第4 ARM9硬件平台设计.ppt
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1、嵌入式系统教案嵌入式系统教案嵌入式系统教案嵌入式系统教案武汉创维特信息技术有限公司武汉创维特信息技术有限公司 12/20/2022提纲1 13 32 24 45 5印制板的设计印制板的设计第五章 嵌入式硬件平台设计最小系统的设计最小系统的设计嵌入式系统简介嵌入式系统简介S3C2410XS3C2410X概述概述外设及系统总线外设及系统总线6 6硬件系统的调试硬件系统的调试2嵌入式系统的软硬件框架嵌入式系统简介串口、并口、USB、以太网等LED、LCD、触摸屏、鼠标、键盘等Linux、uCLinux、uC/OS-II、WINDOWS CE等3嵌入式系统的开发步骤嵌入式系统体系结构设计4嵌入式系统的
2、开发步骤q系统需求分析:确定设计任务和目标,并提炼出设计系统需求分析: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;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、重量等非功能需求包括系统性能、成本、功耗、体积、重量等因素。因素。嵌入式系统体系结构设计q体系结构设计:描述系统如何实现所述的功能和非功体系结构设计:描述系统如何实
3、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。功与否的关键。5嵌入式系统的开发步骤嵌入式系统体系结构设计q硬件硬件/软件协同设计:基于体系结构,对系统的软件、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。是并行的。q系统集成:把系统的软件、硬件和执行装置集成在一系统集成:把系统的软件、硬件和执行装置集成在一起,进行调试
4、,发现并改进单元设计过程中的错误。起,进行调试,发现并改进单元设计过程中的错误。q系统测试:对设计好的系统进行测试,看其是否满足系统测试: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。规格说明书中给定的功能要求。6JXARM9-2410教学系统的硬件组成嵌入式系统体系结构设计q本章将以武汉创维特公司生产的本章将以武汉创维特公司生产的JXARM9-2410JXARM9-2410教学系教学系统为原型,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。及调试技巧等。7S3C2410X内部结构图S3C2410X概述8S3C2410X片
5、上资源S3C2410X概述qARM920TARM920T核、工作频率核、工作频率203203MHzMHz;q1616KB KB 数据数据CacheCache,16KB 16KB 指令指令CacheCache,MMUMMU,外部存储器控制器;外部存储器控制器;qLCDLCD控制器(支持黑白、灰度、控制器(支持黑白、灰度、Color STNColor STN、TFTTFT屏),触摸屏接口;屏),触摸屏接口;qNAND FLASHNAND FLASH控制器,控制器,SD/MMCSD/MMC接口支持,接口支持,4 4个个DMADMA通道;通道;q3 3通道通道UARTUART、1 1个多主个多主I2C
6、I2C总线控制器、总线控制器、1 1个个IISIIS总线控制器;总线控制器;q4 4通道通道PWMPWM定时器及一个内部定时器;定时器及一个内部定时器;q117117个通用个通用I/OI/O口;口;24 24个外部中断源;个外部中断源;q8 8通道通道1010位位ADCADC;q实时时钟及看门狗定时器等。实时时钟及看门狗定时器等。q两个两个USBUSB主主/一个一个USBUSB从;从;9S3C2410X特性S3C2410X概述q内核内核:1.8:1.8V I/OV I/O及存储器及存储器:3.3:3.3V Vq电源管理模式:电源管理模式:NormalNormal、SlowSlow、IdleId
7、le、Power off Power off q272-272-FBGAFBGA10S3C2410X的引脚分布图S3C2410X概述11S3C2410X的存储器映射S3C2410X概述12总线控制信号S3C2410X的引脚信号描述13SDRAM/SRAMS3C2410X的引脚信号描述14NAND FlashS3C2410X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S3
8、C2410X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S3C2410X的引脚信号描述q具有大量的电源和接地引脚,应注
9、意电源电压及分配具有大量的电源和接地引脚,应注意电源电压及分配q芯片引脚主要有如下几种类型:芯片引脚主要有如下几种类型:S3C2410XS3C2410X的引脚主要分为的引脚主要分为如下几类,即:数字输入(如下几类,即:数字输入(I I)、)、数字输出(数字输出(O O)、)、数字输入数字输入/输出(输出(I/OI/O)、)、模拟输入模拟输入/输出输出q输出类型的引脚主要用于输出类型的引脚主要用于S3C2410XS3C2410X对外设的控制或通信,对外设的控制或通信,由由S3C2410XS3C2410X主动发出,这些引脚的连接不会对主动发出,这些引脚的连接不会对S3C2410XS3C2410X自
10、身自身的运行有太大的影响的运行有太大的影响q输入类型的引脚有些直接决定输入类型的引脚有些直接决定S3C2410XS3C2410X是否可正常运行,是否可正常运行,设计时应特别注意设计时应特别注意q输入输入/输出类型的引脚主要是输出类型的引脚主要是S3C2410XS3C2410X与外设的双向数据与外设的双向数据传输通道传输通道32最小系统简介最小系统简介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
