嵌入式系统的无线通信控制器设计方案.ppt

嵌入式系统的无线通信控制器 余培强 嵌入式无线通信介绍 嵌入式系统以其小型 专用 易于携带 高可靠性的特点 已经在工业控制 数据传输 数据处理 远程监控 智能仪表等领域得到了广泛的运用 随着无线通信事业的发展 如今 在许多场合有线连接的方式已经不能满足科技的高速发展 无线技术正以一种快速的发展速度进入许多产品中 其中 将ARM处理器运用到无线数据传输领域得到了飞速的发展 与有线技术相比 无线通信技术主要具备成本低 携带方便 省去有线布线的优点 特别适用于手持设备的通信 电池供电设备 遥控 遥测 小型无线网络 无线抄表 门禁系统 小区传呼 工业数据采集系统 无线标签身份识别 非接触RF智能卡 小型无线数据终端 安全防火系统 无线遥控系统 生物信号采集 机器人控制 无线数值语音 数字图像传输 智能小区不停车收费 银行只能回单系统等 在通信方式及通信协议方面 无线数据传输的通信协议已经形成了比较成熟和规范的标准 相应的 在硬件条件方面 无线数传的半导体芯片也大量出现 本方案是以arm处理器做为主控制器 以zigbee无线通信协议及cc2430单片芯片做为本控制器的无线通信协议和无线通信芯片 具体的细节在后面说明 关键技术介绍 ARM介绍Zigbee介绍 ARM介绍 ARM AdvnacedRICSMahcines 既可以认为是一个公司的名字 也可以认为是对一类微处理器的通称 还可以认为是一种技术的名字 1991年ARM公司成立于英国剑桥 主要出售芯片设计技术的授权 目前 采用ARM技术知识产权 IP 核的微处理器 即通常所说的ARM微处理器 己遍及工业控制 消费类电子产品 通信系统 网络系统 无线系统等各类产品市场 基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RICS微处理器75 以上的市场份额 ARM技术正在逐步渗入到日常生活的各个方面 ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司 作为知识产权供应商 本身不直接从事芯片生产 靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片 世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核 根据各自不同的应用领域 加入适当的外围电路 从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场 目前 全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权 因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具 制造 软件的支持 又使整个系统成本降低 使产品更容易进入市场被消费者所接受 更具有竞争力 ARM微处理器的特点 ARM32位体系结构目前被公认为是业界领先的32位嵌入式RISC微处理器核 具有如下特点 RISC型处理器结构 采用Load Store结构 只有Load Store指令可以与存储器打交道 其余指令都不允许进行存储器操作 每机器周期可执行1条指令 支持Thumb 16位 和ARM 32位 双指令集 Thmub指令集比通常的8位和16位CISC RICS处理器具有更好的代码密度 可以显著减小程序对存储器的需求 可节省30 40 以上的存储空间 同时具备32位代码的所有优点 多处理器状态模式 ARM可以支持用户 快中断 中断 管理 中止 系统和未定义等7种处理器模式 除了用户模式外 其余的均为特权模式 这也是ARM的特色之一 可以大大提高ARM处理器的效率 嵌入式在线仿真调试 ARM处理器都嵌入了在线仿真ICE一RT逻辑 便于通过JTAG来仿真调试ARM程序 可以省去价格昂贵的在线仿真器 灵活方便的接口 ARM体系结构具有协处理器接口 方便扩充各种功能 ARM允许16个协处理器 另外 