（电路与系统专业论文）基于pxa270平台的掌上电脑设计与实现.pdf

中文摘要 摘要：随着计算机技术、通信技术和微电子技术的进步，嵌入式技术取得了迅猛 的发展。从m p 3 、p d a 这样的小型数字产品，到智能家电、数控机床，嵌入式技 术迅速渗透到各行各业。计算机网络的普及与多媒体技术的发展，促使消费电子、 计算机和通信平台的一体化趋势加快，使得嵌入式技术成为新的研究热点。移动 娱乐、移动办公、移动商务不仅成为一种新的消费需求，更是一种新的消费趋势。 目前，市场上现有的智能p d a 很难完全满足新的功能需求；传统笔记本体积功耗 又偏大。因此，设计一款新的嵌入式终端产品来满足这个市场需求，是一个非常 有市场预期的研究课题。 本文正是基于此目的，通过对产品市场定位的功能需求分析，提出了嵌入式 微型笔记本的设计方案。方案从硬件和软件设计两个方面分析了系统需实现的功 能和原理。硬件方面主要包括：电源、总线设备、人机接口模块、串口和u s b 接 口模块；软件方面，主要论述了b o o t l o a d e r 开发、o a l 层开发和驱动开发。通过 分析，完成了掌上电脑各基本功能模块和产品特色模块，如h u b 、w i f i 、硬盘、 键盘等的设计，从而实现了一款集娱乐、办公，商务于一体的、功能丰富的嵌入 式移动平台。 文章最后，给出了微型笔记本的图片实例。通过微软c e t k 测试和实践应用， 系统完全达到了设计的要求，实现了嵌入式微型笔记本的所有功麓。 关键词：嵌入式系统；w i n d o w sm o b i l e ；p x a 2 7 0 ；p o c k e tp c 分类号# t p 3 0 2 1 a b s t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h ea d v a n c eo fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , c o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y a n dm i c r c e l e c t r o n i c st e c h n o l o g y , e m b e d d e dt e c h n o l o g i e sh a v em a d er a p i dd e v e l o p m e n t f r o mm p 3 ，p d as u c hs m a l ls i z eo fp r o d u c t st oi n t e l l i g e n th o u s e h o l da p p l i a n c e sa n d m a c h i n et o o l s e m b e d d e dt e c h n o l o g i e sr a p i d l yp e n e t r a t e di n t oa i lw a l k so fo u rl i f e t h e p o p u l a r i t yo fc o m p u t e rn e t w o r k sa n dt h ed e v e l o p m e n to fm u l t i - m e d i at e c h n o l o g y a o c e l 耐et h ec o n s u l n e td e c u o n i c s , c o m p u t e ra n dc o m m u n i c a t i o n sp l a t f o r m i na i n t e g r a t e d 自r e n d , a n dm a k ee m b e d d e dt e c h n o l o g i e sa sa n e wh o ts p o to fs t u d y m o b i l e e n t e r t a l m n e n t , m o b i l eo f f i c ea n dm o b i l ec o m m e r c en o to n l yb e c o m ean 哪k i n do f c o i l s u m e rd e m a n d , b u ta l s oan e wc o n s u m p t i o nt r e n d c u r r e n t l y , i n t e l l i g e n t p d a s a v a i l a b l ei nt h em a r k e t 躺d i f f i c u l tt of u l l ym e e tt h e s ef u n c t i o n s ；w h