11、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。3
12、5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LDO DC-DC转换芯片,如Maxim、LinearLinear、S
13、ipex、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 1、根据S3C24
14、10X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q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(Joint Test Action GroupJTAG(Joint Test Action Group,联合测试行动小组联合测试行动小组)是一种国际标准是一种国际标准 测试协议,主要
15、用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试。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目前大多数比较复杂的器件都支持JTAGJTAG协议,如协议,如ARMARM、DSPDSP、FPGAFPGA器件等。器件等。3 3、标准的、标准的JTAGJTAG接口是接口是4 4线:线:TMSTMS、TCKTCK、TDITDI、TDOTDO,分别为测试模式选择、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。测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。4 4、JTAGJTAG测试允许多个器件通过测试允许多个器件通过JTAGJTAG接口串联在一起,形成一个接口串联在
16、一起,形成一个JTAGJTAG链,能链,能 实现对各个器件分别测试。实现对各个器件分别测试。JTAGJTAG接口还常用于实现接口还常用于实现ISPISP(In-System In-System Programmable Programmable在系统编程)功能,如对在系统编程)功能,如对FLASHFLASH器件进行编程等。器件进行编程等。5 5、通过、通过JTAGJTAG接口,可对芯片内部的所有部件进行访问,因而是开发调试接口,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。目前嵌入式系统的一种简洁高效的手段。目前JTAGJTAG接口的连接有两种标准,接口的连接
17、有两种标准,即即1414针接口和针接口和2020针接口。针接口。43JTAG调试接口电路-14针接口及定义最小系统的设计44JTAG调试接口电路-20针接口及定义最小系统的设计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q与与FlashFlash存储器相比较,存储器相比较,SDRAMSDRAM不具有掉电保持数据的特性,不具有掉电保持数据的特性,但其存取速度大大高于但其存取速度大大高于FlashFlash存储器,且具有读存储器,且具有读/写的属性,因写的属性,因此此,SDRAMSDRAM在系统中主要用作程序的运行空间,数据及堆
18、栈区。在系统中主要用作程序的运行空间,数据及堆栈区。q当系统启动时,当系统启动时,CPUCPU首先从复位地址首先从复位地址0 0 x0 x0处读取启动代码,在处读取启动代码,在完成系统的初始化后,程序代码一般应调入完成系统的初始化后,程序代码一般应调入SDRAMSDRAM中运行,以提中运行,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、运行数据也都放在在SDRAMSDRAM中。中。qSDRAMSDRAM具有单位空间存储容量大和价格便宜的优点,已广泛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。应用在各种嵌入式系统中。S
19、DRAMSDRAM的存储单元可以理解为一个电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)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。因此,要在系统中使用SDRAMSDRAM,就要求微处理器具有刷新控制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。逻辑,或在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。S3C2410XS3C2410X在片在片内具有独立的内具有独立的SDRAMSDRAM刷新控制逻辑,可方便地与刷新控制逻辑,可方便地与SDRAMSDRAM接口。接口。最小系统的设计47SDRAM接口电路设计SDRAM选
20、型1 1、目前常用的、目前常用的SDRAMSDRAM为为8 8位位/16/16位的数据宽度,工作电压一般位的数据宽度,工作电压一般为为3.33.3V V。主要的生产厂商为主要的生产厂商为HYUNDAIHYUNDAI、WinbondWinbond等。他们生产的等。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。同型器件一般具有相同的电气特性和封装形式,可通用。q本系统中使用本系统中使用WinbondWinbond的的5757V561620V561620或或W982516W982516。q5757V561620V561620存储容量为存储容量为4 4组组4 4M M字节,工作电压为字节
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- 第4 ARM9硬件平台设计 ARM9 硬件 平台 设计
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