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文檔簡介
1、<p><b> 1 緒 論</b></p><p> 1.1課題背景與意義</p><p> 通用串行總線(即USB)是一種目前廣泛應用的計算機外圍串行通信標準,計算機及通訊公司為解決個人計算機(PC-Personal Camp}ter)外部設備接口在速度、擴展性、易用性等方面的局限與不足,提出了一種計算機與外部設備相連接的新技術,經(jīng)USB執(zhí)行論壇規(guī)
2、范和完善,形成了這一如今廣為流行的PC接口工業(yè)標準.相對于PC傳統(tǒng)的串/并行接口,具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率、即插即用,易擴充、熱插拔等優(yōu)點,從USB標準頒布以來的短時間內,USB己成為此上的標準接口,并為絕大多數(shù)PC外部設備如鍵盤、鼠標、打印機、掃描儀和游戲手柄所采納使用,迅速占領了計算機中、低速外設市場。在USB推動PC外部設備發(fā)展的同時,Pc外部設備反過來也對USB提出更高的要求,其中最主要的一點便是更高速率的數(shù)據(jù)傳輸。為此,USB全速
3、數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB。</p><p> 1.2嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展概況</p><p> 20世紀70年代:單片機出現(xiàn),嵌入式系統(tǒng)最初的應用就是基于單片機。汽車,工業(yè)機器,通信裝置等成千上萬種產(chǎn)品通過內部嵌入電子裝置獲得更佳的使用性能。</p><p> 20世紀80年代:嵌入式操作系統(tǒng)出現(xiàn)。商業(yè)嵌入式實時內核包含傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征,使得開發(fā)周期縮短,成本降低,效率
4、提高促使嵌入式系統(tǒng)有了更為廣闊的應用空間。 </p><p> 20世紀90年代:實時多任務操作系統(tǒng)。軟件規(guī)模的不斷上升,對實時性要求的提高,使得實時內核逐步發(fā)展為實時多任務操作系統(tǒng),并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統(tǒng)的主流。</p><p> 隨著嵌入式設備與Intemet的廣泛結合,手機、PDA、路由器和調制解調器等復雜的高端應用對嵌入式處理器的性能提出了更高的要求a因
5、此,以32位處理器作為高性能嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的核心已經(jīng)是嵌入式技術發(fā)展的必然趨勢。</p><p> 嵌入式系統(tǒng)技術具有非常廣闊的應用前景,其應用領域可以包括:工業(yè)控制、交通管理、信息家電、環(huán)境監(jiān)測。</p><p> 1.3 USB的發(fā)展概況</p><p> 通用串行總線USB是一種外部總線規(guī)范,是計算機領域的一種新的接口技術。早在1994年底,英特爾、康
6、柏、IBM、微軟等多家公司就已經(jīng)聯(lián)合提出USB總線規(guī)范。在近期,USB技術得到了飛速的發(fā)展,USB版本已經(jīng)發(fā)展到2.0。通過USB接口,計算機可以方便的和具有USB接口的計算機周邊設備如數(shù)碼相機,打印機,鼠標,鍵盤等互連。由于USB設備即插即用,數(shù)據(jù)傳輸速率快,USB接口已經(jīng)取代串口,并口,IEEEl394,成為使用最廣泛的電腦外圍接口。</p><p> 在USB推動PC外部設備發(fā)展的同時,PC外部設備反過來
7、也對USB提出更高的要求,其中最主要的一點便是更高速率的數(shù)據(jù)傳輸。為此,USB.IF在原先提供1.5Mbit/s低速和12Mbit/s全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SBl.x的基礎上,于2000年發(fā)布了支持480Mbit/s高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB 2.0規(guī)范,為將USB推廣到大容量移動存儲、寬帶網(wǎng)絡產(chǎn)品、數(shù)碼相機和攝像機等高速外部設備提供了解決方案。USB3。0將提供達到4.8Gbps的理論傳輸速度相當于600MB每秒,相比USB 2.0提升了10倍的
