ČESKE VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ŘÍDÍCÍ TECHNIKY
Bakalářská práce Černá skřínka do automobilu
Vypracoval : Ladislav Růžička Vedoucí práce : Ing. Pavel Růžička červen 2006
ČVUT PRAHA
ii
Poděkování
Chtěl bych poděkovat a vyslovit uznání všem, kteří mi pomáhali při vzniku této práce. Především Ing. Pavlu Růžičkovi, vedoucímu této bakalářské práce, za trpělivé vedení a množství praktických rad.
Zařízení potřebné k této práci bylo pořízeno z prostředků grantu ČR GAČR 102/05/0467.
iii
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem svou bakalářskou práci vypracoval samostatně a použil jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v přiloženém seznamu.
V Praze dne ……………………….
……………………………………. podpis
iv
Anotace Bakalářská práce popisuje návrh „Černé skřínky“ do auta. Jádrem zařízení je procesor PXA255 od firmy Intel, který je zabudován na zásuvném modulu. Na modulu je nainstalován operační systém Linux 2.4. Hlavními obvody zařízení jsou rozhraní pro USB Host (pomocí, níž bude k desce připojena kamera), rozhraní pro komunikaci s automobilem je sběrnice CAN (Controller Area Network) a sada akcelerometrů a A/D převodníků. Návrh se skládá z několika částí : 1. určení parametrů zařízení, 2. výběr vhodné kamery (vyhovujícím našim požadavkům), 3. návrh zvoleného zařízení a jeho realizace. Pro lepší ilustraci je práce doplněna přílohami.
Annotation This bachelor degree work describes a design of a black box in a car. Kernel device is based on processor PXA255 produced by the firm Intel, which is installed on a sliding module. The operating system Linux 2.4 is installed on the module. The main circuits of the device are interfaces for USB Host (with the help of which a camera will be connected to the board), the interface for the communication with the car is the bus CAN (Controller Area Network) and a set of acceleration meters and A/D convertors. The design consists of several parts: 1. the determination of parameters of the device, 2. the selection of a suitable camera meeting our requirements, 3. the design of a selected device and its implementation. As an illustration the work is completed with inserts.
v
Obsah 1. Úvod
1
2. Informace o zařízení
2
2.1 Charakteristika zařízení......................................................................................................2 2.2 Zařízení na trhu...................................................................................................................4 2.3 Periferie a rozhraní..............................................................................................................5 3. CAN (Controller Area Network)
7
3.1 Popis sběrnice.....................................................................................................................7 3.1.1 Úvod.........................................................................................................................7 3.1.2 Základní struktura a vlastnosti sběrnice...................................................................7 3.1.3 Prvky protokolu CAN...............................................................................................9 3.1.4 Komunikace po sběrnici CAN.................................................................................10 3.1.4.1 Datový rámec..........................................................................................11 3.1.4.2 Požadavkový blok...................................................................................12 3.1.4.3 Chybový blok..........................................................................................13 3.1.4.4 Zpožďovací blok.....................................................................................13 3.2 CAN návrh rozhraní...........................................................................................................14 3.2.1 Budič sběrnice CAN – PCA82C251........................................................................14 3.2.2 CAN Controller – CC750........................................................................................14 3.2.3 Obvodové řešení......................................................................................................16 4. USB Host
17
4.1 ISP 1161A..........................................................................................................................17 4.1.1 Funkční blokový diagram a popis signálů...............................................................17 4.1.2 Charakteristika obvodu............................................................................................18 4.2 Obvodové řešení................................................................................................................19 5. Kamera
20
5.1 Optický senzor – VS6650..................................................................................................20 5.2 Grafický procesor – STV0976...........................................................................................20 5.3 Evaluation Kit – MOB-976/650.........................................................................................21 5.4 Kompatibilita datové propustnosti.....................................................................................22 6. Akcelerometry a A/D převodníky
25
6.1 Akcelerometry....................................................................................................................25 6.1.1 Funkční blokový diagram........................................................................................25 vi
6.1.2 Charakteristika senzoru...........................................................................................26 6.2 A/D převodníky.................................................................................................................26 6.2.1 Funkční blokový diagram a popis signálů...............................................................27 6.2.2 Charakteristika obvodu............................................................................................27 6.3 Stanovení parametrů akcelerometrů a ADC......................................................................28 6.4 Obvodové řešení................................................................................................................28 7. Realizace modelu zařízení
30
8. Závěr
31
9. Seznam obrázků
32
10. Literatura
33
11. Přílohy
34
vii
1. Úvod Hlavním úkolem této práce je vytvořit návrh zařízení pro zaznamenávání údajů krátce před dopravní nehodou a během ní. Cílem je shromáždit dostatečné množství informací k pozdějšímu vyhodnocení příčin nehody a popřípadě k určení viníka. Tato zařízení se již řadu let využívají v moderních typech automobilů dodávaných do USA nebo Kanady. Velké automobilky například Ford, Isuzu, General Motors a Toyota již montují tato zařízení do svých nových automobilů dodávaných výhradně na americký trh. Prozatím se tyto společnosti neodhodlaly dodávat tato zařízení do Evropy, důvod tohoto jednání by mohl být v legislativě evropských zemích a poměr ceny tohoto zařízení k ceně automobilu. Cílem práce je navrhnou zařízení podobné zařízením používaným ve Spojených státech amerických a Kanadě. Naše „černá skřínka“¨využije jako centrální mozek zásuvný modul od firmy Voipac, který obsahuje procesor PXA255 od firmy Intel, operační paměť a flash paměť pro operační systém a program zajišťující správnou funkci zařízení. Tento zásuvný modul je doplněn o podpůrnou desku, která obsahuje obvody pro sběr a ukládání dat o jízdě. Mezi základní obvody patří USB Controller, obvody pro přístup k průmyslové sběrnici CAN a v neposlední řadě obvody pro měření zrychlení - akcelerometrický senzor a analogověčíslicový převodník. Cílem této práce je navrhnou zařízení srovnatelné se zařízením, které je již na trhu. V budoucnu je možné ho vylepšit o prvky umožňující přesnou lokalizaci vozidla pomocí GPS a napojit zařízení na mobilní telekomunikační síť, aby mohlo samo zavolat pomoc při nehodě. Dále ho vylepšit o radiomaják, který by v případě nehody varoval ostatní vozidla v okolí. Následující kapitoly popisují kriteria návrhu zařízení, popis použitých měřících a rozšiřujících obvodů, popis jednotlivých komunikačních rozhraní a komunikačního protokolu CAN2.0A/B.
1
2. Informace o zařízení Tato kapitola se zabývá možnostmi využití „černých skříněk“ (dále jen. „záznamové zařízení“) v osobních i nákladních automobilech, dále se zabývá jejich dostupností na trhu a důvody, proč byla tato zařízení použita.
2.1 Charakteristika zařízení Záznamová zařízení se dají rozdělit podle několika kritérií : a) podle stupně integrace do vozidla záznamové zařízení (CCR – Car Crash Recorder)
CCR integrované do řídícího počítače
CCR přípojný modul
CCR připojeno sběrnicí
CCR samostatný systém
Obr. 1. : Rozdělení záznamových zařízení
-
CCR integrované do řídícího počítače – záznam dat a videosignálu provádí řídící jednotka automobilu.
-
CCR přípojný modul - automobil není vybaven zařízením CCR a toto zařízení je instalováno dodatečně.