ARM处理器还具有先进的片上总线AMBA AdvancdeMicrocontrollerBusArehiteeture 通过AMBA来方便的扩充各种处理器及IO 低电压低功耗的设计 ARM微处理器系列 ARM微处理器目前包括下面几个系列 以及其它厂商基于ARM体系结构的处理器 除了具有ARM体系结构的共同特点以外 每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域 AMR7系列 AMR9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列 Inter的Xscale Inter的StrongARM其中 ARM7 ARM9 ARM9E和ARM10为4个通用处理器系列 每一个系列提供一套相对独待的性能来满足不同应用领域的需求 SecurCore系列专门为安全要求较高的应用而设计 S3C44B0XARM7体系结构微处理器介绍 SamsungS3C44BOX微处理器采用0 25 mCMOS工艺制造 特别适合应用于对成本和功耗敏感的场合 所有的S3C44BOX都采用新的总线结构 SAMBA SamsungARMCPU嵌入式控制器总线结构 S3C44BOX最突出的特点是其CPU核采ARM公司的16 32位ARM7TDMIPISC结构 主频为66MHz 最高可达75MHz ARM7TDMI系列扩充包括Thumb协处理器 片上ICE中断调试支持和32位硬件乘法器 S3C44BOX通过在ARM7TDMI内容的基础上扩展一系列完整的通用外围器件 使系统费用降至最低 免除了增加附加配置的需要 集成的片上功能描述如下 在ARMTTDMI的基础上增加8KB的Cache 外部扩充存储器控制器 FP EDO SDRAM控制 片选逻辑 LCD控制器 最大支持256色的DSTN 并带有一个专用DMA通道的LCD控制器 2个通用DMA通道 2个带外部请求管脚的DMA通道 2个带有握手协议的UART 1个SIO 1个多主机I2C总线控制器 1个IIS总线控制器 5个PWM定时器及1个内部定时器 看门狗定时器 71个通用可缩程I O口 8个外部中断源 功耗控制模式 正常 低 休眠和停止 8路10位ADC 具有日历功能的RTC 实时时钟 带PLL的片上时钟发生器 Zigbee介绍 Zigbee是一种短距离 低速率无线网络技术 Zigbee的基础是IEEE802 15 4无线个人域网标准 Zigbee的数据传输速率在10kbit s到250kbit s之间 因而它适合于低速率的无线传输应用 Zigbee可以构建一个由多达数万个无线数传模块组成的无线数传网络平台 十分类似现有的移动通信的DCMA网或GSM网 每个网络节点间的距离可以从标准的75米扩展到几百米 甚至几公里 与移动通信网络不同的是 Zigbee网络主要是为自动化控制数据传输而建立的 而移动通信网主要是为语音通信而建立的 Zigbee技术拥有低数据速率和通信范围较小的特点 这也决定了Zigbee技术适合于承载数据流量较小的业务 Zigbee技术的目标就是针对工业 家庭自动化 遥测遥控 汽车自动化 农业自动化和医疗护理等 例如灯光自动化控制 传感器的无线数据采集和监控 油田 电力 矿山和物流管理等应用领域 另外 它还可以对局部区域内移动目标 例如对城市中的车辆进行定位 Zigbee特点及应用领域 Zigbee的特点突出 尤其在低功耗 低成本上 主要有以下几个方面 1 低功耗 在低耗电待机模式下 2节5号干电池可支持l个节点工作6 24月 甚至更长 这是zigbee的突出优势 相比较 蓝牙能工作数周 WIFi可工小时 2 低成本 通过大幅简化协议 不到蓝牙的1 10 降低了对通信控制器的要求 按预测分析 以8051的8位微控制器测算 全功能的主节点需要32KB代码 子功能节点少至4KB代码 而且Zigbee免协议专利费 3 低速率 Zigbee工作在20 250kbps的较低速率 分别提供250kbps 2 4HGz 40kbps 915MHz 和20kbps 