（信号与信息处理专业论文）sitsangpxa255评估平台应用研究.pdf

中文摘要 今天，人们对数字化产品的需求向着体积小、便携、功耗低和易操作等方向 发展。p c 机已经不能满足社会的全部需要，p d a 等嵌入式系统的开发成为r r 业的热门领域。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心r i s c 型处理器具有结构简 单、处理速度快和处理功能强等优点，新型的嵌入式系统大多数都采用r i s c 型 处理器作为核。a r m 公司凭借其先进的技术、众多的合作伙伴和极大的市场占 有率，成为全球r i s c 标准的缔造者。而x s c a l e 则是i n t e l 公司与a r m 公司合 作的技术，是a r m 的一种子架构。 在本论文中，笔者主要对采用x s c a l e 架构的i n t e ls i t s a n g p x a 2 5 5 评估平台 的各种应用进行了研究。开发了此平台上运行在l i n u x 操作系统上的的简单应用 程序，图形化应用程序、用户空间驱动程序、内核空间驱动程序以及裸机上的测 试程序。详细地讲述了怎样向平台移植这些程序。最后探索了与平台相连的新型 u s b 采音摄像头的制作。 论文共分为六章。第一章概述了a r m 技术。分析了a r m 架构的不同版本 和a r m 不同的处理器系列，给出了两者的关系。重点分析了i n t e lx s c a l e 处理 器系列和a r m v 5 t e 架构。第二章介绍了i n t e ls i t s a n g p x a 2 5 5 开发包中的各种 部件，以及其中最重要的部件s i t s a n g p x a 2 5 5 评估平台上面的各种元件。$ i t s a n g 平台上有着众多的设备。笔者只是分析了其中将要使用的一些元件设备。最后分 析了平台的一些缺陷。第三章介绍了怎样从主机p c 向平台上移植l i n u x 操作系 统。笔者本着省时省力有效的原则，向大家详尽的介绍了移植的各个步骤。第四 章介绍了怎样在不安装任何操作系统的“裸机”环境下，编写s i t s a n g 平台上的 测试程序。我们首先分析了开发这种测试程序的必要性，然后分析了著名的a r m a d s 工具集，又讲述了两个测试程序编写的实例，最后简述了调试的方法。第 五章首先讲述了r e d b o o t 、l i n u x 内核、文件系统镜像的生成方法。然后又讲述 了简单应用程序、q t o p i a 桌面环境、图形化应用程序和用户空间驱动程序的开发 方法。第六章首先分析了o v 7 6 2 0 和o v 5 1 9 两种芯片，而后讲述了以它们为主 组成的u s b 采音摄像头的制作，最后讲述了此摄像头驱动程序的实现方案。 关键词：a r m ，s i t s a n f f p x a 2 5 5 ，l i n u x ，测试程序，驱动程序，u s b 采音 摄像头 a b s t r a c t n o w a d a y s ，a c c o r d i n gt op e o p l e sd e m a n d s , m 舀t a lp r o d u c t ss h o u l db es m a l l ， e a s yt oc a r r ya n do p e r a t e a n dh a v el o wp o w e rd i s s i p a t i o n s i n c ep c s c a n n o t 伽t i l la n t h eh o o d s d e v e l o p m e n to f p d a sa n do t h e re m b a d d o ds y s t e m sh a sb e c o m eah o ta r e a o fi ti n d u s t r y e m b a d d a dp r o c e s s o ri st h eh e a r to fe m b e d d e ds y s t e m m o s to fn e w c r n b c d d a ds y s t e m sh a v er i s cp r o c e s s o ra st h e i rc o r 船b e c a u s eo f i t ss i m p l es t r u c t u r e , r a p i ds p e e da n dg r e a tp o w e ro f p r o c e s s i n g , a n do t h e ra d v a n t a g e s a r mc o r p o r a t i o n i s t h ec r e a t o ro f t h es t a n d a r do f r i s c a n dx s c a l ei sam i c r oa r c h i t e c t u r eo f a r m ，a n d i sd e v e l o p e db yi n t e lc o r p o r