（计算机应用技术专业论文）一种通用手持终端的关键技术研究与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第，l 页 捅要 在当前日益信息化的社会中，伴随着计算机技术与行业应用的紧密结合， 通用计算机已经不再是信息产业的主角，嵌入式计算机系统，正逐渐成为计算 机时代的后起之秀。嵌入式技术与手持设备相结合，拓展出许多新的应用领域。 本设计基于$ 3 c 2 4 10 a 处理器，开发出款通用手持终端，并在此基础上实现 了该终端的两项关键技术：t f t - l c d 界面显示及p c m c i a c f 接口的w l a n 功能。 本文设计并实现了以s 3 c 2 4 1 0 a 核心板为硬件核心的通用手持终端的嵌入 式硬件平台，独立设计的扩展板主要包括：4 组d c d c 电源供电模块、j t a g 调试接口、3 个u a r t 串口、一个以太网接口、l c d 模块电路、p c m c l v c f 接口电路、实时时钟供电模块、复位电路、系统总线驱动及扩展电路、触摸屏 电路等。同时，还支持u s bh o s t d e v i c e 接口、s d 卡接口。丰富的外设资源以 及高性能低功耗的处理器平台为通用手持终端的实现提供了较好的硬件支持。 本文对s h a r pl 0 0 3 5 q 7 d h 0 1t f t - l c d 模块和$ 3 c 2 4 1 0 a 内置的l c d 控 制器接口进行了深入的分析，设计了专用的接口电路。采用m a xi i 系列c p l d 芯片实现了两者接口的时序适配，l c d 上电顺序采用$ 3 c 2 4 1 0 a 的g p i o 进行 管理。详细分析了l i n u x 下帧缓冲区f r a m e b u f f e r 的操作，并在此基础上完成 了该l c d 模块驱动程序的移植。 本文设计了p c m c i a c f 硬件接口并对其软件驱动结构进行了详细的分 析，在此基础上实现了手持终端的p c m c i c fw l a n 功能。 该通用手持终端经过测试表明其功能正常、运行稳定，具有一定的理论和 实用价值。 关键词：嵌入式系统；手持终端；$ 3 c 2 4 1 0 a ；t l c d ；f r a m e b u f f e r ；p c b c i 西南交通大学硕士研究生学位论文第川i 页 a b s t r a c t i nt h ec u r r e n ti n c r e a s i n g l yi n f o r m a t i o n - b a s e ds o c i e t y ，a st h ec l o s ec o m b i n a t i o n o fc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n di n d u s t r ya p p l i c a t i o n ，g e n e r a lc o m p u t e rs y s t e m sa r en o l o n g e rt h em a i nc h a r a c t e r si ni n f o r m a t i o ni n d u s t r y ，a n de m b e d d e dc o m p u t e rs y s t e m s a r eb e c o m i n ga r i s i n gs t a ro f t h ec o m p u t e ra g e e m b e d d e dt e c h n o l o g ya n dh a n d h e l d d e v i c e sc o m b i n ea n de x p a n dt om a n yn e wa p p l i c a t i o n s t 1 1 i sd e s i g nd e v e l o p e da u n i v e r s a lh a n d h e l dt e r m i n a lb a s e do n $ 3 c 2 4 10 ap r o c e s s o r ，a n db a s e do nt h i s i m p l e m e n t e dt w ok e yt e c h n o l o g i e s ：t f t ：l c dd i s p l a ya n dp c m c i a c fw l a n t l l i sp a p e rd e s i g n e da n di m p l e m e n t e dt h eu n i v e r s a lh a n d h e l dt e r m i n a lh a r d w a r e p l a t f o r mb a s e do ns 3 c 2 4 1 0 ac o r eb o a r d t h ee x t e n d e db o a r dd e s i g n e db ym y s e l f i n c l u d e s ：4 c hd c d c ，j t a gi c e ，3 c hu a r t 10 