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1、目 录1 绪 论11.1课题来源及研究意义11.2论文工作和内容安排12 主控板总体方案设计32.1 主控板硬件方案需求32.2主控板总体结构设计33 主控板硬件平台的构建43.1 微处理器S3C2410描述43.2 Nand Flash电路83.3 SDRAM电路93.4电源电路113.5复位电路123.6系统时钟电路133.7 A/D转换电路133.8 LED数码管驱动电路163.9 JTAG接口电路183.10 串行接口电路193.11 本章小结204 ADS集成开发环境简述214.1 ADS集成开发环境简述214.2 ADS软件组成21工作总结与展望24参考资料26致 谢28&优选资料
2、1 绪 论1.1课题来源及研究意义本论文研究的课题是基于ARM9数字信道仿真器的主控板设计，信道是通信系统中不可缺少的重要组成部分,信道特性直接影响着通信系统的性能。同样在通信仿真系统及各种通信对抗模拟仿真系中,信道的模拟仿真也是一个重要的环节,可以说,信道模拟仿真的好坏,同样直接影响着整个模拟仿真系统的性能,而在信道的模拟仿真中,短波信道最为困难和复杂,因为短波信道是一个随机变参信道,它具有信道衰落信道传输延时及多径传播均随时间而变三大特点,信道中的信号、噪声和干扰都随昼夜、频率、地点而不断地变化着,很难确定一个能较为全面地反映短波信道特性的数学模型，但是,根据短波通信信道的一些统计规律,有
3、所侧重地建立近似的信道模型,采用硬件与软件相结合的办法实现短波信道的模拟仿真是可以做到的。以往对通信系统设计及通信装备的鉴定、验收试验工作主要靠外场试验系统完成。外场试验系统的优点在于试验环境的真实性，信号环境虽然是人工制造的，但也是相对逼真的。但外场试验系统的局限性也非常明显，它的真实信道环境只限于试验场区环境，而在试验场区营造各种不同的信道环境几乎不可能。另外它还存在受气候条件限制、机动性差、试验成本高等一系列缺点。与之相比，仿真试验系统具有很多优点，它可以很容易地制造各种典型信道特性环境和电磁环境，能够模拟的地域跨度非常广阔，不受气候条件限制，可以随时进行多次重复试验。显然要建立仿真试验
4、系统，信号环境和信道环境的仿真问题是需要解决的核心技术问题。1.2论文工作和内容安排本论文所研究的是对信道环境的模拟问题。由于仿真仿真系统所具有的优越性，因此也出现了各种信道仿真器，其中大部分是对中频模拟信道的模拟。在这种情况下，基本上是对某一信道进行模拟，如卫星信道、短波信道等等。数字信道仿真器由配置计算机和实时硬件仿真器构成，硬件仿真器是整个信道仿真器系统的核心，系统采用模块化设计的方式，每一路双向数字信道作为硬件仿真器的一个基本子模块（以下简称“收发”通道），整个信道仿真器由8个“收发”通道、背板、电源板和主控板构成，能提供16个以太网口、E1接口和RS-530接口，每个子模块中相同类型
5、的两个接口组成一个双向数字信道，用户选择使用某种接口。系统一般流程为：配置计算机提供用户界面，输入各路的延时、误码率、突发误码时间、突发误码方式等参数，主控板通过RS232接口与配置计算机相连接，接收并分发配置计算机发送的各通道仿真参数及其它控制命令，完成硬件仿真器仿真参数配置，再由子模块根据用户当前所使用的接口和配置参数，完成信道延时和插入误码。另外，主控板提供了必要的人机界面，当系统中没有配置计算机的时候，主控板可以代替配置计算机，即主控板提供用户界面，输入各路的延时、误码率、突发误码时间、突发误码方式等参数，各通道仿真参数由主控板配置给子模块，子模块根据用户当前所使用的接口和配置参数，完
6、成信道延时和插入误码。这种双重控制设计提高了整个系统的灵活性，也便于成本控制（如去掉配置计算机可节省一笔开支）。本论文主要是设计基于ARM9数字信道模拟器的主控板。根据主控板的功能需求，选择了合适的方案，使用以高速的ARM9处理器S3C2410为核心的信道仿真器的主控板，软件开发环境是ARM公司推出的ARM核微控制器集成开发工具ADS（ARM Developer Suite）集成开发环境，版本为ADS1.2，采用EasyJTAG仿真器调试。论文的内容安排如下：第一章介绍数字信道模拟器的用途、基本构架和系统流程。重点说明主控板在系统中的作用。第二章简单了解主控板的功能需求，提出主控板的硬件设计方
7、案，描述主控板的各个功能模块。第三章详细介绍主控板的硬件设计工作，分析各模块电路的功能和组成并做工作小结。第四章 简单介绍ADS（ARM Developer Suite）集成开发环境和ARM在未来发展中的展望。2 主控板总体方案设计2.1主控板硬件方案需求主控板硬件需要有：1）可供系统运行的电源电路；2）能提供性能优越的电源监视功能的复位电路；3）向CPU及其他电路提供的工作时钟电路；4）采集和输出模拟量的A/D、D/A转换电路；5）数码显示的LED电路；6）用于存放程序代码等在系统掉电后需要保存用户数据的Flash电路；7）用作程序运行的空间、数据及堆栈区的SDRAM电路；8）用于对Flas
8、h器件进行编程的JTAG接口电路；9）用于数据传输的串行接口电路。2.2主控板总体结构设计根据以上对主控板的总体结构要求的阐述，对部分硬件设计原理及工作原理有了大体的了解，作出2410的外围电路模块的配置，在下面的章节我将重点介绍我所做的系统基本组成，框图如2-1所示，这里不再赘述。图2-1系统基本组成框图3 主控板硬件平台的构建3.1微处理器S3C2410描述ARM公司和ARM处理器简介1）ARM是一个CPU内核。ARM公司自己并不生产或销售芯片，它采用技术授权模式，通过出售芯片技术授权，收取授权费和技术转让费。2）基于ARM内核的处理器是目前消费类电子市场中占有量第一的处理器，尤其是手机行