8、傳輸速度。新的USB 3.0標準能夠讓更多機器設備不靠外接電源即可運行使用,也使其傳輸速度更快。支持USB3.0的產(chǎn)品會在2010年出現(xiàn)。</p><p> 國外利用USB技術開發(fā)的產(chǎn)品種類很多,像USB存儲設備,USB通訊設備,USB小家電等等,最近還推出了USB接口的紅外護腕、USB指紋識別系統(tǒng)等,國外市場上基于USB的外設己經(jīng)囊括幾乎所有的主流數(shù)字產(chǎn)品,可見國外在USB實用性方面已作了很多工作,并且目前也
9、正以很快的速度發(fā)展。 </p><p> 在國內,嵌入式USB主機系統(tǒng)的研究雖處于起步階段,但也取得了一定的成績。朗科公司最早提出了“優(yōu)盤”概念,并取得了USB外部存儲裝置專利知識產(chǎn)權。USB在汽車領域也取得了飛速發(fā)展??偟膩碚f,USB技術在嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛使用,并成為當今嵌入式開發(fā)和應用中的一個熱點。</p><p> 2 系統(tǒng)總體方案設計</p><p&
10、gt;<b> 2.1系統(tǒng)總體結構</b></p><p> 本應用系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)和現(xiàn)代電子技術的綜合應用,總體上由軟件和硬件兩個部分組成,軟件平臺包括BIOS,操作系統(tǒng)、驅動程序和GU工四個部分,每個部分都是對硬件平臺的逐級封裝和調用快,是最上層應用軟件運行的基礎。</p><p> 總體結構如圖2.1所示</p><p><b
11、> 2.2硬件方案</b></p><p> 整個系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、存儲器、外圍接口電路及設備三個部分組成。</p><p> 2.2.1硬件平臺概述 S3C2410</p><p> S3C2410處理器是SAMSUNG公司基十ARM公司的ARM920T處理器核,采用0. 18 u m制造工藝的32位嵌入式微處理器。該處理器擁有獨立
12、的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache,內存管理單兀NINIL,支持TFT的LCD控制器,HAND Flash閃存控制器,3路DART, 4路DMA,4路帶PWM的Timer,工/0口,RTC, Touch Screen接口,2個USB主控制器,1個USB從控制器,SD主控制器和MMC接口,2路SP工0, S3C2410處理器最高可運行在下203MHz下。采用了272腳的FBGA封裝,價格便宜,適用十手持式設備,有很高的性價比
13、。</p><p> 嵌入式處理器是整個系統(tǒng)的硬件核心,它控制著整個系統(tǒng)中各個部件的協(xié)同工作,是系統(tǒng)的指揮中心,處理器的選擇決定了整個系統(tǒng)的性能,基十綜合考慮幾款處理器的功能、速度、體積、成本、功耗、可靠性等因素,本系統(tǒng)中選擇具有高性價比的二星公司的S3C2410處理器作為硬件的核心處理器。</p><p> S3C2410的具體特點有以下幾點。</p><p>
14、;<b> (1)系統(tǒng)管理</b></p><p> 1.支持小端/大端模式;2.地址空間為128M每一個Bank(總共1GB);3.每個BANK可編程為8、16、32位數(shù)據(jù)總線;4.BANK0到BANK6可采用固定起始地址和大??;5.BANK7具有可編程的BANK起始地址和大??;6.一共8個存儲器BANK;7.前6個存儲器BANK用于ROM、SRAM和其它;8.兩個存儲器BANK用于R
15、OM、SRAM、和SDRAM(同步隨機存儲器);9.支持等待信號用以擴展總線周期;10.支持SDRAM掉電模式下的自刷新;11.支持不同類型的ROM用于啟動(NOR/NAND Flash、EEPROM和其它)。</p><p> (2)S3C2410的SOC芯片集成單元</p><p> 1.16KB數(shù)據(jù)Cache,16KB指令Cache,MMU:2.內置外部存儲器控制器(SDRAM控