10 0 m 王1 e m e t ，l c dm o d u l e ， p c m c i c f ，r t ca n dr e s e t ，b u sd r i v e r sa n de x t e n s i o n s ，t o u c h s c r e e nc i r c u i t a t t h es a m et i m e ，t h i sp l a t f o r ms u p p l i e su s bh o s t d e v i c e ，a n ds dc a r d a l lt h e s e m a k eag o o dh a r d w a r es u p p o r tf o rh a n d h e l dt e r m i n a l t h i sp a p e rm a a l y z e ds h a r p ：l q 0 3 5 q 7 d h 0 1t f t l e dm o d u l ea n dl c d c o n t r o l l e re m b e d d e di n $ 3 c 2 4 10 ap r o c e s s o ri n d e t a i l ，d e s i g n e dad e d i c a t e d i n t e r f a c ec i r c u i t m a xi i ；c p l dw a su s e dt oa d a p tt h et i m i n gi n t e r f a c ea n dg p i o s w e r eu s e dt od e a lw i t ht h ep o w e rs u p p l ys e q u e n c ei nt f t l e dm o d u l e a n a l y z e d l i n u xf r a m e b u f f e ro p e r a t i o n si nd e t a i la n do nt h i sb a s i sc o m p l e t e dl e dd r i v e r t 1 1 i sp a p e rd e s i g n e dp c m c i a c fh a r d w a r ei n t e r f a c ea n de x p l o r e di t sl i n u x d r i v e rs t r u c t u r e s a n dt h e ni m p l e m e n t e dt h ep c m c i a c fw l a nf u n c t i o ni nt h e t e r m i n a l t h et e s ts h o w e dt h a tt h et e r m i n a lw o r k sc o r r e c t l ya n ds t a b l y i th a sac e r t a i n t h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv a l u e k e y w o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m ；h a n d h e idt e r min ai ；s 3 c 2 4 1o a ；l o d ；f r a m e b u f f e r ； p c , n c i a 西南交通大学曲南父迥大字 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密函使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“) 蓄簧产妾蒹荨二声职粕誓翥亍= 锡斌 7 2 - ， 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第：i 章绪论 伴随着计算机技术与行业应用的紧密结合，通用计算机已经不再是信息产 业的主角，嵌入式计算机系统，正逐渐成为计算机时代的后起之秀。2 0 世纪末 和2 1 世纪初，基于嵌入式技术的手持设备成为信息产业新的经济增长点。人们 在追求手持设备的低功耗、高性能、小体积、易便携的同时，对人机交互的友 好性也提出了更高的要求，同时一些面向高端应用的手持设备还要求实现无线 网络功能。 本文的主要工作就是搭建起一个面向高端应用的通用手持终端硬件平台， 并在此硬件平台上实现手持终端的两项关键技术：液晶l c d ( l i q u i d ：c r y s t a l d i s p l a y ) 界面显示及w l a n ( w i r e l e s sl a n ) 功能。该硬件平台基于$ 3 c 2 4 1 0 a 核心板构建，自主设计的扩展板实现了液晶显示屏、p c m c i a c f 无线网络接 口、以太网接口、u s b 接口、s d 卡接口、触摸屏接口等丰富的外围设备接口。 软件方面，搭建起该平台的软件开发环境，并完成l c d 驱动及p c m c i a c f 无 线网络驱动的平台实现。 