基于S3C4510B型微處理器的最小系統設計

1 引言

arm（advanced risc machines），既可以認為它是一個(gè)公司的名字，也可以認為它是一類(lèi)微處理器的統稱(chēng)，還可以認為它是一種技術(shù)名稱(chēng)，習慣上稱(chēng)之為"高級精簡(jiǎn)指令集計算機機器公司"。目前，各種各樣arm微處理器的設備應用數量已經(jīng)遠遠超過(guò)了通用計算機。在工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域中，使用arm微處理器的數字機床、智能工具、工業(yè)機器人、服務(wù)機器人正在逐漸改變著(zhù)傳統的工業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)方式。因此，基于arm微處理器的開(kāi)發(fā)應用正成為數據時(shí)代的應用技術(shù)潮流。本文介紹s3c4510b型arm微處理器最小系統的構建，并給出系統外圍相關(guān)器件的選型。

2 s3c4510b

s3c4510b是韓國三星公司（samsung）基于以太網(wǎng)應用系統的高性?xún)r(jià)比16/32位risc微處理器，內含1個(gè)由arm公司設計的低功耗、高性能16/32位arm7tdmi型risc處理器核，最適合用于對價(jià)格和功耗敏感的應用領(lǐng)域。

s3c4510b的工作電壓為3.3v，總高主頻為50mhz，采用208引腳qfp封裝。其外部數據總線(xiàn)（雙向、32位）支持外部8、16位、32位的數據寬度；22位的地址總線(xiàn)可尋址每一個(gè)rom/sram組、flash存儲器組、dram組和外部i/o組4m字（16m字節）的地址范圍。該微處理器內建37個(gè)32位的寄存器（31個(gè)通用寄存器和6個(gè)狀態(tài)寄存器），在某一時(shí)刻寄存器能否訪(fǎng)問(wèn)由處理器的當前工作狀態(tài)和操作模式?jīng)Q定。單個(gè)s3c4510b具有的片內外圍功能模塊包括1個(gè)帶總線(xiàn)請求/應答引腳的外部總線(xiàn)控制器；1個(gè)32位系統總線(xiàn)仲裁器；1個(gè)可配置為內部sram的一體化指令/數據cache（8kb）；1個(gè)僅支持主控模式的ⅱc接口；1個(gè)ethernet控制器；2個(gè)帶緩沖描述符的hdlc（高層數據鏈路控制）通道；1個(gè)dma控制器；2個(gè)可工作于dma方式或中斷方式的uart模塊；2個(gè)可編程32位定時(shí)器；18個(gè)可編程i/o口；1個(gè)含有21個(gè)中斷源的中斷控制器和1個(gè)pll電路。

3 硬件設計

3.1 最小系統設計

最小系統是由保證微處理器可靠工作所必須的基本電路組成的。s3c4510b的最小系統由s3c4510b、電源電路、晶體振蕩器電路、復位電路和jtag接口電路組成。它們的連接關(guān)系如圖1所示。

3.1.1 電源電路

在系統中，s3c4510b及部分外圍器件需3.3v電源，另外，部分器件需要5v電源，為簡(jiǎn)化系統電源電路的設計，要求整個(gè)系統的輸入電壓為5v直流穩壓電源。為了得到可靠的3.3v電壓，此處選用linear technology公司生產(chǎn)的lt1085ct－3.3型dc－dc變換器，它的輸入電壓為5v，輸出電壓為3.3v，輸出電流可達3a。電源電路如圖2所示。

3.1.2 晶體振蕩器電路

該電路用于向s3c4510b和其他電路提供工作時(shí)鐘。鑒于有源晶體振蕩器在工作可靠性和精度上都要優(yōu)于無(wú)源晶體振蕩器，故在系統中使用了有源晶體振蕩器。根據s3c4510b的最高工作頻率及pll電路的工作方式，選擇10mhz的有源晶體振蕩器，其頻率經(jīng)過(guò)s3c4510b內部pll電路倍頻后，最高可達50mhz。內部pll電路兼有頻率放大和信號提純的功能，因此，系統可以以較低的外部時(shí)鐘信號獲得較高的工作頻率。晶體振蕩器電路如圖3所示。

3.1.3 復位電路

該電路主要完成系統的上電復位和系統運行時(shí)用戶(hù)的按鍵復位功能，有助于用戶(hù)調試程序。此處選用imp公司生產(chǎn)的imp708tcsa型復位電路，它的工作電壓為3.3v，具有1個(gè)手動(dòng)復位輸入引腳和2個(gè)復位輸出引腳（高電平有效引腳和低電平有效引腳各1個(gè)），可以滿(mǎn)足不同復位信號的要求。復位電路如圖4所示。

3.1.4 jtag接口電路

jtag（joint test action group－聯(lián)合測試行動(dòng)小組）是一種國際標準測試協(xié)議，主要用于芯片內部測試及對系統進(jìn)行仿真、調試，jtag技術(shù)是一種嵌入式測試技術(shù)。通過(guò)jtag接口可對芯片內部的所有部件進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，是開(kāi)發(fā)調試嵌入式系統的一種簡(jiǎn)潔高效的手段。它有2種連接標準，即14針接口和20針接口。此處選擇14針接口的標準。jtag接口電路如圖5所示。