a t i o na n da r mc o r p o r a t i o n t h i st h e s i si sf o c u so nt h er e s e a r c ho fa p p l i c a t i o no fi n t e ls i t s a n g p x a 2 5 5 e v a l u a t i o np l a t f o r m , w h o s ep r o c e s s o r , p x a 2 5 5 ，i sap r o c e s s o ro f x s c a l ea r c h i t e c t u r e a n ds i m p l ea p p l i c a t i o n , g r a p h i c a la p p l i c a t i o n , 1 1 s o gs p a c ed r i v e ra n dk e r n e ls p a c e d r i v e ro nl i n u xo s ，a n dt e s tp r o g r a mo nb a r em e t a l ，r u n n i n g0 1 1t h ep l a t f o r m , a r ea l l d e v e l o p e d t h e nh o wt 0p o r tt h e mt ot h ep l a t f o r mi si n t r o d u c e d ，t o o a tl a s t , au s b v i d e o a u d i oc a n l e r ac o n n e c t i n gt ot h ep l a t f o r mi sm a d e t h e r ea r cs i xc h a p t e r s c h a p t e ro n ei sa b o u ti n t r o d u c t i o no fa r mt e c h n o l o g y a n di t sm i c r oa r c h i t e c t u r ex s c a l e c h a p t e rt w oi sa b o u ti n t r o d u c t i o no ft h ei t e m so f t h ep a c k a g eo fh a t e ls i t s a n g p x a 2 5 5 ，a n dt h ed e v i c e sa n dd e f e c to fi n t e l s i t s a n g p x a 2 5 5e v a l u a t i o np l a t f o r m , t h em o s ti m p o r t a n ti t e mi ni t c h a p t e rt h r o e ：i s a b o u th o wt op o r tl i n u xo sf r o mh e s tp ct ot h ep l a t f o r m i ti n t r o d u c e st h ef a s t e s t w a yo fe v e r ys t e p i nc h a p t e rf o u r , h o wt ow r i t ea n dd e b u gt h et e s tp r o g r a mf o rt h e h a r d w a r ed e v i c e so f b a r ea r mm a c h i n e s ( i n t e ls i t s a n g p x a 2 5 5e v a l u a t i o np l a t f o r m f o re x a m p l e ) 。w i t h o u to s0 1 a p p l i c a t i o ns o f t w a r ei n 刚1 e d i si n t r o d u c e d c h a p t e r f i v ei sa b o u th o wt og e n e r a t et h ei m a g ef i l eo f r e d b o o t , l i n u xk e r n e la n df i l es y s t e m t h e nd e v e l o p m e n to fs i m p l ea p p l i c a t i o n , q t o p i ad e s k t o pe n v i r o n m e n t , g r a p h i c a l a p p l i c a t i o n , a n du s e rs p a c ed r i v e ri si n t r o d u c e d c h a p t e rs i xi sa b o u ta n a l y s i so ft w o c h i p s ，0 v 7 6 2 0 a n d o v 5 1 9 t h e n h o wr e m a k e a u s b v i d e o