1、第第5章章ARM系统硬件系统硬件设计设计内内 容容单片机系统简介单片机系统简介5.1 JXARM9-2410硬件组成硬件组成5.2 最小系统的设计最小系统的设计5.3 外设及系统总线外设及系统总线5.4 印制板的设计印制板的设计5.5 硬件系统的调试硬件系统的调试单片机系统简介单片机系统简介单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的术把具有数据处理能力的中央处理器中央处理器CPU 、随机存储器、随机存储器RAM、只读存储器、只读存储器ROM、多种、多种I/O口和中断系统、定时器口和中断系统、定时器/计时器等功能计时
2、器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）转换器等电路）集成到一块硅片上集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。构成的一个小而完善的计算机系统。 单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有等电脑配件中都配有1-2部单片
3、机。而个人电脑中也会有为部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！作！单片机芯片示例单片机芯片示例1、一个嵌入式处理器是不能独立工作的，必须给它供电、加、一个嵌入式处理器是不能独立工作的，必须给它供电、加上时钟信号、提供复位信号，如果芯片没有片内程序存储器，上时钟信号、提供复位信号，如果芯片没有片内程序存储器，则还要加上存储器系统，然后嵌入式处理器才可能工作。则还要加上存储器系统，然后嵌入式处理器才可能工
4、作。2、这些提供嵌入式处理器运行所必须的条件的电路与嵌入式、这些提供嵌入式处理器运行所必须的条件的电路与嵌入式处理器共同构成了这个嵌入式处理器的最小系统。处理器共同构成了这个嵌入式处理器的最小系统。单片机最小系统示例单片机最小系统示例单片机最小系统示例单片机最小系统示例电压转换电路电压转换电路7805: 三端稳压器件三端稳压器件;78xx/79xx 系列系列三端稳压器件三端稳压器件是最常用的是最常用的线线性降压型性降压型 DC/DC 转换器转换器，目前也有大量先进的，目前也有大量先进的 DC/DC 转换器层转换器层出不穷，例如出不穷，例如低压差线性稳压器低压差线性稳压器 LDO等等, （例如，
5、（例如，NSC 的的 LM2940、LM2651、LM5020，MAXIAM 的的 MAX1747 等等）。等等）。 78xx/79 系列简单易用、价格低廉，直到今天还在大多电路中采系列简单易用、价格低廉，直到今天还在大多电路中采用。用。 如如7805，7806，7809，7812，7815，7824，（，（79）。以）。以及三瑞可调稳压（及三瑞可调稳压（LM317,337,338.） DS1302 是美国是美国DALLAS公司推出的一种高性公司推出的一种高性能、低功耗、带能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，以对年、月、日、周日
6、、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。数据。 最小系统实物图示例最小系统实物图示例最小系统实物图示例最小系统实物图示例最小系统实物图示例最小系统实物图示例嵌入式系统的软硬件框架嵌入式系统的软硬件框架嵌入式嵌入式微处理器微处理器最小系统最小系统SDRAMSDRAMROMROMI/OI/OA/DA/DD/AD/A人机交互接口人机交互接口通用接口通用接口实时操作系统(实时操作系统(R
7、TOS)RTOS)图形用户图形用户接口接口BSP/HAL 硬件抽象层/板极支持包BSP/HAL 硬件抽象层/板极支持包文件系统文件系统应用程序应用程序嵌入式系统嵌入式系统硬件层硬件层OS层OS层驱动层驱动层应用层应用层软件软件硬件硬件串口、并口、USB、以太网等LED、LCD、触摸屏、鼠标、键盘等Linux、uCLinux、uC/OS-II、WINDOWS CE等ARM 微处理器结构微处理器结构RISCCISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）结构和复杂指令集计算机）结构和RISC（Reduced Instruction Set Comput
