基于PXA270的嵌入式系統設計

0 引言

隨著(zhù)嵌入式系統的發(fā)展，產(chǎn)品功能與功耗越來(lái)越成為系統設計所要考慮的重要方面。僅僅實(shí)現了豐富的功能而電量消耗大的產(chǎn)品并不能滿(mǎn)足人們的需求。基于Intel XScale架構的PXA270處理器，集成了存儲單元控制器、時(shí)鐘和電源控制器、DMA控制器、LCD控制器、AC97控制器、I2S控制器、快速紅外線(xiàn)通信 (FIR)控制器等外圍控制器，可以實(shí)現豐富的外圍接口功能。其低電源運行模式以及動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)可以有效的降低電源的功耗?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，使得PXA270廣泛的應用于智能手機、PDA、Web記事本、遠程通信、醫療器械等領(lǐng)域。

1 PXA270處理器簡(jiǎn)介

PXA270是Intel公司開(kāi)發(fā)的基于XScale架構的處理器，內核采用ARMv5TE，外圍控制器眾多。內置了Intel的無(wú)線(xiàn)MMX技術(shù)，能夠顯著(zhù)的提升多媒體性能，此外PXA270也包含了Intel的SpeedStep技術(shù)，能夠根據需要動(dòng)態(tài)調節CPU的性能，真正實(shí)現了低功耗，高性能。同其他XScale處理器一樣，支持多種嵌入式操作系統，如Linux、Windows、WinCE、Nucleus、Palm OS、VxWorks、Java等。

2 系統硬件組成

整個(gè)系統以PXA270處理器為核心，以音頻輸入輸出接口，紅外接口，10/100M自適應以太網(wǎng)口，觸摸屏接口等為外圍接口，通過(guò)寬溫高亮度LCD實(shí)現視頻輸出。系統框圖如圖1所示。

2.1 Intel XScale PXA270處理器的系統存儲器接口

Intel XSclae PXA270處理器集成了存儲單元控制器，其外部的存儲總線(xiàn)接口支持：SDRAM、FLASH、ROM、SRAM、PC卡等。

2.1.1 SDRAM電路的設計

SDRAM選用Hynix的HY57V561620C，其組織形式為4 Banks x 4M x 16Bit，單片容量

圖1 系統硬件組成框圖

為32MB，采用3.30.3V單電源供電，封裝形式為標準54引腳TSOP-II，屬于16位的數據總線(xiàn)寬度，選用兩片并聯(lián)的方式，使SDRAM的總線(xiàn)寬度達到32位。兩片SDRAM的32條數據線(xiàn)分別連到PXA270的高16位地址和低16位地址上。HY57V561620C的時(shí)鐘頻率分了100MHz~166MHz四個(gè)檔，這里選用133MHz這一檔的芯片。

2.1.2 FLASH電路的設計

嵌入式應用程序一般直接存在板子上的Flash芯片中，根據應用的不同可選用不同容量和速度的芯片，在這里選用的是Intel的同步FLASH 28F256L18，單片容量為32MB，采用1.8V 單電源供電，封裝形式為標準79腳的VF BGA，選用兩片并聯(lián)的方式，使FLASH的總線(xiàn)寬度達到32位。兩片FLASH的32條數據線(xiàn)分別連到PXA270的高16位地址和低16位地址上。

2.2 系統電源設計

系統采用TPS65020為PXA270供電，此解決方案除了高效率之外還可以提供業(yè)界最佳的瞬態(tài)響應，且不會(huì )影響靜態(tài)電源電流和效率，是便攜設備處理器電源的理想解決方案。

2.2.1 TPS65020芯片簡(jiǎn)介

TPS65020是德州儀器推出的一款電源轉換芯片，該器件可以滿(mǎn)足基于XScale的多媒體設備的電源需要。TPS65020電源管理單元集成了高性能模擬構建塊，可幫助由單節鋰離子(Li-ion)電池供電的應用支持多種電壓。該器件帶有三個(gè)具備集成FET的同步降壓DC/DC轉換器、三個(gè)線(xiàn)性穩壓器(LDO)以及一個(gè)I2C通信接口，可實(shí)現全面的可編程性與內核電壓的動(dòng)態(tài)縮放。

2.2.2 TPS65020供電原理

TPS65020包含的三個(gè)同步降壓轉換器在大負載電流時(shí)，一般運行在1.5MHZ固定頻率的脈寬調制。在輕負載電流時(shí)，轉換器自動(dòng)進(jìn)入電源省電模式，并運行在脈沖頻率調制。VDCDC1轉換器能傳送1.2A的輸出電流，VDCDC2轉換器能傳送1A的電流，VDCDC3轉換器能傳送800mA的電流。三個(gè)轉換器的輸出電壓是由DEFDCDC1，DEFDCDC2，DEFDCDC3三個(gè)管腳分別來(lái)設置。本設計中將DEFDCDC1,DEFDCDC2,DEFDCDC3一并連接到VCC上，所以，VDCDC1,VDCDC2,VDCDC3的電壓分別為3.3V，2.5V，和1.55V。

LDO1默認設置電壓是1.3V，LDO2默認設置電壓是1.1V。它們分別為PXA270處理器的VCC-PLL和VCC-SRAM管腳提供電壓。PXA270處理器供電的典型配置如圖2所示。

