行數據傳輸，它包含SPIO和SPI1兩個SPI接口，每個接口分別有兩個8位數據移位器用于數據的接收和發送，數據同時進行發送和接收。SPI驅動的添加通過編譯內核實現，它與內核一同啟動。SPI驅動在被加載時，先調用init_module()，該入口點函數用來初始化設備驅動程序，其一個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，主設備號用來反映設備類型，次設備號則用于區分同類型的設備，同時和文件系統建立聯系。嵌入式設備驅動程序在卸載時，要回收系統相應資源，這里調用unregister_chrdev()來復位設備的相應寄存器，同時從內核中注銷此設備。而系統調用就是對相應設備進行操作，如調用open、read、write以及ioctl等，以供用戶應用程序使用。圖2描述了嵌入式設備SPI驅動程序在內核中的注冊、卸載與系統調用的全過程。

一般SPI驅動可分為：設備的注冊與注銷、打開與釋放、讀寫、控制以及中斷和輪詢處理等一系列操作。基本的SPI驅動主要操作是一個內核數據結構file_operations，通過該結構為文件系統提供入口點函數，即訪問設備驅動程序的函數，該結構在文件中被定義，里面包含了一組函數指針成員，該結構每個成員的名字都與一個系統調用相對應。字符設備可用文件系統節點進行訪問，如/dev/fps200。file_operations用于在設備號與設備驅動之間建立連接，它的結構中的每一個成員即函數指針都須指向設備驅動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。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卡有兩種總線模式，即SD模式和SPI模式。SD模式采用4根數據線傳輸數據，數據傳輸快，但協議相對復雜。SPI模式采用1根數據線傳輸數據，傳輸速度相對較慢，但傳輸協議與操作簡單。系統采用SD模式進行數據傳輸。SD模式下，SD卡的9個引腳分別是命令、時鐘、3個電源以及4個數據輸入輸出引腳。SD卡通過卡座與主控制器相連，由于S3C24 40提供了專用的多媒體卡接口，簡化了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開發板觸摸屏的尺寸綜合進行設計。考慮到顯示屏大小的限制，以及各功能模塊的區分，設計了轉發控制、顯示控制和調相控制3個選項卡，每個選項卡中的編輯項與顯示項相互獨立。其中轉發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，調相控制是對多個假目標角度的配置，這里只截取了轉發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，以及隨時可能操作的設置及退出按鈕，獨立于3個選項卡之外，會始終顯示在界面上。

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