8、er，精简指令集计算机），精简指令集计算机）的概念，的概念，RISC体系结构应具有如下特点：体系结构应具有如下特点：v采用固定长度的指令格式，指令整齐、简单、基本采用固定长度的指令格式，指令整齐、简单、基本寻址方式有寻址方式有23种；种；v使用单周期指令，便于流水线操作执行；使用单周期指令，便于流水线操作执行；v大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。令的执行效率。RISC结构的结构的ARM 微处理器微处理器1.所有的指令都可根据前面的执行结果
9、决定所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率；是否被执行，从而提高指令的执行效率；v例如：例如： andsr2, r2, #7beqstop2.可用加载可用加载/存储指令存储指令批量传输批量传输数据，以提高数据，以提高数据的传输效率；数据的传输效率；3.可在一条数据处理指令中可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处同时完成逻辑处理和移位处理理和移位处理；4.在循环处理中使用地址的自动增减来提高在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。运行效率。ARM 微处理器的指令结构微处理器的指令结构ARM微处理器支持两种指令集：微处理器支持两种指令集：vARM指令集：指令集：
10、 ARM指令为指令为32位的长度位的长度vThumb指令集：指令集：Thumb指令为指令为16位长度位长度Thumb指令集为指令集为ARM指令集的功能指令集的功能子集，但与等价的子集，但与等价的ARM代码相比较，代码相比较，可节省可节省3040以上的存储空间，以上的存储空间，同时具备同时具备32位代码的所有优点。位代码的所有优点。ARM 体系结构的存储器格式体系结构的存储器格式ARM体系结构所支持的最大寻址空间为体系结构所支持的最大寻址空间为4GB（232字节）字节）ARM体系结构可以用两种方法存储字数体系结构可以用两种方法存储字数据，称之为大端格式（低字放在高地址据，称之为大端格式（低字放在
11、高地址处）和处）和小端格式小端格式 (低字放在低地址处）低字放在低地址处）ARM体系结构将存储器看作是体系结构将存储器看作是从零地址从零地址开始的字节的线性组合。开始的字节的线性组合。从零字节到三从零字节到三字节放置第一个存储的字数据，从第四字节放置第一个存储的字数据，从第四个字节到第七个字节放置第二个存储的个字节到第七个字节放置第二个存储的字数据，依次排列。字数据，依次排列。X86系统主板系统主板内存内存总线插槽总线插槽网卡网卡CPUCPU串行接口串行接口USB接口接口芯片组芯片组显卡显卡5.1 JXARM9-2410 JXARM9-2410教学系统的硬件组成教学系统的硬件组成本章将以武汉创
12、维特公司生产的本章将以武汉创维特公司生产的JXARM9-2410教学系统为原型，详细分析系统的硬件设教学系统为原型，详细分析系统的硬件设计步骤、实现细节以及调试技巧等计步骤、实现细节以及调试技巧等S S3 3C C4 44 4B B0 0X XF Fl la as sh h( (B BI IO OS S) )U US SB B接接口口R RS S- - 2 23 32 2 接接口口J JT TA AG G 调调试试端端口口L LC CD D显显示示及及触触摸摸屏屏键键盘盘接接口口以以太太网网接接口口音音频频接接口口基基于于A AR RM M9 92 20 0T T的的3 32 2位位微微处处理