868MHz 的原始数据吞吐率 满足低速率传输数据的应用需求 4 近距离 传输范围一般介于10 100m之间 在增加RF发射功率后 亦可增l 3km 这指的是相邻节点间的距离 如果通过路由和节点间通信的接力 传输距离将可以更远 5 短时延 Zigbee的响应速度较快 一般从睡眠转入工作状态只需15ms 节点连接进入网络只需30ms 进一步节省了电能 相比较 蓝牙需要3 10s WIFi需要3s 6 高容量 Zigbee可采用星状 片状和网状网络结构 由一个主节点管理若干子节点 最多一个主节点可管理254个子节点 同时主节点还可由上一层网络节点管理 最多可组成65000个节点的大网 7 高安全 Zigbee提供了三级安全模式 包括无安全设定 使用接入控制清单 ACL 防止非法获取数据以及采用高级加密标准 AES一128 的对称密码 以灵活确定其安全属性 8 免执照频段 采用工业科学医疗 ISM 频段 2 4GHz 全球 915MHz 美国 和868MHz 欧洲 Zigbee主要应用在距离短 功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间 典型的传输数据类型有周期性数据 间歇性数据和低反应时间数据 一般而言 满足如下一些特点的应用场合 是Zigbee应用极具优势的地方 需要无线通信交换信息的低成本装置 数据的交换量较小 传输的速率要求不高 功耗要求极低 采用电池供电且需要维持较长时间 需要多个 尤其是大量 设备组成无线通信网络 主要进行监测和控制的场 Zigbee协议堆栈分析 Zigbee协议堆栈分析 Zigbee堆栈是在IEE802 15 4标准基础上建立的 定义了协议的MAC和PHY层 Zigbee设备应该包括EIEE802 15 4 该标准定义了RF射频以及与相邻设备之间的通信 的PHY和MAC层 以及Zigbee堆栈层 网络层 NWK 应用层 应用支持层 ZDO管理层和安全服务提供层 图1 1给出了这些组件的概况 1 PHY和MAC层 MAC层负责和PHY层进行交互 提供了媒体访问控制层与无线物理通道之间的接口 主要负责 激活或休眠无线收发设备 对当前频道进行能量检测 链路质量指示 为载波检测多址与碰撞避免进行空闲频道评估 频道选择 数据的发送及接收等 该层由芯片制造厂商完成 2 网络层 NWK 负责建立和维护网络连接 它独立处理传入的数据请求 关联 解除关联和孤立通知请求 3 设备对象层 ZDO 用于整个ZigBee设备的配置和管理 应用程序可以通过端点0与ZigBee堆栈的其它层通信 从而实现对这些层的初始化和配置 附属在端点0的对象被称为ZigBee设备对象 ZDO 端点255用于向所有端点的广播 端点241到254是保留端点 可以通过ZDO接口对远程设备进行重新配置 发起或回应绑定请求 在网络设备间建立安全机制 如选择公共密钥 对称密钥等 等 4 APS层 主要提供ZigBee端点接口 应用程序将使用该层打开或关闭一个或多个端点并且获取或发送数据 它还为键值对和报文数据传输提供了原语 5 APL层 提供高级协议栈管理功能 用户应用程序使用此层管理协议栈 安全服务提供层 负责提供安全机制 每一层 MAC 网络或应用层 都能被保护 为了降低存储要求 它们可以分享安全钥匙 SSP是通过ZDO进行初始化和配置的 要求实现高级加密标准 AES Zigbee协议网络的构成 在ZigBee网络中 支持两种类型的物理设备 全功能设备和精简功能设备 全功能设备 FFD FullFunctinoDveiec 特点 支持任何拓扑结构 可以成为网络协调器 能和任何设备通信 精简功能设备 RFD ReducdeFunctinoDveiec 特点 只用在星型拓扑中 不能成为网络协调器 只能和网络协调器通信 实现非常简单 Zigbee网络要求至少一个全功能设备作为网络协调器 网络协调器要存储以下的基本信息 节点设备数据 数据转发表 设备关联表 终端设备可以是精简设备用来降低系统成本 网络协调器和网络节点有以下的功能 Zigbee网络协调器 