基于ARM7的軌道檢測儀的嵌入式系統設計

　　3.2 高效率電源管理

　　電源管理是電池供的電便攜式設備的關鍵部分，使用低功耗器件和提高電源管理效率是延長系統連續工作時間的兩個重要手段。設計中根據用電器的特征和成本上的考慮做出如圖3所示的供電方案。

　　圖3系統電源方案　Fig. 3 Scheme of power supply

　　DC-DC電源的效率雖高，但紋波系數較大，不適合模擬電路的供電;線性穩壓器雖然穩壓效果好，但是效率低，且只能降壓。AD轉換器工作電流很小且對電源穩定性要求高，故直接使用線性穩壓器給其供電，而數字部分都采用DC-DC電源，對于處理器所需的多電壓，也采用線性穩壓器，由此帶來的功率損耗還可接受。傳感器所需的正負電壓需要通過DC-DC的升壓和反轉才能得到，為了消除其紋波的影響同時使用了線性穩壓器。對于功率較大的液晶屏背光和打印機則使用單獨的DC-DC，并由處理器控制。同時DC-DC對負載大幅度波動的適應不是很好，打印機的機頭產生的功耗是間歇性的，瞬時功率很高，因此DC-DC需要有足夠的功率裕度。

　　此電源方案在實踐中取得了良好的效果，系統在關閉背光和打印機的情況下，12V蓄電池的輸出電流小于120mA。

　　4軟件設計

　　4.1 實時數據采集

　　由于數據采集對實時性的要求很高，所以軟件的設計沒有采用操作系統，而是由多個中斷服務程序和主程序組成。設計一共用到4個外部中斷和3個內部中斷，分別來自光電編碼器正反向轉動、MAX197、CH375、RTC和兩個定時器。其中比較重要的兩個中斷分別來自光電編碼器和產生采樣頻率的定時器，前者的特點是頻率較高，可達1KHz，且不能丟失，后者的特點是中斷服務程序的運行時間長，需要完成濾波運算，因此要求中斷是可嵌套的。ARM處理器在硬件上不直接支持中斷服務程序的嵌套運行[4]，雖然可以通過軟件的方式實現，但會增加額外的運行開銷。巧妙的利用ARM的特有的中斷機制就可以解決上述問題，ARM提供FIQ和IRQ兩類中斷，FIQ中斷到來時處理器將運行狀態轉到FIQ模式下，該模式下擁有專用的寄存器以減少壓棧帶來的時間的損耗，IRQ類似，但專用寄存器沒有FIQ多。因此，當處理器在IRQ模式下運行中斷服務程序時，是可以立即響應FIQ中斷的。將光電編碼器產生的中斷作為FIQ類型，其他中斷作為IRQ類型就可以使每個中斷得到及時的響應[5]。