-
CCR připojeno sběrnicí - CCR modul je připojen přes průmyslovou sběrnici, s jejíž pomocí získává kritická data o automobilu (rychlost, zrychlení, natočení kol…).CCR modul si tato data musí vyžádat od řídící jednotky. Všechna moderní auta jsou již připravena na připojení CCR zařízení (auta jsou vybavena průmyslovou sběrnicí pro přenos dat a komunikaci jednotek) 2
-
CCR samostatný systém - CCR není propojeno s řídící jednotkou. Všechna data o vozidle musí CCR změřit a zpracovat samo.
b) podle zpracování dat –
rozdělení se hodí spíše pro firemní vozidla (nákladní doprava – kamionová, doručovací služby...)
off-line - záznamové zařízení je doplněno o GPS sledovací systém. Zaznamenává polohu, rychlost, přestávky, spotřebu a otevření zavazadlového prostoru automobilu…Tyto informace jsou uloženy do záznamového zařízení a po návratu vozidla do firmy jsou načteny do počítače a zpracovány. on-line - je doplněno o sledování jako v případě off-line, ale ještě navíc o přenos dat do centrály k dispečerovi. Ten má kompletní přehled o všech vozidlech, což má za následek zefektivnění práce. c) podle způsobu určování rychlosti -
rychlost může být zjišťována přes průmyslovou sběrnici ve vozidle (většinou CAN). Hlavní výhodou tohoto řešení je především přesnost měření rychlosti. Přesnost měření je dostatečně vysoká, protože se změřený údaj dále využívá např. k zobrazení rychlosti na tachometru, k výpočtu spotřeby atd. Nevýhodou připojení by mohla být kompatibilita automobilů a záznamového zařízení.
-
rychlost může záznamové zařízení měřit : I. pomocí indukčních senzorů přidaných do automobilu –
měření rychlosti touto metodou by bylo velmi přesné, ale je zbytečné přidávat do automobilu další senzory (tyto senzory se ve vozidle již vyskytují). Také by tato možnost značně komplikovala montáž záznamového zařízení.
II. pomocí kamery (korelace snímků) –
tato metoda by fungovala jen za velmi přesně specifikovaných podmínek (záleželo by na počasí, rychlosti jízdy – rozmazání snímků atd.). Tento způsob určení rychlosti je velmi nespolehlivý, proto je zcela nepoužitelný.
III. pomocí GPS –
GPS moduly jsou schopny přímo určit rychlost. Rychlost je určována s dostatečnou přesností, ale GPS nefunguje např. 3
v tunelech, hlubokých údolí atd. Tato omezení jsou pro náš návrh nepřijatelná. Pro námi zpracovaný návrh byla zvolena tato koncepce : Záznamové zařízení bude připojeno k vozidlu pomocí průmyslové sběrnice CAN, s jejíž pomocí bude provádět zjišťování rychlosti. Naměřená data budou zpracovávána formou offline. Koncepce pro návrh byla zvolena po dohodě s vedoucím bakalářské práce.
2.2 Zařízení na trhu Jak je uvedeno v úvodu, záznamová zařízení se především prodávají a montují do automobilů v USA a Kanadě. Software pro dekódování údajů zajišťuje kalifornská společnost Vectronix. V podobě zařízení známého jako Crash Data Retrieval System si jej lze pořídit za dva a půl tisíce dolarů, což je v přepočtu na českou korunu asi sedmdesát pět tisíc korun. Když porovnáme cenu průměrného automobilu v České republice s cenou Crash Data Retrieval Systemu, je toto zařízení pro průměrného motoristu nadstandní. Masové nasazení tohoto zařízení v naších zemích, bude při této ceně problematické. Firmy Ford, Isuzu, General Motors nejsou pravděpodobně ochotny z tohoto důvodu dodávat tato zařízení do Evropy. Je také možné, že neochota dodávat tato zařízení do Evropy je dána legislativou v evropských zemích. Bohužel přesný důvod není známý. Důvodem, který vedl americké automobilky k zavedení záznamového zařízení, byly časté námitky řidičů ohledně selhání bezpečnostního vybavení. Řidiči například tvrdili, že příčinou nehody bylo nechtěné otevření airbagu a vinu přičítali výrobcům. Což již po analýze záznamu „černé skřínky“ není možné, protože záznam přesně ukáže, co se vlastně stalo. Další důvod zavedení záznamového zařízení ani tak nesouvisí s dopravními nehodami, jako s vyplácením životních pojistek. Kamera není v tomto případě nasměrována ven z vozidla, ale naopak na řidiče. Aby se předešlo vyplácení životních pojistek lidem, kteří hazardují se svým životem např. telefonují za jízdy bez handfree a způsobí nehodu nebo se zcela nevěnují řízení vozidla.
Klady a zápory záznamového zařízení : Záznamové zařízení by znamenalo definitivní konec černých jízd služebními vozy. Má nezanedbatelné výhody při vyšetřování příčin dopravních nehod. Zdokonalováním brzdných 4
systémů, které nedovolí kolo zcela zablokovat (ABS), často chybí přesvědčivé důkazy o podobě brzdné dráhy, z níž by bylo možné vyčíst rychlost jízdy řidiče. S každou generací automobilů se tento problém zvětšuje. Bez záznamu o rychlosti je obtížné viníky nehod usvědčit. Podle zpráv metropolitních policií klesly počty dopravních nehod až o 25% po “nasazení“ záznamových zařízení. Řidiči jezdili opatrněji a více se soustředili na jízdu. Záznamová zařízení nemají jen klady, ale i zápory. Jedním z nich je zásah do soukromí řidiče a celé posádky. Tento argument odpůrců instalace zařízení přestal mít valný význam po výroku soudu v New Jersey, který se nyní může brát jako precedens. Podle soudního výroku je shromažďování údajů o jízdě přípustné. Experti na nehody souhlasí. Silnice je veřejným prostorem, kde si člověk nemůže dělat, co se mu zlíbí. Přesto již někteří řidiči začínají požadovat, aby měli možnost v určitých momentech záznam údajů vypnout. K tomu se však američtí výrobci automobilů zřejmě neodhodlají.
2.3 Periferie a rozhraní Tato část se zabývá určením periferií a jejich technických specifikací, která jsou nutná pro splnění tohoto návrhu, a také zde určíme rozhraní, které bude zařízení používat. Za hlavní periferii byla zvolena digitální kamera (z hlediska analýzy prostoru před vozidlem). Jako další typ periferie by se dalo považovat i vlastní vozidlo, které je připojeno k zařízení.
Kamera –
obecné požadavky : –
rychlé rozhraní pro připojení k záznamovému zařízení
–
vysoké rozlišení snímků při vysoké frekvenci snímání (focení)
–
malá velikost
–
malá spotřeba – žádné externí napájení (napájí se po komunikačním rozhraní)
–
určení konkrétních vlastností –
rozhraní : USB – dostatečná rychlost, je možné přes něj napájet kameru
–
frekvence snímání : minimálně 12 sn/s (to znamená 1 snímek na 2 metry ujeté dráhy při rychlosti 90 km/h) 5
–
rozlišení : je dáno typem kamery, která splňuje předchozí vlastnosti a je dostupná na trhu
Vozidlo –
musí přesně měřit rychlost (rychlost je přenášena přes průmyslovou sběrnici do palubní desky - rychloměr => je měřena dostatečně přesně)
–
musí být vybaveno průmyslovou sběrnicí (CAN)
Požadavky na vozidlo jsou zákonitě splněny. Zařízení je určeno pro vozidlo Škoda Octavia (nachází se v laboratoři).
6
3. CAN (Controller Area Network) V této kapitole se budeme zabývat průmyslovou sběrnicí CAN (Controller Area Network). Seznámíme se s jejím principem a projdeme návrh CAN rozhraní v naší práci.
3.1 Popis sběrnice 3.1.1 Úvod Controller Area Network (CAN) je protokol multiplexní sériové komunikace, vzniklý v laboratořích společnosti BOSCH, vytvořený pro použití v automobilové technice. CAN se začal vyvíjet v roce 1983 ve vývojových laboratořích společnosti Bosch a oficiálně byl představen jako komunikační protokol v roce 1986. V následujícím roce se pro aplikace na trhu objevily první kontroléry od společnosti Philips Semiconductors. Na přelomu tisíciletí se systém rozšiřuje do evropských automobilů. Pro tyto se stává standardem. Základní verze CAN 2.0 získala podobu v roce 1991. Vývojem se modifikovala do dvou navzájem kompatibilních systémů 2.0A a 2.0B. V roce 1993 je CAN přenesen do mezinárodního standardu ISO 11898. V naší aglomeraci jsou známy derivace ČSN EN 50325.