1 l 嵌入式手持设备现状及关键技术 1 1 i 嵌入式手持设备现状 随着嵌入式技术的不断进步，手持设备因其体积小巧、方便携带等特点， 在生产生活各个领域得到迅猛的发展。针对不同的应用，从低端的手持条码阅 读器、游戏机，到应用于水、电、气、公交等的各种i c 卡手持机，再到高端的 手机、手持g p s 导航仪、数码相机、p d a 等。各种手持设备给我们的生产生 活带来了极大的方便。低端的手持设备因其功能单一、价格便宜主要面向大众 消费，中端手持设备主要面向服务及商业管理应用，而高端的手持设备因其功 能强大、价格昂贵主要面向商业人士和管理人员。 作为一个嵌入式系统，手持设备一般分为两部分：硬件平台和软件系统， 嵌入式处理器为硬件平台的核心，操作系统为软件必不可少部分。本文选用了 s a m s u n g 公司基于a r m 9 2 0 t 核的$ 3 c 2 4 1 0 a 处理器，操作系统选用开放源码 的l i n u x 操作系统。 作为主流3 2 位r i s c 嵌入式处理器，a r m ( a d v a n c e dr i s cm a c h i n e s ) 以 其高性能、低功耗的优势占据了很大的市场份额。a r m 处理器是一个庞大的 家族，大致可分为如下几个系列：a r m 7 、a r m 9 、a r m l 0 、s e c u r c o r e 、 s t r o n g a r m 、x s c a l e 等。每个系列也有不同的版本，不同版本的处理器在一些 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 局部特征上有一定的区别，如是否内嵌硬件乘法器等。a r m 9 处理器为a r m 核处理器中一款带m m u 的处理器，它除了a r m 处理器低功耗、低成本等共 性以外，相对以前的产品，其在性能上有大幅度的提升，并且对通用的操作系 统有更好的支持，主要应用在手持产品、视频电话、, p d a 、数字消费产品、机 顶盒、家用网关等方面。 当嵌入式处理器的计算能力足够强大的时候，就需要操作系统来对各种资 源进行管理。当前应用于嵌入式手持设备的操作系统主要有p a l m o s 、w i n c e 、 p o c k e tp c 、w i n d o w sm o b i l e 、l i n u x 等，除l i n u x 外其他几种操作系统都是商业 化产品，其高昂的价格使许多小公司望而却步，而且其源代码的封闭性也大大 限制了开发者的积极性。嵌入式l i n u x 操作系统以源代码开放、功能强大而又 易于移植被广泛应用于各种嵌入式系统，成为嵌入式操作系统里的一只新兴的 力量。 订1 2 关键技术 随着信息化的发展，人们对嵌入式手持设备提出越来越高的要求，对于面 向高端应用的手持设备，不仅要有基本的功能实现，同时还要支持丰富生动的 界面显示及无线上网功能。本文使用t f t - l c d ( t h i nf i l mt r a n s i s t o rl c d ) 及 p c m c i a c f 接口的无线网卡来实现通用手持终端的这两项关键技术。 重界面显示技术 界面显示技术是嵌入式系统的一个重要组成部分，使用者只有通过它才能 知道嵌入式系统内部的运行状态。早期的嵌入式系统内往往采用l e d 数码管作 为显示简单信息的界面。但随着嵌入式系统的功能越来越复杂，大量人机交互 的功能都需要界面来完成，这也给嵌入式系统的显示界面提出了越来越高的要 求。液晶l c d 在2 0 世纪7 0 年代初期实现商用之后，迅速以其轻薄短小和低耗 电量在嵌入式系统得到广泛应用。而今随着技术的不断进步，l c d 己从早期的 t n 类型发展到第三代的t f t 类型。t f t 型l c d 因反应时间快、显示品质较佳 近年来在手机、p d a 、数码相机及摄像机等嵌入式手持设备中得到越来越广泛 的应用。 2 w l a n 技术 无线局域网( w l a n ) 就是在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网 的所有功能，网络所需的基础设施不用再埋在地下或隐藏在墙里，网络却能够 随着你的需要移动或变化。无线局域网技术具有传统局域网无法比拟的灵活性。 无线局域网的通信范围不受环境条件的限制，网络的传输范围大大拓宽，最大 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 传输范围可达到几十公里。 无线接入技术区别于有线接入的特点之一是标准不统一，不同的标准有不 同的应用。目前比较流行的有蓝牙( b l u e t o o t h ) 标准、8 0 2 1 1 标准以及红外( i r d a ) 标准。蓝牙系统提供一个快速而安全的短距离无线电连接；i r d a 传输速率较低， 且需要一定的对准角度，为点对点的半双工传输，最大传输距离1 米；i e e e 8 0 2 1 1 标准的颁布，使得w l a n 在各种有移动要求的环境中被广泛接受。它是 无线局域网目前最常用的传输协议，各个公司都有基于该标准的无线网卡产品。 