16、制和芯片選擇邏輯);3.LCD控制器,一個LCD專業(yè)DMA;4.4個帶外部請求線的DMA;</p><p> 5.3個通用異步串行端口,2通道SPI;6.一個多主12C總線,一個12S總線控制器;</p><p> 7.SD主接口版本1.0和多媒體卡協(xié)議版本2.11兼容;8.兩個USB HOST,一個USB DEVICE(VERl.1);9.4個PWM定時器和一個內部定時器;10.看門
17、狗定時器;11.117個通用I/O;12.56個中斷源;13.24個外部中斷;14.電源控制模式:標準、慢速、休眠、掉電:15.8通道10位ADC和觸摸屏接口;16.帶日歷功能的實時時鐘;17.芯片內置PLL;18.設計用于手持設備和通用嵌入式系統(tǒng);19.16/32位RISC體系結構,使用ARM920T CPU核的強大指令集。20.帶MMU的先進的體系結構支持WinCE、EPOC32、Linux;21.指令緩存(Cache)、數(shù)據(jù)緩存、
18、寫緩存和物理地址TAG RAM,減 小了對主存儲器帶寬和性能的影響;22.ARM920T CPU內核支持ARM調試的體系結構;23.內部先進的位控制器總線(AMBA)、(AMBA2.0,AHB/APB)。</p><p> 2.2.2基于S3C2410外圍電路方案</p><p> 存儲器的組織是嵌入式系統(tǒng)的關鍵,既要考慮嵌入式系統(tǒng)的實時性,又要考慮其多任務性,速度和容量成為主要
19、考慮因素,在ARM存儲器系統(tǒng)中有非常靈活的體系結構,用戶可以根據(jù)需要靈活的選用不同的存儲管理策略。本系統(tǒng)中采用ROM/FLASH存放程序和數(shù)據(jù),使斷電后不會丟失,用SDRAM作為程序運行的內存,通過在RAM中建立異常中斷向量表,</p><p> 利用內存映射技術實現(xiàn)虛擬空間到物理空間的映射,這樣就可以滿足嵌入式系統(tǒng)的需求。</p><p> 對本系統(tǒng)外圍設備首先要考慮的具有良好人機交
20、互界面的,由十嵌入式系統(tǒng)中不可能有象PC機那樣的鍵招‘設備,所以考慮用按鈕和觸摸屏來代替,另為考慮到需要和PC機數(shù)據(jù)交換以及和其他的USB設備進行數(shù)據(jù)交換,加入USB接口模塊。</p><p> 2.2.3 USB接口芯片CH375</p><p> CH375芯片集成了PLL倍頻器、主從USB接口SIE、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、被動并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸?shù)膮f(xié)議處理器、通用固
21、件程序等。PLL倍頻器用于將外部輸入的12MHz時鐘倍頻到4MHz作為USB接口的SIE時鐘。主從USB接口SIE是USB主機方式和從機方式的一體式SIE,用于完成物理的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送,CRC數(shù)據(jù)校驗、出錯重試、USB總路線狀態(tài)檢測等功能。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)用于緩沖USB接口SIE收發(fā)的數(shù)據(jù)。被動并行接口用于與外部單片機等交換數(shù)據(jù)。異步串行接口用于代替被動并行接口與外部單片機通訊。命令解釋器用于分析并執(zhí)行外部單片機發(fā)出的各種命令。通用固件程序包
22、含兩組:第一組用于USB設備方式,自動處理USB默認端點0的各種標準事務等;第二組用于USB主機方式,自動處理Mass_ Sto-ring海量存儲設備的專用通訊協(xié)議。CH375內部有7個物時端點。其中端點0,1,2只用于從機設備方式,在主機方式下只需用主機端點。并且在主機方式下支持各種全速設備。USB設備的端點號可以是0到15,兩個方向最多支持31個端點,包的長度可以是0到64字節(jié)。內置固件的一個很大好處就是即使開發(fā)人員</p&g
23、t;<p> 3基于ARM的USB轉存系統(tǒng)的設計</p><p> 3.1 ARM處理器簡介型</p><p> ARM有二種含義,是一家公司的名稱,是對一類微處理器的通稱,又是一種技術名稱,ARM公司不生產(chǎn)芯片但轉讓設計許可,由其合作伙伴生產(chǎn)ARM芯片,該類微處理器己廣泛應用十工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各個領域。</p>