3.1.2 Základní struktura a vlastnosti sběrnice Jednotlivé komunikační uzly musí být propojeny přenosovým médiem. CAN nepředepisuje ani úrovně ani fyzikální média. Je také důležité věnovat pozornost impedančnímu přizpůsobení a ochraně proti rušení. V podstatě je množství uzlů pro komunikaci neomezené, je limitováno jen možnostmi jednotlivých uzlů a výkonovým zatížením sítě. V protokolu není nutno specifikovat nadřazenost a prioritu jednotlivých uzlů. Jak poznáme později jsou tyto informace kódovány v přenášené zprávě. Výhodou je možnost modifikace vystavěné sítě přidáváním nebo ubíráním počtu členů sítě. Využití principu je například v odstavení zdroje chybných zpráv, nebo naopak přidání uzlu pro diagnostiku systému. V principu je možno představit konfiguraci jednoduché sítě v následujícím schématu.
7
Obr. 2. : Základní struktura sběrnice CAN
Popis obr. 2. : – CAN_L,CAN_H – vodiče tvořící sběrnici, kde dominant či recessive úroveň na sběrnici
je
definována
rozdílovým
napětím
těchto
dvou
vodičů
(viz. kapitola 3.1.4). –
MCU – kontrolér / CAN MCU – kontrolér s integrovaným budičem sběrnice. Kontrolér může být integrovaný do procesoru.
Časová návaznost signálů na sběrnici a logických úrovních Tx a Rx.
Obr. 3. : Příklad časové návaznosti signálů na sbernici CAN a signálů Tx a Rx z budiče sběrnice.
8
Přenosová rychlost je jedním z dominantních parametrů sériového přenosu. Již v konfiguraci protokolu bylo cílem dosáhnout komunikační rychlosti 1Mbit/sec. Prakticky užívané jsou rychlosti do 125 Kbit/sec a nad 250Kbit/sec. Rozlišujeme tak nízkorychlostní a vysokorychlostní CANbus. Konfigurační rychlost v konkrétní síti je v daných mezích volitelná a není ji možno měnit ve stanovené aplikaci. Informaci o této rychlosti přenáší speciální blok. Vlastnosti, které sběrnice CAN zabezpečuje, mj. relativně vysoká rychlost přenosu, vysoká spolehlivost a odolnost při extrémních podmínkách (teplota, rušení apod.), nízká cena komunikačních obvodů, jsou pochopitelně výhodné, takže tento typ komunikační sítě nachází uplatnění i v dalších oblastech řídící techniky. Výhody použití CAN •
Vysoká rychlost přenosu dat 1Mbit/s při délce sběrnice do 40m
•
Rozlišení zpráv identifikátorem CAN 2.0A 11bitů a CAN 2.0B 29bitů
•
Selekce přijímaných identifikátorů zpráv
•
Prioritní přístup zabezpečující urychlené doručení významných zpráv
•
Diagnostika sběrnice např.: chyba doručení zprávy, chyba CRC, přetečení bufferu
•
Značná úroveň zabezpečení přenosu
•
Vysoká provozní spolehlivost
•
Stále se rozšiřující součástková základna
•
Nízká cena
Nevýhody použití CAN •
Omezený počet dat přenášených v rámci jedné zprávy (0 až 8 Byte)
•
Prvotní náročnost nastavení registrů CAN sběrnice
3.1.3 Prvky protokolu CAN Jedním ze stěžejních prvků CAN je chybové zabezpečení. V protokolu se počítá s těmito prvky: •
Monitorování sběrnice
•
Kontrola cyklickým kódem
9
•
Kontrola vyrovnávacích bitů
•
Kontrolní zpráva Všechna kontrolní místa tak sledují komunikace a podle povahy zajišťují přerušení
komunikace, opakování zprávy nebo generaci chybového protokolu. V případě opakování chyb z uzlu je možné jeho odstavení od komunikace. Těmito opatřeními je zajištěna pravděpodobnost výskytu chyby v matematickém vyjádření v úrovni 4,7x10-11 .
3.1.4 Komunikace po sběrnici CAN Datová komunikační síť CAN původně používala modifikované rozhraní RS 485, později bylo definováno normou ISO. Tato norma uvádí specifikaci elektrického rozhraní (fyzická vrstva) a specifikaci datového protokolu (linková vrstva). Přenosovým prostředkem je sběrnice tvořená dvouvodičovým vedením, jehož signálové vodiče jsou označeny CAN_H a CAN_L a zakončovacími rezistory 120 Ω. K této sběrnici se připojují jednotlivé komunikační uzly obr. 4. Počet těchto uzlů může být až 110 (dle typu budičů CAN).
Obr. 4.: Principiální schéma sběrnice CAN.
Sběrnice využívá dvou logických stavů: aktivní (dominant - dominantní) a pasivní (recessive - recesivní), přičemž dominantní stav představuje log.0., recesivní stav log.1. Sběrnice je v dominantním (aktivním) stavu, je-li alespoň jeden její uzel v dominantním stavu.
10
V recesním (pasivním) stavu je sběrnice tehdy, když všechny její uzly jsou v recesním stavu. V recesním stavu je rozdíl napětí mezi vodiči CAN_H a CAN_L nulový, Dominantní stav je reprezentován nenulovým rozdílem napětí. Spínače signálových vodičů jsou konstruovány tak, aby v dominantním stavu na vodiči CAN_H bylo napětí v rozsahu 3,5 až 5V, na vodiči CAN_L napětí v rozsahu 0 až 1,5V. V recesivním stavu je napětí vodičů CAN_H a CAN_L stejné a je zajištěno odporovou sítí na vstupu přijímače.
3.1.4.1 Datový rámec
Obr. 5.: Datové zprávy podle jednotlivých specifikací.
Sekvence bitů pro CAN2.0A : Bit č.1
Blok začíná jedním start bitem v úrovni dominant (dále jen - logická nula). 1Bit Úroveň 0 Adresní pole je 12bitové a je rozděleno do dvou části.
Bit č.2-12
Bit č.13
11Bitů
Binární vyjádření adresy uzlu. První je přenášen nejméně významový bit – ID0. Je stanoveno, že všech 7 nejvýznamnějších bitů nesmí být na úrovni 1.
1Bit
Úroveň 0 znamená, že se jedná o datový přenos, úroveň 1 přísluší požadavku na zprávu.
Kontrolní pole má 6 Bitů a je rozděleno do dvou částí. 11
Bit č.14-15
2Bity
Rezerva
Bit č.16-19
4Bity
Binární číslo udává počet Bytů datového pole = N. První je opět přenášen nejméně významový bit – DLC0. Příklad: 0010 představuje 2 Byty dat.
Datové pole je tvořeno 1 až 8 Byty podle údajů kontrolního pole. V rozložení pole uvažujeme s přenosem jednoho Bytu. Bit č.20-27
8Bitů
Data přenášená MSB.
Kontrolní pole je 15bitové a celý blok je zakončen jedním bitem. Přenášená informace v bloku se srovnává s kalkulovanou hodnotou a v případě neshody vyvolává chybové hlášení. Bit č.28-42 Bit č.43
15 Bitů 1 Bit
Údaj kalkulovaný z bitových údajů zahrnuje startovací, adresní, kontrolní bit a datové bity. Úroveň 1
Potvrzovací pole dává informaci o správnosti převzatého bloku. Bit č.44
1 Bit
Bit č.45
1 Bit
Úroveň 1 udává, že se jedná o předávanou zprávu, úroveň 0 potvrzuje správnost přijaté zprávy. Úroveň 1 Konec bloku je dán sekvencí 7bitů
Bit č.46-52
7 Bitů
Úroveň 1
3.1.4.2 Požadavkový rámec
Obr. 6.: Struktura požadavkové zprávy.
Struktura požadavkového bloku je velmi podobná datovému bloku. Odlišnost je pouze v absenci dat. Principem bloku je předat požadavek příslušnému uzlu k předání potřebných dat.