在設計完以上4部分電路后，s3c4510b就具有安全和可靠工作的基本條件。

3.2 外圍引出接口設計

最小系統的設計是為更好地研究開(kāi)發(fā)微處理器服務(wù)的，因此，還應將微處理器的一些必要引腳用接口插座引出，方便實(shí)驗開(kāi)發(fā)使用。下面將以模塊為單元介紹典型的需要引出的引腳，并給出相應電路的選型。

3.2.1 flash存儲器模塊

所需引腳為addr[21：0]、xdata[31：0]、nrcs0、noe、nwbe0、nresft。推薦電路為intel公司生產(chǎn)的te28f320b，其存儲容量為32m位（4m字節），工作電壓為2.7v－3.6v，采用48腳tsop封裝或48腳fbga封裝，16位數據寬度。

3.2.2 sdram模塊

所需引腳為addr[21：0]、xdata[31：0]、nsdcs0、ndwe、nsdras、nsdcas、nwbe0、nwbe1、sdclk、cke。推薦電路為winbond公司的w986416dh，其存儲容量為4組×16m位（8m字節），工作電壓為3.3v，常見(jiàn)封裝為54腳tsop，兼容lvttl接口，支持自動(dòng)刷新和自刷新，16位數據寬度。

3.2.3 以太網(wǎng)接口模塊

所需引腳為tx_err、txd[3：0]、tx_en、tx_clk、rx_err、rxd[3：0]、rx_clk、rx_dv、rx_err、nreset、crs、col。推薦接口電路為davicom公司生產(chǎn)的dm9161，它是單口高速以太網(wǎng)物理層接口電路，可提供mii接口和傳統7線(xiàn)制網(wǎng)絡(luò )接口，工作電壓為3.3v。

3.2.4 i2c接口模塊

所需引腳為scl、sda。此處外擴1個(gè)atmel公司生產(chǎn)的at24c01作為i2c接口模塊的存儲器，其工作電壓為5v，可提供128字節的eeprom存儲空間，用于存放少量在系統掉電時(shí)需要保存的數據。

3.2.5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊

所需引腳為e_addr3、scl、sda。philips公司生產(chǎn)的pcf8583是一種低功耗cmos實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷接口電路，工作電壓為3.3v，內置256字節的sram，通過(guò)i2c接口與外部進(jìn)行數據通信，每次讀、寫(xiě)操作完成后，內置的地址寄存器會(huì )自動(dòng)增加。

3.2.6 adc模塊

所需引腳為e_addr0、e_addr1、e_addr2、e_nwbe0、e_noe、nadc_cs，adc_clk。national公司生產(chǎn)的adc0809是一種8位8通道逐次逼近式a/d轉換器，工作電壓為5v，具有高速、高精度、溫度依賴(lài)性小和功耗低等特點(diǎn)。

3.2.7 dac模塊

所需引腳為e_d[7：0]、ndac_cs。national公司生產(chǎn)的dac0832是8位cmos d/a轉換器，工作電壓為5v，由8位輸入寄存器、8位dac寄存器、8位d/a轉換器和轉換控制電路組成，2級寄存器使它能夠實(shí)現多路d/a的同步轉換輸出。

3.2.8 通用i/o接口模塊


引腳p0－p3可外接跳線(xiàn)選擇高、低電平用作狀態(tài)輸入或其他輸入功能；引腳p4－p7可外接led，用作程序運行狀態(tài)的顯示或其他輸出顯示。

以上僅列出了8種模塊所用到的引腳和電路，此外還有串行接口模塊、總線(xiàn)驅動(dòng)模塊、譯碼模塊、led/lcd顯示模塊、鍵盤(pán)模塊等，不再一一列舉。以上提到的e_xxx引腳均為經(jīng)過(guò)總線(xiàn)驅動(dòng)與電平轉換電路后的引腳，此類(lèi)電路有ti公司的n74alvc16245（雙8通道）、sn74lvc4245（通道）等。

4 硬件調試

系統上電后，電源電路的輸出電壓為dc3.3v；有源晶體振蕩器的輸出頻率為10mhz；復位電路的輸出端（以低電平有效引腳為例）在按鈕未按下時(shí)輸出為高電平，按下按鈕后為低電平，按鈕松開(kāi)后輸出端恢復為高電平。

通過(guò)jtag接口調試s3c4510b，上電前應檢查s3c4510b的引腳newait是否已上拉，引腳extmreq是否已下拉，對這2個(gè)引腳的處理關(guān)系到s3c4510b能否正常工作，必須非常注意。上電后，如果在使能片內pll電路的情況下，引腳mclko/sdclk可輸出50mhz的波形，就說(shuō)明s3c4510b已正常工作。此時(shí)，就可使用集成開(kāi)發(fā)工具ads或sdt通過(guò)jtag接口對電路內的部件訪(fǎng)問(wèn)和控制，如通過(guò)對電路內部控制通用i/o口的特殊功能寄存器的操作來(lái)點(diǎn)亮連接在p4－p7口上的led，如果led能夠按照寄存器的設置正常開(kāi)關(guān)，那就說(shuō)明所設計的最小系統是可靠的。

5 結束語(yǔ)

arm微處理器將以其極好的性能和極低的功耗與高端的mips和powerpc嵌入式微處理器抗衡?？梢灶A見(jiàn)，在將來(lái)一段時(shí)間內，arm微處理器仍將主宰32位嵌入式微處理器市場(chǎng)。學(xué)習和掌握arb微處理器技術(shù)是非常必要的，而設計arm微處理器是最小系統是一種學(xué)習該技術(shù)的極佳方法。