第讲实验硬件电路及调试技术

1、第五(d w)讲 实验硬件电路及调试技术授课(shuk)教师：李英祥电邮地址：共六十三页内容(nirng)提纲1. MagicARM2410实验箱硬件电路介绍2. 嵌入式软件的交叉(jioch)开发2022/7/192共六十三页1. MagicARM2410实验箱硬件(yn jin)电路介绍MagicARM2410实验(shyn)箱是一款ARM9教学实验开发平台MagicARM2410实验箱采用ARM920T内核的S3C2410A微处理器扩展有充足的存储资源（SDRAM,NAND Flash，NOP Flash和E2PROM等)2022/7/193共六十三页有10/100M以太网接口、USB

2、HOST接口、USB Device接口、PCMCIA存储卡接口、IDE硬盘接口、CF卡接口、SD卡接口、IrDA接口、IIS数字音频接口、8英寸640480真彩TFT液晶屏（带触摸屏）可使用JTAG仿真(fn zhn)调试2022/7/194共六十三页MagicARM2410实验(shyn)箱2022/7/195共六十三页DeviceARM2410核心(hxn)板2022/7/196共六十三页VGA PACK板2022/7/197共六十三页JTAG接口(ji ku)2022/7/198共六十三页IDE硬盘接口(ji ku)2022/7/199共六十三页PCMCIA接口(ji ku)2022/7

3、/1910共六十三页CF卡接口(ji ku)2022/7/1911共六十三页外设PACK接口(ji ku)2022/7/1912共六十三页以太网接口(ji ku)2022/7/1913共六十三页USB HOST接口(ji ku)USB Device接口(ji ku)USB HOST接口2022/7/1914共六十三页RS232接口(ji ku)(UART1)RS232接口(ji ku)(UART0)2022/7/1915共六十三页RS485接口(ji ku)2022/7/1916共六十三页CAN接口(ji ku)2022/7/1917共六十三页SD/MMC卡接口(ji ku)2022/7/19

4、18共六十三页IrDA模块(m kui)2022/7/1919共六十三页GPRS模块(m kui)2022/7/1920共六十三页ADC测量(cling)电压调整2022/7/1921共六十三页直流电机步进电机(dinj)2022/7/1922共六十三页复位(f wi)按键独立(dl)按键2022/7/1923共六十三页LED数码管16键小键盘2022/7/1924共六十三页IIS音频输入/输出(shch)接口小喇叭(2个)喇叭音量(ynling)调节2022/7/1925共六十三页触摸(ch m)笔8寸640 x480 TFT液晶屏 (带触摸屏)2022/7/1926共六十三页功能(gngn

5、ng)框图2022/7/1927共六十三页MagicARM2410实验(shyn)箱结构核心板（6层板）处理器：S3C2410A处理器SDRAM：HY57V651620，64MBNOR FLASH： SST39VF1601，2MBNAND FLASH： K9F1208，64MB晶振：12MHz，CPU内部倍频至203MHz电源：单3.3V电源供电(n din)，板内自带1.8V LDO芯片接口：SODIMM200标准接口，200个引脚输出实验箱主板各种外围支持电路和接口电路2022/7/1928共六十三页核心(hxn)板应用电路框图2022/7/1929共六十三页电源(dinyun)电路VDD

6、33引脚系统(xtng)电源输入，直流3301V，电流为400mA以上Spx1117为LDO芯片（低电压电源芯片）将5伏转换成3.3VSpx1117为一个低功耗正向电压调节器，其可用在一些高效率，小封装的低功耗设计中2022/7/1930共六十三页RTC POWER(时钟(shzhng)电源）VDDRTC引脚,RTC电源输入引脚，直流1.8V0.15V时钟(shzhng)电源是一个独立电源供电，使用一个3v的电池2022/7/1931共六十三页JTAG调试(dio sh)口JTAG接口J29上的信号nTRST连接到S3C2410A芯片的TRST引脚，达到控制(kngzh)S3C2410A复位的

7、目的；根据S3C2410A数据手册说明，nTRST, TDI, TMS和TCK引脚上需要连接一个10K欧姆的上拉电阻；2022/7/1932共六十三页A/D测量(cling)（ADC)直流电压测量电路（利用A/D测量）可调电阻 W1,W2用于调整ADC的输入电压用户可以在VIN1,VIN2测试点检查(jinch)当前电压值2022/7/1933共六十三页VREF(ADC参考(cnko)电压）Vref引脚ADC参考电源输入，直流3.3V，参考电源的精度和稳定性会直接影响A/D结果A/D转换中需要一个参考电压(diny)值Vref电路中3.3V的电压引入，经过 一个滤波网络，获得一个较稳定的ADC