12
3.1.4.3 Chybový rámec Chybový rámec nejlépe zachycuje následující obrázek (obr. 7.).
Obr. 7. : Struktura chybového rámce.
3.1.4.4 Zpožďovací rámec Zpožďovací rámec má podobnou strukturu jako rámec chybový. Používá se k prodloužení odezvy po ukončení bloku dat, výzvy nebo chyby. Odpovědní blok je jenom jednobitový a týká se pouze konkrétního bloku. Pro jiné bloky je prvních šest bloků signálem pro chybovou funkci.
Obr. 8. : Struktura zpožďovacího bloku.
13
3.2 CAN rozhraní Tato kapitola se zabývá návrhem CAN rozhraní, popisem použitých prvků a jejich vzájemným propojením.
3.2.1 Budič sběrnice CAN - PCA82C251 Budič sběrnice CAN zajišťuje převod napěťových hladin používaných na CAN sběrnici na napěťové úrovně v rozsahu 0 – 5 V pro zpracování CAN kontrolérem. Po konzultaci se zástupci firmy Škoda Auto a panem Ing. Janem Krákorou, byly zjištěny typy prověřených budičů ( = schváleny výrobce vozidla): •
TC1054-OPTO (CAN 1054 Opto-isolated low-speed trigger coupler)
•
TC251-OPTO (CAN 251 Opto-isolated High-speed Trigger Coupler)
Pro naše účely byl vybrán budič TC251 (PCA82C251).
3.2.2 CAN Controller - CC750 Jedná se o CAN kontrolér, který je vybaven velmi rychlým sériovým komunikačním rozhraním SPI (Serial Peripheral Interface). Schopný realizovat komunikaci protokolem CAN2.0A i CAN2.0B (viz. kapitola 3.1). Dále následuje popis obvodu a jeho základní charakteristika.
3.2.2.1 Funkční blokový diagram a popis signálů
Obr. 9. : Blokové schéma obvodu CC750
14
Popis bloků na obr. 9. : •
Intelligent Memory – je adresována od 00h do FFh. Paměť adresována CAN CONTROLLERem přes CAM. Během jednoho hodinového taktu dochází k filtraci zpráv. CPU INTERFACE LOGIC přistupuje k paměti přes registr adres (RAM). Výhodou tohoto přístupu je rychlost.
•
CAN CONTROLLER – slouží k převodu sériových dat CAN sběrnice na paralelní data ukládaná do Intelligent Memory (buffer).
•
CPU INTERFACE LOGIC – zajišťuje komunikaci mezi SPI a Intelligent Memory
Popis základních signálů : •
nINT – signál pro žádost o přerušení
•
nRESET – signál pro resetování obvodu
•
XTAL1 a XTAL2 – piny pro připojení krystalu oscilátoru
•
SPI rozhraní – MISO, MOSI, SPICLK, nCS – tyto signály slouží ke komunikaci přes SPI rozhraní
•
Tx a Rx – pro připojení signálů z budiče sběrnice
3.2.2.2 Charakteristika obvodu •
podpora protokolů CAN2.0A a CAN2.0B
•
programovatelné globální masky
•
15 objektů pro zprávy
14 Tx/Rx buffrů
1 Rx buffer se stínovým buffrem a programovatelnou maskou
•
sériové rozhraní
•
flexibilní přerušovací struktura
•
pracovní teploty -40ºC až 150ºC
15
3.2.3 Obvodové řešení Tato část se zabývá obvodovým řešením CAN rozhraní. Následující schéma obr. 10. ukazuje zapojení rozhraní CAN pomocí obvodů CC750 a PCA82C251.
Obr. 10. : Schéma zapojení CAN rozhraní.
Protože obvody komunikující po sběrnici CAN vyžadují napájecí napětí 5V, je nutné při připojení těchto obvodů k zásuvnému modulu zapojit převaděč napětí, který zajistí převod signálů na sběrnici SPI a ochrání tak obvody s nižším napájecím napětím. To zajišťuje obvod 74LVC245 (označení ve schématu - U26).
16
4. USB Host Kapitola popisuje obvod použitý pro realizaci portu USB Host pro připojení kamery. V další části této kapitoly se zabýváme obvodovým řešením rozhraní USB Host.
4.1 ISP 1161 Jedná se o autonomní USB kontrolér schopný realizovat služby USB Host a USB Device. Dále následuje popis tohoto kontroléru a jeho základní charakteristika.
4.1.1 Funkční blokový diagram a popis signálů
Obr. 11. : Blokové schéma obvodu ISP 1161
17
Obr. 12. : Blokové schéma obvodů pro USB Host
Popis některých řídících signálů : •
DREQ1 – signál žádosti o kanál DMA pro zařízení USB Host (DREQ2 - pro USB Device)
•
nDACK1 – signál přidělení DMA pro USB Host (nDACK2 – pro USB Device)
•
EOT – signál určující způsob ukončení komunikace přes DMA
•
INT1 – signál žádost o přerušení pro USB Host (INT2 – pro USB Device)
•
H_WAKEUP – signál pro vzbuzení nebo uspání pro USB Host
•
H_SUSPEND – signál o stavu obvodu (sleep/wake up) pro USB Host
•
A0 – signál pro určení typu dat na sběrnici (A0 = 0 – data, A0 = 1 – command)
•
A1 – signál pro výběr obvodů USB Host/Device (A1 = 0 – Host, A1 = 1 – Device)
•
NDP_SEL – signál pro výběr počtu Host portů (NDP_SEL = 0 – 1. port, NDP_SEL = 1 – 2. porty)
•
nRESET – signál pro vnější resetování obvodu
4.1.2 Charakteristika obvodu
•
podpora Universal Serial Bus Specification Rev. 2.0
•
přenosová rychlost full-speed (12 Mbit/s) a low-speed (1.5 Mbit/s)
•
lze připojit dva porty USB Host a jeden port USB Device
•
6 MHz frekvence hodin
•
napájení 5V nebo 3.3V
18
•
lze použít v digitálních fotoaparátech
•
pracovní teploty -40ºC až 85ºC
4.2 Obvodové řešení Tato část práce se zabývá obvodovým řešením pouze USB Host rozhraní. Rozhraní USB Device není realizováno pomocí obvodu ISP 1161, protože je již integrováno do procesoru PXA 255 a je vyvedeno na sběrnici přípojného modulu. Schéma zapojení viz. příloha.
19
5. Kamera Obsahem této kapitoly je návrh kamerového systému zařízení. Je zde poskytnut přehled stěžejních částí, potřebných pro zaznamenání videa. Také je popsána kompatibilita všech částí černé skřínky z hlediska rychlosti přenosu dat. Požadavky na kamerový systém jsou popsány v kapitole 2.3. Dále je představeno vybrané řešení.
5.1 Optický senzor – VS6650 Jedná se o 1.0 Megapixelový SMIA (Standard Mobile Imaging Architecture) kamerový modul. Určený pro mobilní telefony, PDA , bezdrátové bezpečnostní kamery atd.
Specifikace : Aktivní rozlišení
1152H x 864V
Velikost pixelu
4.0μm x 4.0μm
Frekvence snímání
5 – 30 Hz (1152x864)
Grafické rozhraní
CCP 2.0 high-speed serial 390 Mbit/s D/S encoding 1.8 V LVDS
Poměr signál-šum
35dB při 100lux
Spotřeba
při 15 fps : 85mW (max)
Provozní teplota
-30 až +70°C
Obr. 13. : Blokové schéma senzoru VS6650
5.2 Grafický procesor – STV0976 Jedná se o 1.0 Megapixelový SMIA (Standard Mobile Imaging Architecture) procesor. Procesor je navržen pro zpracování dat z optického senzoru VS6650. Praktická aplikace procesoru je velmi široká od mobilních telefonů přes PDA až k bezdrátovým bezpečnostním kamerám.
