第2章基于ARM9的開發平臺硬件介紹

2.1開發板概述2.2電源2.3CPU最小系統2.4人機接口2.5設備間數據傳輸和IDE接口2.6數據采集和I/O端口控制2.7其他2.1開?發?板?概?述開發板是基于ARM9芯片的EP9315，它帶有豐富的外設接口，基本配置如下：●?ARM9內核工業級處理器EP9315；●?SDRAM128MB；●?Flash64MB可擴展；●?EEPROMIIC接口；●?LCD控制器；●?VGA接口1個；●LVDS接口1個；●觸摸屏接口；●RS2322個(3線)；●RS4851個(4線)；●USBHost3個；●SPI接口(不向外部擴展)；●EIDE接口2個；●擴展PS2接口；●8×8矩陣鍵盤接口；●RTC實時時鐘；●10/100M以太網口；●總線方式CAN接口1個；●A/D8通道，采樣10bit分辨率；●D/A2通道10位(其中一路作脈寬調制輸出)；●I/O口8路輸入，8路輸出(TTL或CMOS輸出5V電平)；●JTAG接口；●IIS接口保留；開發板的方案框圖如圖2.1所示。圖2.1方案框圖考慮到工業級與工控中穩定、高效的要求，故選擇EP9315處理器。EP9315是高度集成的片上系統處理器，擁有先進的200MHz的ARM920T處理器。ARM920T的32位微處理器結構帶有一個5階管線，可以極低的功耗提供優異的性能。16K指令高速緩存和16K數據高速緩存可為現有的程序和數據提供零等待時間，或者也可被鎖定，以確保對關鍵指令和數據的無延遲存取。對于那些具有指令存儲器大小限制的產品，ARM920T的壓縮型Thumb指令集有助于空間的充分利用和外部指令存儲器使用的最大化。MaverickCrunch協處理器顯著地提高了ARM920T的單/雙精度整數及浮點處理能力。在通過以太網處理數據，以及執行其他運算密集型計算和數據處理功能時，該協處理器可為EP9315提供必需的速度和性能。

EP9315提供了豐富的外層接口模塊，通過激活或中斷，設計者能夠對單一平臺稍加修改后滿足不同的產品設計需求，從而使設計方便簡潔。該存儲系統分為3部分，即：128MB的SDRAM，64MB的Flash和可配接EEPROM的IIC接口。SDRAM和Flash存儲系統的設計均可按典型電路來實現。EP9315提供了必要的接口。由于可以很容易地存取其內部的每一個字節，其中的Flash采用NOR_Flash來實現。為防止因斷電而丟失數據，我們通過IIC接口來使用EEPROM保存現場數據。顯示平臺提供了帶有觸摸屏接口的LCD接口、VGA接口和LVDS接口。EP9315提供了LCD的接口。采用專用D/A芯片ADV7123來實現VGA接口。通過LVDS接口來解決遠距離傳輸的問題。系統還同時實現了兩路RS232、1路RS485和3路USB接口。由于EP9315提供了相應的邏輯接口，因此硬件設計中重點要考慮采用相關芯片來滿足接口電平的問題。EP9315直接提供了EIDE接口，實現重點在軟件的驅動程序。PS2接口用EP9315的GPIO口來形成，8?×?8矩陣鍵盤接口也由EP9315直接提供。

EP9315的外層模塊已包含了形成以太網接口的MAC控制器。具體功能可通過MII接口和網絡接口芯片共同來完成。●為了實現CAN接口需要擴展對應接口和驅動芯片。●系統要求的A/D和D/A接口可通過對應接口芯片實現。●?JTAG為調試接口，EP9315自身已提供。●?8路輸入和8路輸出數字端口由EP9315的GPIO口來形成。●?EP9315已自帶了RTC實時時鐘。軟件部分包含ADS下所有的測試程序，如AD、DA、LCD、LED、KEY、NOR_Flash、IIC、UART、RS485、CAN、WATCHDOG、USB、RTC等。還包括了Linux內核、驅動及文件系統等。Linux內核采用了穩定、流行的2.4.21版本，可以通過驅動及內核配置來實現多種文件系統，如RAMDISK、JFFS2、EXT2、QT等。2.2電源在開發板中主要使用的電源是電壓為1.8V、3.3V、5V、12V和－12V的電源。

