列車監視及顯示系統硬件平臺設計

苗仲海 錢委 歐陽旭陽

一、所屬技術領域

本方案屬于信息顯控系統的系統設計，涉及一種軌道交通信息顯控系統的通用設計系統。

二、背景技術

近年來，我國的城市軌道交通呈現了快速發展態勢，速度超出了世界上任何國家的高峰期。作為城市公共交通的重要組成部分，城市軌道交通滿足人民群眾的基本出行，與人民群眾生產生活息息相關。

軌道交通信息顯控系統可以為司機和乘客提供各類信息的顯示和控制，滿足乘客乘車信息導向以及司機駕駛所需要的各類信息需求，新一代的軌交信息顯控系統利用現代化的圖像及語音技術為乘客提供全新的乘車體驗，并為地鐵運營帶來增值業務，提高運營效益。

目前我國的軌交信息顯控設備被德國德意達、瑞士帕克西等國外企業占據了大量高端顯示終端市場，且價格較高。國內的信息顯控系統也有一定的規模，但是由于需求復雜、多樣化、開發周期長等原因，一時難以跟隨市場的腳步，進而迫切需求一種集成度高、開發周期短、使用方便、成本不高的系統來實現顯控系統的設計。

三、技術方案

一種軌道交通信息顯控系統的通用設計系統，其包括依次串聯綜合處理電路、對外接口電路和擴展板電路。所述綜合處理電路包括電源管理模塊、CPU核心模塊、內存模塊和存儲模塊，其中電源管理模塊、內存模塊和存儲模塊分別與CPU核心模塊相連。所述擴展板電路包括接口管理模塊和對外接口端子。

所述電源管理電路包括依次串聯的壓降管理模塊、電平轉換模塊以及輸出管理模塊三個模塊。

本方案的技術效果是：

本方案一種軌道交通信息顯控系統的通用設計系統，基于核心CPU可以實現千兆以太網、音頻、USB、CAN、UART、HDMI、LVDS、LCD、SPI等接口電路，同時整合的多功能HD視頻引擎可提供1080P 60fps視頻解碼、1080P 30fps視頻編碼，并帶有2D、3D圖形引擎。基于本方案提供的系統，開發人員可以迅速的按照要求選擇自己需要的接口電路和視頻輸出，快速的開發出滿足要求的產品。

四、附圖說明：

五、具體實施方式

下面通過具體實施例對本方案做詳細的說明：

請參閱圖1，其是方案一種軌道交通信息顯控系統的通用設計系統的整體原理框圖。本方案提出的設計系統具有比較廣泛的實用性能以及比較強的擴展性。使用者可以完全自定義自己的需求來用本方案來進行實現。其中綜合處理電路用于完成圖像生成、圖像處理、視頻處理以及接口協議管理。接口管理電路根據使用開發人員的需求定義和管理所需要的接口。擴展板電路獨立于上述兩個電路，可以實現綜合處理板與接口端子之間的電路處理，其中擴展板電路靈活性比較強，完全由使用者自己定義。

所述綜合處理電路包括電源管理模塊、CPU核心模塊、內存模塊和存儲模塊，其中電源管理模塊、內存模塊和存儲模塊分別與CPU核心模塊相連。請參閱圖2，綜合處理電路也是本方案的核心所在，其中電源管理模塊負責整個綜合處理電路的電源供給，CPU核心模塊用于實現視頻處理、圖像生成以及接口協議管理;內存模塊可以采用DDR3動態隨機存儲器或者LPDDR2動態隨機存儲器，用于CPU工作時臨時存放數據;存儲模塊選用NAND存儲器，用于存放CPU的程序數據。

