基于LPC2368嵌入式實(shí)驗平臺的構建

1 前 言

嵌入式系統是先進(jìn)的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)、電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應用相結合后的產(chǎn)物, 它是硬件與軟件是緊密捆綁在一起的系統, 這一特點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、高度分散、不斷創(chuàng )新的知識集成系統。目前的嵌入式系統人才多數是在工作崗位上培養起來(lái)的, 國內高校還很少設立嵌入式系統這個(gè)本科專(zhuān)業(yè), 只是為了適應社會(huì )的需要, 對某些專(zhuān)業(yè)的學(xué)生開(kāi)設了相關(guān)課程, 學(xué)習。嵌入式系統設計是一門(mén)實(shí)踐性非常強的課程, 其理論還在不斷的發(fā)展當中, 如果沒(méi)有很好的實(shí)踐平臺, 嵌入式系統技術(shù)很難掌握, 學(xué)生的技能就得不到提高, 培養的學(xué)生就不能適應市場(chǎng)的需要。

現有的一些嵌入式系統實(shí)驗平臺已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)品也覆蓋了ARM7至ARM9的各大公司芯片。這些平臺在一塊實(shí)驗板上，不僅實(shí)現了ARM芯片的全部功能，而且進(jìn)行了相關(guān)擴展，在實(shí)驗板上提供了幾乎所有的接口，使得學(xué)生能夠充分接觸到類(lèi)型的接口的編程，能夠很好的在實(shí)驗板上進(jìn)行各種軟件的實(shí)驗和開(kāi)發(fā)。但是，這類(lèi)平臺也存在相當的不足。學(xué)生在其提供的實(shí)驗平臺上，只能完成軟件部分的練習，對于硬件部分的分析和設計卻不能得到很好的鍛煉。ARM開(kāi)發(fā)是一項軟硬件相結合的技術(shù)，在A(yíng)RM硬件設計方面，學(xué)生普遍還存在相當的不足，而在這方面的教育資源目前比較匱乏，需要一個(gè)合適的ARM實(shí)驗平臺來(lái)全面提高學(xué)生的軟硬件水平。本設計關(guān)于A(yíng)RM實(shí)驗平臺的構建提出一些參考意見(jiàn)。

2 LPC2368嵌入式實(shí)驗平臺的硬件實(shí)現

為了能讓學(xué)生充分接觸到ARM板的硬件設計，更好的實(shí)現教學(xué)目的，該實(shí)驗平臺采用核心板和擴展板硬件分離設計（如圖1所示）。核心板上只設計一個(gè)ARM最小系統，并且引出端口以便擴展，而在擴展板上根據需要擴展相關(guān)接口。這樣化繁為簡(jiǎn)，使得學(xué)生在實(shí)驗時(shí)，不僅能夠對簡(jiǎn)單的ARM最小系統有比較深入的理解，也能動(dòng)手設計出外圍擴展電路，最后進(jìn)行編程，軟件和硬件的能力同時(shí)得到提高，加深學(xué)習的印象和興趣。

根據方案設計，考慮到教學(xué)要求、成本問(wèn)題和開(kāi)發(fā)的難易程度等，本系統采用NXP公司（原PHILIPS半導體公司）出品的基于ARM7TDMI處理器核的 32位處理器LPC2368。它內嵌高達512KB的ISP/IAP Flash和高達58KB的SRAM，能夠在不擴展存儲和內存的條件下運行uclinux和uc/OS-II，在滿(mǎn)足實(shí)驗平臺要求的前提下簡(jiǎn)化設計，降低成本。同時(shí)LPC2368還支10/100 Ethernet、全速（12Mbps）USB 2.0和CAN 2.0B、多個(gè)串行通信接口（3個(gè)II C、1個(gè)IIS、4個(gè)UART和3個(gè)SPI/SSP）增強了設計的靈活性，提供了更大的緩沖區，并且具有更高的處理能力；10位A/D和D/A轉換器和一個(gè)IRC振蕩器，還帶有SD存儲卡接口可供選擇。 功能強大，接口豐富，非常適合用來(lái)構建實(shí)驗平臺。

2.1 核心板的設計

要使一個(gè)嵌入式處理器工作起來(lái)，必須要有電源部分，必須加上時(shí)鐘信號，并提供復位信號。如果芯片沒(méi)有片內存儲器或者內部存儲器容量不夠，則還需要加上存儲器系統，然后嵌入式處理器芯片才能正常工作。這些提供嵌入式處理器運行所必須的條件的電路與芯片一起構成了最小系統。核心板中將LPC2368的I/O接口全部引出，以方便在主板上進(jìn)行硬件擴展和接口設計。所以，這次設計的核心板部分包括ARM芯片，電源，時(shí)鐘，復位，以及I/O引出口。

2.2擴展板設計

擴展板在該實(shí)驗平臺中，主要通過(guò)學(xué)生自行設計相關(guān)外圍接口硬件，來(lái)提高學(xué)生的硬件動(dòng)手能力。主板的I/O口通過(guò)插槽引出，可以方便的在擴展電路設計實(shí)驗所需要的外圍硬件接口。LPC2368功能強大，接口非常豐富，自身就帶有多個(gè)串行通信接口，USB設備，網(wǎng)絡(luò )接口和SD卡接口。

本次設計只完成部分硬件單元電路，學(xué)生可以根據實(shí)際情況，自行設計好每個(gè)接口部分的硬件電路，然后畫(huà)圖PCB并制版，通過(guò)反復驗正至成功。這樣可以提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，防止了紙上談兵，在硬件電路的設計流程，以及具體的設計細節方便得到很好的煅練機會(huì )。然后可以將自己設計的外圍接口與I/O口相連，移植操作系統至主板上，并學(xué)習編寫(xiě)驅動(dòng)程序來(lái)驅動(dòng)外部電路。硬件設計和軟件編程同時(shí)得到鞏固和提高。

2.2.1 UART串口設計

LPC2368具有四個(gè)串行接口。除標準的數據傳輸和接受外，UART1還提供全modem控制握手信號。UART3還具有紅外模式，可用來(lái)進(jìn)行紅外通訊。

本次設計采用RS232的電平轉換芯片MAX232，實(shí)現UART0的串口通信。URAT1采用SP3243ECA轉換芯片將信號轉換成RS232電平，即可與MODEM連接，控制MODEM撥號、通信等。電路圖如圖2所示。