24、<p> 3.1.1 ARM的體系構架特點</p><p> ARM核采用精簡指令集(RISC,Reduced Instruction Set Computer)結構的體系結構,RISC指令集是一套能在高時鐘頻率下單周期執(zhí)行、簡單}fu有效的指令系統(tǒng),RISC結構的設訓一降低了硬件執(zhí)行指令的復雜度,ARM指令集與單純的RISC又有些不同點,ARM體系結構主要有以下一些特征:</p>
25、<p> (1)一個大的、統(tǒng)一的寄存器文件,大量的寄存器,可以用十多種用途。</p><p> (2)加載/存儲( Load/Store)體系結構,數(shù)據(jù)處理的操作只針對寄存器的內容,而不直接對存儲器進行操作。</p><p> (3)多寄存器的加載/存儲(Load/Store)指令,尋址模式簡單,所有加載/存儲的地址都只由寄存器的內容和指令域決定。</p>&
26、lt;p> (4)每條指令都支持條件執(zhí)行,實現(xiàn)了最快速的代碼執(zhí)行。</p><p> (5)統(tǒng)一和固定長度的指令域,簡化了指令的譯碼。</p><p> (6)能夠在單時鐘周期執(zhí)行的單條指令內完成一項普通的移位操作和一項普通的ALU操作。</p><p> (7)通過協(xié)處理器指令集來擴展指令集,包括在編程模式中增加了新的寄存器和數(shù)據(jù)類型。</p&
27、gt;<p> (8) ARM專有的Thumb指令集,以高密度16位壓縮形式表示指令集。</p><p> 3.1.2 ARM的流水線結構</p><p> ARM920T內核采用典型的5級流水線如3.1所示</p><p> (1)取指(fetch):從存儲器中取出指令,并將其放入指令流水線。</p><p> (2
28、)譯碼(decode):指令被譯碼,從寄存器堆中讀取寄存器操作書。在寄存器堆中有3個操作數(shù)讀端口,因此大多數(shù)指令能在1個周期內讀取器操作</p><p> (3)執(zhí)行(execute):將其中一個操作數(shù)移位,并在ALU中產(chǎn)生結果。如果指令是Load或Store指令,則在ALU中計算存儲器地址。</p><p> (4)緩沖/數(shù)據(jù)(buffe/data):如果需要則訪問數(shù)據(jù)存儲器,否則A
29、LU只簡單的緩沖一個時鐘周期。</p><p> (5)回寫(write-back)將指令的結果回寫到寄存器堆,包括從寄存器讀出的數(shù)據(jù)。</p><p> 3.1.3 ARM存儲器</p><p> ARM處理器具有靈活多樣的存儲器管理策略,可以適應十各種不同的系統(tǒng)的需求,在ARMS系列中采用了靈活方便的內存管理單兀(MMU,用戶可以根據(jù)自己的需要使用不同的管
30、理策略。有以下幾種存儲管理策略:</p><p> (1)可使用多類型的存儲單兀(SDRAM, FLASH等);(2)Cache;(3)寫緩存;(4)虛擬內存地址;</p><p> 可以通過以下幾種方法實現(xiàn)對存儲器的管理:</p><p> (1)使能Cache,加快存儲器的訪問速度;(2)啟動虛擬地址到物理地址的映射;</p><p&g
31、t; (3)使用“域管理”策略,對存儲單兀的訪問進行保護;(4)對I/O映射地址空間的訪問加以限制;</p><p> 3.1.4基于ARM920T的S3C2410處理器介紹</p><p> S3C2410處理器是SAMSUNG公司基十ARM公司的ARM920T處理器核,采用0.18um制造工藝的32位嵌入式微處理器。該處理器擁有獨立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache
32、,內存管理單兀MMU,支持TFT的LCD控制器,NAND Flash閃存控制器,3路DART, 4路DMA, 4路帶PWM的Timer, I/O口,RTC, Touch Screen接口,2個USB主控制器,1個USB從控制器,SD主控制器和MMC接口,2路SPIO,S3C2410處理器最高可運行在下203MHz下。采用了272腳的FBGA封裝,內含一個ARM920T核和主要片內外圍 </p><p> 表3
33、.2 S3C2410內部所含接口功能部件</p><p> 在時鐘方面也有突出的特點,該芯片具有PLL C MPLL和UPLL)的芯片時鐘發(fā)生器。MPLL產(chǎn)生主時鐘,能夠使處理器工作頻率最高達到203MHz。這能夠使處理器輕松運行Windows, Linux等操作系統(tǒng)以進行較為復雜的信息處理。UPLL產(chǎn)生實現(xiàn)USB主從功能的時鐘。S3C2410將系統(tǒng)的存儲空間分成8個體(Bank),每個體的大小是128MB,