a u d i oc a m e r a u s i n g t h e m i si n t r o d u c e d a tl a s t , i m p l e m e n to f t h ed r i v e ro f t h ec a m e r ai sd i s c u s s e d k e yw o r d s ：a r m , s i t s a n g p x a 2 5 5 ，l i n u x ，t e s tp r o g r a m , d r i v e r , u s b v i d e e a u d i oc a t n e r a 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意 学位论文作者签名乏忍，支弋 司 签字日期；2 b o6 年3 月 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。 特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：孑卜又闻 签字日期：2 d 口年弓月 日 导师签名： 签字日期： 第一章绪论 1 1 当前p d a 技术的发展状况 p d a 是英文p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t 的简称，也就是个人数字助理的意思。 各种类型的p d a ，就是一个能帮忙我们高效完成日常杂事的小型电子设备，它的 主要功能在于个人信息管理( p i m ) 。 用笔和纸来记录私人日程安排、待办事项、电话薄等比较方便，但查询和保 管却不大方便。个人电脑出现后，人们开始使用微软o u t l o o k 这样的软件来安 排自己的通讯录和日程。但在很多场合，笔记本电脑会显得体积较大、耗电量过 高，而台式p c 贝i | 体积更大、无法携带，因此无法满足用户的需求。所以携带方 便、使用便捷的p d a 就孕育而生了。广义的来说，任何能达到p 订功能的电子设 备都能称为p d a ，实际上p d a 多专门指能方便携带的手持产品。 p d a 的历史最早可以追溯至) j t a n d y 公司在上世纪8 0 年代推出的t r s - - 8 0 。而 我们一般所说p d a 的概念，是1 9 9 2 年由苹果公司前c e o 约翰斯卡利所提出的。 第一台p d a 产品名字叫牛顿( n e w t o n ) ，是一款相当具有个性的产品。而我们一 般俗称为“掌上电脑”的p d a ，是英文p o c k e tp c 的译称。 随着现代微电子技术的发展，p d a 已经从原来简单意义上的个人数字助理， 变成了人们一时也不能离开的随身工具。由于p d a 在多媒体娱乐、3 d 图形处理 以及无线通信上的发展，已经有越来越多的人开始将p d a 融入到自己的生活之 中。可以说，在许多地方，p d a 已经开始渗透到人们日常工作生活的方方面面， 通过其强大的功能和便携的体积与重量，改变着人们的工作、生活和娱乐方式。 通常我们区分p d a 的种类，都会以p d a 使用的操作系统作为依据。纵观市面 上的p d a ，最常见的操作系统大致上可分成两大阵营： p a l m ：率先崛起的3 c o m 公司的产品，目前占据p d a 大部份市场。除了3 c o m 本身推出的p a l mp i l o t 系列之外，支持p a l m 的公司还包括s o n y 、h a n d s p r i n g 和i b m 等。 w m c e p o c k e tp c ：为人所熟知的微软进军p d a 市场之作。w m c e 是w m d o w s c e 的简称，现已易名为p o c k e tp c 。它来势汹汹，其支持的公司阵容浩大，包括 早期的康柏( c o m p a q ) ，普惠( h p ) ，卡西欧( c a s i o ) 、华硕( a s u s ) 和n e c 等。 而带有l i n u x 系统的p d a 由于目前专用的第三方软件还较少，在通用性上还 不能与这两者相比较。而因为l i n u x 操作系统众所周知的两大优点源代码公 开和免费，所以更应当着重研究和开发带有l i n u x 系统的p d a 产品。本论文就是 对使用l i n u x 的i n t ds i t s a n g p x a 2 5 5 评估平台这种先进的p d a 开发平台进行应用 性研究。 p d a 毕竟是一种小型便携数字产品，它的软硬件开发都需要借助p c 机完成。 这是因为后者的处理速度、存储容量有着更大的优势，特别是p c 机上有着最丰 富的工具软件、开发软件和接口。因此，p d a 属于嵌入式设备。下面我们就分析 嵌入式设备的“心脏”各种嵌入式处理器。 1 2r i s c 处理器的优越性 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心。任何微处理器m p u 或微控制器m c u ( 即 常称的单片机) 都可以作为嵌入式系统的核。