嵌入式系统设计与开发(章坚武)ZXM0909第4章概要
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1、1 1第4章 基于S3C2410的硬件电路设计4.1 基于微处理器的嵌入式系统的硬件设计4.2 存储系统的分析与设计4.3 通用I/O接口的设计4.4 人机交互接口练习题第4章 基于S3C2410的硬件电路设计2 2第4章 基于S3C2410的硬件电路设计 4.1 基于微处理器的嵌入式系统的硬件设计因为嵌入式系统通常是针对某个特定的应用而设计的专用系统，它不是像PC那样的通用系统，所以对于嵌入式系统的硬件设计，通常需要根据应用的需求来进行设计，做到好用、够用即可，在满足特定应用的基础上，无须像通用系统那样去追求更高的速度或更多的功能。3 3第4章 基于S3C2410的硬件电路设计4.1.1 微
2、处理器芯片选型的一般原则目前嵌入式处理器的型号越来越多，尤其以ARM处理器为甚，在选择以ARM为基础来开发嵌入式系统时，首要的任务就是要选择一款合适的ARM处理器。下面是在选择ARM处理器时需要考虑的几个问题。4 4第4章 基于S3C2410的硬件电路设计1MMU支持 对于采用操作系统的应用，一些操作系统(如WinCE、Linux等)需要MMU(内存管理单元)的支持才可正常运行，所以在需要使用这些操作系统时，应注意所选的ARM处理器是否具有MMU。例如基于ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM等核的处理器具有MMU，可以为那些需要MMU的操作系统正
3、常运行提供一个必要条件；又如基于ARM720TDMI核的处理器不具有MMU，那么在采取的操作系统需要MMU支持的条件下，该类处理器在选型时就应被排除在外。对于S3C2410，其内核为ARM920T，带有MMU，因此可以用于运行WinCE、Linux操作系统。5 5第4章 基于S3C2410的硬件电路设计2工作频率工作频率是衡量处理器性能高低的一个重要指标。虽然在嵌入式硬件设计上并不提倡一味追求高速度，但也要满足应用实时性或者快速响应时间的要求，即要在规定的时间内完成指定的工作。因此，必须对具体应用的性能需求进行评估，然后根据评估结果确定处理器的工作频率。6 6第4章 基于S3C2410的硬件电
4、路设计对于ARM处理器，ARM7系列处理器的典型处理能力为0.9 MIPS/MHz，工作频率一般为20133 MHz；ARM9系列处理器的典型处理能力为1.1 MIPS/MHz，工作频率常见为100233 MHz；ARM10系列处理器的工作频率可高达700 MHz。S3C2410的典型工作频率为200 MHz，这对于运行Linux及QT图形界面通常是能够满足要求的。7 7第4章 基于S3C2410的硬件电路设计3功耗一些电源受限的应用场合(如手持设备)，对器件的功耗是非常敏感的。一方面功耗与处理器的性能有关，性能越高，通常功耗也越高；另一方面，和处理器所采用的节能技术有关，如通过先进的电源管理
5、技术来达到节能的目的。S3C2410是一款专门针对手持设备而设计的低功耗处理器，具有多种电源使用模式以便节约能量消耗，另外，根据实际应用，还可通过降低其工作频率来达到节能的目的。8 8第4章 基于S3C2410的硬件电路设计4外围接口及其他扩展功能处理器通常需要通过各种接口与其他外设协同才能组成一套完整的系统，目前的ARM处理器通常是以SOC(片上系统)的形式出现的，即一个芯片包含了整个系统所需的各种功能，这样，对于片内已有的资源(接口等)，用户就可以直接拿来用，而无需再自行进行设计，极大地方便了产品的开发，对于产品的小型化也起到了很大的帮助。另外，一些处理器本身就是根据特定的应用(如视频编/