因嵌入式手持设备一般对速度要求不是很高，8 0 2 1 1 b 标准规定的11 m b p s 速率 已能够满足要求，本文通过基于8 0 2 1 1 b 的p c m c i a c f 接口无线网卡实现通 用手持终端w l a n 功能。 i 2 本设计的目标及难点 本文的主要目标就是要实现一个以s 3 c 2 4 1 0 a 核心板为硬件核心的面向高 端应用的通用手持终端硬件平台，并在此平台上实现t f t l c d 界面显示及 p c m c i a c f 接口的w l a n 关键技术。 研究的难点在于： ( 1 ) 嵌入式系统硬件设计、制作及调试的复杂性； ( 2 ) t f t l c d 内部结构复杂，一般需要多路驱动电压，且具有众多的驱 动控制信号，这些驱动控制信号有任何的差错都会造成t f t l c d 不能正常显 示画面。由于t f t l c d 生产厂家众多，而t f t l c d 的生产并没有统一的标准， 一般情况下，t f t - l c d 液晶模块并不能和处理器很好地适配，因此必须自主设 计t f t l c d 的硬件接口，实现t f t l c d 与$ 3 c 2 4 1 0 a 处理器的无缝连接。 ( 3 ) l i n u x 系统下t f t l c d 驱动程序基于f r a m e b u f f e r 架构，f r a m e b u f f e r 驱动程序结构复杂，且由于t f t l c d 型号的多样性，l i n u x 下f r a m e b u f f e r 驱 动程序并不能支持所有的t f t l c d 模块显示，必须针对所选用t f t l c d 显示 屏对f r a r n e b u f f e r 驱动程序进行必要的修改。 ( 4 ) $ 3 c 2 4 10 a 处理器不包含p c m c i a 控制器，必须自主设计p c m c i a c f 接口电路。 ( 5 ) l i n u x 下p c m c i a 驱动程序结构复杂，不能支持所有的p c m c i a 控 制器及每个厂家生产的p c m c i a c f 无线网卡，必须针对硬件选用的p c m c i a 控制器及无线网卡作出相应修改。 1 3 论文的研究内容 研究工作主要分成两个部分：通用手持终端硬件平台设计和系统软件设计。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 其中，忱d 接口及p c m c i a c f 接口的硬件及软件设计为本文的重点。 硬件平台是整个设计的物理实现，本通用手持终端硬件基于$ 3 c 2 4 1 0 a 核 心板，自主设计的扩展板提供了常用的外设接口：l c d 液晶屏、p c m c i a c f 接口、以太网接口、u s b 接口、s d 接口等，能满足通用手持终端一般的外设 需求。由核心板及扩展板组成的通用手持终端硬件平台如图1 1 所示。 图1 - 1 硬件平台结构图 通用手持终端系统软件的开发分为4 部分：引导加载程序b o o t l o a d e r 、l i n u x 内核及文件系统、相关驱动程序、硬件测试应用程序，如图1 2 所示。 l i n u x 移植相关驱动程序应用程序 u - b o o tf r a m e b u f f e rl c d 液晶屏 移植i 内核i h l c d 驱动 - ，一测试程序 文件系统p c m c i a c fp c m c i a 接口 无线网络驱动 测试程序 图1 2 系统软件开发流程 b o o t l o a d e r 通过移植u b o o t 1 1 2 完成，主要完成必要的硬件初始化及加载 l i n u x 操作系统功能；移植的l i n u x 操作系统内核版本为2 4 1 8 ，采用文件格式 为e x t 2 的r a m d i s k 文件系统；在详细分析驱动程序结构的基础上实现了 l i n u x 下基于f r a m e b u f f e r 的l c d 驱动程序及p c m c i a c f 接口的无线网络驱 动，并编写了l c d 及p c m c i a 接口的测试应用程序。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章通用手持终端硬件整体设计 2 疆硬件总体设计 通用手持终端硬件基于$ 3 c 2 4 1 0 a 核心板，独立设计并实现了扩展板，扩展 板通过s 0 - d i m m 2 0 0 接口与核心板连接。扩展板重点设计了l c d 显示电路及 p c m c i a c f 无线网络接口电路，由于是基于l i n u x 的通用手持终端开发，为满 足手持终端的多种不同需求，还扩展了其他一些通用接口( 如：以太网接口、 u s b 主从接口、s d 卡接口等) ，在实际产品开发中，可以根据手持终端的不同 需求对这些扩展接口进行删减。硬件总体结构如图2 - 1 所示。 p c m c i a j c f 接口电路 t f t - l c d 显示电路 8 0 d 1 2 0 0 s 3 c 2 4 1 0 a 核心板 其他扩展接口电路 扩展板 图2 - 1 硬件总体结构图 $ 3 c 2 4 1 0 a 核心板是通用手持终端的控制核心，提供最基本的嵌入式处理器 及操作系统引导和程序运行所必须的系统存储器。