20
Specifikace : Frekvence snímání
1 - 15 Hz (1152 x 864) 1 - 30 Hz (800 x 600)
Výstupní formát fotografií
YUV 4:2:2, RGB 565, RGB 444, JPEG
Spotřeba
při 15 fps : 85mW (max)
Grafický výstup 1
SMIA class 0 high-speed serial 208Mbit/s data/clock 1.8 V LVDS
Grafický výstup 2
8-bit parallel video HSYNC/VSYNC/PCLK
Obr. 14. : Blokové schéma procesoru STV0976
24 MHz max Provozní teplota
-25 až +70°C
5.3 Evaluation Kit – MOB-976/650 Evaluation Kit je podpůrná deska pro optický senzor VS6650 a grafický procesor STV0976. Deska je vybavena podpůrnými obvody jak pro senzor, tak pro procesor. Na desce nechybí ani rozhraní USB 2.0.
Obr. 15. : Blokové schéma propojení optického senzoru a procesoru.
21
Obr. 16. : Evaluation Kit
Charakteristika desky •
Podporuje STV0976 procesor a VS6650 1.0 Megapixelovou (1152H x 864V) kamerou jednotku.
•
Až do 30 snímků za sekundu (fps) v rozlišení SVGA nebo 15fps v 1.0 Megapixelovém rozlišení.
•
Spojení přes USB 2.0 zajišťuje snadnou kontrolu a snadný přenos dat.
•
JPEG komprese s programovatelnou velikostí výstupního souboru.
•
Integrovaný kamerový kontrolér zajišťuje automatické vyvážení bílé a anti - flicker.
5.4 Kompatibilita datové propustnosti V této kapitola je řešena problematika kompatibility rychlostí a datové propustnosti sběrnic a periferií, přes které bude realizován přenos video dat. Výpočet datového toku (formát snímku JPEG - komprese ) : 1. snímek : 250kB 12 snímků za sekundu : 12*250kB = 3MB přepočet na bit/s : 3MB*8 = 24Mbit/s Datový tok : 24Mbit/s
22
Z parametrů kamerového systému jsme zjistili, že datový tok kamerový systém zrealizuje bez větších problémů. USB rozhraní : Ideální datový tok USB 2.0 : 480Mbit/s Odhad reálného datového toku : 120Mbit/s (pokles na 1/4 z max.) 24Mbit/s < 120Mbit/s – USB nebude limitujícím prvkem Měření zrychlení (viz. kapitola 6.3) : Vzorkovací frekvence : 2kHz 1. vzorek : 16bitů Velikost vzorků za 1 sekundu : 2000 * 16bit = 32kbit Toto množství je zanedbatelné. Měření rychlosti : Frekvence zjišťování rychlosti : 10Hz – 50Hz Velikost vzorků za 1 sekundu : max. 50 * 32bit = 1,6kbit Toto množství je zanedbatelné. Vnitřní sběrnice černé skřínky : Pracovní frekvence sběrnice : 100MHz Velikost datového slova : 32 bit Doba potřebná na zápis nebo čtení dat. slova(maximální doba) : 250 ns Počet slov za 1 sekundu : 1/250ns = 4 000 000 slov Datový tok na sběrnici : 32bit * 4 000 000 = 128Mbit/s Příjem dat (USB->OP) : 24Mbit/s Odesílání dat (OP->Compact Flash) : 24Mbit/s Přenos dat po sběrnici : 2*24Mbit/s = 48Mbit/s 48Mbit/s < 128Mbit/s – sběrnice nebude limitovat přenosovou rychlost
23
Compact Flash : Ideální rychlost zápisu : 16MB/s = 128Mbit/s (rychlost pro kartu - Kingston 1 GB Compact Flash Ultimate 100x)
Odhad reálné rychlosti zápisu : 30Mbit/s (pokles na 1/4 z max.) 24Mbit/s < 30Mbit/s – tato periferie je nejslabším (nejpomalejší) článkem přenosu Compact Flash bude určovat rychlost přenosu, a tím i velikost snímků.
24
6. Akcelerometry a A/D převodníky Problematikou této kapitoly jsou způsoby a možnosti měření zrychlení pomocí akcelerometrů, převody zrychlení vyjádřeného analogovým signálem na číselnou podobu pro jeho další zpracování.
6.1 Akcelerometry Tato část práce popisuje akcelerometry. Použili jsme akcelerometr ADXL278 od firmy Analog Devices, který je schopen měřit zrychlení v rozsahu ±50g ve dvou osách.
6.1.1 Funkční blokový diagram
Obr. 17. : Blokové schéma akcelerometru ADXL278
Na výstupní napětí akcelerometrického senzoru má samozřejmě vliv i tíhové (gravitační) zrychlení. Vliv tíhového zrychlení je dán polohou senzoru a jeho natočením (viz. obr. 18.). Vezmeme-li rovnovážnou polohu (tíhové zrychlení se neprojevuje) a začneme senzor natáčet o úhel α podél jedné z os (x nebo y), bude se toto tíhové zrychlení projevovat v měřeném zrychlení s velikostí funkce sin α (až do hodnoty α = 90º – maximální) : UOUT ≈ sin α 25
Tato chyba měření se projeví při jízdě autem z kopce nebo do kopce, při nakláněním vozidla, při jízdě smykem atd. Pro odstranění této chyby jsme zvolili dvouosý senzor. Jedna osa bude měřit zrychlení vozidla vpřed/vzad a druhá bude měřit zrychlení zprava nebo zleva. Tímto odstraníme většinu příčin rušivých vlivů.
Obr. 18. : Výstupní napětí vs. natočení a poloha akcelerometru.
6.1.2 Charakteristika senzoru •
měřící rozsah zrychlení ±50g / ±50g
•
typické napájecí napětí 5V
•
hodnota výstupního napětí při a = 0g je UOUT = 2,500V při napájecím napětí 5V
•
provozní teplota -40ºC až 105ºC
•
výstupní filtr : 2 pólový Besselův filtr pro frekvenci 400Hz
6.2 A/D převodníky V této části je představen analogově-digitální převodník ADS7828 od firmy Texas Instrument. Jedná se o 12-bitový 8-kanálový A/D převodník s komunikačním rozhraním I2C, díky kterému je možné provádět měření na velmi vysoké frekvenci a pomocí průměrování zvyšovat přesnost měření.
26
6.2.1 Funkční blokový diagram a popis signálů
Obr. 19. : Blokové schéma ADC ADS7828
Popis některých signálů : •
REFIN/REFOUT - připojení externího zdroje referenčního napětí nebo výstup vnitřního zdroje referenčního napětí
•
CH0 - CH7 – vstupní kanály převodníku
•
COM – uzemnění, lze jej použít jako analogovou ze pro kanály
•
A0,A1 – doplňují adresu zařízení
6.2.2 Charakteristika obvodu •
sériový výstup I2C
•
rozsah napájecího napětí 2,7V až 5V
•
vestavěný zdroj referenčního napětí 2,5V
•
8-mi kanálový multiplexer
•
provozní teplota -40ºC až 85ºC
27
6.3 Stanovení parametrů akcelerometrů a ADC Po konzultaci se zástupci firmy Škoda Auto, byla stanovena vzorkovací frekvence signálu z akcelerometru na 2 kHz a rozsah zrychlení, které je akcelerometr schopen změřit byl stanoven na ±50g. Vzorkovací frekvence 2 kHz může být použita, protože akcelerometr má na výstupu filtr 400Hz. Tedy je splněna vzorkovací věta. Vzhledem ke zveřejnění této zprávy na internetu nebylo možné zde zveřejnit průběhy zrychlení při nárazu vozidla. Firma Škoda Auto si to nepřála.
6.4 Obvodové řešení Tématem této části je obvodové řešení měření zrychlení a jeho převod z napěťových úrovní do digitální podoby. Při návrhu řešení jsme museli použít externí AD převodník, protože integrovaný AD převodník v audiočipu, má rozsah vstupního signálu jen 0 - 3,3V. Tento rozsah nám nestačí, protože výstupní napětí z akcelerometrického senzoru nabývá hodnot 0 – 5V. Jedním z řešení by bylo převést toto výstupní napětí na napětí v rozsahu 0 – 3,3V. Tuto možnost jsme zamítli, vzhledem k náročnosti a vysokým požadavkům na rychlost a přesnost převodu.