8、参考电压2022/7/1934共六十三页RESET（复位(f wi)）nRSTIN引脚手动复位控制输入端当nRSTIN为低电平时系统复位此引脚可以悬空，这样(zhyng)系统只使用上电复位2022/7/1935共六十三页启动方式(fngsh)选择电路OMO引脚启动方式选择输入(shr)当OMO为低电平时，NAND Flash启动方式(即核心板上的K9F1208UOB)当OMO为高电平或悬空时，NOR Flash启动方式(即核心板上的SST39VFl601) 2022/7/1936共六十三页LED电路(dinl)2410芯片端口GPE11,GPE12,GPE4,GPE6分别控制三极管的开关(ki

9、gun)状态，最终控制LED的亮和灭当输出为高电平时，LED灯亮。输出低电平时，LED灯熄灭2022/7/1937共六十三页蜂鸣器电路(dinl)由GPH10口电平变化(binhu)导致三极管通断，从而BUZZER（蜂鸣器）发声2022/7/1938共六十三页键盘及LED数码管显示(xinsh)电路2022/7/1939共六十三页MagicARM2410实验(shyn)箱主板上具有8位动态LED数码管和16个按键，使用了键盘与LED驱动芯片ZLG7290进行控制；ZLG7290是一款功能强大的键盘与LED驱动芯片，最大支持64个按键及8位共阴LED数码管；ZLG7290的电源采用3.3V，使用

10、Device ARM 2410核心板的nRSTOUT信号控制ZLG7290复位，在系统复位时将同时复位ZLG7290；ZLG7290的键盘中断输出信号与S3C2410A的中断引脚EINT4相连，当有按键按下时，ZLG7290将会输出中断信号通知S3C2410A；2022/7/1940共六十三页独立(dl)按键KEY1电路与S3C2410A的中断引脚EINT4相连当KEY1断开(dun ki)时，引脚EINT4为高电平。当KEY1按下时，引脚EINT4为低电平，引发中断2022/7/1941共六十三页RS232串口电路(dinl)由于系统是3.3V系统所以使用了SP3232E进行RS232电平转

11、换SP3232E是3.3V工作(gngzu)电源的RS232转换芯片2022/7/1942共六十三页RS485接口(ji ku)电路由于(yuy)系统是3.3V系统，所以使用了SP3485进行RS485电平转换SP3485是3.3V 工作电源的半双 工RS485收发器2022/7/1943共六十三页2. 嵌入式软件的交叉(jioch)开发交叉开发工具：一般包括文本编辑器、交叉编译器、交叉调试器、仿真器、下载器等工具交叉开发环境由宿主机和目标机组成，宿主机与目标机之间在物理连接的基础上建立起逻辑连接宿主机（Host）：是用于开发嵌入式系统的计算机，一般为PC机（或者工作站），具备丰富的软硬件资源

12、，为嵌入式软件的开发提供全过程支持；目标机（Target）：即所开发的嵌入式系统，是嵌入式软件的运行环境，其硬件软件是为特定应用定制的；在开发过程中，目标机端需接收和执行宿主机发出的各种命令如设置断点(dun din)、读内存、写内存等，将结果返回给宿主机，配合宿主机各方面的工作2022/7/1944共六十三页嵌入式软件交叉编译即在宿主机上编译生成(shn chn)另一种CPU（目标机，嵌入式微处理器）上的二进制程序；嵌入式软件的调试交叉调试方式Crash and Burn Rom Monitor Rom Emulator In Circuit Emulator On Chip Debuggi

13、ngSimulator方式（非交叉）2022/7/1945共六十三页Crash and Burn最早的嵌入式应用软件调试方法在宿主机上编写代码反复检查(jinch)代码直到编译通过，生成可执行程序将程序固化到目标机的非易失性存储器（E2PROM、FLASH等）中启动目标机运行，观察程序是否正常工作如果程序不能正常工作,则在宿主机上反复检查代码，查找问题根源改写代码 重复36，直到程序正常工作2022/7/1946共六十三页ROM MonitorROM Monitor是被固化且运行在目标机上的一段程序，负责监控目标机上被调试程序的运行，与宿主机端的调试器一起完成对应用程序的调试调试器与ROM M

