嵌入式技术应用教程基于S3C2410第二章.docx
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嵌入式技术应用教程基于S3C2410第二章
第二章EL-TAB-ARM-II实验系统和ADS1.2的
基本使用方法
EL-ARM-830型教学实验系统属于一种综合的教学实验系统,该系统采用了目前在国内普遍认同的ARM920T核,32位微处理器,实现了多模块的应用实验。
它是集学习、应用编程、开发研究于一体ARM实验教学系统。
用户可根据自己的需求选用不同类型的CPU适配板,兼容ARM7与ARM9,而不需要改变任何配置,同时,实验系统上的Tech_V总线能够拓展较为丰富的实验接口板。
用户在了解Tech_V标准后,更能研发出不同用途的实验接口板。
除此之外,在实验板上有丰富的外围扩展资源(数字、模拟信号发生器,数字量IO输入输出,语音编解码、人机接口等单元),可以完成ARM的基础实验、算法实验和数据通信实验、以太网实验。
2.1EL-TAB-ARM-II实验系统
一、试验系统资源
图2.1试验系统的组成框图
二、S3C2410A核心板
1.核心板的硬件资源
在这里ARM9核心板就类似于个人PC上的主板加存储器。
这个核心板上的资源为:
①核心板CPU为S3C2410A,是三星公司出品的ARM9处理器。
主频最大为266MHz。
芯片核心供电电压为1.8V或2.0V,内部存储器和外围设备供电电压为3.3V。
②核心板内存为512MB,采用的是两片SDRAM,型号是H57V2562GTR-60C。
③核心板硬盘为64MB,采用的是一片NANDFlash,型号是K9F1208U0C。
④USB接口,一个USB-HOST接口,一个USB-DEVICE接口。
⑤UART接口,最高速率为115200bps,接口芯片为SP3232EEN。
⑥网络接口,10/100M以太网芯片ax88796。
⑦JTAG接口,20pin。
⑧复位按键RESET。
⑨达盛公司的Tech_V总线接口。
⑩电源模块单元。
表2.1元器件表
芯片名称
数量
功能
板上标号
S3C2410A
1
ARM920T,中央处理器
S3C2410AX
H57V2562GTR-60C
2
动态存储器(SDRAM),32MB/片
HY57V561620
K9F1208U0C
1
海量存储器,64MB
K9F5608U
AX88796
1
10/100M以太网控制器
AX88796
AS1117-3.3
1
5V转3.3V
AS1117-3.3
AS1117-1.8
1
5V转1.8V
AS1117-1.8
SP3232EEN
1
RS232转换
IMP811-S
1
复位
IMP811
表2.2单元跳线表
标号
名称
功能
JP1
JTAG复位单元
控制nRESET与nTRST是否接通
AREFSEL
模拟参考电压选择
短接后连接到VDD33,否则接地
3S/4S
3Step与4Step选择
设置NandFlash的运行模式,选择NCON(CPU引脚)与3Step、4Step连接
RESET
复位键
系统复位按键
P.S
电源插座
电源插座,接5V电源
SW
电源开关
拨向EXT接通,拨向INT断开电源
USB-HOST
主USB单元
主USB
UART0(CROSS/F)
串口0单元
和S3C2410A的串口0通信
USB-DEVICE
从USB单元
USB设备
RJ45
网络单元
访问以太网
ARM-JTAG
JTAG插座
20针JTAG插座,用于与宿主机通信
INTERFACEC
功能单元
INTERFACEB
数据、地址单元
INTERFACEA
功能单元
表2.3核心板LED指示灯
标号
名称
功能
PWR
LED灯
电源指示灯
LED1
LED灯
GPI/O口G口的第8位指示
LED2
LED灯
GPI/O口G口的第9位指示
表2.4核心板上晶振单元
标号
名称
功能
12MHz
CPU主时钟晶振
外接12MHz
32KHz
RTC时钟晶振
外接32.768KHz
25MHz
网络时钟晶振
外接25MHz
2.核心板资源的具体介绍
(1)电源模块
在S3C2410ACPU板上由于其内核采用1.8V,I/O接口采用3.3V供电,因此需要将通用的5V转换成1.8V和3.3V。
图1-1-2为使用LM1117电源转换芯片把5V转成3.3V和1.8V的转换电路。
图2.2电源转换电路
(2)NAND_FLASH海量存储器单元
该存储单元在板卡上标号为K9F1208U0C,选用64MB字节的K9F1208U0C,8位数据总线,该芯片由S3C2410A的相关引脚直接控制,CPU分配给它的地址空间为0x00000000—0x01ffffff。
启动代码部分则放在从0x00000000开始的地址空间内。
系统将CPU的引脚OM[1:
0]设置成00b,当核心板上电复位时,系统首先将Nand_Flash开始的0~4K的程序映射到SteppingStone区,然后从那里开始执行。