建立网络 传输网络信标 管理网络节点 存储网络节点信息 在关联节点之间路由信息 Zigbee网络节点 为电池供电和节能设计 搜索可用的网络 按需传输数据 向网络协调器请求数据 无线串行数据传输介绍 现代社会是一个信息社会 信息的获取和传输逐步从无线过度到无线 随着无线通信事业的发展 无线数据传输这一技术被越来越多的人们所熟悉 相应的产品也参透到社会生活的各个领域 如无线抄表 数字图像传输 小区传呼 工业数据采集 非接触RF智能卡 安全防火系统 区域报警系统等数字信号的传输 无线数据传输不仅结构简单 操作方便 能够在很大程度上节约硬件成本 而且更能优化数据传输系统的效率 无线串行数据通信主要有一下3个方面的运用 1 点对点控制这是无线数据传输应用最广的一种 例如 在甲地和乙地各放置一台无线数传电台 应用设备与之相连 可组成单向传输 即一个为单发 另一个单收 也可组成双向传输 即两个都为收发电台 从而实现远距离数据传输或无线控制 这种传输方式适合一对一控制 简单有效 是组成多点传输的基础 2 点对多点控制这种方式主要在组网是使用 点即中心台站 可以是大功率无线电台 多点是有中心站控制的分台站 可以是小功率电台 有电台的类型可以分为 一点单发配多点单收的集中控制方式 一点单收配多点单发的多点采集方式 一点收发配多点收发的分散控制方式 组网时要求每台设备编有地址码 采用时分复用技术 TDMA 即每一时刻都是点对点 3 中继传输当无线数传电台功率不够 需要变换接口 变换传输协议及调制方式 以及多种无线传输系统混合是采取这种方式 这是点对点传输的一个特例 其主要作用只是一种接力 不单独构成一种应用系统 近些年内 无线数据传输设备得到了飞速发展 这些产品提供标准的RS 232接口 或标准的RS 485接口 从而便于与其他数字设备连接 无线数据传输设备被广泛运用与一下几个主要领域 水 电 煤气等计量表计的无线抄表 消防安全报警 楼宇自动化 门禁系统 医疗仪器 机房设备无线监控 仓储物流 会议表决 餐饮点菜 PDA等无线智能终端 长距离非接触RF智能卡 不停车收费 智能交通 无线遥控 自动化数据采集系统 无线鼠标 键盘 游戏杆 打印机 无线RS 232 无线RS 485接口 无线微微网 无线现场总线等军用和法用产品中 几种无线数据传输产品 无线鼠标 无线键盘无线智能家居系统无线点菜机大型商店所采用的无线POST机 无线鼠标 无线键盘 计算机外设 键盘 鼠标 打印机 游戏手柄等 的无线化是现代计算机的外设通信线路从有线逐步发展到无线 这一方面在很大程度上降低了计算机的成本 另一方面 也便于计算机的移动 装载等 外设的无线化是计算机发展史上的又一次重大进步 无线智能家居系统 随着现代家居生活的提高 无线系统也逐渐参透到每个家庭 无线智能家居系统不用布线和施工 安装简单快捷 而且具有能够智能识别主任 报警 现场监听功能 信息保护功能 无线防盗探测器 红外对射栅栏 烟感 煤气感等功能 无线智能家居系统的出现是现代家居生活的一次飞越 无线点菜机 以无线点菜机为核心的餐饮管理系统促进了餐饮行业的信息化管理 解决了餐饮行业信息同步等问题 次系统采用无线通信技术 一掌上电脑为终端 囊括餐饮业的前台无线点菜 结账 后台打印 采购 核算 系统管理 维护 统计分析等完备的一体化功能 通过无线点菜机系统 一方面可以提高餐饮业的服务效率 避免错误 提高服务质量 另一个方面则可以节约劳动力成本 大型商店所采用的无线POST机 采用无线POST机可以克服大型商场综合布线难的问题 为商场的高校服务创造良好的硬件平台 基于ARM嵌入式系统的数据传输系统 基于ARM嵌入式系统的数据传输系统包括两个主要的部分 即主机和从机部分 从机部分主要实现远程数据的采集 并通过无线的方式可靠地传送到主机 从而实现远程数据传输 主机部分主要实现数据接收 控制整个通信系统 并将接收到的数据通过RS 232接口传送到计算机中心机房 从而对采集到的数据进行处理和分析 整个通信系统采用串行数据传输方式 并配合适当的信源编码进行数据压缩 以减少信息传送量 