所述電源管理電路包括依次串聯的壓降管理模塊、電平轉換模塊以及輸出管理模塊三個模塊，請參閱圖3。電源管理電路負責整個綜合處理電路的電源供給，該電路也是整個系統低功耗運行的一個重要因素。該電路大部分功能由電平轉換模塊實現，其中壓降管理模塊負責將輸入的電壓進行調整，調整到電平轉換模塊能夠接受的幅值范圍內，以確保后續的模塊正常工作。電平轉換模塊的功能是將輸入的電平轉化為CPU核心模塊所需要的電平，鑒于CPU核心模塊工作電平不止一個，因此電平轉換模塊的輸出也不止一個，同時電平轉換模塊要保證輸出的每一個電平電流都滿足后續電路要求。輸出管理模塊對轉換后的電平做管理，分別輸出給綜合處理電路其他電路和模塊來使用。

所述對外接口電路，在本方案中起到的是橋梁作用，負責綜合處理電路和擴展板電路的信號傳輸。一方面可以把擴展板輸入的信號如攝像頭信號、網絡信號傳送給綜合處理電路處理，另一方面將綜合處理電路生產的信號如HDMI視頻信號、音頻信號輸出至擴展板電路供系統外圍電路使用。

所述擴展板電路包括接口管理模塊和對外接口端子，請參閱圖4。其中接口管理模塊負責將綜合處理電路輸送過來的信號轉換為標準的接口信號，由于各個接口或者各個需求不一樣，所以對不同的要求會有不同的接口管理模塊。對外接口端子負責將整個系統的信號與外界電路連接，可以采用對插或者甩線的模式。本方案可擴展性非常強，所以擴展板電路支持的接口也是很廣泛的，包括音頻接口、并行攝像頭接口、MIPI DSI顯示接口、CSI串行攝像頭接口、HDMI接口、LCD接口、LVDS接口、10/100/1000M以太網接口、USB Host接口、USB OTG接口、UART接口、CAN總線接口、SPI總線接口、I2C總線接口等。不同的接口對應不同的接口管理模塊。

本方案的工作步驟如下：

步驟1：上電，電源管理模塊將給整個系統供電并進行電源管理;

步驟2：核心CPU從存儲模塊中讀取程序，并與內容模塊進行數據交換緩存，進入工作狀態;

步驟3：外部接口電路工作，接受外部輸入的數據和信息;

步驟4：核心CPU解析數據，并依此生成圖形畫面，同時管理總線數據;

步驟5：核心CPU將生成的畫面/視頻和總線接口數據通過相應的接口輸出核心電路;

步驟6：對外接口電路將視頻數據/總線接口數據輸出至接口管理電路;

步驟7：接口管理電路將相關的數據進行相應的處理和電平轉化，輸出至接口端子。

步驟8：數據由接口端子發送出至系統外圍電路。

此外，本方案可以做進一步改進：所述內存模塊不僅限于DDR3和LPDDR2，還可以為SDRAM或DDR4。所述不僅限于NAND，還可以為SD卡或者U盤。

綜上所述一種軌道交通信息顯控系統的通用設計系統利用核心CPU的超強處理能力，內置底層和應用程序，能夠接受、處理、生成各類數據、信息和畫面。開發者可以根據自己的需求自定義外圍接口電路，來實現預期的要求。同時本方案有以下優點：1、低功耗;2、接口豐富，可擴展性強;3、支持多種視頻格式以及不同分辨率的視頻輸出;4、系統性能可以自定義，滿足不同價位和性能的需求;5、小型化、集成度高，滿足不同場合的需求。

各模塊具體功能描述如下：其中虛線框出部分為綜合處理電路，其中核心CPU選用了PCIMX6Q6VV1A，主頻可以達到1.2GHz，為本專利的核心所在。2CZ117B為壓降管理模塊，其作用是將外部輸入的+5V降為4.2V作用，供后面的電平轉換電路模塊使用。ISL9307為電平轉換模塊，能夠生成單板所需要的各種電源，MMPF0100為CPU的電平輸出管理模塊，負責CPU工作電源的供給。SDIN5C2_8G為存儲模塊，內部存放的是CPU啟動所需要的程序和代碼。MT41J128M16HA為內存模塊，該芯片需要一共四片。右邊虛線框所示為本系統能夠提供和支持的各類接口，在實際應用中可以根據所需要的接口需求來確定對應的接口管理電路。

參? 考? 文? 獻

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