基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计

第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计3.1基本电路设计3.2存储器系统设计3.3S3C2410X的串行通信设计3.4S3C2410X的键盘及LED驱动设计3.5S3C2410X的D/A功能应用开发第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计3.1基本电路设计3.1.1电源电路设计S3C2410X需要3.3V和1.8V两种供电电压，是由5V电源电压经LM1085-3.3V和AS1117-1.8V分别得到3.3V和1.8V的工作电压。开发板上的芯片多数使用了3.3V电压，而1.8V是供给S3C2410内核使用的。5V电压供给音频功放芯片、LCD、电机、硬盘、CAN总线等电路使用。具体如图3.1所示。第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计RTC电路的电压是1.8V，实际是将电池电压或3.3V电压经过两个BAV99（等价于4个二极管串联）降压后得到的。如图3.2所示。图3.2RTC电路的电压原理图第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计3.1.2复位电路设计硬件复位电路实现对电源电压的监控和手动复位操作。IMP811T的复位电平可以使CPUJTAG（nTRST）和板级系统（nRESET）全部复位；RESET反相后得到nRESET信号。图3.3系统的复位电路第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计3.1.3晶振电路设计S3C2410X微处理器的主时钟可以由外部时钟源提供，也可以由外部振荡器提供，通过引脚OM[3:2]来进行选择。OM[3:2]=00时，MPLL和UPLL的时钟均选择外部振荡器；OM[3:2]=01时，MPLL的时钟选择外部振荡器；UPLL选择外部时钟源；OM[3:2]=10时，MPLL的时钟选择外部时钟源；UPLL选择外部振荡器；OM[3:2]=11时，MPLL和UPLL的时钟均选择外部时钟源。第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计该系统中选择OM[3:2]均接地的方式，即采用外部振荡器提供系统时钟。外部振荡器由12MHz晶振和2个15pF的微调电容组成。如图3.4所示，图3.4晶振电路原理图第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计图3.5所示的是S3C2410X应用系统所需的RTC时钟电路图，电路由12MHz晶振和2个15pF的电容组成，振荡电路的输出接到S3C2410X微处理器的XTlpll脚，输入由XTOpll提供。12MHz的晶振频率经S3C2410X内部PLL电路的倍频后可达203MHz。图3.5系统时钟的选择第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计3.2存储器系统设计在嵌入式应用系统中，通常使用3种存储器接口电路，NorFlash接口、NandFlash接口和SDRAM接口电路。引导程序既可存储在NorFlash中，也可存储在NandFlash中。而SDRAM中存储的是执行中的程序和产生的数据。存储在NorFlash中的程序可直接执行，与在SDRAM执行相比速度较慢。存储在NandFlash中的程序，需要拷贝到RAM中去执行。第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计3.2.18位存储器接口设计由于ARM微处理器的体系结构支持8位/16位/32位的存储器系统，相应地可以构建8位的存储器系统、16位的存储器系统或32位的存储器系统，在采用8位存储器构成8位/16位/32位的存储器系统时，除数据总线的连接不同之处，其它的信号线的连接方法基本相同。第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计1．构建8位的存储器系统采用8位存储器构成8位的存储器系统如图3.6所示。此时，在初始化程序中还必须通过BWSCON寄存器中的DWn设置为00，选择8位的总线方式。●存储器的nOE端接S3C2410X的nOE引脚；●存储器的nWE端接S3C2410X的nWE引脚；●存储器的nCE端接S3C2410X的nGCSn引脚；●存储器的地址总线[A15～A0]与S3C2410X的地址总线[ADDR15～ADDR0]相连；●存储器的8位数据总线[DQ7～DQ0]与S3C2410X的数据总线[DATA7～DATA0]相连。第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计2．构建16位的存储器系统采用两片8位存储器芯片以并联方式可构成16位的存储器系统，如图3.7所示，此时，在初始化程序中将BWSCON寄存器中的DWn设置为01，选择16位的总线方式。●存储器的nOE端接S3C2410X的nOE引脚；●低8位的存储器的nWE端接S3C2410X的nWBE0引脚，高8位的存储器的nWE端接S3C2410X的nWBE1引脚；●存储器的nCE端接S3C2410X的nGCSn引脚；●存储器的地址总线[A15～A0]与S3C2410X的地址总线[ADDR16～ADDR1]相连；●低8位的存储器的8位数据总线[DQ7～DQ0]与S3C2410X的数据总线[DATA7～DATA0]相连，高8位的存储器的8位数据总线[DQ7～DQ0]与S3C2410X的数据总线[DATA15～DATA8]相连。第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计3．构建32位的存储器系统采用四片8位存储器芯片以并联方式可构成32位的存储器系统，如图3.8所示，此时，在初始化程序中将BWSCON寄存器中的DWn设置为10，选择32位的总线方式。●存储器的nOE端接S3C2410X的nOE引脚；●低8位的存储器的nWE端接S3C2410X的nWBE0引脚，次低8位的存储器的nWE端接S3C2410X的nWBE1引脚，次高8位的存储器的nWE端接S3C2410X的nWBE2引脚，高8位的存储器的nWE端接S3C2410X的nWBE3引脚；●存储器的nCE端接S3C2410X的nGCSn引脚；●存储器的地址总线[A15～A0]与S3C2410X的地址总线[ADDR17～ADDR2]相连。