对于新型的嵌入式系核的核，要求 处理速度快、存储容量大、i o 功能强、功耗低及实时响应快等。 以x 8 6 微处理器架构作为嵌入式系统的核，具有开发方便和移植容易等优 点。但是其体积大、功耗高和实时性差等不足也给其带来应用的局限。因此，采 用该架构的嵌入式系统较多出现在对体积和功耗要求不高的工业控制和台式设 备的应用领域。8 0 1 8 6 1 8 8 是最早使用于嵌入式系统的处理器，至今在网卡、终 端设备和工业控制中还可以看它们的踪影。8 0 3 8 6 e x 则是最早s o c 型的单片式 p c ，它以8 0 3 8 6 微处理器为核，在一块芯片上集成了p c 机常用的i o 、实时时钟 r t c 、中断控制器、d m a 控制器、定时，计数器、并行串行口以及v g a 的l c d 液 晶驱动器等。现在仍有很多公司采用4 8 6 5 8 6 微处理器为核，推出了面向d v d 、 机顶盒和w e b p a d 等应用的s o c 芯片 数字信号处理器d s p ( d i 百t a ls i g n a lp r o e 髂s o r ) 也常作嵌入式系统的核。d s p 具有数字信号处理能力强，特别适合于声音、图像等多媒体信息处理系统。但是 因其常规处理能力不强、寻址范围有限、i o 功能弱及开发平台差等不足，很少 单独作为嵌入式系统的核，而是作为新型嵌入式处理系统的一个组成部分。 r i s c ( r e d u c e di n s t r u c t i o ns e tc o m p u t e r ) 型处理器具有结构简单、处理速度 快和处理功能强等优点。新型的嵌入式系统大多数都采用r i s c 型处理器作为核。 如a r m 公司的a r m 、h i t a c h i 公司的s h 、m i p s l s il o g i e i d t a l d e n y t o s h i b a 公司 的m i p s 和m o t o r o l a 公司的m c o r e 等都是新型嵌入式系统常用的r i s c 型处理器。 其中，a r m 架构的r i s c 处理器数量最多。 2 1 3a r m 处理器概述 a r m ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ) 是微处理器行业的一家知名企业，设计了 大量高性能、廉价、耗能低的r i s c 处理器、相关技术及软件。其技术具有性能 高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入式控制、消费教育类 多媒体、d s p 和移动式应用等。 a j 蝴将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和o e m 厂商，每个厂 商得到的都是一套独一无二的a r m 相关技术及服务。利用这种合伙关系，a r m 很快成为许多全球性r i s c 标准的缔造者。 目前，总共有3 0 家半导体公司与a r m 签订了硬件技术使用许可协议，其中 包括i n t e l 、m m 、l g 半导体、n e c 、s o n y 、飞利浦和国民半导体这样的大公司。 至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和m r i 等一系列知名公司。 a r m 架构是面向低预算市场设计的第一款r i s c 微处理器。 a r m 系列产品很多，以a r m 7 系列为例，其内核a r m 7 t d m i 表示为： a r m 7 ：a r m 系列具有3 2 位整数运算核 t ： 内含1 6 位压缩指令集t h u m b d ：支持片d e b u g 调试 m ： 采用增强型乘法器( m u l t i p l i e r ) i ； 内含嵌入式i c e 宏单元 另外，各产品的后缀提供了各种形式与功能的选择： s ：可综合的软核s o f l c o r e e ：具有d s p 的功能 j ：j a z e l l e r ，允许直接执行l a v a 字节码 1 4a r m 架构版本分析 a r m 架构自诞生至今，已经发生了很大的演变，至今已定义5 种不同的版本： 一、v l 版架构 该版架构只在原型机a l t m l 出现过，其基本性能； 基本的数据处理指令( 无乘法) 字节、半字和字的l o a d s t o r e 指令 转移指令，包括子程序调用及链接指令 软件中断指令 寻址空间：6 4 m ( 2 2 6 ) 字节 3 二、v 2 版架构 该版架构对v 1 版进行了扩展，如a r m 2 与a r m 3 ( v 2 a 版) 架构，增加了以 下功能： 乘法和乘加指令 支持协处理器操作指令 快速中断模式 s w p s w p b 的最基本存储器与寄存器交换指令 寻址空间：6 4 m 字节 三、v 3 版架构 v 3 版架构对a r m 体系结构作出较大的改动，把寻址空间增至3 2 位( 4 g 字 节) ，增加了当前程序状态寄存器c p s r ( c u r r e n t p r o g r a ms t a t u s r e 百s t e r ) 和程序 状态保存寄存器r s p s r ( s a v e dp r o g r a ms t a t u sr e g i s t e r ) 以便于异常( e x c e p t i o n ) 的处理。