13、理器器S Sa am ms su un ng gS S3 3C C2 24 41 10 0X X最最小小系系统统U US SB B接接口口R RS S- - 2 23 32 2 接接口口J JT TA AG G 调调试试端端口口L LC CD D显显示示及及触触摸摸屏屏以以太太网网接接口口音音频频接接口口6 64 4M MB B S SD DR RA AM M系系统统内内存存3 32 2M M字字节节1 16 6M M字字节节N NA AN ND D F FL LA AS SH HS3C2410X内部结构图内部结构图S3C2410X片上资源片上资源ARM920T核、工作频率核、工作频率203M
14、Hz；16KB 数据数据Cache， 16KB 指令指令Cache，MMU，外部存储器控，外部存储器控制器；制器；LCD控制器（支持黑白、灰度、控制器（支持黑白、灰度、Color STN、TFT屏），触摸屏），触摸屏接口；屏接口；NAND FLASH控制器，控制器，SD/MMC接口支持，接口支持，4个个DMA通道通道3通道通道UART、1个多主个多主I2C总线控制器、总线控制器、1个个IIS总线控制器总线控制器4通道通道PWM定时器及一个内部定时器；定时器及一个内部定时器；117个通用个通用I/O口；口； 24个外部中断源；个外部中断源；两个两个USB主主/一个一个USB从；从；8通道通道10
15、位位ADC；实时时钟及看门狗定时器等。实时时钟及看门狗定时器等。S3C2410X特性特性内核内核:1.8V I/O及存储器及存储器 : 3.3V电源管理模式：电源管理模式：Normal、Slow、Idle、Power off 272-FBGAS3C2410X的引脚分布图的引脚分布图S3C2410X的存储器映射的存储器映射总线控制信号总线控制信号SDRAM/SRAMNAND FlashLCD控制信号控制信号中断控制信号中断控制信号DMA控制信号控制信号UART控制信号控制信号ADCIIC-BUS控制信号控制信号IIS-BUS控制信号控制信号触摸屏接口控制信号触摸屏接口控制信号USB主接口信号主接
16、口信号USB从接口信号从接口信号SPI接口信号接口信号GPIOTIMER/PWM控制信号控制信号复位和时钟信号复位和时钟信号JTAG测试逻辑测试逻辑电源电源5.2 最小系统的设计最小系统的设计1、一个嵌入式处理器是不能独立工作的，必须给它、一个嵌入式处理器是不能独立工作的，必须给它供供电、加上时钟信号、提供复位信号电、加上时钟信号、提供复位信号，如果芯片没有片，如果芯片没有片内程序存储器，则还要加上内程序存储器，则还要加上存储器系统存储器系统，然后嵌入式，然后嵌入式处理器才可能工作。处理器才可能工作。2、这些提供嵌入式处理器运行所必须的条件的电路与、这些提供嵌入式处理器运行所必须的条件的电路与
17、嵌入式处理器共同构成了这个嵌入式处理器的最小系嵌入式处理器共同构成了这个嵌入式处理器的最小系统。统。3、大多数基于、大多数基于ARM9处理器核的微控制器都有调试接处理器核的微控制器都有调试接口，这部分在芯片实际工作时不是必需的，但因为这口，这部分在芯片实际工作时不是必需的，但因为这部分在开发时很重要，所以把这部分也归入到最小系部分在开发时很重要，所以把这部分也归入到最小系统中。统中。 最小系统框图嵌入式控制器时钟电路调试测试接口复位电路存储器电路电源电路可选，当嵌入式处理器中无存储器时，或需扩充存储器时，需加上。可选，方便调试和测试，一般都加上。电源电路电源电路-概述概述电源系统为整个系统提供
18、能量，是整个系统工作电源系统为整个系统提供能量，是整个系统工作的基础，具有的基础，具有极其重要极其重要的地位。电源系统处理的的地位。电源系统处理的好坏，将直接影响到整个系统的好坏，将直接影响到整个系统的稳定性、可靠性稳定性、可靠性等。多电源系统的设计、电源的分配、等。多电源系统的设计、电源的分配、印制板设印制板设计计中电源的设计等，都是必须考虑的。中电源的设计等，都是必须考虑的。电源电路电源电路-考虑的因素考虑的因素1. 输入的输入的电压范围、电流电压范围、电流；2. 输出的电压、最大电流、输出的电压、最大电流、最大功率最大功率；3. 输出输出纹波大小纹波大小；4. 安全因素；安全因素； 5.