同时 采用简单可行 易于编程实现的信道编码方式 实现信号的可靠传输 本控制器以S3C44B0X为核心控制芯片 其通用性高 处理能力强 与其他处理系统有极好的兼容性 在无线通信时 采用cc2430做为数据的无线传输芯片 其可靠性高 基于ARM的串行通信系统框架 如图5 1所示是基于ARM处理器以S3C44B0X和cc2430为核心的串口数据传输系统整体框图 从机部分包括 以S3C44B0X为核心的从机控制和处理中心 以及以CC2430为核心的基于zigbee协议的无线串行数据传输模块 中央数据处理和控制部分主要完成整个从机系统的控制及简要数据处理 将需要发送的数据经过适当的编码处理后 通过SIO模块发送到CC2430模块 CC2430主要通过zigbee协议完成串行数据的发射 CC2430具有高集成度且应用于2 4GHz频段的数据串行传输的专用芯片 该芯片只需要极少量的外围芯片就可以完成数据的发射 除此之外 CC2430模块还将接收到的主机控制信号传送回S3C44B0X模块进行处理 主机部分主要包括与发送方基本一致的射频收发模块 以及以S3C44B0X为核心的接收信号处理模块 这两个模块完成的操作与从机大约一致 同时 S3C44B0X模块需要通过UART接口与计算机中心机房相连接 RS 232转换接口主要提供电平转换功能 经过RS 232接口转换后的数据再传送回中心机房 中心计算机再对数据进行分析和处理 以及设置相应的控制命令 整个系统采用模块化设计方案 各个模块间采用标准通信协议 由于S3C44B0X处理器提供专门的SIO接口 因此在主从机数据发送和接收部分 从CC2430到S3C44B0X处理器 采用同步串行传输 同时 S3C44B0X处理器提供UART接口 因此在主机与中心机房进行数据传输是采用标准串行通信总线RS 232做为数据传输标准 整个系统都采用标准通信协议 从而便于与其他系统进行互连通信 系统功能模型设计 本控制器主要包括ARM中央处理器模块 无线收发模块和RS 232电平转换功能模块 ARM7中央处理器模型如图9 1 1所示为以32位ARM7架构的处理器S3C44B0X为核心的接收模块主要结构图 其包括数据存储部分 电源管理电路 显示电路 输入电路及与外部进行通信的USB接口 RJ 45 UART SIO 以及下载程序和代码的JTAG接口 串行通信模块 如图9 1 2所示为主机部分进行数据传输的整体框图 此部分主要实现电平转换功能 由于S3C44B0X串行输出电平与计算机串行通信接口之间存在电平差异 因此本控制器可以采用能进行串口电平转换的芯片MAX232 将S3C44B0X输出的串行数据传回计算机串口 无线收发系 UART通信接口设计 存储控制器设计 嵌入式系统中片内存储资源一般不能满足系统开发的需求 在基于ARM核的嵌入式应用系统中可能包含多种类型的存储器件 如Flash ROM SRAM核SDRAM等 而且不同类型的存储器件要求不同的速度 数据宽度等 为了这些不同速度 类型 总线宽度的存储器进行管理 存储器管理控制器是比不可少的 在基于S3C44B0X处理器的嵌入式系统开发中 也是通过存储控制器为片外存储器访问提供必要的控制信号 管理片外存储部件的 S3C44B0X复位后的存储器地址分配图 从图中可以看出 地址空间具有8个存储体 每个存储体可达32MB 总共可达到256MB 对所有存储体的访问大小均可进行改变 8位 16位 32位 总线宽度可编程 特殊功能寄存器位于0 x01C00000 0 x02000000的4MB空间内 8个存储器中 Bank0 Bank5可支持ROM SRAM Bank6 Bank7可支持ROM SRAM和FP EDO SDRAM等 Bank6和Bank7存贮容量大小相同 Bank0 Bank5的起始地址和空间大小都是固定的 Bank6的起始地址是固定的 空间可配置为2 4 8 16 32MB Bank7的空间大小和Bank6一样是可变的 也可配置成2 4 8 16 32MB Bank6和Bank7的详细地址可参考下9 1表 