Obr. 20. : Schéma zapojení ADC a akcelerometru.
28
Akcelerometr a ADC využívají jak digitální obvody, tak i analogové, proto bylo nutné vytvořit analogové napětí (bez šumu vyvolaného digitálními obvody). Proto byly do obvodu přidány cívky, které odfiltrují vysokofrekvenční šum. Také bylo nutné oddělit části sběrnice I2C, na kterou jsou připojeny odvody s napájecím napětím 5V od části s obvody napájenými napětím nižším. To zajistí obvod FDG6303N (označení ve schématu U38).
29
7. Realizace modelu zařízení Podstatou této kapitoly je hardwarová realizace záznamového zařízení do automobilu. Spočívá ve výrobě rozšiřujících obvodů, které jsou připojeny k hlavnímu modulu. Modul a kit od firmy Voipac není vybaven obvody pro realizaci portu USB Host, a proto jsme pro hardwarovou realizaci použili modul a kit od firmy Teco. K tomuto modulu je možno lépe připojit přídavná zařízení CAN rozhraní a obvody pro měření zrychlení. Tyto přídavné obvody jsou připojeny přes rozhraní SPI a I2C.
Obr. 21. : Blokové schéma modelu záznamového zařízení
30
8. Závěr Výsledkem této bakalářské práce je hardwarový návrh záznamového zařízení do automobilu. Tento návrh je popsán v předchozích kapitolách a vyhovuje všem požadavkům, které jsou součástí zadání a zároveň umožňuje rozšiřování, vylepšování a zefektivnění návrhu v případných dalších pracích. Hlavní výhodou naší koncepce zařízení je záložní zdroj energie. V případě přerušení přívodu elektrické energie do záznamového zařízení, dojde z přepnutí na záložní zdroj elektrické energie. Proto bude mít zařízení dostatek času uložit všechna nasbíraná data a legálně ukončit svoji činnost. Po opětovném zapojení přívodu elektrické energie, se zařízení uvede znovu do provozu a dochází také k dobíjení záložního zdroje energie. Další výhodou návrhu je použití schválených součástek výrobcem automobilu (Škoda Auto). Přesněji budiče sběrnice CAN, což nám umožňuje nejen odposlouchávat komunikaci na sběrnici, ale i vysílat na ni, aniž by došlo k rušení komunikace. Poslední výhodou koncepce je rozhraní USB Device, s jehož pomocí je možné záznamové zařízení snadno připojit k počítači. Omezením naší koncepce záznamového zařízení je paměťové médium, na které se ukládají zaznamenaná data. Paměťové medium je paměťová karta CompactFlash, která má omezený počet přepisů (zápisů) – tento údaj se neustále zvyšuje, ale zpravidla se udává kolem 10 000 zápisů, což při rychlosti zápisu 3MB/s (viz. kapitola 5.4) znamená, že kartu o velikosti 1GB zaplníme za zhruba 5 minut jízdy, tj. inzerovaná životnost záznamové karty bude vyčerpána přibližně za 166 dní při provozu 5 hodin denně (3MB/s * 60s * 5min ≈ 1GB, 10000 /12 / 5hod = 166 dní). Záznamové zařízení obsahuje jen jednu paměťovou kartu, tj. životnost zařízení je zhruba 5 měsíců. Toto omezení se nedá odstranit, ale vzhledem k rychle se zlepšujícím vlastnostem paměťových karet se v budoucnu nemusí projevovat. Zadání této práce je zpracováno v sedmi kapitolách. Součástí sedmé kapitoly je pouze popis předpokládané realizace zařízení. Z časových důvodů nebyla provedena vlastní realizace. Hlavní příčinou nekompletnosti této kapitoly jsou velké problémy při komunikaci s dodavateli požadovaných součástek, kteří nebyli ochotni dodat součástky v námi požadovaném množství (dodávky jen ve velkém množství), ani v námi požadovaném termínu. Tato práce byla pro mě velmi přínosná i po odborné stránce i z hlediska spolupráce s vedoucím práce panem Ing. Pavlem Růžičkou, rád bych na tomto projektu pracoval v rámci diplomové práce na magisterském studiu, abych dokončil realizaci tohoto zařízení a ověřil jeho funkčnost. 31
9. Seznam obrázků 1. Rozdělení záznamových zařízení.........................................................................................2 2. Základní struktura sběrnice CAN........................................................................................8 3. Příklad časové návaznosti signálů na sběrnici CAN a signálů Tx a Rx z budiče sběrnice..8 4. Principiální schéma sběrnice CAN. ...................................................................................10 5. Datové zprávy podle jednotlivých specifikací. ..................................................................11 6. Struktura požadavkové zprávy............................................................................................12 7. Struktura chybového rámce................................................................................................13 8. Struktura zpožďovacího bloku............................................................................................13 9. Blokové schéma obvodu CC750.........................................................................................14 10. Schéma zapojení CAN rozhraní..........................................................................................16 11. Blokové schéma obvodu ISP 1161......................................................................................17 12. Blokové schéma obvodů pro USB Host ............................................................................18 13. Blokové schéma senzoru VS6650.......................................................................................20 14. Blokové schéma procesoru STV0976.................................................................................21 15. Blokové schéma propojení optického senzoru a procesoru................................................21 16. Evaluation Kit.....................................................................................................................22 17. Blokové schéma akcelerometru ADXL278........................................................................25 18. Výstupní napětí vs. natočení a poloha akcelerometru.........................................................26 19. Blokové schéma ADC ADS7828........................................................................................27 20. Schéma zapojení ADC a akcelerometru..............................................................................28 21. Blokové schéma modelu záznamového zařízení................................................................30
32
10. Literatura [1] 100+1 Černá skřínka pro automobily, číslo 6/2004 [2] Event Data Recorders : http://www.tttonline.com/product/edr/edr.htm [3] Crash Data Retreival : http://www.accidentreconstruction.com/newsletter/nov04/crash-dataretrieval-system.asp [4] Crash Data Recorders : http://www.harristechnical.com/cdr.htm [5] Prodejce CDR : http://www.crash-data-retrieval-system.com/ [6] Event Data Recorders Applications : http://www-nrd.nhtsa.dot.gov/edr-site/index.html [7] Popis CAN : http://fieldbus.feld.cvut.cz/can/ [8] CAN konektor : http://www.interfacebus.com/Design_Connector_CAN.html [9] Popis CAN : http://www.hw.cz/Rozhrani/ART1173-Aplikovani-sbernice-CAN.html [10] Popis struktury CAN : http://www.hw.cz/Rozhrani/ART1111-CAN---popis-struktury.html [11] Popis sběrnice SPI : http://en.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface_Bus [12] Popis sběrnice I2C : http://www.semiconductors.philips.com/acrobat_download/literature/9398/39340011.pdf [13] Datasheet ISP1161 – Philips [14] Datasheet ADS7828 – Texas Instruments [15] Datasheet CC750 – Bosch [16] Datasheet ADXL278 – Analog Devices [17] Datasheet VS6650, STV0976, MOB-976/650 – ST Microelectronics [18] Dokumentace k Development Kitu do firmy Voipac
33
11. Přílohy 1. CD s digitální verzí bakalářské práce. 2. Schémata návrhu rozšiřovací desky k modulu s XScale procesorem. 3. Návrh plošného spoje (Layout z programu OrCAD).