扩展板提供通用手持终端所 需要的各种外围接口电路，包括：电源及复位电路、l c d 显示电路、p c m c i m c f 接口、j t a g 接口、串口、以太网接口、s d 接口、u s b 主从接口、触摸屏接 口及其他一些接口电路。 由$ 3 c 2 4 1 0 a 核心板及扩展板组成的通用手持终端硬件平台功能模块框图如 图2 - 2 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 图2 2 硬件平台功能模块框图 ( 1 ) 电源电路为核心板及扩展板提供电源，复位电路提供系统的上电和手 动复位功能； ( 2 ) t f t l c d 液晶屏为通用手持终端的显示设备。由于t f t l c d 液晶屏 信号时序与$ 3 c 2 4 1 0 al c d 控制器信号时序不匹配，使用c p l d 芯片进行两者 之间的时序转换； ( 3 ) 通用手持终端采用p c m c l 们f 接口的无线网卡实现w l a n 功能。 由于s 3 c 2 4 l o a 处理器不含p c m c i a 控制器，使用p d 6 7 1 0 桥接芯片扩展个 p c m c i m c f 接口。 ( 4 ) 操作系统内核及文件系统需要通过以太网接口下载，由于s 3 c 2 4 1 0 a 处理器没有集成以太网控制器，采用d m 9 0 0 0 e 芯片从系统总线上扩展出个 以太网接口。 ( 5 ) 硬件平台的调试信息通过串口连接的超级终端显示。由于r s 2 3 2 串口 信号电平与$ 3 c 2 4 1 0 a 处理器l v t t l 电平完全不同，通过m a x 3 2 3 2 芯片实现 两者之间的信号电平转换。 ( 6 ) s 3 c 2 4 1 0 a 具有2 路u s bv 1 1 接口，本文将1 路配置为d e v i c e 接口， 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 另一路通过a u 9 2 5 4u s b 集线器芯片扩展出2 路h o s t 接口。 2 2s 3 c 2 4 1 0 a 核心板介绍 基于$ 3 c 2 4 1 0 a 处理器的a r m 9 核心板，采用6 层板工艺，具有超强的抗 干扰能力。 核心板的功能特点如下： ( 1 ) 处理器：采用s a m s u n g 公司的a r m 9 2 0 t 处理器$ 3 c 2 4 10 a ，工作频 率高达2 0 3 m h z ，外部总线频率高达1 0 0 1 3 3 m h z 。 ( 2 ) s d r a m ：r y n i x 公司的h y 5 7 v 6 5 1 6 2 0 ，6 4 m b ，提供程序的运行空 间。 ( 3 ) n a n df l a s h ：s a m s u n g 公司k 9 f 1 2 0 8 ，6 4 m b ，装载操作系统内核及 文件系统。 ( 4 ) n o rf l a s h ：s s t 公司的s s t 3 9 v f l 6 0 1 ，2 m b ，装载引导程序b o o t l o a d e r ， 为系统提供自引导功能。 ( 5 ) 晶振：1 2 m h z 晶振，、c p u 内部倍频至2 0 3 m h z ，为核心板提供外部 时钟。 j ， ( 6 ) 电源：单3 3 v 电源供电，板内自带1 8 vl d o 芯片。 2 3 扩展板硬件设计 2 3 1 ，l c d 显示电路 本文选用s h a r p 公司的一款3 5 寸t f t l c d 模块l q 0 3 5 q 7 d h 0 1 作为通 用手持终端显示设备，使用a t e r a 公司的m a xi i 系列c p l d 芯片e p m 2 4 0 t 1 0 0 实现l c d 模块与$ 3 c 2 4 1 0 a 处理器的无缝连接。l q 0 3 5 q 7 d h 0 1 液晶模块本身 不带有驱动电压电路，因此还必须设计液晶电压电路。l c d 显示电路框图如图 2 3 所示，具体的电路原理图将在第4 章详细介绍。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 s 3 c 2 4 1 0 a l c d 控制器 l c d 液晶 视频数据信号又 r g b 数据信号 卜 l q 0 3 5 q 7 d h 01 + s 3 c 2 4 1 0 a c p l d 芯片 液晶屏 处理器 ( e p m 2 4 0 t 1 0 0 ) 卜 卜 l c d 液晶 $ 3 c 2 4 1 0 a， 抛列“。于佰芎 r ”t l c d 控制器 同步时序信号 液晶电压电路 图2 3l c d 显示电路框图 2 3 2 p c m cla c f 接口电路 本文使用p c m c i a c f 接口的无线网卡实现通用手持终端的w l a n 功能。 由于s 3 c 2 4 1 0 a 处理器没有集成p c m c 认控制器，本文选用b a s i s 公司的 c l p d 6 7 1 0 - v c - b 桥接芯片扩展出一个p c m c i a c f 接口。