34、共1 G 。 B ank0到B ank5的開始地址是固定的,用于ROM和SRAM 。Bank6和Ban7用于ROM, SRAM或SDRAM,這兩個組可編程目大小相同。Bank7的開始地址是Bank6的結束地址,靈活可變。所有內存塊的訪問周期都可編程。S3C2410采用8個(Ngcs [7:0])通用片選信號選擇這些綱。另外S3C2410支持Nand Flash啟動,Nand Flash具有容量大,價格低的特點,系統(tǒng)如采用Nand Fl
35、ash和SDRAM組和,可以獲得非常高的性價比。</p><p> 3.2主芯片S3C2410最小系統(tǒng)的電路設計</p><p> 硬件平臺的搭建和器件的選取應綜合考慮系統(tǒng)的整體性價比。根據(jù)硬件平臺的通用設計原則,先構建基三星公司的S3C2410 ARM9處理器的最小系統(tǒng),然后在此最小系統(tǒng)的基礎上按實際需要增刪外圍功能部件構建而成。</p><p> 電路包括
36、以下幾個主要功能模塊:</p><p> 1.電源模塊、晶振電路及復位電路設計</p><p> 2. SDRAM模塊設計</p><p> 3. Nand-Flash存儲模塊設計</p><p> 4. JTAG接口設計 </p><p> 3.2.1電源模塊、晶振電路及復位電路設計<
37、/p><p> 作為便攜式應用系統(tǒng),系統(tǒng)的供電問題以及對十電源的有效管理非常重要,主要從兩方面考慮,一方面應盡可能滿足系統(tǒng)各模塊不同電壓的需求,另一方面要盡可能的降低系統(tǒng)的功耗。</p><p> S3C2410處理器有4種系統(tǒng)工作狀態(tài):正常方式(NORMAL mode,空閑方式(IDLEmode,關l方式(Power-OFF mode不I I非鎖相環(huán)方式(Non-PLL mode,其中非
38、鎖相環(huán)方式(Non-PLL mode)采用外部時鐘信號,其功耗取決十時鐘信號的頻率。如果采用內置振蕩電路,則可以工作在正常方式、空閑方式和關閉方式。S3C2410處理器內部有一電源管理模塊用十完成二種工作狀態(tài)之間的切換,實現(xiàn)為系統(tǒng)運行不同的任務提供最佳的系統(tǒng)工作狀態(tài)。</p><p><b> (1)電源模塊設計</b></p><p> SC32140中的復位模
39、塊、時鐘電路、端口寄存器、處理器內核等需要1.8V的電壓,處理器端口和處理器存儲器端口等需要3.3 V電壓,LCD等外設需要別電壓。由此可見,在該系統(tǒng)中,需要使用1.8V, 3.3V和-5 V的直流穩(wěn)壓電源。為簡化系統(tǒng)電源電路的設計,要求整個系統(tǒng)的輸入電壓為高質量的+5V直流穩(wěn)壓電源。-5 V輸入電壓經(jīng)過DC-DC轉換器LM1117可完成從-5 V到3.3 V和1.8V的電壓轉換。系統(tǒng)中所需RTL電壓由1.8V電源和后備電源共同提供,在
40、系統(tǒng)工作時電壓1.8V有效,系統(tǒng)掉電時后備電池開始工作,以供電路所需的電源。電路如圖3.3所示:</p><p> 圖3.3電源模塊電路原理圖</p><p> ?。?)晶振電路的設計</p><p> S3C2410微處理器的主時鐘可以由外部時鐘源提供,也可以由外部振蕩器和內部電路來產(chǎn)生。采用哪種方式通過引腳OM [3 : 2]來進行選擇。在本設計中選擇OM
41、[3 : 2]均接地的方式,即采用外部振蕩器提供系統(tǒng)時鐘。外部振蕩器由12MHZ晶振和2個1_5pF的微調電容組成。振蕩電路輸出接到S3C2410微處理器的XTIpII引腳,輸入由XTOpIl提供。12MZH的晶振頻率經(jīng)過S3C2410片內的PLL電路倍頻后,最高可以達到203MHZ。由十片內的PLL電路兼有倍頻和波形整形的功能,因此,系統(tǒng)可以較低的外部時鐘信號獲得較高的工作頻率,從而降低因高速開關時鐘所造成的高頻噪聲。系統(tǒng)所需的RTC
42、時鐘也采用相同的方式,如圖3.5所示:</p><p> 圖3. 4晶振電路原理圖</p><p><b> (3)復位電路設計</b></p><p> 在系統(tǒng)中,復位電路主要完成系統(tǒng)的上電復位和系統(tǒng)在運行時用戶的按鍵復位功能。</p><p> 本設計中采用了較簡單的RC復位電路,如圖3. 6所示。</
