基于S3C2410X的ARM9的嵌入式系统开发

院系：计算机与通信工程学院专业：电子信息工程
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指导教师：李志华
基于S3C2410X的ARM9嵌入式系统开发
摘要：嵌入式系统指的是嵌入到系统内部的计算机系统，是面向特定应用设计的专用计算机系统。

嵌入式系统是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一，文中系统分析了ARM嵌入式及S3C2410X微处理器的特点，系统讲述了S3C2410X微处理器的一种硬件设计方案。

关键词：嵌入式系统；ARM；S3C2410X
1.引言
嵌入式系统（Embedded Systems）是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。

嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。

嵌入式系统的构架可以分成四个部分：处理器、存储器、输入输出（I/O）和软件。

典型机种如微控制器，微处理器和DSP等。

嵌入式系统具有技术密集，不断创新，发展迅速的特点。

2.ARM嵌入式简介
ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。

ARM是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。

技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。

适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。

ARM 公司是专门从事基于RISC 技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM 微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM 微处理器芯片进入市场。

目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM 公司的授权，因此既使得ARM 技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。

ARM处理器是一个32位元精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。

ARM处理器具有以下特点：
①体积小、低功耗、低成本、高性能；②支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；③大量使用寄存器，指令执行速度更快；④大多数数据操作都在寄存器中完成；⑤寻址方式灵活简单，执行效率高；⑥指令长度固定。

3.S3C2410X简介
S3C2410X微处理器时一款由samsung公司为手持设备设计的低功耗、高集成度的基于ARM920T核的微处理器。

为了降低系统总成本和减少外围器件，这款芯片还集成了以下部件：16KB指令Cache、16KB数据Cache、MMU、外部存储器控制器、LCD控制器、NAND FLASH控制器、4个DMA通道、3个UART 通道、1个IIC总线控制器、1个IIS总线控制器、4个PWM定时器、1个内部定时器、通用IO口、实时时钟、8通道10位ADC和触摸屏接口、USB主、USB 从、SD/MMC卡接口等，现在它广泛应用于PDA、移动通信、路由器、工业控制等领域。

4.基于S3C2410X处理器的硬件设计
①基本电路设计
⑴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电压是供给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，具体如图1所示。

图1 系统电源电路
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BA V99（等价于4个二极管串联）降压后得到的，如图2所示
图3.2 RTC电路的电压原理图
⑵复位电路设计
硬件复位电路由IMP811T构成，实现对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，如图3所示。

图3 系统的复位电路
⑶晶振电路设计
S3C2410X微处理器的主时钟可以由外部时钟源提供，也可以由外部振荡器提供，采用哪种方式通过引脚OM[3：2]来进行选择。

·()M[3：2]=00时，MPLL和UPLL的时钟均选择外部振荡器。

·()M[3：2l=01时，MPLL的时钟选择外部振荡器，UPLL选择外部时钟源。

·()Ml 3：2]=10时，MPLL的时钟选择外部时钟源，UPLL选择外部振荡器。

·OM[3：2]=11时，MPLL和UPLL的时钟均选择外部时钟源。

该系统中选择OM[3：2]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4所示。

图4 晶振电路原理图
图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XTIpll 脚，输入由XTOpll提供。

12MHz的晶振频率经S3C24IOX内部PLL电路的倍频后可达203MHz。

图5 系统时钟的选择
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，即Nor Flash接口、NandFlash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NandFlash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中的程序可直接执行，与在SDRAM执行相比速度较慢。

存储在NandFlash中的程序，需要复制到RAM中去执行。

⑴8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位酌存储器系统时，除数据总线的连接不同之处，其他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[A15～A0]与S3C2410X的地址总线[ADDR15～ADDR0]相连。

·存储器的8位数据总线[DQ7～DQ0]与S3C2410X的数据总线[DATA7～DATA0]相连。

图6 8位存储器系统
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位的存储器的nWE端接S3C2410X的nWBE1引脚。

·存储器的nCE端接S3C2410X的nGCS0引脚。

·存储器的地址总线[A15～A0]与S3C2410X的地址总线[ADDR16～ADDR1]相连。

·低8位的存储器的8位数据总线[DQ7～DQ0]与S3C2410X的数据总线[DATA7～DATA0]相连，高8位的存储器的8位数据总线[DQ7～DQ0]与S3C2410X的数据总线[DATA15～DATA8]相连。

图7 16位存储器系统
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S3C2410X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nGCS0引脚。

·存储器的地址总线[A15～A0]与S3C2410X的地址总线[ADDR17～ADDR2]
相连。

图8 32位存储器系统
⑵SDRAM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Ox0处读取启动程序代码，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. 3V。

主要生产厂商有HYUNDAI、Winbond等，下面以K4S561632C-TC75为例说明它与S3C2410X的接口方法，构成16M×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. 3V，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-Refresh)和自刷新(Self-Refresh)．采用两片K4S561632C-TC75存储器芯片可组成16M×32位SDRAM存储器系统，其片选信号CS*接S3C2410X的nGCS6引脚，具体连线如图9所示。

图9 K4S561632C-TC75组成的32位SDRAM存储器系统
5.结束语
嵌入式系统是一个将先进的半导体技术，计算机技术和电子技术等各个行业的先进技术结合在一起的产物，因此，它是一个技术密集型，资金密集型和知识密集型的集成系统，是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。

参考文献
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