增加了中止( a b o r t ) 和未定义二种处理器模式。a r m 6 就采用该版架构。 指令集变化如下： 增加了m r s m s r 指令，以访问新增的c p s r s p s r 寄存器 增加了从异常处理返回的指令功能。 四、v 4 版架构 v 4 版架构是目前应用最广的a r m 体系结构，对v 3 版架构进行了进一步扩 充，有的还引进了1 6 位的t h u m b 指令集，使a r m 使用更加灵活。a r m 7 、a 蒯“8 、 a r m 9 和s t r o n g a r m 都采用该版架构。指令集中增加了以下功能： 符号化和非符号化半字及符号化字节的存取指令 增加了1 6 位t h u m b 指令集 完善了软件中断s w i 指令的功能 处理器系统模式引进特权方式时使用用户寄存器操作 把一些未使用的指令空间捕获为未定义指令 五、v 5 版架构 这是最近推出a r m 架构，在v 4 版基础上增加了一些新的指令，j 垛m 1 0 和 x s c a l e 都采用该版架构，这些新增指令有： 带有链接和交换的转移b l x 指令 计数前导零c l z 指令 b r k 中断指令 增加了信号处理指令( v 5 t e 版) 为协处理器增加更多可选择的指令 架构版本的命名采用一些变量。这些变量表示不同的a r m 指令集。表1 1 4 列出了不同的变量代表的意义。因此看到架构版本的名称，就可以知道这一版本 使用了那些指令集。 i 5a r m 处理器系列分析 a r m 处理器分为很多系列，如a r m 7 、a r m 9 、a r m g e 、a r m l 0 、a r m l 0 e 、 s e c u r c o r e 、s 缸如g a 尉和x s c a l e 等等。不同的处理器系列采用不同的架构版本。 表1 1a r m 架构变量的意义 a r m 架构变量对应的意义 t 变量 t h u m b 指令集 m 变量长乘法指令 e 变量 增强型d s p 指令 j 变量j a v a 加速器j a z e l l e s i m d 变量a r m 媒体功能扩展 我们在下一章中将介绍i n t e lp x a 2 5 5 处理器，那么怎样知道这一处理器使用 哪些a r m 指令集呢? 首先，应当知道p x a 2 5 5 采用的a r m 处理器系列是x s e a l e ， 而x s c a l e 系列对应的架构版本为a r m v 5 t e ，而a r m v 5 t e 架构使用的指令集为 a r m 指令集版本5 、t h u m b 指令集版本2 、长乘法指令和增强型d s p 指令。这就规 定了我们只能用这4 种指令集中的指令为p x a 2 5 5 编程。 p x a 2 5 5 处理器采用的是x s c a l e 架构，那么下面我们将重点分析此架构。 1 6x s c a l e 架构分析 x s c a l e 核是采用a r m v 5 t e 架构的处理器，是n d 公司的s t r o n g a r m 的升级 换代产品。它具有高性能、低功耗等特点，不过，它以核的形式作为a s s p ( a p p l i c a t i o ns p e c i f i cs t a n d a r dp r o d u c t o r ) 的构件( b u i l d i n gb l o c k ) 。p x a 2 5 0 和 p x a 2 1 0 应用处理器就是作为手持式设备设计的a s s p 。而采用x s c a l e 核的第一个 应用处理器是i n t e l 的8 0 2 0 0 。图l l 是x s e a l e 微架构的系统结构特性图。 如图所示，x s c a l e 微结构采用了a r m v 5 t e 架构，具有以下显著的特性： 7 级超流水线 乘累加器m a c ( m u l t i p l y a c c u m u l a t e ) 一d s p 功能的4 0 位乘累加器 一单周期的1 6 3 2 位操作 5 一单指令多数据流s i m d 的1 6 位操作 存储器管理部件m m u 一识别可快存或不可快存( c a c h e a b l eo r n o n - c a c h e a b l e ) 编码 控制选择数据c a c h e 和小型数据c a c h e 一写回和写直通 允许存储外部存储器的写缓冲器合并操作 允许数据写分配策略 一支持x s c a i e 扩展的页面属性操作 际蕊习 同 i - 一 瞬订 ip m c “u t o r l i 7 脚s t a 。g _ 。