S3C44B0X存储控制器描述 大 小端模式选择 当ENDIAN为1时则使用大端模式 大 小端模式之所以存在是因为当在存储器中存储不同字长的数据时 大 小端模式定义了不同长度的数据类型的对齐方式 存储器 SROM DRAM SDRAM 地址线连接 网络通信接口设计 在介绍电路设计之前 先简要介绍一下网络控制器RTL8019AS的情况 RTL8019AS是台湾REALTEK公司生产的一款性价比很高的 带有即插即用功能的全双工以太网控制器 它内部集成了两块RAM 一块16KB 地址为0 x4000 0 x7FFF 一块32字节 地址为0 x0000 0 x001F 16K的RAM用作收发数据的缓冲区 一般将0 x4000 0 x46FF作为发送缓冲区 0 x4700 0 x7FFF作为接收缓冲区 图9 7是针对S3C44B0X 用RTL8019AS 93C64 1MbEEPORM 用于保存MAC地址 20F001N 网卡变压器 设计的以太网接口电路 RTL8019AS的工作方式 RTL8019AS支持三种工作方式 第一种为跳线方式 I O基址和中断由跳线决定 第二种为即插即用方式 由软件自动配置相应的参数 第三种为免跳线方式 I O和中断由外接的93C46的内容决定 RTL8019AS采用哪种工作方式由第65脚JP决定 JP是输入引脚 当它为低电平时 其他引脚也是这样 悬空的输入引脚的电平为低电平 里面有一个100k 的下拉电阻 RTL8019AS工作在第二种和第三种方式下 需要使用93C46芯片 当JP接高电平 接到Vcc或通过一个10k 的电阻上拉 RTL8019AS工作在第一种方式下 不需要使用93C46 通常使用的计算机一般采用即插即用方式和免跳线方式 RTL8019AS与以太网的接口采用无屏蔽双绞线RJ45接口 中间需要接一个网络隔离变压器 也称为发送 接收滤波器 用来把信号变成平衡信号传输 防止电涌 以减少共模干扰 提高传输效率 本控制器中使用的隔离变压器是GROUPTEK的20F001N 在具体的连接中信号地线要通过一个10nF的电容接到电源地上 在20F001N的输出口上必须加上一个200 的电阻来抑止输入8019AS的电压大小 这也是一种保护措施 该电路数据宽度为16位 使用外部中断EXINT0 处理器的片选信号nGCS3和A1 A2 A3 A4 A5为网卡的使能控制端 nOE和nWE控制网卡的读写 nRESET控制网卡的复位 20F001N起变压滤波的作用 电源电路设计 电源系统为整个系统提供能量 具有极其重要的地位 因此 系统电源部分的设计是一项比较重要的工作 S3C44B0X芯片为了降低功耗 其内核采用2 5V电压 I O电压为3 3V 其中Flash SDRAM和CC2430无线射频芯片的工作电压是3 3V RTL8019AS芯片则需要5V电压 系统采用6 5 12V直流电源输入 经过AS1117 5 0V LM117 3 3V和LM1117 2 5V电源转换芯片为系统 I O和ARM内核及无线外设提供三组电源 5V 3 3V和2 5V 电源的输入输出都用100uF电容滤波 电源进入每个芯片时需要用0 luF的电容滤波 以减少芯片收到电源的高频干扰 D11为电源电压指示灯 图9 8是系统电源设计原理图 USB通信接口设计 USB UniversalSerialBus 即通用串行总线 为计算机和外设间的数据通信提供了一个很好的解决方案 具有传输速度快 连接灵活 使用方便等特点 作为一种高速的新型总线接口 支持即插即用设备 并能为外设提供电源且易于扩展 因此 可广泛应用于打印机 扫描仪 大容量的外部数据存储器 数码相机和高速数据采集等多种设备中 S3C44B0X与PDIUSBD12连接设计 图9 13是S3C44B0X和PDIUSBD12及外围辅助电路详细连接图 PDIUSBD12与USB插座及辅助电路的设计如图中所示 LCD显示电路设计 液晶显示屏LCD主要用于文本 图形及图像信息的显示 目前 用于笔记本电脑的液晶显示与液晶电视已实现量产 液晶显示屏具有轻薄 体积小 