19、 电池兼容和电池兼容和电磁干扰电磁干扰；6. 体积要求；体积要求；7. 成本要求。成本要求。电源电路电源电路-需求分析需求分析1、一般是、一般是多电源系统多电源系统，I/O一般为一般为3.3V供电，供电，内核为内核为2.5V（S3C44B0）、）、 1.8V（S3C2410）或或1.25V（PXA255）供电，有可能还包含）供电，有可能还包含5V或或12V等电源；等电源；2、 一般将一般将数字电源数字电源和和模拟电源模拟电源分别供电；分别供电；3、要求电源纹波比较小，一般采用、要求电源纹波比较小，一般采用LDO供电；供电；(LDO是是low dropout regulator，意为低压差线，意
20、为低压差线性稳压器性稳压器,用于用于电压转换电压转换)。 电源电路电源电路-芯片选型芯片选型1、有很多厂家均生产、有很多厂家均生产LDO DC-DC转换芯转换芯片片，如，如Maxim、Linear、 Sipex 、TI、 Microchip等；等；2、转换到转换到5V的芯片有的芯片有UA7805、TL750L05、LTC3425、REG1117-5等；等； 3、转换到转换到3.3V的芯片有的芯片有LT1083（7.5A）、）、 LT1084 （5A） 、LT1085 （3A）、）、 LT1086（1.5A），），REG1117-3.3等；等；电源电路电源电路-参考电路参考电路时钟电路时钟电路目
21、前所有的微处理器均为时序电路，需要一个时钟信号才能工作，目前所有的微处理器均为时序电路，需要一个时钟信号才能工作，大多数微处理器具有内部晶体振荡器大多数微处理器具有内部晶体振荡器。简单的方法是利用微处理。简单的方法是利用微处理器内部的晶体振荡器，但有些场合（如需减少功耗、需要严格同器内部的晶体振荡器，但有些场合（如需减少功耗、需要严格同步等情况）需要使用外部振荡源提供时钟信号。步等情况）需要使用外部振荡源提供时钟信号。如图如图5-4 为使用内部晶体振荡器的时钟电路，图为使用内部晶体振荡器的时钟电路，图5-5 使用外部振荡使用外部振荡源的时钟电路。源的时钟电路。OM2、OM3的不同设置，用于的不
22、同设置，用于S3C2410区别是使区别是使用的内部晶体振荡器还是外部振荡源用的内部晶体振荡器还是外部振荡源。时钟电路（续）时钟电路（续）1、根据、根据S3C2410X的最高工作频率以及的最高工作频率以及PLL（锁（锁向环）电路的工作方式，选择向环）电路的工作方式，选择12MHz的无源晶振的无源晶振。12MHz的晶振频率经过的晶振频率经过S3C2410X片内的片内的PLL电电路倍频后，可达到路倍频后，可达到202.8MHz的频率的频率。2、片内的、片内的PLL电路兼有频率放大和信号提纯电路兼有频率放大和信号提纯的功能，因此，系统可以以较低的外部时钟信的功能，因此，系统可以以较低的外部时钟信号获得
23、较高的工作频率，以降低因高速开关时号获得较高的工作频率，以降低因高速开关时钟所造成的高频噪声。钟所造成的高频噪声。复位电路复位电路复位电路有复位电路有RC复位电路、监控芯片复位电路、看复位电路、监控芯片复位电路、看门狗复位电路等。如图门狗复位电路等。如图5-6为由为由RC电路及施密特电路及施密特触发器组成的复位电路；图触发器组成的复位电路；图5-7为由监控芯片组成为由监控芯片组成的复位电路：的复位电路： 看门狗看门狗,又叫又叫 watchdog timer(DWT),是一个是一个定定时器电路时器电路, 一般有一一般有一个输入个输入,叫喂狗叫喂狗(kicking the dog or servi
24、ce the dog),一个输出到一个输出到MCU(微控微控制器）的制器）的RST端端,MCU正常工作的时候正常工作的时候,每隔一每隔一端时间输出一个信号到喂狗端端时间输出一个信号到喂狗端,给给 WDT 清零清零,如果超过规定的时间不喂狗如果超过规定的时间不喂狗,(一般在程序跑飞一般在程序跑飞时时),WDT 定时超过定时超过,就会就会给出一个复位信号给出一个复位信号到到MCU,使使MCU复位复位. 防止防止MCU死机死机. 看门狗的看门狗的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。飞。 如图如图5-8，IMP706TESA为为看看门狗及电压监控芯片门狗