14、onitor之间的通信遵循(zn xn)远程调试协议2022/7/1947共六十三页物理连接(linji)和逻辑连接(linji)物理连接是指宿主机与目标机通过(tnggu)物理线路连接在一起，连接方式主要有三种：串口以太网口OCD（On Chip Debug）方式如JTAG、BDM等逻辑连接指宿主机与目标机间按某种通信协议建立起来的通信连接，目前逐步形成了一些通信协议的标准物理连接是逻辑连接的基础2022/7/1948共六十三页ROM Monitor执行(zhxng)过程在目标机上电或复位后首先执行的就是ROM Monitor，它对目标机进行一些必要的初始化初始化要求的外围设备，如最基本的串

15、口和用于内存刷新的系统计时器芯片初始化用于下载映像的内存系统初始化中断(zhngdun)控制器和安装中断(zhngdun)处理程序2022/7/1949共六十三页ROM Monitor功能(gngnng)程序映像下载对目标机系统内存的读写 对寄存器的读写设置和清除不同类型(lixng)的断点单步执行指令复位系统其它一些调试功能2022/7/1950共六十三页ROM Monitor调试(dio sh)过程 启动目标机，监控器掌握对目标机的控制，等待和调试器建立连接启动调试器，并和监控器建立起通信连接使用调试器将应用程序下载(xi zi)到目标机上的RAM空间中2022/7/1951共六十三页使用

16、调试器进行调试，发出各种调试命令，监控器解释并执行这些命令，通过目标机上的各种异常来获取对目标机的控制，将命令执行结果回传给调试器如果程序有问题，在调试器的帮助下定位错误；修改之后再重新编译链接并下载(xi zi)程序，开始新的调试，如此反复直至程序正确运行为止2022/7/1952共六十三页优点 提高调试程序的效率 ，缩短开发周期，降低成本简单、方便可扩展性强，可支持许多高级调试功能 成本低廉，不需专门的调试硬件支持 几乎(jh)所有的交叉调试器都支持这种方式 2022/7/1953共六十三页缺点Debug Monitor需要用Crash and Burn方法开发。当ROM Monitor占

17、用CPU时，应用程序不响应(xingyng)外部的中断，因此不便调试有时间特性的程序。某些调试功能依赖于CPU硬件的支持（如硬件断点功能）ROM Monitor要占用目标机一定数量的资源，如CPU、RAM、ROM和通信设备等资源调试环境不同于实际目标环境2022/7/1954共六十三页ROM EmulatorROM Emulator是一种用于替代目标机上的ROM芯片的设备，即ROM仿真器利用(lyng)这种设备，目标机可以没有ROM芯片，但目标机的CPU可以读取ROM Emulator设备上RAM芯片的内容ROM Emulator设备上的RAM芯片的地址可以实时地映射到目标机的ROM地址空间，

18、从而仿真（Emulation）目标机的ROM 2022/7/1955共六十三页优点目标机可以没有ROM芯片、可以使用ROM Emulator提供的RAM空间且不需要(xyo)用别的工具来写RAM缺点目标机必须能支持外部ROM存储空间，而且由于其通常要和ROM Monitor配合使用，因此它拥有ROM Monitor的所有缺点2022/7/1956共六十三页ICE（In-Circuit Emulator）ICE（In-Circuit Emulator）是一种(y zhn)用于替代目标机上CPU的设备，即在线仿真器它比一般的CPU有更多的引出线，能够将内部的信号输出到被控制的目标机ICE上的Mem

19、ory也可以被映射到用户的程序空间，这样即使目标机不存在的情形下也可以进行代码的调试2022/7/1957共六十三页连接ICE和目标机时，一般是将目标机的CPU取下，而将ICE的CPU引出线接到目标机的CPU插槽用ICE进行调试(dio sh)时，在Host端运行的调试器通过ICE来控制目标机上运行的程序2022/7/1958共六十三页适用于调试实时的应用系统 调试设备驱动程序 对硬件进行功能和性能的测试(csh) 实时性能分析 缺点价格太昂贵，不利于团队开发所仿CPU有限2022/7/1959共六十三页OCD (On Chip Debugging)OCD（On Chip Debugging）是CPU芯片提供(tgng)的一种调试功能（片上调试），可以认为是一种廉价的ICE功能OCD的价格