43、p><p> 圖3. 5系統(tǒng)復位電路圖</p><p> 該復位電路的工作原理如下,在系統(tǒng)上電時,通過電阻8108向電容C162充電,當兩端的電壓未達到高電平的門限電壓時,RESET端輸出為高電平,系統(tǒng)處十復位狀態(tài),當兩端的電壓達到高電平的門限時,RESET端輸出為低電平,系統(tǒng)進入正常的工作狀態(tài)。</p><p> 當用戶按下按鍵時,電容C 162兩端的電荷被放掉
44、,RESET端輸出為高電平,系統(tǒng)進入復位狀態(tài),重復以上的充電過程,系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。nRESET端的輸出狀態(tài)與RESET端相反,用十低電平復位的器件。通過調整8108和C 162的參數(shù),可調整復位狀態(tài)的時間。</p><p> 3.2.2 SDRAM模塊設計</p><p> 系統(tǒng)啟動后,雖然程序可以在Flash或內部的SDRAM中運行,但他們有速度慢或者容量小的缺點。SDRAM存
45、儲器具有速度快、大容量的特點,是一種具有同步接口的高速動態(tài)隨機存儲器,其與ARM內部流水線結構一起可以允許高速存取外部數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)傳輸速度幾乎可以和ARM的時鐘頻率同步。在ARM系統(tǒng)中SDRAM主要用作程序的運行空間、數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。系統(tǒng)啟動時,先從復位地址0x0地址開始讀取啟動代碼,完成系統(tǒng)的初始化,程序代碼一般應調入SDRAM中運行,以提高系統(tǒng)的運行速度。</p><p> S3C2410芯片內部有一可編程的1
46、6位或32位寬的SDRAM接口,內有SDRAM控制器,允許連接兩組SDRAM容量512Mbit,只要選取標準的SDRAM芯片與接口連接就可以。</p><p> 本系統(tǒng)中選用Hynix公司的HY57V561620作為SDRAM。其存儲容量為32MB < 4MbitsX 4B anks X 16,工作電壓為3.3 V,為54腳TSOP封裝,兼容LVTTL接口,支持自動刷新(Auto-Refresh)和自刷新
47、(Self-Refresh,單片數(shù)據(jù)寬度為16位。為增大數(shù)據(jù)吞吐量,充分發(fā)揮32位ARM處理器的數(shù)據(jù)處理能力,本系統(tǒng)選用兩片HY57V561620芯片并聯(lián)構建32位的SDRAM存儲器系統(tǒng),共64MB的SDRAM空間,可滿足嵌入式操作系統(tǒng)及各種相對較復雜的算法的運行要求。SDRAM模塊原理圖如圖3.6所示:</p><p> 圖3. 6 SDRAM模塊原理圖</p><p> 3.2.
48、3 Nand-Flash存儲模塊</p><p> 在嵌入式系統(tǒng)中,程序可以加載到SDRAM中在運行,也可以直接在ROM或Flash中運行,因為Flash作為非易失性存儲器,因此一種比較常用的方法是把Flash存儲器作為硬招來使用,當程序需要運行時,先將其加載到SDRAM中,因為SDRAM存儲器的數(shù)據(jù)寬度寬,運行速度比較快。</p><p> Flash有Nor-Flash不II Na
49、nd-Flash兩類,相比之下,Nand-Flash的容量大,擦除速度更快,但由十ARM中沒有專門用十Nand-Flash控制所需的CLE, ALE信號,因此需要借助通用的GPIO口來實現(xiàn)。Nand-Flash存儲器屬十MTD C Memory Tedhnology Devices )設備需要閃存技術驅動程序的支持,TDM核心層分為用戶模塊接口層、MTD抽象層和MTD設備驅動層,通過設備驅動層實現(xiàn)對存儲設備的物理訪問功能,用過用戶模塊提
50、供用戶空間的直接訪問接口。Linux提供了較為完善的驅動程序,只要在內核配置中選擇好相應的類型即可。</p><p> 在本設計中采用了Samsung公司的K9F 1208Nand-Flash芯片作存儲器,其存儲容量為64M字節(jié),數(shù)據(jù)總線寬度為8位,工作電壓為2.7V}-3.6V,采用48腳TSOP封裝,僅需要3.3 V電壓即可完成在系統(tǒng)的編程與擦除操作。采用ARM的通用GPIO口作為CLE, ALE信號的控制