e l ll i - j 圈32固32 e n t r y 目e j m b s i e r 竹t l 日 ii t l b i1 4 bl l 恐踹li 昌望茹鬻褊lli 闸 l 一 图1 1x s c a l e 微架构系统结构特性图 指令c a c h e 3 2 k 字节，3 2 路组相联映像，3 2 字节行 循环替代算法 支持锁操作，以提高指令c a c h e 的效率 - 2 k 字节小型指令c a c h e ，2 路组相联映像，3 2 字节，行，只用于常驻在 核内的软件调试 分支目标缓冲器b t b 一1 2 8 入口( 表项) 的直接映像c a c h e 数据c a c h e 3 2 字节，3 2 路组相联映像，3 2 字节行 循环替代算法 一支持锁操作，提高数据c a c h e 效率 可重构为2 8 字节数据r a m 6 一2 字节小型数据c a c h e ，2 路组相联映像，3 2 字节行，专为大型流媒体 数据 填入缓冲器 4 8 入口( 表项) 一提高外部存储器的数据取 相关的暂挂缓冲器( p e n db u f f e r ) 写缓冲器 8 入口( 表项) 支持会并操作 性能监视 以个性能监视计数器 一监视x s e a l e 核各种事件 一允许用软件测量c a c h e 效率，检测系统瓶颈以及程序总的时延 电源管理 一电源管理 时钟管理 调试 一测试访问端口t a p 控制器 一支持j t a g 的标准测试访问端口及边界扫描 综上所述，x s c a l e 与s t r o n g a r m 相比，有以下明显改进： 流水线改为7 级超级流水线 增加了d s p 功能的乘累加器m a c 新增加了8 条指令 指令c a c h e 数据c a c h e 容量增为3 2 k 字节 新增2 k 字节小型数据c a c h e 和小型指令c a c h e 支持锁操作，提高循环替代算法的效率，即使频繁使用的数据编码上锁， 而不被循环淘汰 数据c a c h e 可重构为2 8 k 字节数据r a m 新增填入缓冲器及暂挂缓冲器 新增分支目标缓冲器b t b ，支持动态指令与支预测 写缓冲器支持合并操作，且支持外部缓冲器的成组操作 完善嵌入式i c e 功能，全部支持j t a g 调试 7 1 7 本章小结 本章介绍了当前p d a 技术的发展状况。又介绍了a r m 处理器作为r i s c 处理 器的优点。分析了a i 蝴架构的不同版本和a r m 不同的处理器系列，给出了两者 的关系。最后重点分析t i n t e lx s e a l e 处理器系列和a r m v 5 t e 架构。在下一章中 会继续分析x s e a l e 处理器系列中的i n t e lp x a 2 5 5 处理器。 8 第二章s i t s a n g l p x a 2 5 5 评估平台硬件结构 本章将主要分析s i t s a n g p x 2 5 5 1 乎估平台。该平台又简称为s i t s a n g 板、s i t s a n g 平台或平台，是i n t e l 提供的开发包中的主要部件，而在s i t s a n g 板上又以i n t e l p x a 2 5 5 处理器为“心脏”。 我们在拿到i n t e l 的开发包时，不应盲目使用各种部件以及启动s i t s a n g 板进行 各种操作，否则就容易损坏部件，以及走弯路浪费科研时间。所以笔者推荐使用 者先阅读本章，这样就会对开发包中的各种部件及使用的注意事项有比较详尽的 了解。 2 i 开发包部件概述 本实验室拥有i n t e l 公司赠送的1 0 套开发包。每个开发包都有着完整的一套部 件，它们是： 1 s i t s a n g p x 2 5 5 评估平台。它的处理器是i n t e lp x a 2 5 5 ，并带有众多硬件设 备。 2 一只3 7 v d c 。1 5 0 0 m a h 锂离子电池。 3 一只交流一直流稳压电源，箕输入为9 0 2 6 4 v a c ，5 0 6 0h z ，输出为 6 v d c ，最大9 0 0 m a 。 4 一只l c d 面板，带有内置触摸屏和背光系统。 5 一块1 0 m b p s 以太网c f 卡( 可选) 6 一根普通网线。 7 一根双绞网线。 8 一根_ 兀i a g f fu a r t 线缆。 9 一根9 脚c o m 口线缆。 1 0 一根n o r m a l - u s s a 到m i n - u s b - b 线，用于连接到p c 。 1 1 两根m i n - u s b - a 到n o r m a i - u s b - a 线( 可选) ，用于连接到其它u s b 设备。 1 2 只数码笔，用于点击触摸屏。 其中要注意的是，在移植l i n u x 操作系统时，s i t s a n g j g t 与主机p c 建立r i h , 连接 时，一定要使用其中的红色的双绞线而不是白色的普通网线。 另外，由于s i t s a n g 板使用的是锂离子电池，而此种电池具有惰性，所以第一 次使用或者长期不用而又重新使用时，前3 次充电应保持在1 0 d , 时以上，以使电 9 池达到最佳电量。 2 2s i t s a n g p x a 2 5 5 评估平台硬件结构分析 在i n t e l 的开发包中，最重要的部件就是s i t s a n g 板，此板外观如图2 一l 所示。 