p c m c i a c f 接口电 路框图如图2 4 所示，具体电路原理图将在第6 章详细介绍。 p d l 5 甲d o 数据= = 冷 车令总线 d 1 5 d o p a l 0 p a 0 驱动 p i l i o r p c m c i a 桥接 p i l l 0 w p n w r c f 接口 芯片( p d 6 7 1 0 ) p n o e 卜、 无线网卡 驱动l a 2 4 。， y 一一 s 3 c 2 4 1 0 a i 处理器 r s k t v c c 控 i o r l l u l 制 o w p n r e g 。 控制n w e 线 m e m r 总线n g c s 2 译 m e m w 驱动 p n c d l 2 码 图2 - 4p c m c i a c f 电路框图 为增强系统的可靠性，在$ 3 c 2 4 1 0 a 处理器与p d 6 7 1 0 桥接芯片间增加了总 线驱动电路。p d 6 7 1 0 芯片为i s a t o p c m c i a 芯片，i s a 总线接口中i o 空间 和内存空间是独立寻址的，而a r m 体系中，i o 空间和内存空间是统一寻址的， 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 因此增加了控制线译码电路，将p c m c i a 的i o 空间及内存空间读写信号区分 开来。p d 6 7 1 0 芯片除了给c f 无线网卡提供必要的数据、地址总线及读写控制 总线外，还提供c f 卡所需要的电源线( s k t v c c ) 及一些卡操作及卡状态检 测信号线，如p n r e g 、p n c d l 2 等。 2 3 3 电源及复位电路 i 电源电路 扩展板除了要给$ 3 c 2 4 1 0 a 核心板提供一组3 3 v 电源外，其他接口电路还 需要一组3 3 v 电源( 如以太网接口、p c m c i a c f 接口、触摸屏接口、串口等) ， , u s b 接口及l c d 接口电路需要一组5 v 电源，整个硬件系统用1 2 v 直流电源 进行供电，通过d c d c 器件l m 2 6 7 2 实现电压变换以满足系统多种电压需求。 设计中采用了跳线方式分别拉高或者拉低控制引脚的电平从而实现了每组电源 的单独开关控制。5 v 供电模块的电路原理图如图2 5 所示，其中，v 5 0 为输出 电压，p 2 为控制电源开关的跳线器。其他供电模块原理相同。 r “ r 4 5 p 2 图2 5d c d c 电源电路 2 复位电路 复位对于一个系统来说很重要，由于各个单元要进入正常工作状态，需要 可靠地复位，正常情况下有上电复位和手动复位。本通用手持终端复位电路如 图2 - 6 所示。为增加可靠性，采用7 4 h c 0 4 芯片进行复位信号驱动，复位电路 与p c m c i a c f 接口电路共用一片7 4 h c 0 4 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 图2 - 6 复位电路 2 3 4 串口电路 u a r t 串口不仅是常用的通信设备接口，也是开发阶段重要的调试信息互 动端口，本通用手持终端硬件扩展了3 个9 芯串口。 由于r s 2 3 2 c 标准所定义的高、低电平和$ 3 c 2 4 1 0 a 系统的l v t t l 电路 所定义的高、低电平信号完全不同，l v t t l 的标准逻辑“1 对应2 3 3 v 电平， 标准逻辑“o 对应o o 4 v 电平，而r s 2 3 2 c 标准采用负电平逻辑方式，标 准逻辑“1 ”对应51 5 v 电平，标准逻辑“0 ”对应+ 5 7 1 5 v 电平。本文使 用m a x 3 2 3 2 芯片完成两者之间的信号电平的转换，串口电路如图2 7 所示。 。石： 7 半4 宁；赫。 v c ci c l +l j = ! = = c # 且 丰徽斗声 v +c “ 3l 啪 ob o - = 生c 9 1l ，“ o - - 一 上 k d1 ：= _1 4 t “) l nt t i n 鼬f x置1 0 l r t 2 0 l r i t - r l l r ：“a 2 0 一o -下 v a u 9 3 2 3 2 o - - - 业 ：v 3 剪 * 。j o - 一i舒 o - v j 0 c c 1 +“= 些c 9 】 o 一 。i 撼 ：ji i o c 、 o - 、h 一_ j 一 i口 书淼寿滁卜 ，：= 生= ( 1 l 1 1 0 一 l o - - - - t 埘t t i n & l f n蔓t o 矿r o - - l t 口u tt 2 i n o r gr 0 0 w o - r m a x 3 2 3 2 o - - 9 _ - - 一 图2 7 串口电路 f 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 2 3 1 5 以太网接口电路 以太网在现代嵌入式系统中有着举足轻重的作用，一方面以太网在实际应 用中使用非常广泛，另一方面在系统开发阶段以太网同时作为一个重要的调试 接口。常见的b o o t l o a d e r 和远程调试工具都通过以太网实现主机与目标机之间 的通信。