6、解码、网络应用等)来设计的，而且处理器针对这些应用做出了很多的优化，所以在符合应用要求的时候，可优先考虑采用这类专用处理器。9 9第4章 基于S3C2410的硬件电路设计S3C2410提供了丰富的片上功能：(1) 微控制器的工作电压为内部1.8 V、存储器3.3 V、外部I/O 3.3 V，并具有16 KB I-Cache/16 KB D-Cache及MMU；(2) 外部存储控制器(SDRAM控制及片选信号)；(3) LCD控制器(支持高达4 K色的STN及256K色的TFT)具有1-ch LCD专用DMA；(4) 4-ch具有外部请求引脚的DMA；(5) 3-ch UART/2-ch SPI
7、；(6) 1-ch multi-master IIC-总线/1-ch IIS总线控制器；(7) SD主机接口；1010第4章 基于S3C2410的硬件电路设计(8) 2-port USB 主机接口/1-port USB设备接口(ver. 1.1)；(9) 4-ch PWM定时器及1-ch内部定时器；(10) 看门狗定时器；(11) 117个GPIO引脚/24-ch外部中断源；(12) 电源控制普通、慢速、休眠及关闭；(13) 8-ch 10-bit ADC及触摸屏接口；(14) 具有日历功能的RTC；(15) 具有PLL的片上时钟发生器。1111第4章 基于S3C2410的硬件电路设计5其他需
8、要考虑的因素对于实际的产品，还要考虑处理器的应用场合(如民用、工业、军事等)、工作条件(如工作温度等)、机械尺寸和成本价格等。1212第4章 基于S3C2410的硬件电路设计4.1.2 多路时钟电路的设计S3C2410处理器内部集成时钟控制单元，通过外部输入的时钟源，生成系统所需的各种时钟。S3C2410支持多种时钟源，时钟源又可分为两种：一种是供系统工作使用，频率较高，时钟控制单元通过该时钟源生成系统工作所需要的各种时钟；另一种是供RTC(实时时钟)使用，主要用于记录日期、时间等信息。对于后者，只需为S3C2410提供一块32.768 kHz的晶体即可。下面主要说明前一种时钟电路的设计。13
9、13第4章 基于S3C2410的硬件电路设计S3C2410内部的时钟控制单元可以产生所需的各种时钟信号，包括用于CPU的FCLK、用于AHB总线外围的HCLK以及用于APB总线外围的PCLK。S3C2410内部有两个PLL(锁相环)：一个用于FCLK、HCLK和PCLK，另一个用于USB模块(48 MHz)。时钟控制单元可以在不使用PLL的情况下产生慢速时钟，并可通过软件控制时钟信号与外围模块的通断来减少电能消耗。1414第4章 基于S3C2410的硬件电路设计从图4-1所示的时钟控制单元框图我们可以看到，主时钟源由外部的无源晶体(XTIpll)或外部的有源晶振(EXTCLK)引入。在使用晶体
10、时，时钟控制单元内部为其提供了一个振荡电路(OSC)，以便产生所需的时钟信号。在硬件系统设计时，可以选择只使用晶体或只使用晶振来为整个系统提供时钟源，也可以由晶体和晶振为不同的时钟信号分别提供时钟源。时钟源的选择可以通过模式控制引脚(OM3和OM2)来设定。OM3:2的状态与时钟源选择的关系可参考表4-1。S3C2410在nRESET的上升沿读取OM3:2的状态。1515第4章 基于S3C2410的硬件电路设计图4-1 时钟控制单元框图1616第4章 基于S3C2410的硬件电路设计1717第4章 基于S3C2410的硬件电路设计下面给出两个S3C2410与主时钟源连接的例子，如图4-2所示。
11、图4-2 主时钟源的例子(a) X-TAL Oscillation(OM3:2=00)；(b) Extemal Clock Source(OM3:2=11)1818第4章 基于S3C2410的硬件电路设计4.1.3 电源电路的设计S3C2410的电源管理功能可以通过软件来控制系统内的各个时钟信号，以便于减少系统的电能消耗。与S3C2410相关的有PLL、各种时钟信号(FCLK、HCLK及PCLK)以及唤醒信号，图4-3所示为S3C2410内部的时钟信号分布。因为S3C2410可以通过软件来控制系统内的各个时钟信号，所以为其规定了四种电源模式：NORMAL模式、IDLE模式、SLOW模式和POW