耗电量低 无辐射 平面直角显示以及影像稳定不闪烁等特点 因此许多电子应用中 常使用液晶显示屏作为人机界面 S3C44B0XLCD控制器概述 S3C44B0X上的LCD控制器由传送LCD映像数据的逻辑电路组成 LCD映像数据是指从系统存储器的视频缓冲到外部LCD驱动器的数据 对于单色LCD LCD控制器通过应用基于时间的抖动算法和FRC FrameRateControl 帧速率控制 方法支持单色的 2位 像素 4级灰度扫描 或4位 像素 16级灰度扫描 的显示模式 LCD控制器也支持8位 像素 256级彩色 彩色LCD屏接口 LCD控制器通过编程支持显示屏上的不同需求 例如与之相关的水平 垂直的像素数 数据接口的线宽 接口时序以及刷新率 S3C44B0XLCD控制器的特点 嵌入式系统的显示卡S3C44B0X中内置的LCD控制器 它具有将显示缓存 在系统存储器中 中的LCD图象数据传输到外部LCD驱动电路的逻辑功能 支持彩色 灰色 单色的LCD板支持三种类型的LCD板 4位双扫描 4位单扫描及8位单扫描支持多路虚拟显示屏 支持硬件的水平 垂直滚动读 系统存储器被用为显示存储器拥有专用DMA支持从系统存储器的视频缓冲中读取映像数据 支持多种屏幕 典型的屏幕尺寸 640 480 320 240 160 160 最大虚拟屏幕尺寸 彩色模式下 4096 1024 2048 2048 1024 4096等 支持单色 4级 16级灰度 可编程实现 对于彩色STNLCD板 支持256级彩色支持电源节省模式 SL IDLEMode S3C44B0XLCD外部接口信号 S3C44B0XLCD外部接口信号包括 VFRAME LCD控制器和LCD驱动器之间的帧同步信号 它通知LCD屏新的一帧的显示 LCD控制器在一个完整帧的显示后发出VFRAME信号 VLINE LCD控制器和LCD驱动器间的同步脉冲信号 LCD驱动器通过它来将水平移位寄存器中的内容显示到LCD屏上 LCD控制器在一整行数据全部传输到LCD驱动器后发出VLINE信号 VCLK 此信号为LCD控制器和LCD驱动器之间的象素时钟信号 LCD控制器在VCLK的上升沿发送数据 LCD驱动器在VCLK的下降沿采样数据 VM LCD驱动器所使用的交流信号 LCD驱动器使用VM信号改变用于打开或关闭象素的行和列电压的极性 VM信号可在每一帧触发 也可在数量可编程的一些VLINE信号后触发 驱动器切换板电极的交流信号VD 3 0 LCD象素数据输入端口 用于4 8位的单扫描或双扫描时的高4位数据输入 VD 7 4 LCD象素数据输入端口用于8位单扫描或双扫描时低4位数据输入 LCD电路连线原理图 处理器通过I O口和外围硬件连接 ARM芯片的I O口通常都是和其他引脚复用的 S3C44B0X有71个通用可编程多功能输入 输出引脚 可以分为7类端口 两个9位输入 输出端口 PortE和PortF 两个8位输入 输出端口 PortD和PortG 一个16位输入 输出端口 PortC 一个10位输出端口 PortA 一个11位输出端口 PortB 每个端口都可通过软件设置来满足各种各样的系统设置和设计要求 每个端口都可以完成多种不同的功能 其中端口PortD PortE4 PortE7及PortC4 PortC7除了可以做为普通的输入输出端口外 还可以做为控制LCD显示器功能 只要通过相应的端口控制存储器设置就可以实现 本控制器对显示是否需求尚未却 这里只给出显示器的扩展接口电路 待到需要显示是 便可随时接上 以供使用 显示器的扩展电路如图9 19所示 jtag调试接口设计 JTAG是英文 JointTestActionGroup 联合测试行为组织 的词头字母的简写 该组织成立于1985年 是由几家主要的电子制造商发起制订的PCB和IC测试标准 JTAG建议于1990年被IEEE批准为IEEE1149 1 1990测试访问端口和边界扫描结构标准 该标准规定了进行边界扫描所需要的硬件和软件 自从1990年批准后 IEEE分别于1993年和1995年对该标准作了补充 