Nand_Flash可以存放数据和程序,但需要特定的指令进行读写。
(3)同步动态存储器单元
该存储单元在板卡上标号为H57V2562GTR-60C。
选用两片256MB字节的H57V2562GTR-60C,32位数据总线。
片选NSCS6接两片H57V2562GTR-60C单元作为片选信号,CPU分配给这两片H57V2562GTR-60C单元的地址空间分别为0x30000000-0x31ffffff,0x32000000-0x33ffffff,也就是S3C2410ACPU的Bank6区和Bank7区。
(4)RS232串口单元
该存储单元在板卡上标号为UART0(CROSS/F),选用了SP3232EEN电压转换芯片,进行PC机与CPU板的串口通讯。
它采用收、发、地,三线连接,无握手信号。
通过S3C2410A内部的串口0控制器进行控制。
(5)主/从USB单元
该单元在板卡上标号为USB-HOST和USB-DEVICE,通过S3C2410A内部的USB主控制器和USB设备控制器进行控制。
(6)网络单元
该存储单元在板卡上标号为AX88796,选用了ASIX公司的AX88796网络芯片,传输速率为10/100M自适应,16位数据总线传输,片选NGCS2接网络单元。
CPU分配给AX88796单元的地址空间为0x10000000—0x18000000,也就是S3C2410ACPU的bank2区。
S3C2410ACPU的外部中断ExINT2响应该中断。
RJ45插座上面自带数据传输的指示灯。
表2.5核心板上存储区及单元
标号
名称
存储区
存储的有效区
容量(字节)
H57V2562GTR-60C
同步动态存储器
Bank7
0x32000000-0x33ffffff
256M
H57V2562GTR-60C
同步动态存储器
Bank6
0x30000000-0x31ffffff
256M
AX88796
网络控制器
Band2
0x10000000后的若干
若干寄存器
NAND_FLASH
海量存储器
Bank0
0x00000000-0x01ffffff
64M
(7)JTAG单元
JTAG(JointTestActionGroup,联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议,主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试,JTAG技术是一种嵌入式调试技术,它在芯片内部封装了专门的测试电路TAP(TestAccessPort,测试访问口),通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试。
目前大多数比较复杂的器件都支持JTAG协议,如ARM、DSP、FPGA器件等。
标准的JTAG接口是4线:
TMS、TCK、TDI、TDO,分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。
通过JTAG接口,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JTAG接口的连接有两种标准,即14针接口和20针接口,EL-ARM-830核心板上使用的是20针接口,接口定义见表2.6
表2.6JTAG接口连接表
引脚
名称
描述
1
VTref
目标板参考电压,接电源
2
VCC
接电源
3
nTRST
测试系统复位信号
4、6、8、10、12、
14、16、18、20
GND
接地
5
TDI
测试数据串行输入
7
TMS
测试模式选择
9
TCK
测试时钟
11
RTCK
测试时钟返回信号
13
TDO
测试数据串行输出
15
nRESET
目标系统复位信号
17、19
NC
未连接
在核心板上,JTAG的第1脚用一黄色的方框标注,当串口、USB口、网络口向左摆放时,第1脚下面的管脚为第2脚,它左面的管脚依次为3,5,…,19;第2脚左面的管脚依次为4,6,…,20。
三、底板资源
1.实验箱底板上的资源
实验箱底板上的资源丰富,具体的实验单元有:
LCD模块,触摸屏模块,语音单元模块,串口2模块,USB设备模块,电源模块,模拟输入输出模块,键盘模块,CPLD烧写模块,键盘数码管模块,SD(MMC)卡模块,A/D转换模块,信号源发生器模块。
以及PS2鼠标键盘接口,Tech_V总线接口,E_LAB总线接口等等。
在这里底板资源就类似于PC机的外围设备,比如显示器键盘等。
实验箱上的底板详细具体资源见表2.7。
表2.7底板详细资源
单元名称
关键控制芯片
功能
备注
LCD模块
S3C2410A内置LCD控制器
液晶显示
320X240,5.7寸,256色
语音模块
UDA1341TS
语音模拟信号采集
采样率最高48KHz;
串口1模块
MAX3232CPE
完成与PC机的串行数据的转换
最高串行通信率为115200bps.