i l et r a d i t i o n a l n o t e b o o k sh a v eab i gs i z ea n de x c e s s i v ep o w e rc o n s u m p t i o n d e s i g n i n gan e w e m b e d d e dp r o d u c tt om e e tt h em a r k e td e m a n di sa ni s s u eh i g h l ya n t i c i p a t e d i n e c o n o m y b a s e do nt h i so b j e c t i v e ，t h r o u g ht h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n ta n a l y s i si nt h ep r o d u c t m a r k e tp o s i t i o n , t h i sp a p e rp u tf o r w a r dt h ee m b e d d e dm i c r o n o t e b o o ks o l u t i o n f r o m h a r d w a r ea n ds o r w a r ea s p e c t s ，w ea n a l y s et h ef u n c t i o na n dt h er e a l i z a t i o np r i n c i p l eo f t h es y s t e m h a r d w a r ea s p e c ti n c l u d e s ：p o w e rs u p p l y , b u se q u i p m e n t s ，m a l l m a c h i n e i n t e r f a c em o d u l e , s e r i a la n du s bi n t e r f a c em o d u l e ；s o f t w a r ea s p e c tm a i n l yd i s c u s s o s b n o t i o a d e r , d r i v e r sa n dt h ed e v e l o p m e n to f o a ll a y e r t h r o u g ha n a l y s i s ，w ec o m p l e t e d t h ed e s i g no fb a s i cf u n c t i o nm o d u l eo fp o c k e tp ca n dp r o d u c tc h a r a c t e r i s t i cm o d u l e , s u c ha sh u b ，w i f i ，h a r dd i s k , a n dk e y b o a n t f a n s ，w eh a v ea c h i e v e da ne m b e d d e d m o b i l ep l a t f o r mw h i c hi n t e g r a t e st h ei n t e r n c t , e n t e r t a i m n e n t , o f f i c e , b u s i n e s sf u n c t i o n f i n a l l y , t h ep i e t u 他o ft h es y s t e mi sg i v e na sa ne x a m p l e t h r o u g ht h em i c r o = o f f c e t kt e s ta n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n , t h es y s t c l nf u l l yr c a l i z c dt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t a n da l it h ef e a t u r e so f t h ee m b e d d e dm i c r o - n o t e b o o k k e y w o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m ；w i n d o w sm o b i l e ；p x a 2 7 0 ：p o c k e tp c c l a s s n o ：t p 3 0 2 