基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计.ppt

嵌入式系统设计与实例开发 ARM与 C OS 第五讲基于ARM的硬件系统结构设计主讲教师 罗子波副教授 本节提要 1 3 2 5 4 6 基于ARM的硬件系统体系结构 存储器接口设计 网络接口设计 I O接口设计 人机交互接口设计 其它通讯接口设计 基于ARM的硬件设计 主要介绍基于ARM7的嵌入式硬件开发平台的设计方法 包括结构 主要接口 存储器选用方案以及外设 显示等方面的内容 嵌入式硬件开发平台的体系结构外围存储器接口设计方法I O接口设计 SamsungS3C44B0X SamsungS3C44B0X微处理器是三星公司专为手持设备和一般应用提供的高性价比和高性能的微控制器解决方案 它使用ARM7TDMI核 工作在66MHZ 为了降低系统总成本和减少外围器件 这款芯片中还集成了下列部件 8KBCache 外部存储器控制器 LCD控制器 4个DMA通道 2通道UART 1个多主I2C总线控制器 1个IIS总线控制器 5通道PWM定时器及一个内部定时器 71个通用I O口 8个外部中断源 实时时钟 8通道10位ADC等 基于ARM的嵌入式硬件平台体系结构 芯片体系结构 S3C44B0X存储系统的特征 支持数据存储的大 小端选择 通过外部引脚进行选择 地址空间 具有8个存储体 每个存储体可达32Mb 总共可达256Mb 对所有存储体的访问大小均可进行改变 8位 16位 32位 8个存储体中 Bank0 Bank5可支持ROM SRAM Bank6 Bank7可支持ROM SRAM和FP EDO SDRAM等 7个存储体的起始地址固定 1个存储体的起始地址可变 复位后的S3C44B0X的存储器映射表 系统的存储空间分配 Bank0 两片512KFlash 放置系统引导程序 系统上电复位后 PC指针自动指向Bank0的第一个单元 进行系统自举 Bank1 K9F2808 三星16MbyteFlash 非线性寻址 具体的时序可以参考K9F2808的datasheetBank2 USBN9603 USB设备端接口芯片 占用系统外部中断0 8位数据总线 Bank3 Bank4未接设备 可以供扩展使用Bank5 RTL8019AS ISA总线兼容的10M以太网 PHY MAC层 控制芯片 占用系统外部中断1 16位数据总线 Bank6 SDRAM 起始地址为0 xC000000 在SDRAM中 前512Kbyte的空间划分出来 作为系统的LCD显示缓冲区使用 更新其中的数据 就可以更新LCD的显示 系统的程序存储空间从0 xC080000开始 也就是 引导系统的时候 需要把system bin文件复制到0 xC080000开始的地址空间 把PC指针指向0 xC080000 Bank7 未使用 可以扩展另一片SDRAM 或者其他的外设 系统的同步串行口 SIO 连接着触摸屏控制芯片FM7843 与ADS7843完全兼容 在同步串行口上 还可以扩展其他的芯片 靠IO口控制设备的片选信号 CS 来防止设备的冲突 注 系统的扩展接口上 A0的标号 连接在S3C44B0X的ADDR1上 后面的地址依次向后错位 S3C44B0X与FLASH的连接 HalfWord方式 使用Bank0上的两片512Kb 2来放置系统BIOS 系统上电以后 PC指针自动指向Bank0的第一个单元 开始进行系统自举 系统自举完成以后 便从硬盘中将系统文件和用户应用程序复制到SDRAM内存中执行 Bank1上接16M非线性Flash 当做系统硬盘使用 可以构造文件系统 存放海量数据 用SDRAM当作系统内存 只有Bank6 Bank7能支持SDRAM 所以将SDRAM接在Bank6上 如果同时使用Bank6 Bank7 则要求连接相同容量的存储器 而且其地址空间在物理上是连续的 存储器接口设计 关于BOOTROM Bank0 系统的启动ROM FlashRom 在系统复位的时候 处理器的PC 程序计数器 指针指向0 x0地址 在Bank0的起始地址的程序 就是系统的初始化程序 此程序的主要任务是 1 管理处理器的中断服务程序处理器的中断是从0 x0地址开始 引导ROM负责把这一部分的中断映射到另一个区域 以便系统处理 具体的做法 可以参考44binit s里面的代码 这部分代码是三星主页可以提供 它把系统的中断 映射到了不同的指针所指向的地址空间 主要就是系统RAM的空间 2 初始化硬件平台 配置其他的BankS3C44B0X的Bank0是通过外部的一个管脚提供的上拉 下拉电阻来配置的 主要包括 数据位数 8位 16位 32位 数据格式 大端 小端 而其他的Bank的配置 以及读写周期等信息是靠Bank0内部的代码配置相应的寄存器来实现的 同时 系统的引导Rom也负责配置系统的其他的一些寄存器 比如 系统的PLL 锁频环 配置 系统的IO口等一些端口功能的配置等等 3 系统自动检测引导Rom负责检测系统的启动所必须的外设是否正常 主要是系统的SDRAM的检测 4 系统的软件设置 更新系统 system bin 用户可以在系统启动的时候 按任意键 进入系统的软件设置状态 通过引导Rom设置或者查看系统的一些软件信息 包括 通过开启USB端口 更新系统文件system bin LCD显示测试 演示程序的装载测试 键盘测试 触摸屏的坐标校准 触摸屏测试 以太网地址的设置等 嵌入式开发板与PC机的串行通讯 嵌入式开发板和PC机的通讯电缆可以按照如图所示的方式连接 I O接口设计 I O接口电路也简称接口电路 它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件 电路 它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用 设置接口电路的必要性 a 解决CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题 b 解决CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题 c 解决CPU的负载能力和外围设备端口选择问题 I O接口的编址方式 1 I O接口独立编址 这种编址方式是将存储器地址空间和I O接口地址空间分开设置 互不影响 设有专门的输入指令 IN 和输出指令 OUT 来完成I O操作 2 I O接口与存储器统一编址方式 这种编址方式不区分存储器地址空间和I O接口地址空间 把所有的I O接口的端口都当作是存储器的一个单元对待 每个接口芯片都安排一个或几个与存储器统一编号的地址号 也不设专门的输入 输出指令 所有传送和访问存储器的指令都可用来对I O接口操作 两种编址方式有各自的优缺点 1 独立编址方式 主要优点 内存地址空间与I O接口地址空间分开 互不影响 译码电路较简单 并设有专门的I O指令 所以编程序易于区分 且执行时间短 快速性好 缺点 只用I O指令访问I O端口 功能有限且要采用专用I O周期和专用I O控制线 使微处理器复杂化 2 统一编址方式主要优点 访问内存的指令都可用于I O操作 数据处理功能强 同时I O接口可与存储器部分共用译码和控制电路 缺点 一是I O接口要占用存储器地址空间的一部分 二是因不用专门的I O指令 程序中较难区分I O操作 S3C44B0X的I O接口 ARM系统完成I O功能的标准方法是使用存储器映射I O 这种方法使用特定的存储器地址 当从这些地址加载或向这些地址存储时 它们提