3、ARM9硬件平台设计

1提纲13245印制板的设计嵌入式硬件平台设计最小系统的设计嵌入式系统简介S3C2410X概述外设及系统总线6硬件系统的调试2嵌入式系统的软硬件框架嵌入式系统简介嵌入式微处理器最小系统SDRAMROMI/OA/DD/A人机交互接口通用接口实时操作系统(RTOS)图形用户接口BSP/HAL硬件抽象层/板极支持包文件系统应用程序嵌入式系统硬件层OS层驱动层应用层软件硬件串口、并口、USB、以太网等LED、LCD、触摸屏、鼠标、键盘等Linux、uCLinux、uC/OS-II、WINDOWSCE等3嵌入式系统的开发步骤嵌入式系统体系结构设计体系结构设计系统需求分析:拟写规格说明书机械/结构设计硬件设计软件设计系统集成系统测试产品4嵌入式系统的开发步骤系统需求分析：确定设计任务和目标，并提炼出设计规格说明书，作为正式设计指导和验收的标准。系统的需求一般分功能性需求和非功能性需求两方面。功能性需求是系统的基本功能，如输入输出信号、操作方式等；非功能需求包括系统性能、成本、功耗、体积、重量等因素。体系结构设计：描述系统如何实现所述的功能和非功能需求，包括对硬件、软件和执行装置的功能划分以及系统的软件、硬件选型等。一个好的体系结构是设计成功与否的关键。5嵌入式系统的开发步骤硬件/软件协同设计：基于体系结构，对系统的软件、硬件进行详细设计。为了缩短产品开发周期，设计往往是并行的。系统集成：把系统的软件、硬件和执行装置集成在一起，进行调试，发现并改进单元设计过程中的错误。系统测试：对设计好的系统进行测试，看其是否满足规格说明书中给定的功能要求。6JXARM9-2410教学系统的硬件组成本章将以武汉创维特公司生产的JXARM9-2410教学系统为原型，详细分析系统的硬件设计步骤、实现细节以及调试技巧等。S3C44B0XFlash(BIOS)USB接口RS-232接口JTAG调试端口LCD显示及触摸屏键盘接口以太网接口音频接口基于ARM920T的32位微处理器SamsungS3C2410X最小系统USB接口RS-232接口JTAG调试端口LCD显示及触摸屏以太网接口音频接口64MBSDRAM系统内存32M字节16M字节NANDFLASH7S3C2410X内部结构图S3C2410X概述8S3C2410X片上资源ARM920T核、工作频率203MHz；16KB数据Cache，16KB指令Cache，MMU，外部存储器控制器；LCD控制器（支持黑白、灰度、ColorSTN、TFT屏），触摸屏接口；NANDFLASH控制器，SD/MMC接口支持，4个DMA通道；3通道UART、1个多主I2C总线控制器、1个IIS总线控制器；4通道PWM定时器及一个内部定时器；117个通用I/O口；24个外部中断源；8通道10位ADC；实时时钟及看门狗定时器等。两个USB主/一个USB从；9S3C2410X特性内核:1.8VI/O及存储器:3.3V电源管理模式：Normal、Slow、Idle、Poweroff272-FBGA10S3C2410X的引脚分布图11S3C2410X的存储器映射12总线控制信号S3C2410X的引脚信号描述13SDRAM/SRAMS3C2410X的引脚信号描述14NANDFlashS3C2410X的引脚信号描述15LCD控制信号S3C2410X的引脚信号描述16中断控制信号S3C2410X的引脚信号描述17DMA控制信号S3C2410X的引脚信号描述18UART控制信号S3C2410X的引脚信号描述19ADCS3C2410X的引脚信号描述20IIC-BUS控制信号S3C2410X的引脚信号描述21IIS-BUS控制信号S3C2410X的引脚信号描述22触摸屏接口控制信号S3C2410X的引脚信号描述23USB主接口信号S3C2410X的引脚信号描述24USB从接口信号S3C2410X的引脚信号描述25SPI接口信号S3C2410X的引脚信号描述26GPIOS3C2410X的引脚信号描述27TIMER/PWM控制信号S3C2410X的引脚信号描述28复位和时钟信号S3C2410X的引脚信号描述29JTAG测试逻辑S3C2410X的引脚信号描述30电源S3C2410X的引脚信号描述31芯片及引脚分析具有大量的电源和接地引脚，应注意电源电压及分配芯片引脚主要有如下几种类型：S3C2410X的引脚主要分为如下几类，即：数字输入（I）、数字输出（O）、数字输入/输出（I/O）、模拟输入/输出输出类型的引脚主要用于S3C2410X对外设的控制或通信，由S3C2410X主动发出，这些引脚的连接不会对S3C2410X自身的运行有太大的影响输入类型的引脚有些直接决定S3C2410X是否可正常运行，设计时应特别注意输入/输出类型的引脚主要是S3C2410X与外设的双向数据传输通道32最小系统简介1、一个嵌入式处理器是不能独立工作的，必须给它供电、加上时钟信号、提供复位信号，如果芯片没有片内程序存储器，则还要加上存储器系统，然后嵌入式处理器才可能工作。2、这些提供嵌入式处理器运行所必须的条件的电路与嵌入式处理器共同构成了这个嵌入式处理器的最小系统。3、大多数基于ARM9处理器核的微控制器都有调试接口，这部分在芯片实际工作时不是必需的，但因为这部分在开发时很重要，所以把这部分也归入到最小系统中。最小系统的设计33最小系统框图最小系统的设计嵌入式控制器时钟电路调试测试接口复位电路存储器电路电源电路可选，当嵌入式处理器中无存储器时，或需扩充存储器时，需加上。可选，方便调试和测试，一般都加上。34电源电路-概述最小系统的设计电源系统为整个系统提供能量，是整个系统工作的基础，具有极其重要的地位。电源系统处理的好坏，将直接影响到整个系统的稳定性、可靠性等。多电源系统的设计、电源的分配、印制板设计中电源的设计等，都是必须考虑的。35电源电路-考虑的因素最小系统的设计1.输入的电压范围、电流；2.输出的电压、最大电流、最大功率；3.输出纹波大小；4.安全因素；5.电池兼容和电磁干扰；6.体积要求；7.成本要求。