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1、第一章 嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统概念一、嵌入式系统概念嵌入式系统,英文表达为Embedded Systems。实际上嵌入式系统的全称是嵌入式计算机系统,它是计算机系统中的一种特殊形式。既然嵌入式系统是一种计算机系统,那么它必然会与计算机系统有相似的组成和功能,同时又存在与计算机系统不同的特点。广义地说,计算机系统由软件和硬件组成,细化下去计算机是由CPU、存储器(内存、硬盘等)、输入输出设备(键盘鼠标、显示器、MIC和音箱等)外加操作系统(Windows、Linux、Unix、Solaris和Mac等)组成。相对于计算机系统,嵌入式系统的组成就显得非常灵活多变。首先,CPU在嵌入式系统
2、中是必不可少的。其次,嵌入式系统中的存储器就有很多种选择,可以选择采用RAM作为系统内存,也可以采用像计算机上内存条式的内存;可以选择采用硬盘作为大容量存储器,也可以采用Flash、SD卡或者CF(Compact Flash)卡等存储器作为硬盘使用。再其次,嵌入式系统的输入输出设备概念不同计算机系统,嵌入式系统的输入输出设备是根据具体需要来自行定义的,不一定非要键盘鼠标显示器不可。当然,嵌入式系统中完全可以采用和个人PC一样的键盘鼠标显示器作为输入输出设备。再次,嵌入式系统中的操作系统种类和个人PC上的操作系统种类同样丰富,目前较流行的嵌入式操作系统有uC/OS、WinCE、uClinux、嵌
3、入式Linux、Vxworks等等,这里面uC/OS、uClinux和嵌入式Linux是免费的。综上所述,嵌入式系统是一种计算机系统,它具备计算机系统的一切特征,同时嵌入式系统又是专用的计算机系统,它会根据设计要求灵活地选择所需要的各种组成设备和软件配置。嵌入式系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等指标有严格的要求。二、ARM9主流芯片S3C2410A的结构1. CPU:三星公司的ARM9主流芯片S3C2410A。2. 动态存储器:512MB,芯片H57V2562GTR-60C。3. 海量存储器:64MB,芯片K9F1208。4. 以太网:10M/100M自适应,芯片AX88796。5. US
4、B:1个主设备,1个从设备,主板集成。6. 串口: 1个RS232电平。7. 电源:DC5V。1.2 S3C2410A结构简介一、S3C2410A内部结构简介1. 内核:ARM920T。2. 工作电压:内核1.8V,IO电压3.3V。3. 工作频率:最高266MHz。4. 内部存储器: 16K D-Cache。 16k I-Cache。5. 扩展存储控制器: 地址空间:128M/BANK,总共1G BYTE。 数据总线宽度:8/16/32可编程设定。 总空间分8组,其中6组可配置成ROM、SRAM等。另外2组可配置成ROM/SRAM/SDRAM。 BANK0-BANK6起始地址固定,BANK7
5、可编程设定。 可编程设定各个组的操作时序。 支持外部等待信号,可插入等待周期。 支持各种ROM启动。 在低功耗状态下,支持DRAM/SDRAM的自动刷新。6. 时钟和电源管理: 片上MPLL和UPLL。 可通过软件给不同的功能电路分配不同的时钟。 4种电源管理模式:Normal、Slow、Idle、power-off。 电源唤醒功能。7. 中断控制器 55个中断源(看门狗、5个定时器、9个串口、24个外部中断、4个DMA、2个实时时钟、2个模数转换、I2C、同步串口)。 可设置外部中断触发为电平触发或边沿触发。 可设置电平和边沿触发的优先级。 支持快速中断请求。8. 定时控制器 4个带PWM功
6、能的定时器和1个供DMA或中断使用的定时器。 可编程设置定时器的占空比、频率和极性。 PWM切换延时控制器。 支持外部时钟。9. 实时时钟控制器 支持秒、分、小时、日、月、年、星期。 时钟频率:32.768KHz。 可产生告警中断。 可产生时间节拍中断。10. 通用输入输出控制器 24个外部中断源。 复用的输入输出口。11. 串口控制器(支持DAM传输和中断) 3个通用异步串行控制器 支持5、6、7、8位数据传输。 支持外部时钟。 波特率可编程设置。 支持红外传输协议 IrDA1.0(115200)。 支持测试用的自收发功能。 每通道自带16字节的输入输出FIFO。12. DMA控制器 4通道