i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通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：孳辱 签字日期：2 神年阻n z l - 日 导师签名： 修尊 辑嗍呷引瑚7 日 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，也不包含为获得北京交通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做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：茬孝z 鸣 签字日期：为呷年f t 月冲日 致谢 本论文的工作是在我的导师侯建军教授的悉心指导下完成的，侯建军教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。侯建军教授悉心指导 我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助， 对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此向侯建军老师表示衷心 的谢意。 同时感谢陈后金老师、杜普选老师、陆勇老师、郝晓莉老师和薛健老师，感 谢他们在我研究生学习期间给予我的谆谆教诲。 在实验室学习及撰写论文期间，李昌、宛硕、王笃宾、贺力、曾璇、牛永琴 以及电路班的其他同学对我论文中研究工作都给予了热情帮助，在此向他们表达 我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业 1 1 课题背景 1 引言 从2 0 世纪中期发明了第一台计算机开始，人类进入了信息时代或信息社会。 在此后的几十年里，计算机不断的向小型化发展，其应用领域也从军事和科研逐 渐走向商用和民用领域。当前，在数字信息技术和网络技术高速发展的后p c 时代， 计算机的应用领域更是无处不在，在民用领域如通信设备、消费电子、工业电子 设备和汽车电子等领域都极大的扩展了其使用空间。便携式的电子设备如掌上电 脑也得到迅速的发展。 掌上电脑是对p c 机的高度浓缩，这种浓缩必然带来性能上的下降，但是也为 它实现新的的用途创造了条件。尽管笔记本电脑也可以用来构建移动p c ，性能也 和台式p c 一样，但其受到屏茅和驱动器等限制，体积功耗不可能过分小，始终摆 脱不了。手提。的概念。因而使掌上电脑拥有了其广泛的使用领域。同时掌上电脑与 移动通信技术的结合以及在特定场合的应用是笔记本电脑无法取代的。掌上电脑 象p c 机一样可以用来管理个人信息，如通讯录、记事和备忘、同程安排、计算器 和辞典等功能。掌上电脑还可以用来实现通信和多媒体功能。随着v l s i 技术的快 速发展使得微处理器性能得到极大的提高，尤其是在集成度、体积和功耗方面进 步显著。这些技术的进步使掌上电脑的性能得到极大的改善。掌上电脑的价值就 在于实现了便携的移动计算机功能，只要加入必要的功能或模块就可以实现通用 或者专用的用途。 在目前的掌上电脑市场上，大约有7 0 的需求来自个人用户，3 0 来自企业用 户。行业以及个人用户对掌上电脑产品的功能和使用需求呈现出多样化趋势，尤 其是和数据、信息处理等密切相关的行业，如医院、教育、政府等行业中，这种 需求更是一直处于待开发状态。掌上电脑以多种功能的集合为用户营造了一个宽 敞的数码之“家”，针对用户多样化需求和行业市场的开发，掌上电脑产品成为最 具潜力的发展方向。掌上电脑由于其软硬件扩充性较高，能够满足未来企业用户、 个人用户越来越多的应用需求。 在近几年里，掌上电脑逐渐渗透到各个特定的行业中去呈现行业化趋势。 随着掌上电脑在技术方面的提升，使得终端产品不仅越做越轻薄、在技术上也更 多地整合了蓝牙、w 讵i 无线局域网等技术，使得掌上电脑在屏幕显示、运行速度 不断提高地同时，也在使得掌上电脑更多的实现互联互通，更有利于企业级用户 的应用。掌上电脑会出现在更多特定的行业领域中发挥自己的特殊作用，同时也 将充分利用掌上电脑优越的便携性和可扩展性取得更多企业和用户的认可。 本课题主要针对市场r 益增长的移动娱乐、移动办公、移动商务的需求。虽 然在目前市场上存在从低端到高端的智能电脑，但是很难完全满足这些功能要求； 传统笔记本体积功耗又偏大。设计一款新的嵌入式终端产品来满足这个市场需求， 是个非常有市场预期的研究课题。本文正是以此为目的，提出了嵌入式微型笔 记本的概念，进行了对嵌入式系统设计的研究的 1 2 研究内容 本课题首先从市场定位进行了系统的功能需求分析，由功能需求决定了系统 软硬件的选择，同时提出了自己的设计思想和方法。然后，以嵌入式微型笔记本 为主体，全面论述了系统的软硬件的设计与实现。