USB设备模块
PDIUSBD12
完成PC机与实验箱的USB通信控制
USB1.1
键盘数码管模块
HD7279A
中断请求,数码管显示
4X4键,8位数码管
模拟输入输出模块
74LS273,244
完成数据锁存,数据发送
8位数据
A/D转换模块
S3C2410A内置A/D转换器
采集模拟信号
10位8路
E_LAB总线接口
留有扩展接口,有扩展板。
电源模块
5V,+12V,-12V
Tech_V总线接口
留有扩展接口,有扩展板。
2.底板资源的具体介绍
(1)模拟输入输出接口单元
8bit的数字量输入(由八个带自锁的开关产生),通过74LS244缓冲;8bit的数字量输出(通过八个LED灯显示),通过74LS273锁存。
数字量的输入输出都映射到CPU的IO空间。
数字值的显示的通过八个LED灯和LCD屏,按下一个键,表示输入一个十进制的“0”值,8个键都不按下,则数字量的十进制数值为255,8个键都按下,则数字量的十进制数值为0,通过LED灯,和LCD的显示可以清楚的看到实验结果。
(2)键盘数码管模块
键盘接口是由芯片HD7279A控制的,HD7279A是一片具有串行接口的,可同时驱动8位共阴式数码管或(64只独立LED)的智能显示驱动芯片,该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵,单片即可完成LED显示,键盘接口的全部功能。
HD7279A内部含有译码器,可直接接受BCD码或16进制码,并同时具有2种译码方式。
此外,还具有多种控制指令,如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。
HD7279A具有片选信号,可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。
在该实验系统中,仅提供了16个键。
(3)USB设备模块
USB设备模块,采用了飞利浦的USB设备控制芯片PDIUSBD12,该芯片遵从USB1.1规范,最高通信率12Mbps,该单元位于实验箱的左下角。
D3为通信状态指示灯。
使用外部中断4来响应中断请求。
(4)串口1模块
串口1模块,采用了美信的MAX3232CPE芯片,通过它可以把PC的电信号转换成实验箱可以使用的信号,它的最高串行通信波特率为115200bps.