(1)?1.8V的電源用于給EP9315CPU芯片供電。使用LinearTechnology公司的LT1963A-1.8芯片，能提供1.5A的工作電流。輸入是3.3V電源，輸出是1.8V。

(2)?3.3V、5V、12V和－12V的電源使用ATX標準電源供給。2.3CPU最小系統

ARM芯片采用CirrusLogic公司的EP9315，該芯片是目前集成外設接口最全的ARM9芯片。具有200MHz的ARM920T微處理器，有支持Linux、WindowsCE和其他嵌入式操作系統的存儲器管理單元MMU。EP9315的ARM920T內核工作電壓為1.8V，輸入/輸出(I/O)電壓為3.3V，根據不同的運行速度，功耗在100～750mW之間。EP9315的內部結構如圖2.2所示。圖2.2EP9315內部結構圖

(1)?SDRAM芯片采用三星公司的512MB的K4S511632B-TC，它的最大工作頻率是133MHz，刷新周期為64ms。可以按照128MB?×?4、64MB?×?8或是32MB?×?16的方式組織。三種組織方式的行地址均是A0～A12，列地址分別是A0～A9，A11，A12；A0～A9，A11和A0～A9。

(2)?Flash存儲器采用Intel的28F256J3C125，是256MB的NOR_Flash。2.4人機接口人機接口有PS2接口、8×8鍵盤接口、觸摸屏和顯示接口。

(1)?PS2接口和EP9315的SPI接口共用相同的管腳。使用相應的功能時通過跳線選擇。

(2)?EP9315有專門的鍵盤掃描接口，能夠提供8×8鍵盤輸入。

(3)?EP9315的觸摸屏接口具有12bitA/D轉換器，可以提供系統觸摸屏的坐標信號和反饋信號。

(4)顯示接口提供VGA、LCD和LVDS接口。3種顯示方式的顯示信號均由EP9315的LCD接口信號提供。通過ADV7123芯片和SN75LVDS81芯片分別轉換為VGA顯示信號和LVDS信號。2.5設備間數據傳輸和IDE接口設備間數據的傳輸接口有2個RS232接口、1個雙向RS485接口、3個USB主機接口、1個SPI接口(與PS2接口共用)、1個10/100M以太網接口和1個CAN接口。

(1)?EP9315提供3個串口，分別用于2個RS232和1個RS485接口。只是使用了不同的驅動器，RS232信號使用MAX3223芯片驅動，雙向RS485信號使用MAX488芯片驅動。

(2)?EP9315直接提供3個USB主機接口。3個USB接口都是兼容USB2.0規范的全速接口，速率能夠達到12Mb/s。支持OpenHCI1.0規范。

(3)?EP9315提供以太網MAC層接口，以太網物理層芯片使用Realtek公司的RTL8201芯片。以太網接口支持1/10/100Mb的傳輸速率，支持802.3以太網協議。

(4)?CAN接口使用飛利浦的SJA1000CAN總線控制器，傳輸速率可到達1Mb，支持CAN2.0規范，支持11bit和29bit的識別符，支持PeliCAN模式擴展。CAN信號收發器使用飛利浦的PCA82C251芯片，它能全兼容“ISO11898－24V”標準，能夠支持最少110個節點連接。

(5)?EP9315提供IDE接口，可以掛載一個主設備和一個從設備，支持PIOmode4、MultiwordDMAmode2和UltraDMAmode2操作模式。2.6數據采集和I/O端口控制數據采集部分有A/D轉換和D/A轉換兩部分。I/O端口控制可提供8路輸入、8路輸出的TTL5V控制電平。

(1)?A/D轉換使用MAXIM公司的MAX1261芯片，該芯片提供8通道12?bit的A/D轉換器，轉換速率可達250kb/s。MAX1261與CPU的接口采用并行接口，可直接接到CPU的數據總線上。

(2)?D/A轉換使用MAXIM公司的MA