在硬件设计中，主要论述了电 源、总线设备、人机接口模块、串口和u s b 接e l 模块的设计和实现；软件设计中， 主要论述了b o o t l o m 盯开发、o a l 层开发和驱动开发 2 2 嵌入式系统简介 本章首先介绍嵌人式系统的定义及其体系架构，接下来介绍了嵌人式系统的 处理器，这其中包括处理器的x s c a l e 内核架构，处理器的分类及应用范围，并介 绍了a r m ( a d v a n c e d r i s cm a c h i n e s ) 处理器架构，最后简单介绍了w i n d o w sm o b i l e 操作系统的各层结构和开发工具。 2 1 嵌入式系统定义 嵌入式系统把计算机技术直接应用到常见的应用系统中，它融合了计算机软 硬件技术、通信和半导体微电子技术。用一句话来概括嵌人式系统就是指以嵌人 式处理器为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应于应用系统的，对 功能、可靠性、成本、体积和功耗都有严格要求的专用计算机系统。 2 2 嵌入式系统的体系架构 嵌入式系统采用裁剪的方式把所需应用的功能嵌入到各种应用系统中，可以 有l l ( i n t e l l e c t u a lp r o p e r t y ) 级、芯片级和模块级3 种不同体系架构 口级架构是将各种i p 单元根据应用的要求集成到一块芯片上，即系统级芯片 s o c ( s y s t e mo nc h i p ) 的形式，除此之外还可以将各种嵌人式软件也以m 的方式加 入到芯片中。 芯片级架构是指根据各种应用系统的要求，选用相应的处理器、存储器和输 入输出接口芯片等组成嵌人式系统，并将系统软件或应用软件固化在存储器中。 这也是现在嵌人式系统最常见的形式。 模块级架构是指以x 9 6 处理器构成计算机系统嵌入到应用系统中这样可以 充分利用当前p c ( p e r s o n a lc o m p u t e r ) 机的通用性和便利性。但是，此方式不但要 缩小体积、增加可靠性，还要把普通的操作系统改为嵌人式操作系统，将应用软 件固化到固态盘中。x 8 6 结构的优点是工作稳定，缺点是功耗高，体积大。 本文采用芯片级架构来建立硬件系统。芯片级架构的掌上电脑产品因为采用 专用的硬件主板，可以做到小体积和低功耗，并且其硬件的外围模块和通讯接口 可以在设计硬件原理图的时候自由选择 2 3 嵌入式处理器 处理器在嵌人式系统的设计中占据着十分重要的位置。 2 3 1嵌人式处理器 我们通常所说的嵌人式处理器是指m p u ( m i c r op m o 哪o ru n i t ) 或m c u ( m i e r o c o n t r o l l e ru n i t ) 。作为新型的嵌入式系统的处理器核，要求其具备处理速度快，存 储容量大，输入输出功能强，功率损耗低以及实时响应快等特点。 嵌人式微处理器从单一中央处理器架构产品发展到目前流行的整合型微处理 器，经历了4 位、8 位、1 6 位、3 2 位、6 4 位的发展过程。表2 1 是以位数来对嵌 人式处理器做的分类。在嵌人式系统中位数取决于处理器处理资源的宽度，单片 机型的嵌人式系统微处理器较为常见，不过一般性微处理器在嵌人式系统中的应 用也很广泛。 表2 1 按位敦对嵌入式处理墨进行分类 4 位8 位1 6 位3 2 位6 4 位 1 1 6 l o o ob 0 4 8 4 9 5 08 0 9 7a l 瑚m 工c o r ei l i f s6 4 b i t 嵌人式微 c o p s8 0 5 1 5 2 6 8 2 0 0m l p s3 2 b i t sr i s cr i s cc o r e 处理器( 单 6 8 0 l “0 5c o r e 片机型) z 8 嵌人式傲 8 0 8 56 8 0 98 3 0 8 6p e n t i u m 处理器 4 0 0 4z 8 0 8 0 2 8 68 0 3 8 68 0 4 8 6 i i i i i ( 一般用途4 0 4 0 6 5 0 26 8 0 28 0 1 8 6 6 8 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 型) z 8 0 0 0 2 3 2a r m 架构处理器 a r m ( a d v a n c e di u s cm a c h i n e sl i m i t e d ) 公司成立于1 9 9 0 年。1 9 8 5 年4 月，第 一个a r m 原型在英国剑桥的a c o r n 计算机有限公司诞生到现在，a r m 架构处 理器已在高性能、低功耗、低成本的嵌人式应用领域占据了领先地位。