基于ARM7的轨道检测仪的嵌入式系统设计

　　3.2 高效率电源管理

　　电源管理是电池供的电便携式设备的关键部分，使用低功耗器件和提高电源管理效率是延长系统连续工作时间的两个重要手段。设计中根据用电器的特征和成本上的考虑做出如图3所示的供电方案。

　　图3系统电源方案　Fig. 3 Scheme of power supply

　　DC-DC电源的效率虽高，但纹波系数较大，不适合模拟电路的供电;线性稳压器虽然稳压效果好，但是效率低，且只能降压。AD转换器工作电流很小且对电源稳定性要求高，故直接使用线性稳压器给其供电，而数字部分都采用DC-DC电源，对于处理器所需的多电压，也采用线性稳压器，由此带来的功率损耗还可接受。传感器所需的正负电压需要通过DC-DC的升压和反转才能得到，为了消除其纹波的影响同时使用了线性稳压器。对于功率较大的液晶屏背光和打印机则使用单独的DC-DC，并由处理器控制。同时DC-DC对负载大幅度波动的适应不是很好，打印机的机头产生的功耗是间歇性的，瞬时功率很高，因此DC-DC需要有足够的功率裕度。

　　此电源方案在实践中取得了良好的效果，系统在关闭背光和打印机的情况下，12V蓄电池的输出电流小于120mA。

　　4软件设计

　　4.1 实时数据采集

　　由于数据采集对实时性的要求很高，所以软件的设计没有采用操作系统，而是由多个中断服务程序和主程序组成。设计一共用到4个外部中断和3个内部中断，分别来自光电编码器正反向转动、MAX197、CH375、RTC和两个定时器。其中比较重要的两个中断分别来自光电编码器和产生采样频率的定时器，前者的特点是频率较高，可达1KHz，且不能丢失，后者的特点是中断服务程序的运行时间长，需要完成滤波运算，因此要求中断是可嵌套的。ARM处理器在硬件上不直接支持中断服务程序的嵌套运行[4]，虽然可以通过软件的方式实现，但会增加额外的运行开销。巧妙的利用ARM的特有的中断机制就可以解决上述问题，ARM提供FIQ和IRQ两类中断，FIQ中断到来时处理器将运行状态转到FIQ模式下，该模式下拥有专用的寄存器以减少压栈带来的时间的损耗，IRQ类似，但专用寄存器没有FIQ多。因此，当处理器在IRQ模式下运行中断服务程序时，是可以立即响应FIQ中断的。将光电编码器产生的中断作为FIQ类型，其他中断作为IRQ类型就可以使每个中断得到及时的响应[5]。