51、線,電路如圖3. 8所示:</p><p> 圖3.7 Nand-Flash電路模塊</p><p> 3.2.4JTAG接口電路</p><p> S3C2410A為ARM920T的內核,通過其內置的標準JTAG接口,可以對其進行在線實時仿真調試,也可以使用SJF2410等燒寫工具通過JTAG接口對外部擴展的Flash存儲器進行編程。目前ARM普遍使用標準
52、的10針JTAG接口,如圖2. 7所示為本系統(tǒng)的JTAG接口電路原理圖。JTAG信號中除TDO不需要上拉電阻外,其他的都必須接lOk S2的上拉電阻。</p><p> 圖3.8 JTAG接口原理圖</p><p> 3.3溫度采集電路設計</p><p> 3.3.1溫度傳感器的選擇</p><p> DS18B20 “一線總線”
53、數(shù)字化溫度傳感器是DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器,同DS1820一樣,DS18B20也 支持“一線總線”接口,測量溫度范圍-55°C~+125°C,在-10~+85°C范圍內,精度為±0.5°C。DS1822的精度較差為± 2°C ?,F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量,與前一代產(chǎn)品不同,新的產(chǎn)品支持3V
54、~5.5V的電壓范圍,使系統(tǒng)設計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜,體積更小。</p><p> DS18B20的主要特點:</p><p> ①全數(shù)字溫度轉換及輸出。 </p><p> ?、谙冗M的單總線數(shù)據(jù)通信。 </p><p> ?、圩罡?2位分辨率,精度可達土0.5攝氏度。 </p><p> ?、?2位
55、分辨率時的最大工作周期為750毫秒。 </p><p> ⑤可選擇寄生工作方式。 </p><p> ?、迿z測溫度范圍為–55°C ~+125°C (–67°F ~+257°F) </p><p> ?、邇戎肊EPROM,限溫報警功能。 </p><p> ?、?4位光刻ROM,內置產(chǎn)品序列號,方便多
56、機掛接。 </p><p> ?、岫鄻臃庋b形式,適應不同硬件系統(tǒng),DS18B20的外形及管腳排列:DS18B20外形及大小與一般晶體三極管相當,有三個引出端其管腳排列見圖3.9</p><p> 1 GND 電源地 2DQ 數(shù)據(jù)線 3 VDD 電源電壓</p><p> 圖 3.9 DS18B20管腳排列</p><p> 基
57、于以上優(yōu)點,本系統(tǒng)采用DS18B20作為溫度傳感器。</p><p> 3.3.2 溫度采集電路</p><p> DS18B20只需要接到S3C2410的一個I/O口上,由于單總線為開漏所以需要外接一個4.7K的上拉電阻。如要采用寄生工作方式,只要將VDD電源引腳與單總線并聯(lián)即可。</p><p> 圖3.10 溫度采集電路</p><p
58、> 3.4 USB電路設計</p><p> USB通用串行規(guī)范是由Intel、微軟、IBM, DEC等幾家公司共同制定的串行接口規(guī)范,USB2.0規(guī)范向下兼容USB1.1,傳輸速率可達120-240Mbps,可實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的高速實時傳輸。USB系統(tǒng)由USB主端口和USB從端口組成,USB主端口就是USB控制器,USB從端口包括USP集線器和功能設備。USB主端口和USB從端口之間采用樹形的拓撲結構互連,
59、這使得外設具有高自由度的擴展能力,通過集線器(HUB)最多可以擴接127個USB設備。</p><p> S3C2410含有兩個USB主設備(USB Host)接口不I I一個USB從設備(USB Device接口,兼容標USB 1.1標準,有全速和低速兩種方式,低速方式的速率為,支持一些不需要很大數(shù)據(jù)吞吐量和很高實時性的設備,如鼠標等。全速模式為12Mbps,可以外接速率更高的外設。USB的電纜有四條線,兩條
60、傳送的是的電源,另外的兩條是數(shù)據(jù)線。USB總線最大可以提供5V, 500MA的電流,對十一些功率不大的外圍設備可以直接通過總線供電而不必外接電源,S3C2410的USB接口電路如所示。</p><p> (a) USB-Host圖</p><p> (b) USB-Device圖</p><p> 圖3. 11 USB接口電路圖</p><