s i t s a n g 板以p x a 2 5 5 处理器为核心，配备了大量实用的外设资源，能够充分发挥 出p x a 2 5 5 这种x s e a l e 微架构处理器的优势，从而形成一个良好的p x a 2 5 5 开发环 境。它具有高性能，低功耗的优点，面向p d a 、通讯、无线p c 等领域的开发。 用户可以在s i t s a n g 板上开发各种实用功能，等调试通过后再重新设计自己的电路 板，去掉一些用不到的模块，以形成自己专用的电路，进行产业化生产。 图2 一ls i t s a n g p x a 2 5 5 评估平台外观图 s i t s a n g 板各硬件模块的逻辑结构如图2 - - 2 所示。 i n t e l 公司提供了s i t s a n g 板的两张元件布局图，一张是正面视图，另一张是背 面视图。有时候我们需要从s i t s a n g 板上找到一些元件。正确的方法是从元件布局 图中找到目标元件的代号，这样会更加容易，而不应当从s i t s a n g 板实物中寻找代 号。 s i t s a n g 评估平台是i n t e l 专为嵌入式处理器p x a 2 5 5 设计的一个综合开发平 台。下面我们首先分析p x a 2 5 5 处理器，再分析板上其它元件。 2 2 1p x a 2 5 5 处理器分析 p x a 2 5 5 是i l l t c l 推出的取代s 戗m g 越t m s a l l l o 的新代嵌入式应用处理器， 它拥有t h 岫出压缩指令、“位长乘法指令、扩展型d s p 指令等先进特性，并集成 了多通信信道，l c d 控制器、增强型存储控制器、p c m c i a c f 控制器以及通用 1 0 i o 口。 p x a 2 5 5 除了拥有x s e a l e t 勾核外，还具有以下特点： 内核工作频率：1 0 0 至4 0 0 m h z 图2 2s i t s a n g p x a 2 5 5 内部模块图 系统存贮器接口： 一l o o m h z s d r a m 。 一m b 至2 5 6 m b s d r a m 存贮器。 支持1 6 、6 4 、1 2 8 、2 5 6 m b i td r a m 技术。 四个s d r a m 区，每个支持6 4 m b 存贮器。 时钟允许( 1 个c k e 脚用于把整个s d r a m 接口置为自我刷新) 。 支持多至六个静态存储器器件( s r a m ，f l a s h 、r o m 或v l i o ) 。 支持两个p c m c z a c f 卡插槽。 时钟和电源控制器： - 3 6 8 6 4 m h z 振荡器，具有核p l l 和外围p l l ，可产生各种工作频率。 3 2 7 6 8 k h z 振荡器可驱动实时时钟、电源管理器和中断控制器。 电源控制器可控制快速运行、空闲和睡眠工作方式。 d m a 控制器： 1 1 具有1 6 个有优先级的通道，可为内部外设和外部芯片提供服务。 采用描述符( d e s c r i p t o r ) 允许命令链。 支持字、半字和字节数据传送。 l c d 控制器； 支持被动( d s t n ) 和主动( 可) l c d 显示。 最大分辨率8 0 0 x 6 0 0 x 1 6 。 两个专用d m a 通道允许l c d 控制器支持单层或双层显示。 系统集成模块： g p i o ，每个可分别程控为输出或输入，做输入时可在上升或下降沿时 产生中断。 中断控制器，所有中断可置为内核的i r q 或f i o 中断，并有屏蔽寄存器。 实时时钟( r t c ) ，可产生周期性中断，可把应用处理机从睡眠状态唤醒。 o s 定时器，有一个3 6 8 m h z 参考计数器和四个符合寄存器，它们可产 生定时中断，其中一个符合寄存器可产生看门狗复位。 一p w m ，有两路独立的输出，可驱动二根g p i o ，其频率和持续周期可分 别编程。 串行通讯口： 一- i i s b 从机模块，支持u s b v l 1 ，可存在6 个端点，具有内部产生的4 8 m h z 时钟。 具有三个u a r t ，每个均可有慢速红外接口功能； 全功能u a r t ，波特率可高至2 3 0 k b p s ，具有整套m o d e m 控制引脚。 蓝牙u a r t ，波特率可高至9 2 1 k b p s ，具有c t s 和r t s 控制引脚。 标准u a r t ，波特率可高至2 3 0 k b p s 。 高速红外( f 吸) 通讯口，基于4 m b p s i r d a 标准，可直接与外部i r d a l e d 相连。 同步串行规程控制器( s s p c ) ，提供全双工同步串行接口，位速率为 7 2 k h z 至1 8 4 m h z ，支持n s 的m i c r o w i r e 、t i 的同步串行规程和m o t o r o l a 的s p i 。 _ 1 2 c 总线接口单元。 多媒体通讯口： a c 9 7 控制器，支持a c 9 7v 2 0c o d e c ，c o d e e 的采样速率可达4 8 k h z ， 包含独立的立体声p c m 输入、输出、m o d e m 输入、输出和单声道话筒输入 的通道。 