36电源电路-需求分析最小系统的设计1、一般是多电源系统，I/O一般为3.3V供电，内核为2.5V（S3C44B0）、1.8V（S3C2410）或1.25V（PXA255）供电，有可能还包含5V或12V等电源；2、一般将数字电源和模拟电源分别供电；3、要求电源纹波比较小，一般采用LDO供电；37电源电路-芯片选型最小系统的设计1、有很多厂家均生产LDODC-DC转换芯片，如Maxim、Linear、Sipex、TI、Microchip等；2、转换到5V的芯片有UA7805、TL750L05、LTC3425、REG1117-5等；3、转换到3.3V的芯片有LT1083（7.5A）、LT1084（5A）、LT1085（3A）、LT1086（1.5A），REG1117-3.3等；38电源电路-参考电路最小系统的设计39时钟电路最小系统的设计1、主时钟电路2、RTC时钟电路3、主时钟及USB时钟滤波时钟电路用于向CPU及其它电路提供工作时钟，在该系统中，S3C2410X使用无源晶振，晶振的接法如下图所示主时钟电路RTC时钟电路主时钟及USB时钟滤波40时钟电路最小系统的设计1、根据S3C2410X的最高工作频率以及PLL电路的工作方式，选择12MHz的无源晶振。12MHz的晶振频率经过S3C2410X片内的PLL电路倍频后，可达到202.8MHz的频率。2、片内的PLL电路兼有频率放大和信号提纯的功能，因此，系统可以以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率，以降低因高速开关时钟所造成的高频噪声。41复位电路最小系统的设计由RC电路及施密特触发器组成：42JTAG调试接口电路最小系统的设计1、JTAG(JointTestActionGroup，联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。2、目前大多数比较复杂的器件都支持JTAG协议，如ARM、DSP、FPGA器件等。3、标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO，分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。4、JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。JTAG接口还常用于实现ISP（In-SystemProgrammable在系统编程）功能，如对FLASH器件进行编程等。5、通过JTAG接口，可对芯片内部的所有部件进行访问，因而是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。目前JTAG接口的连接有两种标准，即14针接口和20针接口。43JTAG调试接口电路-14针接口及定义44JTAG调试接口电路-20针接口及定义45JTAG接口电路设计－接口电路最小系统的设计必须接上拉20针JTAG接口46SDRAM接口电路设计－SDRAM简介与Flash存储器相比较，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于Flash存储器，且具有读/写的属性，因此，SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间，数据及堆栈区。当系统启动时，CPU首先从复位地址0x0处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般应调入SDRAM中运行，以提高系统的运行速度，同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在SDRAM中。SDRAM具有单位空间存储容量大和价格便宜的优点，已广泛应用在各种嵌入式系统中。SDRAM的存储单元可以理解为一个电容，总是倾向于放电，为避免数据丢失，必须定时刷新（充电）。因此，要在系统中使用SDRAM，就要求微处理器具有刷新控制逻辑，或在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。S3C2410X在片内具有独立的SDRAM刷新控制逻辑，可方便地与SDRAM接口。47SDRAM接口电路设计－SDRAM选型1、目前常用的SDRAM为8位/16位的数据宽度，工作电压一般为3.3V。主要的生产厂商为HYUNDAI、Winbond等。他们生产的同型器件一般具有相同的电气特性和封装形式，可通用。本系统中使用Winbond的57V561620或W982516。57V561620存储容量为4组×4M字节，工作电压为3.3V，常见封装为54脚TSOP，兼容LVTTL接口，支持自动刷新（Auto-Refresh）和自刷新（Self-Refresh），16位数据宽度。最小系统的设计48SDRAM接口电路设计－57V561620引脚分布最小系统的设计49最小系统的设计SDRAM接口电路设计－57V561620引脚信号描述50SDRAM接口电路设计－SDRAM接口电路最小系统的设计51FLASH接口电路设计－FLASH简介Flash存储器是一种可在系统（In-System）进行电擦写，掉电后信息不丢失的存储器。它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程（烧写）、擦除等特点，并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。作为一种非易失性存储器，Flash在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。最小系统的设计52FLASH接口电路设计－FLASH选型常用的Flash为8位或16位的数据宽度，编程电压为单3.3V。主要的生产厂商为INTEL、ATMEL、AMD、HYUNDAI等。本系统中使用INTEL的TE28F128J3A。TE28F128J3A存储容量为16M字节，工作电压为3.3V，采用56脚TSOP封装或48脚FBGA封装，16位数据宽度。TE28F128J3A仅需单3.3V电压即可完成在系统的编程与擦除操作，通过对其内部的命令寄存器写入标准的命令序列，可对Flash进行编程（烧写）、整片擦除、按扇区擦除以及其他操作。最小系统的设计53FLASH接口电路设计－TE28F128J3A引脚分布最小系统的设计54FLASH接口电路设计－TE28F128J3A引脚信号描述最小系统的设计55F