1 9 9 4 年a r m 公司推出了a r m 架构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 ) 处理器a r m 6 1 0 ， 此后相继推出了a r m 7 , a r m 8 , a r m 9 , a r m l 0 及a r ml l 等嵌入式微处理器核。 a r m 架构自从诞生至今，发展并定义了6 种不同版本。图l 标明了a r m 内核版 本和不同的a r m 处理器的关系 围匦匹习曰曰围 图2 - 1 不同内核版本的处理器 f i g u r e2 - 1p r o c e s s o ro f d i f f e r e n tk e r n e lv e r s i o n 由于arm 架构处理器具有低功耗、高运算效率及高整合性等特质，使得众 多的芯片设计与芯片制造公司竞相向a r m 公司购买a r mr i s c 核，作为自己的 处理器的运算核心。 2 4w i n d o w sm o b i l e 操作系统 w i n d o w sm o b i l e 是微软为lo c k e tp c 和s m a r t p h o n e 设备定制开发的软件平台， 是w i n d o w sc e 的一个重要分支，它的底层采用和w i n d o w sc e 完全相同的二进制 代码，其开发过程与开发工具也基本相同。它与w i n d o w s 相似的界面和微软提供 易用的开发工具及开发者熟悉的各种开发环境使得使用者与开发者都非常方便。 且其内核采用了多种w i n d o w 常用的技术，这些都可以缩短w i n d o w sm o b i l e 应用 程序的开发周期。 就本课题的w i n d o w sm o b i l e 系统开发来说，所需的工作就是为自己的硬件提 供相应w i n d o w sm o b i l e 的镜像文件。需要开发灼内容是应用程序和直接与系统硬 件有关的部分，包括硬件部分、硬件抽象层和设备驱动程序。硬件抽象层处于内 核与硬件设备之间，主要任务是为内核管理硬件设备的时钟、中断和电源管理提 供支持。设备驱动程序负责系统对目标设备的访问。在这种结构下，就可以应用 驱动程序和硬件抽象层的a p i ( a p p l i c a f i o np r o g r a m m i n gb t e l 矗c e ) 函数与硬件进行 交流，实现了应用程序对硬件的屏蔽。图2 2 是w i n d o w sm o b i l e 的分层结构示意 图。一个完整的基于w i n d o w s m o b i l e 的系统软件部分可分为三部分，应用软件、 操作系统部分和硬件相关部分。 应辫 5 1 0 0 0 记忆艘应无有较轻无 自放电率( 吖 32 52 0t o 月) 最大充电电巍 ( ：l c 放电结束电压 l v 以下2 7 3 0 1 分段恒 恒疏： 恒漉：佃沈恒飚： 漉电池电堰下 电泡电眼界再上恒流危电乎j 2 v 2 1 匠压惯降t 电强增量 充电方式 升( 电眶增煞节时转入俩珏允 际( 嚣负载 v 、- m v v = o v ) 时。转入满电。屯渡霪搿旗步 危电时) 节) 时转入 j 快充溺漉危电 流充电最后_ i 筮入溺漉竞也 也池温度 4 5 度时 电，f 毡池溢度b 4 5 度时俘i ! 芒电 停止充电 有齄好的l l 沮放 优点 电特性 高盈( 4 0 度以上) 易受到过充电潆 奠点 时罄电窖量将 下降5 l 帏 放电及翰路的橱富 锂电池是最近几年来新出现的一类高容量可充电电池。它的电池容量比目前 任何其它类可充电电池都要高从体积上看相同大小的锂电池容量仅比镍氢电 池大1 0 - 3 0 ；但从重量上来看，相同重量的锂电池与镍电池相比，锂电池的容量 是镍氢电池的两倍。 虽然锂电池在容量上具有明显的优势，但它也有一些缺点，需要在设计时注 意。其中最主要的是锂电池对过度放电和充电都十分敏感，两者都会导致电池的 永久损坏因此一般锂电池使用恒压一恒流方式充电，充电过程中要密切监视电池 电压和温度，当电压到达一定门限后应立即终止充电。这个电压检测要求有1 以 上的精度同时当电池温度高于4 7 5 度时也应立即停止充电另外为防止深度放 电后的锂电池在快速充电过程中损坏或发生危险，要求在电池电压低于定值时 ( 2 5 v ) 充电必须以小电流形式进行。 4 2 4电源方案选择 由于本产品设计针对便携式无线产品应用，因此对成本、体积和性能各方面 都有严格的要求。在设计过程中我们需采取各种妥协折中以便找到体积、性能、 价格、效率的最优结合点。下面首先分析几类常用的电源方案，分析其利弊，并 在最后给出本设计所采用的方案。 