25、及电压监控芯片，内含，内含1个个1.6秒的看门狗定时器。当秒的看门狗定时器。当电源电压低于监控的门限电压电源电压低于监控的门限电压（3.08V）时，）时，/RESET输出低输出低电平，并产生电平，并产生200ms的复位延的复位延迟；当电源电压高于监控的门迟；当电源电压高于监控的门限电压时，限电压时，/RESET将输出高将输出高电平，从而产生上电复位信号。电平，从而产生上电复位信号。当当WDI无喂狗脉冲信号时，无喂狗脉冲信号时，1.6秒的看门狗定时器将溢出，秒的看门狗定时器将溢出，导致导致WDO端输出低电平，如端输出低电平，如果果JP1短接，则短接，则/MR端也为低端也为低电平，从而产生看门狗复
26、位，电平，从而产生看门狗复位，并产生并产生200ms的复位延迟。的复位延迟。 JTAG调试接口电路调试接口电路1、JTAG(Joint Test Action Group，联合测试行动小组，联合测试行动小组)是是一种国际标准测试协议，一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试进行仿真、调试。目前大多数比较复杂的器件都支持。目前大多数比较复杂的器件都支持JTAG协议，如协议，如ARM、DSP、FPGA器件等。器件等。2、标准的、标准的JTAG接口是接口是4线线：TMS、TCK、TDI、TDO，分，分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数
27、据别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。输出。3、通过、通过JTAG接口，接口，可对芯片内部的所有部件进行访问可对芯片内部的所有部件进行访问，因而是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。目前因而是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。目前JTAG接口的连接有两种标准，即接口的连接有两种标准，即14针接口和针接口和20针接口。针接口。典型的典型的JTAG接口电路接口电路 因为因为S3C2410的的JTAG接口为接口为CMOS电路，为电路，为了防止了防止JTAG接口影响程序的正常运行，在接口影响程序的正常运行，在nTRST、TDI、TMS、TCK输入接口信号上应输入接口信号上
28、应接上拉电阻。接上拉电阻。 20针JTAG接口必须接上拉电阻SDRAM接口电路设计接口电路设计SDRAM简介简介SDRAM:Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器，同步动态随机存储器同步同步是指是指 Memory工作需要同步时钟，工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准为基准;动态动态是指存储阵列需要不断的刷新来保是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；证数据不丢失；随机随机是指数据不是线性依次存储，而是是指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据读写。自由指定地址进行数
29、据读写。 SDRAM接口电路设计接口电路设计SDRAM简介简介与与Flash存储器相比较，存储器相比较，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于其存取速度大大高于Flash存储器，且具有读存储器，且具有读/写属性，因此，写属性，因此，SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间，数据及堆栈区。在系统中主要用作程序的运行空间，数据及堆栈区。当系统启动时，当系统启动时，CPU首先从复位地址首先从复位地址0 x0处读取启动代码，在完处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般应调入成系统的初始化后，程序代码一般应调入SDRAM中运行，以提中运行，以提高系
30、统的运行速度，同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在高系统的运行速度，同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在SDRAM中。中。SDRAM具有单位空间存储容量大和价格便宜的优点，已广泛应具有单位空间存储容量大和价格便宜的优点，已广泛应用在各种嵌入式系统中。用在各种嵌入式系统中。SDRAM的存储单元可以理解为一个电的存储单元可以理解为一个电容，总是倾向于放电，为避免数据丢失，必须定时刷新（充容，总是倾向于放电，为避免数据丢失，必须定时刷新（充电）。因此，要在系统中使用电）。因此，要在系统中使用SDRAM，就要求微处理器具有刷，就要求微处理器具有刷新控制逻辑，或在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。新控