$ 3 c 2 4 1 a 内部没有集成以太网控制器，所以通过系统总线在外部连接 了一个d a c i c o m 公司的d m 9 0 0 0 e 以太网接口芯片。电路采用1 6 位总线方式 进行控制，数据总线d a t a 0 d a t a l 5 与芯片的s d 0 s d l 5 连接，地址线也进 行相对应的连接，片选线n g c s 3 与芯片的a e n 相连。以太网接口电路如图2 8 所示。 图2 - 8 以太网接口电路 2 3 为触摸屏接口电路 触摸屏有利于提高人机交互的友好性，$ 3 c 2 4 1 0 a 处理器支持触摸屏接口， l q 0 3 5 q 7 d h 0 1 液晶模块带有四线电阻式触摸屏。这里直接使用$ 3 c 2 4 1 0 a 内 置的触摸屏接e i + a d c 进行采样，触摸屏接口电路如图2 - 9 所示。这里u 5 和 u 7 是双m o s 管( p n 沟道) ，c o n 3 是连接触摸屏的连接插座。 触摸屏接口电路如图2 9 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 图2 - 9 触摸屏接口电路 2 3 1 7u s b 接口电路 $ 3 c 2 4 1 0 a 具有2 路u s b v 1 1 接口，1 路固定为h o s t 接口( 下行口) ，另1 路可配置为h o s t 或d e v i c e 接口。这两个下行口对应于芯片的引脚为d n 0 、d p 0 和d n l 、d p i 。本系统中，将d n l 、d p i 引脚作为u s bd e v i c e 端使用，这样， d n 0 、d p 0 引脚便成了唯一的下行口，无法满足丰富的u s b 外设要求，为此采 用了m i c r o 公司生产的a u 9 2 5 4 芯片设计了一个集线器电路，通过集线器扩 展出2 个u s b 下行口，基本可以满足通用手持终端的需要。u s b 接口电路如 图2 ，1 0 所示，其中u 3 0 为a u 9 2 5 4 u s bh u b 芯片，c o n 7 为u s bh o s t 外部连 接口，c o n 8 为u s bd e v i c e 外部连接口。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 图2 1 0u s b 接口电路 除以上几个主要接口电路外，通用手持终端硬件平台还扩展了s d 卡接口、 r t c 实时时钟、系统启动选择、系统总线扩展和蜂鸣器等电路。因不是本文重 点，为节省篇幅，这里将不再一一介绍。 2 4 硬件平台实物 由s 3 c 2 4 1 0 a 核心板和扩展板构成的硬件平台实物如图2 1 1 所示。 图2 1 1 硬件平台实物 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 第3 章通用手持终端软件平台的搭建 通用手持终端软件平台搭建包括系统引导程序的移植及l i n u x 操作系统的 移植。在完成这些工作之前，首先必须构建嵌入式l i n u x 系统的交叉编译环境。 3 疆交叉编译环境的建立 通用计算机系统上，软件开发一般采用本机开发调试、本机运行的方式。 这种方式通常不适合于嵌入式系统的开发，因为嵌入式处理器的性能、内存的 存储空问通常不足以运行开发工具和调试工具。嵌入式系统上的软件开发通常 采用交叉编译方式。先在宿主机( 通常是p c 或工作站) 上建立交叉编译环境， 开发时使用宿主机上的交叉编译、汇编及链接工具形成可执行文件，然后把可 执行文件下载到对应的目标机上运行或调试。 在p c 主机上构建嵌入式l i n u x 开发环境，需要安装适合于目标处理器的 交叉编译器和调试器，以及将要使用的嵌入式l i n u x 发行版本源代码。本系统 选用的交叉编译器为c t o s s2 9 5 3 。在工作目录下解压完工具链 c r o s s2 9 5 3 t a r b z 2 后要使用e x p o r t 命令增加编译器路径： # e x p o r tp a t h = $ p a t h ：u s f f l o c a l a r m 2 9 5 3 b i n a r ml i n u x 内核源代码选用l i n u x 2 4 18 - r m k 7 - p x a l m z 5 。 在宿主机上安装完交叉编译工具及l i n u x 内核源代码，交叉编译环境即构 建完毕。 3 2 系统引导程序实现 嵌入式系统中，通常是由系统引导程序完成硬件初始化工作。我们把引导 程序称为系统的b o o f l o a d e r ，b o o f l o a d e r 是系统加电后运行的第一段代码。通过 这段代码，我们可以初始化必要的硬件设备，创建内核需要的一些信息并将这 些信息通过相关机制传递给内核，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状 态，最终调用操作系统内核，真正起到引导和加载内核的作用【3 】。 b o o t l o a d e l 依赖于硬件实现，不同的体系结构和嵌入式板级设备配置所要求 的引导程序是不同的。