9、业。3）ARM是“Advanced RISC Machine”的缩写，最早的ARM处理器诞生于80年代的英国。ARM处理器的特点：1）支持ACHE和MMU2）冯诺依曼体系结构/哈佛体系结构冯诺依曼体系结构一般ARM7所使用的机构，如图3-1所示。指令寄存器控制器数据通道输入输出中央处理器程序指令0指令1指令2指令3指令4数据数据0数据1数据2存储器图3-1冯诺依曼体系结构图哈佛体系结构是 ARM9及后继型号的结构，如图3-2所示。程序存储器指令寄存器控制器数据通道输入输出中央处理器指令0指令1指令2数据存储器数据0数据1数据2地址指令地址数据图3-2哈佛体系结构图3）RISC指令集固定的32位
10、指令Load/Store体系结构大多数指令单周期完成4）流水线执行：几个指令可以并行执行 。提高了CPU的运行效率 。内部信息流要求通畅流动。5）ThumbDSPjazeller功能扩展6）低功耗ARM处理器的分类基于处理器内核的分类：ARM7T，ARM7E，ARM9，ARM9E，ARM10T，ARM10E，ARM11基于指令集体系结构的分类：v4T，v5T，v5TE，v5TEJ，v6。ARM核简介处理器核/整数核(Processor Core/Integer Core)：ARM7TDMI, ARM9TDMI, ARM9E-S， ARM10TDMI，ARM10E等。ARM CPU核(ARM C
11、PU Cores)：ARM710T/720T/740T, ARM920T/940T, ARM946E-S, ARM966E-S, ARM1020E等。基于ARM Core CPU的应用处理器，比如：Intel的PXA25x，Philip的lpc22xx系列， Samsung的S3C44B0等。ARM的市场ARM处理器市场覆盖率最高、发展趋势广阔基于ARM技术的32位微处理器，市场的占有率目前已达到80%。绝大多数IC制造商都推出了自己的ARM结构芯片。我国的中兴集成电路、大唐电讯、中芯国际和上海华虹，以及国外的一些公司如德州仪器、意法半导体、Philips、Intel、Samsung等都推出了
12、自己设计的基于ARM核的处理器。ARM芯片选择的一般原则：从应用的角度，对在选择ARM芯片时所应考虑的主要因素做一详细的说明。1）ARM芯核如果希望使用WinCE或Linux等操作系统以减少软件开发时间，就需要选择ARM720T以上带有MMU(Memory Management Unit)功能的ARM芯片.2）系统时钟控制器系统时钟决定了ARM芯片的处理速度。ARM7的处理速度为0.9MIPS/MHz,常见的ARM7芯片系统主时钟为20MHz-133MHz,ARM9的处理速度为1.1MIPS/MHz,常见的ARM9的系统主时钟为100MHz-233MHz, ARM10最高可以达到700MHz
13、。3）内部存储器容量在不需要大容量存储器时，可以考虑选用有内置存储器的ARM芯片。4）USB接口许多ARM芯片内置有USB控制器，有些芯片甚至同时有USB Host和USB Slave控制器。 5）GPIO数量在某些芯片供应商提供的说明书中，往往申明的是最大可能的GPIO数量，但是有许多引脚是和地址线、数据线、串口线等引脚复用的。这样在系统设计时需要计算实际可以使用的GPIO数量。6）中断控制器ARM内核只提供快速中断(FIQ)和标准中断(IRQ)两个中断向量。但各个半导体厂家在设计芯片时加入了自己不同的中断控制器，以便支持诸如串行口、外部中断、时钟中断等硬件中断。外部中断控制是选择芯片必须考
14、虑的重要因素，合理的外部中断设计可以很大程度的减少任务调度的工作量。 7）LCD控制器有些ARM芯片内置LCD控制器，有的甚至内置64K彩色TFT LCD控制器。在设计PDA和手持式显示记录设备时，选用内置LCD控制器的ARM芯片较为适宜。8）扩展总线大部分ARM芯片具有外部SDRAM和SRAM扩展接口，不同的ARM芯片可以扩展的芯片数量即片选线数量不同，外部数据总线有8位、16位或32位。某些特殊应用的ARM芯片如德国Micronas的PUC3030A没有外部扩展功能。 9）I/O接口CPU与外部设备及存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，而前级被称为I/O接口，而后者则被称为存储
15、器接口。存储器通常在CPU的同步控制下，作为接口电路比较简单。而I/O设备品种繁多，其相应的接口电路也各不相同，因此，习惯上说到接口只是I/O接口。根据CPU设计的不同，集成度也不一样。一般用于手持或移动的设备所具有的接口大致相同，我在本次设计中所使用的基于ARM9的处理器S3C2410是著名的半导体公司SAMSUNG推出的一款32位RISC处理器。他为手持设备和一般类型的应用提供了低价格低功耗高性能微控制器的解决方案。S3C2410的内核基于ARM920T，带有MMU（Memory Management Unit）功能，采用0.18m工艺，其主频可到203MHz，适合于对成本和功耗敏感的需求，同时它还采用了新型的总线结构AMBA（Advanced Microcontr-oller Bus Architecture），实现了MMU,AMBA- BUS , Harvard的高速缓