31、制逻辑，或在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。S3C2410X在片内具有独立的在片内具有独立的SDRAM刷新控制逻辑，可方便地刷新控制逻辑，可方便地与与SDRAM接口。接口。SDRAM选型选型1、目前常用的、目前常用的SDRAM为为8位位/16位的数据宽度，工作电压一位的数据宽度，工作电压一般为般为3.3V。主要的生产厂商为。主要的生产厂商为HYUNDAI、Winbond等。他等。他们生产的同型器件一般具有相同的电气特性和封装形式，可们生产的同型器件一般具有相同的电气特性和封装形式，可通用。通用。本系统中使用本系统中使用Winbond的的57V561620或或W982516。57V561620存
32、储容量为存储容量为4组组4M字节字节，工作电压为，工作电压为3.3V，常见，常见封装为封装为54脚脚TSOP，兼容，兼容LVTTL接口，支持自动刷新（接口，支持自动刷新（Auto-Refresh）和自刷新（）和自刷新（Self-Refresh），），16位数据宽度。位数据宽度。57V561620引脚分布引脚分布57V561620引脚信号描述引脚信号描述SDRAM接口电路接口电路FLASH接口电路设计接口电路设计FLASH简介简介Flash存储器是一种存储器是一种可在系统（可在系统（In-System）进行电擦写）进行电擦写，掉电，掉电后信息不丢失的存储器。后信息不丢失的存储器。它具有低功耗、大
33、容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系它具有低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程（烧写）、擦除等特点，并且可由内部嵌入的算法完统编程（烧写）、擦除等特点，并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。用。作为一种非易失性存储器，作为一种非易失性存储器，Flash在系统中通常用于在系统中通常用于存放程序存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。等。FLASH选型选型常用的常用的Flash为为8位或位或16位的数据宽度，编程电压为
34、单位的数据宽度，编程电压为单3.3V。主要的生产厂商为主要的生产厂商为INTEL、ATMEL、AMD、HYUNDAI等。等。英蓓特系统中使用英蓓特系统中使用Am29LV160D。Am29LV160D存储容量为存储容量为2M字节字节，工作电压为，工作电压为3.3V, 数据宽数据宽度度8位位Am29LV160D 引脚信号描述引脚信号描述FLASH接口电路接口电路5.3 外设及系统总线外设及系统总线S3C2410X最小系统最小系统 + SDRAM + FLASH电路可构成一个完全电路可构成一个完全的嵌入式系统的嵌入式系统可运行于可运行于SDRAM中的程序，也可以运行中的程序，也可以运行FLASH中的
35、程序中的程序程序大小可以很大，如果将程序保存到程序大小可以很大，如果将程序保存到FLASH中，掉电后不中，掉电后不会丢失，因此，既可以通过会丢失，因此，既可以通过JTAG接口调试程序，也可以将程接口调试程序，也可以将程序烧写到序烧写到FLASH，然后运行，然后运行FLASH中的程序中的程序在此基础上加入必要的接口及其他电路，就构成了具体的在此基础上加入必要的接口及其他电路，就构成了具体的S3C2410X应用系统应用系统串口接口电路设计串口简介串口接口电路设计串口简介几乎所有的微控制器、几乎所有的微控制器、PC都提供串行接口，使用电子工业协都提供串行接口，使用电子工业协会（会（EIA）推荐的）推
36、荐的RS-232-C标准，这是一种很常用的串行数标准，这是一种很常用的串行数据传输总线标准。据传输总线标准。早期它被应用于计算机和终端通过电话线和早期它被应用于计算机和终端通过电话线和MODEM进行远进行远距离的数据传输，随着微型计算机和微控制器的发展，不仅距离的数据传输，随着微型计算机和微控制器的发展，不仅远距离，近距离也采用该通信方式。在近距离通信系统中，远距离，近距离也采用该通信方式。在近距离通信系统中，不再使用电话线和不再使用电话线和MODEM，而直接进行端到端的连接。，而直接进行端到端的连接。RS-232-C标准采用的接口是标准采用的接口是9芯或芯或25芯的芯的D型插头，以常用的型插