圖2 Intel PXA270處理器供電的典型配置

2.3 系統音頻輸入輸出設計

UCB1400是飛利浦半導體公司推出的專(zhuān)為液晶顯示器手持設備開(kāi)發(fā)的混合信號音頻解碼/編碼芯片。在一個(gè)芯片上集成了音頻解碼/編碼功能、一個(gè)觸屏控制器和功率管理接口，UCB1400與英特爾音頻解碼/編碼器97 (AC'97) 元件規格2.1版本完全兼容，可與眾多嵌入式處理器的AC-Link主機控制器通信，如英特爾基于XScale微結構的各系列處理器。

　　本系統采用PHILIPS公司生產(chǎn)的編/解碼芯片UCB1400與PXA270通過(guò)AC-LINK連接，輸出的信號通過(guò)芯片LM4800放大，再通過(guò)耳機實(shí)現音頻輸出設計。

2.4 系統10/100M自適應網(wǎng)口設計

采用SMSC公司的LAN91C111自適應以太網(wǎng)控制器芯片與PXA270通過(guò)控制總線(xiàn)，地址總線(xiàn)，和數據總線(xiàn)相連。

LAN91C111是專(zhuān)為嵌入式系統設計的，其外圍相對比較簡(jiǎn)單，它與PXA270以及電磁耦合變壓器 TG110-S050N2、 RJ-45接口構成嵌入式以太網(wǎng)，實(shí)現10/100M自適應網(wǎng)口設計。

2.5 系統觸摸屏設計

采用PHILIPS公司生產(chǎn)的UCB1400芯片與PXA270的AC97控制器連接，即可實(shí)現觸摸屏功能。

基于A(yíng)RM核的 Intel XScale微體系結構的處理器 PXA270中的AC97控制器與UCB1400通訊，可以實(shí)現觸摸屏上筆觸點(diǎn)數據的采集。PXA270對UCB1400寄存器的地址進(jìn)行了映射，這樣可以通過(guò)PXA270的地址直接訪(fǎng)問(wèn) UCB1400的寄存器，讀取存在其中的筆觸點(diǎn)的各類(lèi)數據值，整個(gè)實(shí)現過(guò)程簡(jiǎn)單、方便。

2.6 系統紅外接口設計

PXA270的標準UART口集成有符合IrDA 1.0協(xié)議的紅外編、解碼器，將其與安捷倫SIR標準型紅外收發(fā)器HSDL-3600連接便可組成串口紅外通信系統。

2.7 系統視頻輸出設計

PXA270內部集成了功能較強的LCD控制器，、驅動(dòng)器及入出緩沖。支持STN或TFT顯示，支持單色或幾種彩色像素格式，支持單或雙掃描面板顯示，支持每象素點(diǎn)18位、19位、24位和25位（bpp）。推薦的最大顯示分辨率是800x600?？删幊虥Q定插入等待狀態(tài)是在行首或者行末，可在52MHz－25.4KHz范圍內編程顯示每象素點(diǎn)的時(shí)鐘頻率，也可編程設置幀時(shí)鐘、行時(shí)鐘和使能信號的極性。當LCD功能不使能時(shí)，所有的輸入輸出管腳都可做為普通的I/O口來(lái)使用。

本系統通過(guò)寬溫高亮度LCD實(shí)現視頻輸出，把液晶屏的數據線(xiàn)與CPU的相應引腳相連即可。采用北京技博科技有限公司生產(chǎn)的6.4寸寬溫高亮液晶顯示器（嵌入式）。分辨率：VGA（640480），亮度：1200nits，工作溫度－40―70℃。

3 軟件實(shí)現

PXA270支持多種嵌入式操作系統，如Linux、Palm OS、Windows CE等。其中Windows CE是一個(gè)全新開(kāi)發(fā)的模塊化的圖形用戶(hù)界面。支持多任務(wù)操作，支持多種 CPU，擁有良好通信能力。是一款高性能、高效率的實(shí)時(shí)操作系統。

Windows CE.net的開(kāi)發(fā)主要包括兩個(gè)重要的方面，一個(gè)是內核定制，一個(gè)是應用程序的開(kāi)發(fā)，Microsoft 公司提供了Microsoft Windows CE Platform Builder作為嵌入式操作系統定制的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。Platform Builder集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）提供了所有進(jìn)行設計、創(chuàng )建、編譯、測試和調試Windows CE.net操作系統平臺的工具。它運行在桌面Windows下，本系統所用的CPU為PXA270，選擇Platform Builder 5.0來(lái)開(kāi)發(fā)。先通過(guò)交互式的環(huán)境來(lái)設計和定制內核、選擇系統特性，然后進(jìn)行編譯和調試。也可以用Platform Builder來(lái)進(jìn)行驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)和應用程序項目的開(kāi)發(fā)等。Windows CE.net操作系統的開(kāi)發(fā)步驟如下圖3所示。

圖3 Windows CE.net操作系統的開(kāi)發(fā)步驟

4 結論

基于Intel XScale PXA270處理器與寬溫高亮度LCD技術(shù)相結合的嵌入式系統，運行速度快，性能穩定，功能擴展方便，功耗低。

本文創(chuàng )新點(diǎn)：1.采用寬溫高亮度LCD實(shí)現嵌入式系統的視頻輸出，可以廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)控制、航空、航海等領(lǐng)域以及超低溫等惡劣環(huán)境。2．系統采用TI的TPS65020電源管理芯片為處理器供電，完全解決了PXA270的供電問(wèn)題，是嵌入式處理器電源的理想解決方案之一。

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