1 低压差稳压器( l d o ) l 1 ) o 是一种能提供高质量电压的电路，它有以下几个优点： _ 电路简单，体积小； 低噪声，一般l d o 的输出噪声 3 0 u v ； 零负载时操作电流较低； - 理想的线路及负载瞬态响应； 一低压差 典型的l d o 产品允许输入输出之阃电压插在1 0 0 m i 左右，但这个最小允许电 压差会随电流上升而上升 使用l i ) 0 的效率为吃，巧，由公式可见当圪接近巧时l d o 能达到很高的效率。 比如若匕- 3 3 v ，巧= 3 6 v ，则效率为： r = r o ，只1 0 0 = 9 1 6 7 ( 4 一1 ) 由于锂电池平均电压在3 6 v 一3 7 v 之问，因此使用l d o 作为3 3 v 电压稳压器 会有很高的效率。加上前面提到的几个优点，使得l 0 0 电源在掌上产品设计中被 广泛使用。但l d o 也存在些缺点： 当v o ：使用d 叫 ，对应两片s d r a m 的d q i l 和d q 岫，实现3 2 位数 据各字节的选择； 使用s d c k e 作为时钟使能；s d c l k i 作为s d r a i i 时钟；n s o c s o 作为片选使能， 其他线对应相连，从而将2 片外部s d r a m 映射到内部o x a 0 0 0 _ 0 0 0 0 开始的1 2 8 m 内 存空问( 1 g 模式下b a n k o ) 详细电路连接如图4 6 所示 图4 _ 6s d r a i d 电路原理图 f i 掣科6 c h n i i l k m 蚯璐o f s d r a m 3 s o r a m 的读写访问 系统上电后，首先应对s d p , 蝴进行初始化，设置其时间参数，行列和b a n k 位 数，使系统s d r a i l 参数与k 4 m 5 1 1 6 3 p c 要求匹配。当进行数据读写访问时，分别在 r a s 、c a s 有效期间送出行列地址、b a n k 选择位，从而选定外部s d r a m 指定位置 对于写操作，使能盹信号，同时d q m 允许或屏蔽数据线上的各个字节；对于 s d r a m 的读操作，使d 伽 ：使用两片f l a s h 并联构成3 2 位数据总线； 系统地址总线l i a ：f l a s h 的s a 与p x a 2 7 0 m a 对应相连。因 为p c 2 8 f 2 5 6 p 3 0 为1 6 位数据总线，故其a o 地址不用，以1 6 位为一个字。p x a 2 7 0 为3 2 位数据总线，与p c 2 8 f 2 5 6 p 3 0 连接时，由a 2 地址开始，以4 字节为一个3 2 位字，地址每次偏移4 个字节。也就是说，p x a 2 7 0 的每一个3 2 位字对应到两片 f l a s h 中的上下两个半字。 f l a s h 复位信号直接使用系统n r s t _ o t r r 信号，该信号在c p u 完成复位后输 出有效；片选信号使用n c s o ，将f l a s h 地址映射到o x 0 0 0 0 _ o o o o 开始的6 4 m 空间 内，可支持系统从f l a s h 的启动；时钟信号使用s d c l k 0 。 4 3 3i d e 硬盘存储器 1 i d e 模块的设计要求：支持标准a t a ( a ta t t a c h m e n t ) 接口的东芝1 8 寸 硬盘；c p u 占用率及功耗较低 2 器件选择：选用q u i c k l o g i c 的q l 8 0 5 0q u i c k l d e 苍片，它包含所需的所有 特性： 支持p i o 模式o 到模式4 ； 大于l o m b y t e s s e c 的传输速率； - 支持到硬盘和c i 卜r o m d v d - r o m ( a t a p i ) 设备的连接； 内置5 1 2 b y t e s 内存缓冲区，大大降低了c p u 访问占用率； 在可选择的低功耗模式下，功耗小于l 删。 图4 8 为0 l 8 0 5 0 内部组织结构图。 图4 8q l 8 0 5 0 内部组织结构图 f i g u n 则h 岫i 堪擘m i 盈五伽山曲a r io f q l 8 0 5 0 这款q u i c k l o g i c 协处理器是为英特尔p x a 2 7 0 嵌入式处理器定锚的全功能的 i d e 控制器。该器件提供了极高的吞吐量，同时却消耗很少的能量。处理器通过其 内部缓存发送给i i ) e 控制器数据。由缓存介质，通过使用其r d y 信号，v l i o 访问能 够被q u i c k l o g i c 协处理器自动处理。q u i c k l o g i c 协处理将v l i o 数据进行内部解 码为本地地址直接访问其状态控制寄存器或i d e 接口。通过使用内存缓存，p x a 2 7 0 可以在5 1 2 字节的扇区内进行读写操作而不被中断或等待外部i d e 的连接。 