大多数单阶段的b o o t l o a d e r 应用于简单系统，比如没有 操作系统的系统，主要完成处理器及外围设备的初始化操作。通常多阶段的 b o o t l o a d e r 能提供更为复杂的功能以及更好的可移植性。从固态存储设备上启 动的b o o t l o a d e r 大多数是两阶段的启动过程，也就是启动过程可以分为s t a g e1 和s t a g e2 两部分。依赖于。c p u 体系结构的代码，比如设备初始化代码等，通 常都放在s t a g e1 中，而且通常都用汇编语言来实现，以达到短小精悍的目的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 s t a g e2 则通常用c 语言来实现，这样可以实现更复杂的功能，而且代码会具有 更好的可读性和可移植性。 在嵌入式系统中常见的b o o t l o a d e r 主要有+ u b o o t 、v i 、b l o b 、r e d b o o t 、 a r m b o o t 等几种，本文的b o o t l o a d e r 通过移植u b o o t - 1 1 2 实现。 在s t a g e l 阶段，u - b o o t 1 1 2 主要完成以下工作： ( 1 ) 设置异常向量表； ( 2 ) 关闭看门狗，并禁止所有中断； ( 3 ) 设置c p u 的频率，然后禁止m m u 和c a c h e ： ( 4 ) 配置内存控制寄存器； ( 5 ) 配置栈空间，并将b s s 段清零； ( 6 ) 复制n a n df l a s h 代码到r a m 中； ( 7 ) 进入s t a g e2 中c 代码执行。 s t a g e2 部分全是由c 语言实现，可读性较强，并且可以实现较为复杂的功 能。此阶段主要完成以下工作： ( 1 ) 定义初始化函数表： t y p e d e fi n t ( i n i t _ f n c _ t ) ( v o i d ) ； i n i t f n c t 宰i n i t _ s e q u e n c e 】= d a t a o n ( l c d c o n l ) 一 v s h a _ e n ( g p c 6 ) - v e e _ e n ( g p c 4 ) 一 v d d _ e n ( g p c 5 ) 一 l e de n ( g p b 0 ) - d e l a y n s ( 8 0 ) 一 m o d ( g p c i 0 ) 幸 设置g p b 端口功能 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页 硒p b u p = r g p b u pl ( o x ol o ) ； r g p b c o n = ( r g p b c o n ( 0 x 0 3 ，o ) ) ) i ( 0 x 0 1 0 ) ； 设置g p c 端口功能 r g p c u p ：r g p c u pi ( o x f f f f ) ； r g p c c o n = ( r g p c c o n & ( ( o x 删) ) i ( 0 x a a 9 a 5 5 a a 0 ) ； 设置一g p d 口为视频数据v d 功能 硒p d u p = r g p d u pi ( 0 x f f f 0 ； r g p d c o n = 0 x a a a a a a a a ； r g p c d a t = r g p c d a t & 、( o x 0 1 1 0 ) ；先将m o d 置低 r g p c d a t = ( r g p c d a t & ( ( o x 01 7 ) ) ) l ( 0 x 01 7 ) ；打开v s h d 电源 d e l a y n s ( 2 ) ； 延时- - d , 段时间 r l c d c o n l = r l c d c o n l0 x 0 1 ；打开d a t a 显示 d e l a y n s ( 2 ) ； r g p c d a t = ( r g p c d a t & ( ( o x 0 1 6 ) ) ) l ( 0 x 0 1 6 ) ；打开v s h a 电源 d e l a y n s ( 2 ) ； r g p c d a t = ( r g p c d a t & ( 一( o x 0 1 4 ) ) ) i ( 0 x 0 1 4 ) ；打开v e e 电源 d e l a y n s ( 2 ) ； r g p c d a t = ( r g p c d a t & ( ( 0 x 0 1 5 ) ) ) i ( o x 0 1 5 ) ；打开v d d 电源 d e l a y n s ( 2 ) ； r g p b d a t = ( r g p b d a t & ( ( o x 0 1 o ) ) ) i ( o x 0 1 o ) ；打开l e d 显示 d e l a y n s ( 8 0 ) ；延时一段时间( 大于2 个帧扫描同期) r g p c d a t =