1 2 s 控制器，- - y 串行连接至数字立体声的标准1 2 sc o d e c ，支持普通的1 2 s 和m s b 调整的1 2 s 格式，有四个引脚可与f sc o d e c 相连，它们与a c 9 7 控 制器脚合用。 多媒体卡( m m c ) 控制器，提供与标准的存贮器卡的串行接口，最高速 率可达2 0 m b p s 。 2 2 2 其它硬件分析 s i t s a a g 板上除了p x a 2 5 5 处理器外，还有很多硬件设备。在此我们对其中一 些设备进行重点分析。 供电系统： s i t s a n g 板是通过一只3 7 v 、1 5 0 0 m a h 锂离子电池进行供电的。电路板只有在 电池接入的情况下才能启动。也就是说如电池的电量不足，在充电情况下也可以 启动，但是如果不接电池则不能启动。按键s l 可以启动或者关闭电路板。红色 l e dd 1 1 指示电路板的开启。 有两种设备可以对电池进行充电。它们是稳压电源和u s b 客户端口。 稳压电源是一只9 0 2 6 4v a c 到一6v d c 的适配器。它将输出电流限制在最 大9 0 0 m a 。电路板上没有电流控制措施，输入端也没有保险丝。u s b 客户端口 也可以从主机向电路板输入5 0 0 m a 电流( 5 v d c ) 。但是我们并不建议使用u s b 客户端口进行充电。因为充电电流可能会超过u s b 标准( 5 t x ) m a ) ，这就可能损 坏电路板。两种充电系统可以同时充电。红色l e dd 8 指示充电状态。但两种充 电系统在没有电池插入的情况下，都不能使电路板启动 我们可以通过软件，向电源控制寄存器( p c r ) 中的s o f l _ p w r _ o f f 位写l ， 以关闭电源。这等同于按下按键s 1 。但必须注意的是，写入此字位必须特别小心。 因为在电路板开启时，如果此字位写l ，则整个系统就会被软件关闭电源。那么 以后就再也没有机会开启系统了。因为我们没有机会向f l a s h 中下载新的镜像文 件，板子等同子作废。所以电路板上的r 3 没有安装，以禁止向此字位写l 。如果 确实要启用此功能，就得在r 3 位置上安装一只1 0 0 欧姆电阻。 重启方式； 电路板有3 种重启方式 可以利用重启按键s 6 重启系统。 也可以通过向板控制寄存器( b c r ) 的s y si 疆s e t 位写1 来重启系统。对此 字位写l 等同于按下重启按键。但也必须特别注意的是，对此字位写l 要特别小心。 因为在系统工作时，只要对此字位写l ，系统就会立即重启。我们就再也没有机 会向f l a s h 中下载镜像文件，板子也等同于作废。因为j t a g 在重启时不能工作。 所以电路板上的r 6 9 没有安装，以禁止向此字位写l 。如果确实要启用此功能， 就得在r 6 9 位置上安装一只1 0 0 欧姆电阻。 也可以按下按键s 5 ，这是g p i o 重启。当g p i o 重启不使用时，s 5 可被用作软 按键。 f l a s h 存储器和启动r o m ： 电路板上有4 只i n t e le 2 8 f 1 2 8 j 3 a - 1 5 0s t r a t a f l a s h 存储器。它们组成了平台 上f l a s h 的相同的2 个b a n k 。每个b a n k 由2 只芯片组成，都是3 2 m 。所以说f l a s h 存储器和启动r o m 是同一个f l a s h 的相同的两部分。 启动r o m 中有厂商安装的初始代码。通常情况下，系统从启动r o m 启动。 当然也可以从f l a s h 存储器启动。在按下s 2 的同时启动时，启动r o m 和f l a s h 存储器的芯片选择信号就会被交换，这时电路板就会从f l a s h 存储器启动。无论 从哪一个b a n k 启动，我们都会得到连续的“mf l a s h 。f l a s h 的示意图如图2 3 所示。 删 b 蛐| l 【o 3 2 m b b a n k l 3 ：岫 f f b a n k 0 3 2 m b b a n k l 3 2 m 噼 b o o t f r o m b ob o o t f r o m 毗 图2 3f l a s h 启动区块转换示意图 每个b a n k 都可以通过向板控制存储器( b c r ) 中的f l a s hb xw p 位( x = o 或1 ) 写l 来得到写保护。另外，b s r 中的b o o tf r o m0 指示系统从哪 个b a n k 启动。在这里要特别注意的是，在向板控制存储器( b c r ) 中的 f l a s h b x w p 位写1 时要特剐小心。因为当系统工作时，将此字位写l 就会导 致f l a s h 被锬。我们也就没有机会向f l a s h 中下在新的镜像文件了所以电路板 的r 3 6 和r 3 8 没有安装，以禁止向这两个字位写1 如果想启动此功能，就应当 在r 3 6 位置上安装一只0 欧姆电阻( 对应b a n