第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计图3.832位存储器系统第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计3.2.2SDRAM接口电路设计在ARM嵌入式应用系统中，SDRAM主要用于程序的运行空间、数据及堆栈区。当系统启动时，CPU首先从复位地址0x0处读取启动程序代码，完成系统的初始化后，为提高系统的运行的速度，程序代码通常装入到SDRAM中运行。在S3C2410X片内具有独立的SDRAM刷新控制逻辑电路，可方便地与SDRAM接口。目前常用的SDRAM芯片有8位和16位的数据宽度、工作电压一般为3.3V。主要生产厂商有HYUNDAI、Winbond等，下面以K4S561632C-TC75为例说明其与S3C2410X的接口方法，构成16Mx32位的存储系统。第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计K4S561632C-TC75存储器是4组×4M×16位的动态存储器，工作电压为3.3V，其封装形式为54脚TSOP，兼容LVTTL接口，数据宽度为16位，支持自动刷新（Auto-Refresh）和自刷新(Self-Refresh)。其引脚如图3.9所示，引脚功能如表3.1所示。图3.9K4S561632C-TC75引脚图第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计引脚名称说明CLK时钟时钟输入CKE时钟使能片内时钟信号使能CS*片选为低电平时芯片才能工作BA0、BA1组地址选择用于片内4个组选择A12～A0地址总线为行、列的地址线RAS*行地址锁存低电平时锁存行地址CAS*列地址锁存低电平时锁存列地址WE*写使能使能写信号和允许列改写，WE*和CAS*有效时锁存数据LDQM、UDQM数据I/O屏蔽在读模式下控制输出缓冲，写模式下屏蔽输入数据DQ15～DQ0数据总线数据输入/输出引脚VDD/VSS电源/地内部电源及输入缓冲电源/地VDDQ/VSSQ电源/地输出缓冲电源/地NC空空引脚表3.1K4S561632C-TC75引脚功能表第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计采用两片K4S561632C-TC75存储器芯片可组成16M×32位SDRAN存储器系统，其片选信号CS*接S3C2410X的nGCS6引脚，具体连线如图3.10所示。图3.10K4S561632C-TC75组成的32位SDRAM存储器系统第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计3.2.3Flash接口电路设计Flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。目前所做用的Flash芯片主要有NorFlash和NandFlash两种。但这两种Flash芯片在某些方面存在一定的差异，如：Nand器件执行擦除操作简单，而Nor则要求在进行写入前先将目标块内所有的位都写为0；Nor的读速度比Nand稍快一些；Nand的写入速度比Nor快很多，Nand需4ms擦除，而Nor需要5s快。NandFlash的单元尺寸几乎是Nor器件的一半，由于生产过程更为简单，其价格低。在Nand闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而Nor的擦写次数是十万次。第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计Nor具有XIP（eXecuteInPlace，芯片内执行）特性，应用程序可以直接在Flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。Nor的传输效率很高，在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。Nand结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。在接口方面，NorFlash和NandFlash也存在着差别。NorFlash带有SRAM接口，Nand器件使用复杂的I/O口来串行存取数据。第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计1．NorFlash与S3C2410X微处理器接口设计SST39LF/VF160是1MX16位的CMOS芯片，SST39LF160工作电压为3.0～3.6V，SST39VF160工作电压为2.7～3.6V，采用48脚TSOP封装或TFBGA封装，16位数据宽度，以字模式（16位数据宽度）的方式工作。SST39VF160的在系统编程和编程操作仅需3.3V电压，通过命令可以对芯片进行编程（烧写）、擦除（整片擦除和按扇区擦除）以及其他操作。SST39LF/VF160的引脚图如图3.11所示，引脚功能如表3.2所示。第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计图3.11SST39LF/VF160的引脚图第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计表3.2SST39LF160/SST39VF160引脚功能表引脚名称说明CE*片选为低电平时芯片才能工作OE*输出使能用于片内4个组选择A19～A0地址总线地址线WE*写使能使能写信号和允许列改写DQ15～DQ0数据总线数据输入/输出引脚VDD电源3.3V电源VSS地地NC空空引脚表3.2SST39LF160/SST39VF160引脚功能表第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计嵌入式应用系统中，常见的NorFlash存储器芯片单片容量有1MB、2MB、4MB、8MB、16MB等。下面以SST39VF160为例，简述其与S3C2410X微处理器的连线，构成1MX16位的存储器系统。SST39VF160的OE*与S3C2410X的nOE相连；WE*与S3C2410X的nWE相连；地址总线[A19～A0]与S3C2410X的地址总线[ADDR20～ADDR1]相连（注：因为是16位的存储器系统，半字对齐，所以S3C2410X的A0不用连线）；16位的数据总线[DQ15～DQ0]与S3C2410X的低16位数据总线[XDATA15～XDATA0]相连，如图3.12所示。第3章基于S3C2410X处理器的嵌入式应用系统设计图3.12SST39LF/VF160的存储系统电路图V