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1、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 3.3 S3C2410X的串行通信设计 3.4 S3C2410X的键盘及LED驱动设计 3.5 S3C2410X的D/A功能应用开发,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。
2、具体如图3.1所示。,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3.2 RTC 电路的电压原理图,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 CPU JTAG（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,该系统中选择OM3:2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
3、理图,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,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，Nor Flash接口、Nand Flash接口和SDRAM接口电路。引导程序既可存储在Nor Flash中，也可存储在Nand Flash中。而SDRAM中存储的是执行中的程序和产生的数据。存储在Nor Flash中的程
4、序可直接执行，与在SDRAM执行相比速度较慢。存储在Nand Flash中的程序，需要拷贝到RAM中去执行。,3.2.1 8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。,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
5、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A15A0与S3C2410X的地址总线ADDR15ADDR0相连； 存储器的8位数据总线DQ7DQ0与S3C2410X的数据总线DATA7DATA0相连。,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
6、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A15A0与S3C2410X的地址总线ADDR16ADDR1相连； 低8位的存储器的8位数据总线DQ7DQ0与S3C2410X的数据总线DATA7DATA0相连，高8位的存储器的8位数据总线DQ7DQ0与S3C2410X的数据总线DATA15DATA8相连。,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S3C2
7、410X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A15A0与S3C2410X的地址总线ADDR17ADDR2相连。,图3.8 32位存储器系统,3.2.2 SDRAM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0 x0处读取启动程
8、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3.3 V。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16M x 32位的存储系统。,K4S561632C-TC75存储器是4组 4M 16 位的动态存储器，工作电压为3.3 V，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-Ref
9、resh）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3.9 K4S561632C-TC75引脚图,表3.1 K4S561632C-TC75引脚功能表,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3.10 K4S561632C-TC75组成的32位SDRAM存储器系统,3.2.3 Flash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NorFlas
10、h和Nand Flash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。Nand Flash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。,Nor具有XIP（eXecute In Place，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
11、率很高，在14MB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，Nor Flash和Nand Flash也存在着差别。Nor Flash带有SRAM接口，Nand器件使用复杂的I/O口来串行存取数据。,1Nor Flash与S3C2410X微处理器接口设计 SST39LF/VF160是1M X 16位的CMOS芯片，SST39LF160工作电压为3.03.6V，SST39VF160工作电压为2.73.6V，采用48脚TSOP封装或TFBGA封装，16位数据宽度，以字模式（1
12、6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。,图3.11 SST39LF/VF160的引脚图,表3.2 SST39LF160/SST39VF160引脚功能表,表3.2 SST39LF160/SST39VF160引脚功能表,嵌入式应用系统中，常见的Nor Flash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
13、成1M X 16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A19A0与S3C2410X的地址总线ADDR20ADDR1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DQ15DQ0与S3C2410X的低16位数据总线XDATA15XDATA0相连，如图3.12所示。,图3.12 SST39LF/VF160的存储系统电路图,2Nand Flash与S3C2410X微处理器接口电路设计 Nand Flash相对于Nor Flash接口复杂得多，但对于S3C2410X
14、微处器提供了Nand Flash的接口，使其在嵌入式应用系统中的接口大大简便。 例：K9F1208UDM-YCB0/K9F1208UDM-YIB0 存储器与S3C2410X微处理器接口。 K9F1208UDM-YCB0/K9F1208UDM-YIB0 存储器是64M8位的NAND Flash存储器，数据总线宽度为8位，工作电压为2.7V-3.6V，采作48脚TSOP封装，系统的编程和擦除电压仅需3.3V，其引脚如图3.13所示，引脚功能如表3.3所,表3.3 U-K9F1208UDM引脚功能表,图3.13 U-K9F1208UDM引脚图,K9F1208UDM与S3C2410X微处理器接口如图3
15、.14所示。 K9F1208UDM的ALE和CLE引脚分别与S3C2410X的ALE和CLE引脚相连； K9F1208UDM的WE*、RE*、CE*和R/B引脚分别与S3C2410X的Nfwe、Nfre、CLE和R/nB引脚相连； K9F1208UDM的数据输入输出线IO7IO0分别与S3C2410X的DATA7DATA0引脚相连。 其操作模式如表3.4所示。,图3.14 Nand Flash存储系统电路,3.3 S3C2410X的串行通信设计 3.3.1 串行口原理及接口技术 1异步串行IO 异步串行方式是将传输数据的每个字符一位接一位(例如先低位、后高位)地传送。数据的各不同位可以分时使用
16、同一传输通道，因此串行IO 可以减少信号连线，最少用一对线即可进行。,图3.15 串行通信字符格式,S3C2410X串行接口,S3C2410X提供了3个通道的UART，要使其与PC机通信，必须将其信号电平转换为RS232C 的电平。 RS232C规定了双极性的信号逻辑电平： -3V 到-25V 之间的电平表示逻辑“1”。 +3V 到+25V 之间的电平表示逻辑“0”。 因此这是一套负逻辑定义，以上标准称为EIA 电平。,图3.16 S3C2410X与PC机的异步通信接口图,3.3.2 S3C2410X的UART模块 S3C2410X与UART 有关的寄存器主要有以下几个： （1）UART线控制寄存器包括ULCON0，ULCON1和ULCON2，主要用来选择每帧数据位数、停止位数，奇偶校验模式及是否使用红外模式，如表3.5和表3.6所示。,表3.5 UART寄存器设置,表3.6 UART寄存器位描述,（2）UART控制寄存器包括UCON0, UCON1 and UCON2，主要用来选择时钟，接收和发送中断类型（即电平还是脉