37、头，以常用的9芯芯D型插头为例，各引脚定义下所示：型插头为例，各引脚定义下所示：串口芯片选型串口芯片选型要完成最基本的串行通信功能，实际上只需要要完成最基本的串行通信功能，实际上只需要RXD、TXD和和GND即可，但由于即可，但由于RS-232-C标准所定义的高、低电平信号与标准所定义的高、低电平信号与S3C2410X系统的系统的TTL电路所定义的高、低电平信号完全不同。电路所定义的高、低电平信号完全不同。TTL的标准逻辑的标准逻辑“1”对应对应2V3.3V电平电平，标准逻辑，标准逻辑“0”对应对应0V0.4V电平，而电平，而RS-232-C标准采用负逻辑方式，标准采用负逻辑方式，标准逻辑标准
38、逻辑“1”对应对应-5V-15V电平，电平，标准逻辑标准逻辑“0”对应对应+5V+15V电平，电平，显然，两者间要进行通信必须经过信号电平的转换。显然，两者间要进行通信必须经过信号电平的转换。目前常使用的电平转换电路为目前常使用的电平转换电路为Sipex公司的公司的SP3232E。SP3232E引脚分布引脚分布串口接口电路串口接口电路如图如图5-20 UART异步串行接口电路，通过串行异步串行接口电路，通过串行口接口芯片口接口芯片SP3232ECA，实现，实现TTL电平和电平和EIA电平之间的相互转换，并实现硬件流控功能，电平之间的相互转换，并实现硬件流控功能，从而使从而使S3C2410嵌入式
39、系统能和嵌入式系统能和PC机进行串行机进行串行数据通信。数据通信。RS232电平TTL电平IIC接口电路设计接口电路设计IIC简介简介IIC总线是一种用于总线是一种用于IC器件之间连接的二线制总线。它通过器件之间连接的二线制总线。它通过SDA（串行数（串行数据线）及据线）及SCL（串行时钟线）两线（串行时钟线）两线在连接到总线上的器件之间传送信息，在连接到总线上的器件之间传送信息，并并根据地址识别每个器件：不管是微控制器、存储器、根据地址识别每个器件：不管是微控制器、存储器、LCD驱动器还是驱动器还是键盘接口。键盘接口。带有带有IIC总线接口的器件可十分方便地用来总线接口的器件可十分方便地用来
40、将一个或多个微控制器及外围将一个或多个微控制器及外围器件构成系统器件构成系统。尽管这种总线结构没有并行总线那样大的吞吐能力，但。尽管这种总线结构没有并行总线那样大的吞吐能力，但由于连接线和连接引脚少，因此其构成的系统价格低，器件间总线简单，由于连接线和连接引脚少，因此其构成的系统价格低，器件间总线简单，结构紧凑，而且在总线上增加器件不影响系统的正常工作，系统修改和结构紧凑，而且在总线上增加器件不影响系统的正常工作，系统修改和可扩展性好。即使有不同时钟速度的器件连接到总线上，也能很方便地可扩展性好。即使有不同时钟速度的器件连接到总线上，也能很方便地确定总线的时钟，因此在嵌入式系统中得到了广泛的应
41、用。确定总线的时钟，因此在嵌入式系统中得到了广泛的应用。S3C2410X内含一个内含一个IIC总线主控器，可方便地与各种带有总线主控器，可方便地与各种带有IIC接口的器件接口的器件相连。相连。在本实验系统中，外扩一片在本实验系统中，外扩一片KS24C08作为作为IIC存储器。存储器。KS24C08提供提供1K字字节的节的EEPROM存储空间，可用于存放少量在系统掉电时需要保存的数据。存储空间，可用于存放少量在系统掉电时需要保存的数据。IIC接口电路接口电路5.4 印刷电路板的设计印刷电路板的设计S3C2410X的片内工作频率为的片内工作频率为60MHz，因此，在印刷电路板的，因此，在印刷电路板
42、的设计过程中，应该遵循一些设计过程中，应该遵循一些高频电路的设计基本原则高频电路的设计基本原则，否则，否则会使系统工作不稳定甚至不能正常工作。会使系统工作不稳定甚至不能正常工作。印刷电路板的设计人员应注意以下几个方面：印刷电路板的设计人员应注意以下几个方面：注意电源的质量与分配。注意电源的质量与分配。同类型信号线应该成组、平行分布。同类型信号线应该成组、平行分布。电源质量与分配电源质量与分配电源滤波电源滤波为提高系统的电源质量，为提高系统的电源质量，消除低频噪声对系统的影响消除低频噪声对系统的影响，一般应一般应在电源进入在电源进入印刷电路板的位置和印刷电路板的位置和靠近各器件的电靠近各器件的电