34
5
4
3
2
1
3V3
14
14 1 2 13
-CS1 -CS2 -CS3
SW1
U31C
12
7
-RESET_IN 74LVC11/SO
9 10 11
8
C80
-CSBUS
C76
10nF/50V/10%
7
SW PUSHBUTTON D
3V3
U31A
C75
+
10uF/25V/20%
C87
+
10uF/25V/20%
C86
10nF/50V/10%
10nF/50V/10%
74LVC11/SO D
3V3
14
U31B
3 4 5
6
7
-CS4 -CS5
3V3
74LVC11/SO C85 1nF/25V/10%
C84 1nF/25V/10%
C88 1nF/25V/10%
C89 1nF/25V/10%
J6
-RESET_IN
2 4
RESET+
NC7S00/SOT23
5
1
SDA SSP_TXD SSP_CLK
IRQ_P1 -CANINT CONN_DEV HSEL_P
3V3
-PWE -PIOW -PWAIT -PREG
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
1 19
DIR OE
10
R/-W -CSBUS
2 3 4 5 6 7 8 9
VCC
MD14 MD12 MD10 MD08 MD06 MD04 MD02 MD00
GND
U25
20
B
B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
18 17 16 15 14 13 12 11
3V3
R70
3V3
10K/5%/1/16W
R/-W -CS4 -CS2
74LVC245/SO
A
R29 R30
MA03 MA01
33/5%/1/16W 33/5%/1/16W
3V3
C90
C93
10nF/50V/10%
TCK TDO TDI
C92
10nF/50V/10%
C91
100nF/50V/10%
100nF/50V/10% C
USBN 3V3 USBP SCL SSP_FRM SSP_RXD
VCC_WARN H_SUSPEND H_WAKEUP USBINT HPOWER
-POE -PIOR -PIOIS16
74LVC245/SO
10
C
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124 126 128 130 132 134 136 138 140 142 144
3V3
-WE -OE -CS5 -CS3 -CS1
11 12 13 14 15 16 17 18
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 U24
B
GND
TMS -TRST
3
U8
TSMX TSPX FF_RI/GPIO38 LINE_IN_R LINE_IN_L LINE_OUT_L AD2 AD0 GND7 TCK TDO TDI L_BIAS/GPIO77 BATT_FAULT IR_RXD/GPIO46 IR_TXD/GPIO47 USB_N +3.3V USB_P SCL SSP_FRM/GPIO24 SSP_RXD/GPIO26 DREQ1/GPIO19 FF_DSR/GPIO37 FF_CTS/GPIO35 BT_CTS/GPIO44 GPIO11 LDD15/GPIO73 LDD13/GPIO71 LDD11/PGIO69 LDD9/GPIO67 GPIO1 GND6 L_LCLK/GPIO75 LDD6/GPIO64 LDD4/GPIO62 LDD2/GPIO60 LDD0/GPIO58 GND5 -POE/GPIO48 -PIOR/GPIO50 -PIOIS16/GPIO57 -PSKTSEL/GPIO54 -PCE2/GPIO53 +3.3V D15 D13 D11 D9 D7 D5 D3 D1 GND4 -WE -OE -CS5/GPIO33 -CS3/GPIO79 -CS1/GPIO15 A24 A22 A20 A18 A16 A14 A12 A10 A8 A6 A4 A2 A0
OE DIR
19 1
VCC
3V3
TSMY TSPY MICP MICGND LINE_OUT_R VREFDRV AD3 AD1 AGND TMS -TRST -RESET_INPUT -RESET_OUT BT_RXD/GPIO42 BT_TXD/GPIO43 FF_RXD/GPIO34 FF_RXD/GPIO39 +3.3V_A SDA SSP_TXD/GPIO25 SSP_CLK/GPIO23 DREQ0/GPIO20 FF_DCD/GPIO36 FF_DTR/GPIO40 FF_RTS/GPIO41 BT_RTS/GPIO45 GPIO10 LDD14/GPIO72 LDD12/GPIO70 LDD10/GPIO68 LDD8/GPIO66 GPIO0 GND1 L_FCLK/GPIO74 L_PCLK/GPIO76 LDD7/GPIO65 LDD5/GPIO63 LDD3/GPIO61 LDD1/GPIO59 -PWE/GPIO49 -PIOW/GPIO51 -PWAIT/GPIO56 -PREG/GPIO55 -PCE1/GPIO52 +3.3V D14 D12 D10 D8 D6 D4 D2 D0 GND2 RDY/GPIO18 RD/-WR GND3 -CS4/GPIO80 -CS2/GPIO78 A25 A23 A21 A19 A17 A15 A13 A11 A9 A7 A5 A3 A1
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
9 8 7 6 5 4 3 2
-CSBUS R/-W MD15 MD13 MD11 MD09 MD07 MD05 MD03 MD01
20
RESET-
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 93 95 97 99 101 103 105 107 109 111 113 115 117 119 121 123 125 127 129 131 133 135 137 139 141 143
3V3 R47 33/5%/1/16W R44 33/5%/1/16W R39 R40
33/5%/1/16W 33/5%/1/16W
MA16 MA10 MA04 MA02
A
DIMM144 Title DIMM Socket 144 Size A3 Date: 5
4
3
2
Document Number
Thursday, July 06, 2006
Rev Sheet
1 1
of
7
5
4
3
2
1
C2 3V3 D
D
100uF/50V/10%
5V C5
100nF/50V/10%
C3
HPOWER
10K/5%/1/16W
24 19 nH_OC1 nH_PSW1 H_DM1 H_DP1
54 46 50 51
D_DM D_DP
48 49
nGL D_VBUS
38 39
CLKOUT
41
XTAL1 XTAL2
43 44
EOT
34
TEST
31
DREQ2 nDACK2 DREQ1 nDACK1
1 8 15 18 35 45 62
DGND DGND DGND DGND DGND DGND DGND
10K/5%/1/16W
+ C11 100nF/50V/10%
C10 22uF/16V/20%
C
J1
R1 10K/5%/1/16W
3V3
1
VBUS
2 3
DM DP
4 5 6
GND SHIELD1 SHIELD2
8 A GND1
6
R3 15K/5%/1/16W
B
C8 R2 47pF/50V/10% 15K/5%/1/16W
2
C9 47pF/50V/10%
22/5%/1/16W R5 22/5%/1/16W
C
R4
GND2
26 28 25 27
HSEL_P
55 47 52 53
2
USBHOST
U30 SN75240PW
7
3V3
R15
33
nH_OC2 nH_PSW2 H_DM2 H_DP2
FB
5
R9
NDP_SEL
1
BLM21P221SG
AGND
USBINT RESET+
H_SUSPEND H_WAKEUP
GND3
nCS nWR nRD INT2 INT1 nRESET
42 40 36 37
1
21 23 22 30 29 32
F1
H_SUSPEND H_WAKEUP D_SUSPEND D_WAKEUP
GND4
D15 D14 D13 D12 D11 D10 D09 D08 D07 D06 D05 D04 D03 D02 D01 D00
A1 A0
NDS9435A/SO Q1
3
MD15 MD14 MD13 MD12 MD11 MD10 MD09 MD08 MD07 MD06 MD05 MD04 MD03 MD02 MD01 MD00
17 16 14 13 12 11 10 9 7 6 5 4 3 2 64 63
-CS2 -WE -OE
3V3
VCC Vreg(3.3)
60 59
57
C
MA02 MA01
Vhold2 Vhold1
56 58
100nF/50V/10% U1
4
100nF/50V/10%
D
C4
Sviti OK, blika Error Y1 R10
ISP1161A1
D1
3V3
470/5%/1/16W LED
B
B
HCM49-6.000MABJT C7 18PF/50V/5%
C6 18pF/50V/5%
A
A
Title USB HOST Size A3 Date: 5
4
3
2
Document Number Thursday, July 06, 2006
Rev Sheet
2 1
of
7
5
4
3
D
2
1
D
3V3
5
U6
F2
4
2
1
FB
2
NC7SZ14/SOT23
3
BLM21P221SG R13 33K/5%/1/16W
C16 100nF/50V/10%
C
C
3V3 CONN_DEV
Q7 BSS84
R14 1.5K/5%/1/16W
J3 B
USBN USBP
R12 33/5%/1/16W
R11 33/5%/1/16W
C15 47pF/50V/10%
C14 47pF/50V/10%
1
VBUS
2 3
DD+
4
GND
5 6