61、;p><b> 總 結</b></p><p> 本課程設計在研究嵌入式系統(tǒng)的基礎上,對如何實現(xiàn)基于ARM的USB轉存系統(tǒng)進行了設計。根據(jù)已知參數(shù)對輸入信號特征進行分析、需求分析,選擇確定ARM芯片型號、USB控制器芯片型號,完成系統(tǒng)硬件設計研究了嵌入式系統(tǒng),ARM9微處理器及USB的應用。采用了三星公司的以ARM920T為內核的處理器S3C2410。詳細闡述了嵌入式系統(tǒng)的構建和U
62、SB的開發(fā)流程。嵌入式系統(tǒng)是當今及未來嵌入式技術的發(fā)展方向,ARM處理器為嵌入式系統(tǒng)特供了強大的硬件支持,智能手機和PDA都是兩者成功結合的典范。USB技術也推動了嵌入式產(chǎn)品的發(fā)展,使嵌入式產(chǎn)品具備了傳輸數(shù)據(jù)方便、快捷的優(yōu)點。</p><p> 本設計研究實現(xiàn)一個能將采集的數(shù)據(jù)通過USB接口轉存的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的ARM負責數(shù)據(jù)的采集和運算處理,處理結果通過USB口送計算機顯示分析。為嵌入式系統(tǒng)設計并實現(xiàn)了USB主
63、機接口,硬件設計采用S3C2410為主控平臺,ARM系統(tǒng)本身就是一個USB從設備,直接接到計算機的USB主機接口上進行通信。完成系統(tǒng)硬件設計,實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉存。嵌入式系統(tǒng)的構建需要選擇合適的硬件平臺,采用S3C2410處理器可以滿足構建嵌入式系統(tǒng)所要求的硬件資源。</p><p><b> 致 謝</b></p><p> 在這次課程設計的撰寫過程中,我得到了許多人的
64、幫助。首先我要感謝我的老師楊健及張君捧老師在課程設計上給予我的指導、提供給我的支持和幫助,這是我能順利完成這次報告的主要原因,更重要的是老師幫我解決了許多技術上的難題,讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間,我不僅學到了許多新的知識,而且也開闊了視野,提高了自己的設計能力。其次,我要感謝幫助過我的同學,他們也為我解決了不少我不太明白的設計的難題。</p><p> 本課題是在我的指導老師楊健及張君捧老師的悉心指導下
65、完成的,實事求是指導老師工作作風和孜孜不倦、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度,淵博的學識和淳淳教導的高尚品質都讓我受益匪淺并終生難忘,給了我許多書本上無法學到的東西,使我的能力有了質的飛躍,為我今后的工作和學習打下了堅實的基礎。在此,向辛勤培養(yǎng)和指導我的恩師致以最崇高的敬禮和表示最誠摯的謝意。</p><p> 最后再一次感謝所有在設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學。</p><p><b>
66、 參考文獻</b></p><p> [1] 杜春雷.ARM體系結構與編程[M].北京:清華大學出版社,2003.</p><p> [2] 周立功 .ARM嵌入式Linux系統(tǒng)構建與驅動開發(fā)范例[M].北京:北京航空航天大學出版社,2006.</p><p> [3] 斯洛斯(Sloss,A.N.).ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā):軟件設計與優(yōu)化[M].北
67、京:北京航空航天大學出版社,2005.</p><p> [4] ARM&Linux嵌入式系統(tǒng)教程.北京:北京航空航天大學出版社,2004.</p><p> [5] 陳賾.ARM9嵌入式技術及Linux高級實踐教程[M] .北京:北京航空航天大學出版社,2005.</p><p> [6] 孫天澤,袁文菊.嵌入式設計及Linux驅動開發(fā)指南——基于A
68、RM9處理器[M] .第2版.北京:電子工業(yè)出版社,2007.</p><p> [7] 田澤.ARM9嵌入式Linux開發(fā)實驗與實踐[M] .北京:北京航空航天大學出版社,2006.</p><p> [8] 于明.ARM9嵌入式系統(tǒng)設計與開發(fā)教程[M] .北京:電子工業(yè)出版社,2006.</p><p> [9] 趙星寒 .ARM開發(fā)工具ADS原
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