(5)音频模块
语音的模拟信号的编解码采用了UDA1341TS芯片。
该芯片有两个串行同步变换通道、D/A转换前的差补滤波器和A/D变换后的滤波器。
其他部分提供片上时序和控制功能。
芯片的各种应用配置可以通过芯片的三根线,由串行通信编程来实现。
主要包括:
复位、节电模式、通信协议、串行时钟速率、信号采样速率、增益控制和测试模式、音质特性。
最大采样速率48kb/s。
语音处理单元由UDA1341TS模块、输出功率模块组成。
语音的模拟信号经过偏置和滤波处理后输入到语音的编解码芯UDA1341TS中,UDA1341TS以IIS的语音格式送入S3C2410A中,S3C2410A可以处理也可以不处理该信号,把它保存起来,也可用DMA控制而不经过CPU处理,直接实时的采集,然后实时的播放出去。
音频信号通过D/A转换后输出,经过一次功率放大,然后可以推动功率为0.4W的板载扬声器,也可以接耳机输出。
如图2.3。
图2.3语音处理单元原理框图
语音处理单元接口说明:
LINE_IN:
音频输入端子,可输入CD、声卡、MP3等语音信号。
MIC:
音频输入端子,麦克风等语音信号。
SPEAKER:
音频输出端子,可接耳机、音箱。
语音处理单元旋钮说明:
“SPEAKER_R”:
逆时针旋转
音量变大
顺时针旋转
音量变小
“SPEAKER_L”:
逆时针旋转
音量变大
顺时针旋转
音量变小
(6)LCD模块
本实验系统仅选用了LCD液晶显示屏,LCD的控制器使用S3C2410A的内部集成的控制器,LCD屏选用的是5.7寸,320X240像素,256色的彩屏。
电源操作范围宽(2.7Vto5.5V);低功耗设计可满足产品的省电要求。
其中,可调变位器VR2用于调节LCD屏色彩的对比度,产品出厂时,已设定成在室温下较好的对比度,当因温度低或高等因素显示不正常时,可适当调节VR2到合适的色彩。
一般请不要调整。
“VR2”:
逆时针旋转
LCD屏变亮
顺时针旋转
LCD屏变暗
“LCD_ON/OFF”按键,控制着LCD屏的电源,是电源的开关。
(7)A/D转换单元
A/D转换单元,采用S3C2410A内置的A/D转换器,它包含一个8路模拟输入混合器,12位模数转换。
最大转换速率:
100KSPS,输入电压范围:
0-2.5V输入带宽:
0-100Hz(无采样和保持电路),低的电源消耗。
在本实验系统中,模拟输入信号经过降压、偏置处理后输入A/D转换器,然后转换的数字量给S3C2410A处理。
如图2.4。
图2.4模数单元原理框图
(8)其它接口说明
电源单元:
为系统提供+5V、+12V、-12V、+3.3V电源,其中
标号
名称
功能
LED15
LED灯
+3.3V电源指示
LED16
LED灯
+5V电源指示
LED17
LED灯
+12V电源指示
LED18
LED灯
-12V电源指示
在底板上,留出了两列插孔,它们是供外部扩展所用。
具体功能见表2.8。
表2.8
标号
功能
IICSCL
S3C2410A的IIC控制时钟引出
IICSDA
S3C2410A的IIC数据线引出
CS1
CPLD的第100管脚的引出
CS2
CPLD的第77管脚的引出
EXINT2
S3C2410A的外部中断请求2管脚引出
EXINT3
S3C2410A的外部中断请求3管脚引出
IO-1
CPLD的第52管脚的引出
IO-2
CPLD的第97管脚的引出
IOC-3
S3C2410A的TOUT1管脚引出,J4的13
IOC-4
S3C2410A的TOUT3管脚引出,J4的45
AIN3
采集的模拟信号从第3路输出
AIN2
采集的模拟信号从第2路输出
在信号扩展单元处,又扩展了PS2键盘鼠标接口
在此对底板上的设备所使用的中断作一总结。
见表2.9。
表2.9
设备
使用的中断
网卡
外部中断EXINT1
PS2
外部中断EXINT3
USB设备
外部中断EXINT4
4X4键盘
外部中断EXINT5
SD(MMC)卡
外部中断EXINT6
触摸屏
外部中断EXINT7
3.Tech_V总线的介绍
在实验箱的左中部,有两条扩展接口,J3和J5,在深入掌握了ARM的系统之后,可以进一步开发属于自己的具体的开发板,例如,在此总线上,我公司已经研制开发了GPS/GPRS模块卡,高精度的A/D,D/A采集卡,静态图像处理卡等等。
现就Tech_V总线的接口定义说明见表1-26,1-27。
J3:
J3扩展信号是地址、数据总线和读写、片选信号:
见表2.10
表2.10
序号
代号
含义
IO
备注
1
+5V
+5V电源
2
+5V
+5V电源
3
ADDR19
地址线
O
与CPU板的ADDR19相连