SCHIELD1 SCHIELD2
B
8 A GND1
U29 SN75240PW
7
6 B GND2 5
2 C GND3 1
3
GND4
D
4
USBDEVICE
A
A
Title USB DEVICE Size A3 Date: 5
4
3
2
Document Number Thursday, July 06, 2006
Rev Sheet
3 1
of
7
5
4
3
2
3V3
1
5V
R79 15K/5%/1/16W C104 R80 15K/5%/1/16W
FDG6303N
14 15
SCL SDA
10
Vref
12 13
A0 A1
9
1 2 3 4 5 6 7 8
COM
11
2
6
Yout
Xout
VDD1 VDD2 VDD3
CH0 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7
7 8 1
5 S2
3
U32
GND
D2
6
3
4
U33
S1
16
SDA
D1
1nF/25V/10% D
VDD
1
G2
SCL
G1
U38
2
D
C103
10nF/50V/10%
ST
4
NC
5
ADXL278
GND ADS7828
C
C
L2
100uH/520mA
L3 5V 100uH/520mA
B
B
A
A
Title Akcelerometr a ADC Size A3 Date: 5
4
3
2
Document Number Thursday, July 06, 2006
Rev Sheet
4 1
of
7
5
4
3
2
1
D
D
5V
3V3 C63 10nF/50V/10%
C61
C64 10nF/50V/10%
4
RXD
8 16 15
Rs
XTAL1 XTAL2
5
Vref
CC750
PCA82C251
CANL
6
CANH
7
GND
nINT
TXD
10
VCC
12
-CANINT
TXCAN RXCAN
P1
5 9 4 8 3 7 2 6 1
C
DB9 - Male
2
SSP_RXD
nCS SPICLK MOSI MISO
1
3
DIR OE
1 19
4 5 8 7
2
2 3 4 5 6 7 8 9
U27
9
5V
10
74LVC245/SO
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
nRESET
GND
20 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
VCC
18 17 16 15 14 13 12 11
GND
C
SSP_FRM SSP_CLK SSP_TXD
13
RESET-
VCC
U28 U26
1
10nF/50V/10%
Y3
C60 10nF/50V/10%
HCM49-20.000MABJT C13 18PF/50V/5%
C12 18PF/50V/5%
B
B
A
A
Title CAN interface - SPI Size A3 Date: 5
4
3
2
Document Number Thursday, July 06, 2006
Rev Sheet
5 1
of
7
5
4
3
2
1
U10 3V3 CE2_2 MA16 CE1_4
C79
C74
C78
+
C77
CD1_3
D
10nF/50V/10%
10uF/25V/20%
10nF/50V/10%
10nF/50V/10%
3V3 CD1_2 CD2_2 MA03 MA04
42 43 44 1 2 3 5 6 7 8 10 11 12 13 14 15
IO1/1 IO1/2 IO1/3 IO1/4/TDI IO1/5 IO1/6 IO1/7 IO1/8 IO1/9/TMS IO1/10 IO1/11 IO1/12 IO1/13 IO1/14 IO1/15 IO1/16
IO2/1 IO2/2 IO2/3 IO2/4/TDO IO2/5 IO2/6 IO2/7 IO2/8 IO2/9/TCK IO2/10 IO2/11 IO2/12 IO2/13 IO2/14 IO2/15 IO2/16
35 34 33 32 31 30 28 27 26 25 23 22 21 20 19 18
40 39 38 37
IN0/CLK0 IN1/CLK1 IN2/CLK2 IN3/CLK3
VCC VCC VCC VCC
9 17 29 41
4
PORT_EN
GND GND GND
16 24 36
J7 C82 1nF/25V/10%
C81 1nF/25V/10%
C83 1nF/25V/10%
1
3V3
2 JUMPER
-P1_IOIS16 -CS4
X_JTAG
-P1_WAIT MA10 -CS3 -PWAIT -PIOIS16 CD2_1
1 2 3 4 5 6
CD1_3 CE1_4 -P1_WAIT CD2_1 3V3
R/-W
D
J9 CE1_2 3V3
XCR3032VQFP R66 10K/5%/1/16W
J10
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19
3V3 -TRST TDI TMS TCK
C
TDO -RESET_IN J5
B
A
GND1 D3 D4 D5 D6 D7 nCE1 A10 nOE A9 A8 A7 VCC1 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 nIOIS16 nCD2 nCD1 D11 D12 D13 D14 D15 nCE2 nVS1 nIORD nIOWR nWE IRQ VCC2 nCSEL nVS2 RESET nWAIT nINPACK nREG BVD2/SPKR BVD1/STSCHG D8 D9 D10 GND2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
VREF *TRST TDI TMS TCK RTCK TDO *SRST DBGRQ DBGACK
VDD VSS VSS VSS VSS VSS VSS VSS VSS VSS
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
3V3 C
JTAG MD03 MD04 MD05 MD06 MD07 CE1_2 MA10 -POE MA09 MA08 MA07 3V3 MA06 MA05 MA04 MA03 MA02 MA01 MA00 MD00 MD01 MD02
B
R63 -P1_IOIS16 CD1_2 CD2_2
MD11 MD12 MD13 MD14 MD15
3V3
4.7K/5%/1/16W R61 4.7K/5%/1/16W R62
CD1_2 CD2_2 -P1_IOIS16
4.7K/5%/1/16W R69 4.7K/5%/1/16W
CE2_2 -PIOR -PIOW -PWE 3V3
D2 D10 R60
RESET+
-P1_WAIT -P1_INPACK
IRQ_P1 -P1_WAIT
4.7K/5%/1/16W
BAR43A
BAR43A
R68 4.7K/5%/1/16W R67
-PREG
P1_BVD2/-SPKR P1_BVD1/-STSCHG
4.7K/5%/1/16W R64 4.7K/5%/1/16W
MD08 MD09 MD10
R65 4.7K/5%/1/16W A
COMPACT_FLASH Title Compact Flash, CPLD - Xilin + X_JTAG, JTAG Size A3 Date: 5
4
3
2
Document Number Thursday, July 06, 2006
Rev Sheet
6 1
of
7
5
4
3
2
1
Y5 5V
32.768kHz/CM200S R98 10K/1%/1/4W 3V3 3V3
3V3 D
3
VBAT
2
nACPR
DS1339U-3.3
SENSE
1
GATE
7
BAT
8
VBAT
GND
Vbat
nCHRG
5
GPIO0
6
TIMER
VCC
7
GND
RESET
4
SDA
C57 47nF/25V/10%
4
8
U13
SCL
5
SDA
X2
X1 6
SCL
U20
Vin
R94 10K/5%/1/16W
2
R100 10K/5%/1/16W
1
R99 10K/5%/1/16W
3
D
LTC4052 BT4 1-CELL 3.6V, Li-Ion
C58 22nF/25V/10% C55 100nF/25V/10%
C
2
C
J8 POWER- 12V
3
+
1
C23 330uF/35V/20%
Vin
GND
1
U36
Vout
2
5V
LD1085D2M50
+
C22 330uF/35V/20%
C116 C117
C126
C118
10nF/50V/10%
100nF/50V/10% 5V
100nF/50V/10% 10nF/50V/10%
B
B
C56
+ C121
10uF/25V/20%
5V
C120
100nF/50V/10%
C119
10nF/50V/10%
10nF/50V/10%
R92 300K/1%/1/4W U22
Vin
1
C25 + 10uF/25V/20%
GND
U37
3
5V
Vout
2
ADP3339AKC-3.3-RL
+
1
VCC
2
VBAT
C32 10uF/25V/20%
3 5
NC
3V3
4
Vout nRST/RST
8
nNMI
7
IN
6
3V3
VCC_WARN C53
+ C125 1nF/25V/10%
GND
C124 1nF/25V/10%
C123
C122
10nF/50V/10%
10uF/25V/20%
10nF/50V/10%
DS1836C/D A
U21
+
C30 10uF/25V/20%
GND
Vin
1
3
VBAT
R93 100K/1%/1/4W
Vout
A
R95 10K/5%/1/16W
2
ADP3339AKC-3.3-RL
+
C31 10uF/25V/20%
Title POWER, BATTERY Size A3 Date:
5
4
3
2
Document Number Thursday, July 06, 2006
Rev Sheet
7 1
of
7