形成了现在使用的IEEE1149 1a 1993和IEEE1149 1b 1994 JTAG主要应用于 电路的边界扫描测试和可编程芯片的在系统编程 JTAG也是一种国际标准测试协议 IEEE1149 1兼容 主要用于芯片内部测试 现在多数的高级器件都支持JTAG协议 如DSP FPGA器件等 标准的JTAG接口是4线 TMS TCK TDI TDO 分别为模式选择 时钟 数据输入和数据输出线 相关JTAG引脚的定义为 TCK为测试时钟输入 TDI为测试数据输入 数据通过TDI引脚输入JTAG接口 TDO为测试数据输出 数据通过TDO引脚从JTAG接口输出 TMS为测试模式选择 TMS用来设置JTAG接口处于某种特定的测试模式 TRST为测试复位 输入引脚 低电平有效 JTAG最初是用来对芯片进行测试的 基本原理是在器件内部定义一个TAP TestAccessPort测试访问口 通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试 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 现在 JTAG接口还常用于实现ISP In SystemProgrammable 在线编程 对FLASH等器件进行编程 通常所说的JTAG大致分两类 一类用于测试芯片的电气特性 检测芯片是否有问题 一类用于Debug 一般支持JTAG的CPU内都包含了这两个模块 一个含有JTAGDebug接口模块的CPU 只要时钟正常 就可以通过JTAG接口访问CPU的内部寄存器和挂在CPU总线上的设备 如FLASH RAM SOC 比如4510B 44Box AT91M系列 内置模块的寄存器 象UART Timers GPIO等等的寄存器 使用JTAG写Flash 在理论上 通过JTAG可以访问CPU总线上的所有设备 所以应该可以写FLASH 但是FLASH写入方式和RAM大不相同 需要特殊的命令 而且不同的FLASH擦除 编程命令不同 而且块的大小 数量也不同 很难提供这一项功能 所以一般Debug不提供写Flash功能 或者仅支持少量几种Flash 目前就我知道的 针对ARM 只有FlashPGM这个软件提供写FLASH功能 但使用也非常麻烦 AXD ADW都不提供写FLASH功能 JTAG电路连线原理图 JTAG的有如下功能 用于烧写FLASH烧写FLASH的软件是通过jtag接口来烧写flash的 由于pc机上是没有jtag接口的 所以利用并口来传递信息给目标板的jtag接口 所以就需要并口转jtag接口的电路 用于调试程序同时应该注意到jtag接口还可以用来调试程序 而调试程序 如ARM开发组件中的AXD 为了通过jtag接口去调试目标板上的程序 同样是使用pc的并口转jtag接口来实现与目标板的通信 这样 并口转jtag接口的电路就有了两种作用 仿真器根据1和2的总结 并口转jtag接口的电路是两种应用的关键 而这种电路在嵌入式开发中就叫仿真器 并口转jtag接口的电路有很多种 有简单有复杂的 常见的仿真器有Wigger EasyJTAG Multi ICE等 这些所谓的仿真器的内部电路都是并口转jtag接口 区别只是电路不同或使用的技术不同而已 下面给出pc并口转jtag接口电路连接原理图如图9 20所示和ARM控制器jtag接口扩展路图原理图如图9 21所示 ZigBee模块硬件电路设计 CC2430芯片介绍CC2430是Chipcon公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的片上系统 它支持IEEE802 15 4 ZigBee协议 是一颗真正的系统芯片 SoC CMOS解决方案 这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2 4GHzISM波段应用对低成本 低功耗的要求 它结合一个高性能2 4GHzDSSS 直接序列扩频 射频收发器核心和一颗工业级小