3 、设计实现 p x a 2 7 0 使用v l i o 的方式与q u i c k l d e 芯片相连，使用片选线c s 5 作为对 q u i c k l o e 的片选。数据总线被编程为3 2 位数据总线分别与q u i c k i d e 数据线相连。 地址线通过译码将q u i c k i d e 的状态控制寄存器及缓存空间映射o x l 4 0 00 0 0 0 开 始的内部地址空问。通过控制q u i c k l o e 的控制寄存器及读写缓存数据实现对i d e 接口的读写操作。图4 - 9 是其连线示意图。 图4 9q u i c k i 吧硬盘接口 阿删h 硼d i 止i i 妇o f q d d d d e 4 4 用户界面模块设计 用户界面模块包括了l c d ，触摸屏，音频输出。麦克风输入等部分。其中l c d 模块和音频模块最为重要，设计过程也比较复杂 本节将详细介绍这两个模块的设计过程 4 4 ，ll c d 模块设计 1 设计要求 l c d 是整个系统设计中最重要的用户接口之一。系统的设计要求为： 4 8 0 x 2 7 2 的分辨率： 彩色( 6 一bi t 红6 一b i t 绿6 一b i t 蓝) t f t 屏； 屏亮度可调； 考虑价格和尺寸的原因，本设计的l c d 选用三星的l t e 4 0 0 - 妒f 0 24 寸t f t 。 它由t f t l c d 模块、面板驱动电路和触摸屏面板( t s p ) 构成 2 l c d 电源部分 三星提供的l c d 模块，直接包含了l c d 面板的驱动，但是背光的驱动需要我 们自己去完成。l t e 4 0 0 w q - f 0 2 背光由8 支串联的白光二极管组成表4 - 4 显示了 白光l e d 对驱动电流的要求 表4 - 4 背光l e d 驱动电流 i n is , m b 0 1 鼍b 切。i k t h i t t t l 比踟c i i l - r e n ti - 2 02 5 a ( 1 ) i i p o c e xc o n s u m p ti o np i醋0鲫 i l l ( 2 ) i 由表可知所需的驱动电压为： u = p j = 5 3 0 1 2 0 = 2 5 1 5 v ( 4 - 3 ) 设计中，我们选用电源芯片m f l 5 1 8 来实现白光驱动设计要求，如图4 一l o ： 圈4 - 1 0l c i ) 背光驱动电路 f i g l a 4 - 1 0b 吐6 咖越w 枷o f “d 图中。l c d - 嗍一o n 接c p u 外扩的g p i o ，控制背光打开关闭：b l a d j 脚接c p u 的p 硼_ o u t 0 脚。通过c p u 输出一定周期的调制脉冲去影响f b 与地问电阻流过的 电流，从而改变背光l e d 的亮度，实现背光l e d 的驱动及亮度调制。 3 液晶显示模块 系统的4 寸液晶是主动式的液晶显示阵列，阵列大小为4 8 0 x 2 7 2r g b ，并且每 个像素可以分为红、绿、蓝三个子像素。每个彩色子像素的灰度和亮度取决于一 个6 位的灰度信号，因此共有2 6 2 1 4 种颜色。它具有低功耗、重量轻、体积小的 特点，非常适用于嵌入式移动平台。它采用3 3 v 直流供电，整个功耗只有6 3 0 m l f ， 总重量只有6 5 克。 p x a 2 7 0 与l c d 的引脚连接如图4 1 l 所示，其中l d d o _ _ d d 7 为p x a 2 7 0 的 l j c d 专用控制引脚，l d d 8 一l d d l 5 为p x a 2 7 0 的g p i o ( g e n e r a lp u r p o s ei n p u t o u t p u t ) ，它们是双功能引脚，可用于l c d 的信号，也可作为第二功能来使用，因 为此处采用的是1 8 位红绿蓝信号的液晶，但p x a 2 7 0 只有1 6 位信号线，因此在红 和蓝的信号组中，将r o 和b o 接地，用来减少颜色数量达到匹配信号线的目的。 图4 - 1 1p x 1 2 7 0 与l 弓f 脚连接 f i g u r e 4 - 1 1p i nc o l m c c = 6 0 n $ o f p x a 2 7 0 a n d l c d - 图中的lp c l k 为l c i ) 控制器的像点的时钟，ll c l k 为行时钟，l _ f c l k 为场 时钟，l - b i a s 为交流偏置信号。在4 8 0 x 2 7 2 模式下，每个行时钟的宽度大约为4 8 0 个像点时钟。而每个场时钟宽度为2 7 2 个行时钟，这样扫描成为l 屏图像。 4 t o u c h p a n e l 接口 本款触摸屏内置t o u c h p a n e l ，系统中将它与1 1 )