7、通用DMA。 支持连续模式增加传输效率。 支持存储器与IO口之间的传输。13. 模数转换控制器 8通道复用模数转换器。 最大速率:500Ksps/10-bit。14. LCD液晶控制器 支持彩色、单色、灰度液晶板。 支持单扫描、双扫描显示。 系统存储器做显示缓存。 采用DMA方式传送显示数据。 显示屏的大小可编程设定。 支持16级灰度、256色。 支持24位全彩和16位真彩TFT-LCD 支持分辨率640X480,320X240,160X16015. 看门狗控制器 16位看门狗定时器。 定时器溢出时可触发中断或系统复位。16. I2C总线控制器 基于中断的I2C总线模式。 在标准模式下速率达1
8、00Kbps,快速模式下达400Ksps。17. I2S总线控制器 1个通道的基于DMA传输的语音接口的I2S总线。 支持8/16位的数据串行传输。18. 封装:272-FBGA二、S3C2410A外围资源简介1. 电源有两种供电模式一种是外接DC5V供电;另一种通过总线接口供电,二者通过开关切换。板上带有3.3V和1.8V电源电路,将5V电源经稳压分别输出3.3V和1.8V,供板上资源使用。2. 复位对CPU的外部引脚来说,有两种复位信号,一种是按键通过IMP811输出复位信号;另一种在调试过程中通过JTAG接口向CPU发出复位信号。另外复位信号也输出给其他功能电路使用。3. 同步动态存储器
9、选用两片256MB字节的 H57V2562GTR-60C,16位数据总线。一片接NSCS0,另一片接NSCS1,CPU分配的地址空间为0x30000000-0x31ffffff和0x320000000x33ffffff,也就是S3C2410ACPU的bank6、bank7。H57V2562GTR-60C的主要性能如下: 单电源3.3V供电 引脚兼容LVTTL电平接口 在时钟的上升沿进行输入、输出操作 支持自动刷新和自刷新 刷新速度:8192刷新周期/64ms 可编程设置列地址脉冲(CAS)宽度为3个时钟周期 时钟速度:166MHz4. NAND_FLASH海量存储选用64MB芯片K9F1208
10、。8位数据总线传输, K9F2808的主要性能如下: 供电电压:2.73.6V 随机操作时间:50nS 快速写入时间(典型):编程 200uS;擦除 2mS 命令、地址、数据端口复用 硬件数据保护 稳定性:100K次编程/擦除,数据保持10年 唯一系列号,便以产权保护5. 以太网1选用AX88796网络芯片, 其主要特性: 全兼容RTL8019。 支持热插拔自动监测功能。 内建16K bytes的SRAM。 支持FLASH的读写操作。6. USB 2个USB HOST,一个5端点USB DEVICE。 USB1.1兼容。7. 串口S3C2410A自带2个USART接口,1个USART接口经过电
11、平转换,变成RS232电平通过DB9-F与外部通讯。另一个USART扩展到接口,供用户使用,具体引脚见外扩接口定义部分。8. 外扩接口该板CPU的自带的外围功能电路的引脚全部外扩到外扩接口上。外扩接口由3条接线排组成,其位置见结构布置图部分。9. 实验箱图片1.3 S3C2410A地址空间一、地址空间分配起始地址 0x00000000 bank0 海量存储器(NANFLASH)64M 0x01FFFFFF 0x10000000 bank2 网络控制器(AX88796) 0x30000000 0x31FFFFFF bank6 同步动态存储器(H57V2562GTR-60C)256M 0x32000000 bank7 同步动态存储器(H57V2562GTR-60C)256M 0x33FFFFFF其余空间未用二、外部中断向量资源分配序号中断名称中断向量地址功能模块名称1ExINT00x20未占用2ExINT10x24未占用3ExINT20x28以太网4ExINT130x2c以太网5ExINT50x30键盘三、结构布置图1. 结构组成 如图所示 内外电源切换开关 外接电源座 主USB接口 J1:RS232串口座DB9 从USB接口 以太网接口 JTAG 调试接口 系统复位按键 扩展板插座 J5