4
ADDR18
地址线
O
与CPU板的ADDR18相连
5
ADDR17
地址线
O
与CPU板的ADDR17相连
6
ADDR16
地址线
O
与CPU板的ADDR16相连
7
ADDR15
地址线
O
与CPU板的A15相连
8
ADDR14
地址线
O
与CPU板的A14相连
9
ADDR13
地址线
O
与CPU板的A13相连
10
ADDR12
地址线
O
与CPU板的A12相连
11
GND
地
12
GND
地
13
ADDR11
地址线
O
与CPU板的A11相连
14
ADDR10
地址线
O
与CPU板的A10相连
15
ADDR9
地址线
O
与CPU板的A9相连
16
ADDR8
地址线
O
与CPU板的A8相连
17
ADDR7
地址线
O
与CPU板的A7相连
18
ADDR6
地址线
O
与CPU板的A6相连
19
ADDR5
地址线
O
与CPU板的A5相连
20
ADDR4
地址线
O
与CPU板的A4相连
21
+5V
+5V电源
22
+5V
+5V电源
23
ADDR3
地址线
O
与CPU板的A3相连
24
ADDR2
地址线
O
与CPU板的A2相连
25
ADDR1
地址线
O
与CPU板的A1相连
26
ADDR0
地址线
O
与CPU板的A0相连
27
ADDR21
地址线
O
28
ADDR20
地址线
O
29
GND
地
30
GND
地
31
GND
地
32
GND
地
33
NC
空脚
空
34
NC
空脚
空
35
NC
空脚
空
36
NC
空脚
空
37
NC
空脚
空
38
NC
空脚
空
39
NC
空脚
空
40
NC
空脚
空
41
+3.3V
+3.3V电源
42
+3.3V
+3.3V电源
43
NC
空脚
空
44
NC
空脚
空
45
NC
空脚
空
46
NC
空脚
空
47
NC
空脚
空
48
NC
空脚
空
49
NC
空脚
空
50
NC
空脚
空
51
GND
地
52
GND
地
53
DATA15
数据线
IO
与CPU板的D15相连
54
DATA14
数据线
IO
与CPU板的D14相连
55
DATA13
数据线
IO
与CPU板的D13相连
56
DATA12
数据线
IO
与CPU板的D12相连
57
DATA11
数据线
IO
与CPU板的D11相连
58
DATA10
数据线
IO
与CPU板的D10相连
59
DATA9
数据线
IO
与CPU板的D9相连
60
DATA8
数据线
IO
与CPU板的D8相连
61
GND
地
62
GND
地
63
DATA7
数据线
IO
与CPU板的D7相连
64
DATA6
数据线
IO
与CPU板的D6相连
65
DATA5
数据线
IO
与CPU板的D5相连
66
DATA4
数据线
IO
与CPU板的D4相连
67
DATA3
数据线
IO
与CPU板的D3相连
68
DATA2
数据线
IO
与CPU板的D2相连
69
DATA1
数据线
IO
与CPU板的D1相连
70
DATA0
数据线
IO
与CPU板的D0相连
71
GND
地
72
GND
地
73
RD
读信号
O
74
NWE
写信号
O
75
NOE
使能信号
O
76
NWIT
等待信号
I
77
MSTRB
存储器选通单元
O
78
NGCS4
片选信号4
O
79
GND
地
80
GND
地
J5:
J5扩展信号外设信号接口:
见表2.11。
表2.11
序号
代号
含义
IO
备注
1
+12V
电源
2
-12V
电源
3
DGND
地
4
DGND
地
5
+5V
+5V电源
6
+5V
+5V电源
7
GND
地
8
GND
地
9
+5V
+5V电源
10
+5V
+5V电源
11
NC
空脚
空
12
NC
空脚
空
13
NC
空脚
空
14
NC
空脚
空
15
NC
空脚
空
16
NC
空脚
空
17
NC
空脚
空
18
NC
空脚
空
19
+3.3V
+3.3V电源
20
+3.3V
+3.3V电源
21
SIOCLK
SIO输出位时钟
O
实际使用的是GPIO口
22
空
空
空
23
SIORDY
SIO就绪
I
实际使用的是GPIO口。
24
SIOTXD
SIO发送数据
O
实际使用的是GPIO口。
25
GND
地
26
GND
地
27
NC
空脚
空
28
NC
空脚
空
29
NC
空脚
空
30
SIORXD
SIO接收数据
I
实际使用的是GPIO口。
31
GND
地
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