43、源引脚处源引脚处加上滤波器，以消除电源的噪声，常用的方法加上滤波器，以消除电源的噪声，常用的方法是在这些位置加上是在这些位置加上几十到几百微法的电容几十到几百微法的电容。同时，在系统中除了要注意低频噪声的影响，还要注意同时，在系统中除了要注意低频噪声的影响，还要注意元器件工作时产生的元器件工作时产生的高频噪声高频噪声，一般的方法是在器件的，一般的方法是在器件的电源和地之间加上电源和地之间加上0.1uF左右地电容左右地电容，可以很好地滤出，可以很好地滤出高频噪声的影响。高频噪声的影响。电源质量与分配电源质量与分配电源分配电源分配实际的工程应用和理论都证实，电源的分配对系统的稳定实际的工程应用和理
44、论都证实，电源的分配对系统的稳定性有很大的影响，因此，在设计印刷电路板时，要注意电性有很大的影响，因此，在设计印刷电路板时，要注意电源的分配问题。源的分配问题。在印刷电路板上，在印刷电路板上，电源的供给一般采用电源总线电源的供给一般采用电源总线（双面板）（双面板）或电源层（多层板）的方式。电源总线由两条或多条或电源层（多层板）的方式。电源总线由两条或多条较宽较宽的线组成的线组成，由于受到电路板面积的限制，一般不可能布得，由于受到电路板面积的限制，一般不可能布得过宽，因此存在较大的直流电阻，但在双面板得设计中也过宽，因此存在较大的直流电阻，但在双面板得设计中也只好采用这种方式了，只是在布线的过程
45、中，应尽量注意只好采用这种方式了，只是在布线的过程中，应尽量注意这个问题。这个问题。在在多层板多层板的设计中，的设计中，一般使用电源层的方式给系统供电一般使用电源层的方式给系统供电。该方式专门拿出一层作为电源层而不再在其上布信号线。该方式专门拿出一层作为电源层而不再在其上布信号线。由于电源层遍及电路板的全面积，因此由于电源层遍及电路板的全面积，因此直流电阻非常的小直流电阻非常的小，采用这种方式可有效的降低噪声，提高系统的稳定性。采用这种方式可有效的降低噪声，提高系统的稳定性。同类型信号线的分布同类型信号线的分布在各种微处理器的输入输出信号中，总有相当一在各种微处理器的输入输出信号中，总有相当一
46、部分是相同类型的，例如数据线、地址线。部分是相同类型的，例如数据线、地址线。对这些相同类型的信号线应该对这些相同类型的信号线应该成组、平行分布成组、平行分布，同时注意它们之间的同时注意它们之间的长短差异不要太大长短差异不要太大，采用这，采用这种布线方式，不但可以种布线方式，不但可以减少干扰减少干扰，增加系统的稳，增加系统的稳定性，还可以使布线变得简单，印刷电路板的外定性，还可以使布线变得简单，印刷电路板的外观更观更美观美观。5.5 5.5 硬件系统的调试硬件系统的调试尽可能的从简单到复杂，一个单元一个单元地焊接调试，尽可能的从简单到复杂，一个单元一个单元地焊接调试，以便在调试过程中遇到困难时缩
47、小故障范围，在调试过程以便在调试过程中遇到困难时缩小故障范围，在调试过程中，应先确定电路没有短路，才能通电调试。中，应先确定电路没有短路，才能通电调试。先从最小系统调试：先从最小系统调试： S3C2410X + 电源电路电源电路 + 晶振电路晶振电路 + 复位电路复位电路 + JTAG接口接口然后加上然后加上SDRAM，再加上，再加上FLASH，然后再加上其它接口，然后再加上其它接口芯片在工作时有一定的发热是正常的，但如果有芯片特别芯片在工作时有一定的发热是正常的，但如果有芯片特别发烫，则一定有故障存在，需断电检查确认无误后方可继发烫，则一定有故障存在，需断电检查确认无误后方可继续通电调试。续
48、通电调试。电源、晶振及复位电路调试电源、晶振及复位电路调试调试电源电路之前，尽量少接器件，通电之前检查有无短调试电源电路之前，尽量少接器件，通电之前检查有无短路现象路现象用示波器观测，晶振的输出应为用示波器观测，晶振的输出应为12MHz复位电路的复位电路的nRESET端在未按按钮时输出应为高电平端在未按按钮时输出应为高电平（3.3V），按下按钮后变为低电平，按钮松开后应恢复到），按下按钮后变为低电平，按钮松开后应恢复到高电平高电平JTAGJTAG接口电路调试接口电路调试调试调试JTAG接口电路之前，应该保证晶振已经起振接口电路之前，应该保证晶振已经起振检测检测JTAG接口的接口的TMS、TCK、TDI、TDO信号是否已与信号是否已与S3C4510B的对应引脚相连的对应引脚相连连接调试器，看是否能够连接上，如果连接不上，检查连接调试器，看是否能够连接上，如果连接不上，检查TMS、TCK、TDI、TDO等信号是否正常等信号是否正常正常工作时，正常工作时，TRST应该为高电平，如果连接不上调试器，应该为高电平，如果连接不上调试器，需要检查该信号需要检查该信号
