摘 要:介紹用于車載GPS導(dǎo)航儀的大容量Flash硬盤。分析了系統(tǒng)的工作原理和組成特點。該硬盤具有體積小、重量輕、功耗低、抗振動性好等特點，可用于各種類型的車載計算機(jī)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞:快閃存儲器 自主導(dǎo)航 硬盤

1 GPS車載導(dǎo)航儀概述
隨著現(xiàn)代交通運輸網(wǎng)絡(luò)和汽車工業(yè)的飛速發(fā)展 車輛的自主導(dǎo)航和實時監(jiān)控越來越受到人們的普遍關(guān)注，并被廣泛地應(yīng)用到交通運輸網(wǎng)絡(luò)的各個方面。
TRACK-II型GPS車載導(dǎo)航儀是我研究所與香港ARCON公司合作研制的一代車載導(dǎo)航儀。它是一種基于GPS技術(shù)并融合電子和通信技術(shù)的集成信息的硬件和軟件平臺，具有GPS準(zhǔn)確定位、路線引導(dǎo)、旅行信息查詢、出行信息查詢、駕駛員信息查詢等信息綜合服務(wù)功能。從所完成的功能來劃分，GPS車載導(dǎo)航儀可以劃分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理層獲取當(dāng)前車輛的相關(guān)信息，包括姿態(tài)、位置、方向和時間等信息，以及與當(dāng)前位置相關(guān)的地理信息數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)鏈路層則在所獲取的原始數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)濾波處理，為應(yīng)用層提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口。同時通過數(shù)據(jù)鏈路層，GPS車載導(dǎo)航儀可以與外部數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；應(yīng)用層采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計技術(shù)，通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，利用人工智能、模糊控制和系統(tǒng)的方法，實現(xiàn)諸如地圖匹配、路徑選擇等功能。
該GPS車載導(dǎo)航儀的物理層是車載系統(tǒng)信息集成的硬件平臺，它主要包括具有RISC結(jié)構(gòu)的32位CPU ARM9TDMI、大容量的Flash硬盤(存放過程數(shù)據(jù)、電子地圖和各種數(shù)據(jù)庫信息)和GSM通信模塊。限于篇幅，主要介紹該導(dǎo)航儀中為適應(yīng)數(shù)據(jù)大容量存儲而設(shè)計的Flash硬盤的功能和工作原理。

2 Flash硬盤硬件組成
作為車載系統(tǒng)信息集成的硬件平臺 GPS車載導(dǎo)航儀需要快速讀取硬盤中的地理信息數(shù)據(jù)、查詢路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和執(zhí)行路徑選優(yōu)算法等。大容量存儲器因為要與CPU進(jìn)行頻繁的通信、進(jìn)行高速協(xié)調(diào)工作，它的可靠程度直接決定了導(dǎo)航儀的可靠性。采用磁原理的普通PC機(jī)硬盤，抗振動能力差、易于損壞，不適于車載?；谝陨系囊笪覀冊O(shè)計了大容量的Flash硬盤，作為導(dǎo)航儀的數(shù)據(jù)存儲器。
我們設(shè)計的Flash硬盤是一種固態(tài)盤SSD(Solid State Disk)。它主要包括具有標(biāo)準(zhǔn)IDE接口的DSP控制器MX9691、程序存儲器和16片128Mbit的Flash存儲器芯片。因為全部采用電子元件，它的抗振動性和平均無故障間隔時間(MTTF)均比普通硬盤高一個數(shù)量級(采用Bellcore或Mil-spec方法)。
2.1 硬盤控制器MX9691簡介
MX9691L是旺宏公司生產(chǎn)的電子硬盤專用控制器，為128腳LQFP封具有寬電壓工作范圍3.3~5V ，可提供標(biāo)準(zhǔn)的PCMCIA和IDE 接口。它的內(nèi)部包括MX93011的DSP內(nèi)核 21MIPS 、1KB的緩沖數(shù)據(jù)區(qū)、PCMCIA/ATA接口、Flash存儲器接口和時鐘、復(fù)位電路等。用MX9691設(shè)計的電子硬盤的擴(kuò)展性好只要選用相應(yīng)的固件可以任意選擇相應(yīng)類型和數(shù)目的Flash存儲器并且有很好的兼容性。圖1為其功能框圖。

2.2 Flash存儲器芯片簡介
采用的Flash 芯片為KM29U128T。它是48腳表面封裝器件，內(nèi)部具有(16M+512K)×8bit的存儲空間，共32768行，528列，其中后備的16列位于512列到527列。它內(nèi)部有一個528字節(jié)的數(shù)據(jù)寄存器，可以用于頁讀、頁編程操作時數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)換。它可以進(jìn)行528字節(jié)為一頁的頁讀和寫操作，并可以進(jìn)行以16K為一塊的塊擦除操作。
KM29U128T的突出優(yōu)點在于：命令、地址和數(shù)據(jù)信息均通過8條I/O線傳輸，尋址單元的地址線不作為芯片的引出腳，24位地址分三次寫入地址鎖存器，譯碼后找到相應(yīng)的單元。

MX28F2100T為程序存貯器，它通過標(biāo)準(zhǔn)ATA接口經(jīng)編譯的可執(zhí)行文件可以對它直接在線編程。74F245和74F244為總線驅(qū)動器，在所選Flash存儲器較多時可以提高總線驅(qū)動能力。
采用MX9691作為Flash硬盤的驅(qū)動控制器有很多優(yōu)點。MX9691為旺宏公司生產(chǎn)的專用硬盤驅(qū)動控制芯片優(yōu)化功能強(qiáng)大沒有冗余模塊且封裝緊湊便于進(jìn)一步小型化和降低功耗。MX9691與三星公司的Flash存儲芯片兼容性好，不需再增加其它電路，因此可靠性高。旺宏公司對MX9691有強(qiáng)大的軟件支持，很多固件可以直接購買。因為MX9691支持在線編程，升級和維護(hù)非常簡單。另外為用于手持和車載系統(tǒng)MX9691為低功耗設(shè)計。它有3種節(jié)電模式idle、standby和sleep。MX9691可以通過查詢自己的工作狀態(tài)自動進(jìn)入相應(yīng)的節(jié)電模式因此功耗很低。
該Flash硬盤已可靠運行了半年多，并且與Windows CE的兼容性也較好。它體積小、重量輕、抗震性好，并且功耗很低。隨著快閃技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，大容量的Flash存儲器將被廣泛地應(yīng)用于個人數(shù)字助理(PDA)、電子游戲機(jī)、數(shù)字相機(jī)、自動化信息及導(dǎo)航系統(tǒng)中。