【文章內(nèi)容簡介】 架構有上述的優(yōu)點，但決不能認為RISC架構就可以取代CISC架構，事實上，RISC和CISC各有優(yōu)勢，而且界限并不那么明顯?，F(xiàn)代的CPU：往往采用CISC的外圍，內(nèi)部加入了RISC的特性，如超長指令集CPU就是融合了RISC和CISC的優(yōu)勢，成為未來的CPU發(fā)展方向之一。 ARM微處理器的寄存器結構ARM處理器共有37個寄存器，被分為若干個組（BANK），這些寄存器包括：1．31個通用寄存器，包括程序計數(shù)器（PC指針），均為32位的寄存器。2．6個狀態(tài)寄存器，用以標識CPU的工作狀態(tài)及程序的運行狀態(tài)，均為32位，目前只使用了其中的一部分。 同時，ARM處理器又有7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式下均有一組相應的寄存器與之對應。即在任意一種處理器模式下，可訪問的寄存器包括15個通用寄存器（R0R14）,一至二個狀態(tài)寄存器和程序計數(shù)器。在所有寄存器中，有些是在7種處理器模式下共用的同一個物理寄存器，而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。ARM微處理器在較新的體系結構中支持兩種指令集：ARM指令集和Thumb碼指令集。其中，ARM指令為32位的長度，Thumb指令為16位長度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價的ARM代碼相比較，可節(jié)省30%40%以上的存儲空間，同時具備32位代碼的所有優(yōu)點。 ARM微處理器的系列產(chǎn)品ARM微處理器目前包括下面幾個系列，以及其它廠商基于ARM體系結構的處理器，除了具有ARM體系結構的共同特點以外，每一個系列的ARM微處理器都有各自的特點和應用領域。1．ARM7系列2．ARM9系列3．ARM9E系列4．ARM10E系列5．SecurCore系列6．Intel的StrongARM7．Intel的Xscale這些處理器最高處理能力達到了800MIPS，功耗數(shù)量級為Mw/MHz。對于支持同樣ARM體系版本的處理器，其軟件是兼容的。其中，ARM7，ARM9，ARM9E和ARM10E為4個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應用領域的需求。SecurCore系列專門為安全要求較高的應用而設計。 ARM微處理器的應用領域到目前為止，ARM微處理器及技術的應用幾乎己經(jīng)深入到各個領域：1．工業(yè)控制領域：作為32的RISC架構，基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應用領域擴展，ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。2．無線通訊領域：目前已有超過85%的無線通訊設備采用了ARM技術，ARM以其高性能和低成本，在該領域的地位日益鞏固。3．網(wǎng)絡應用：隨著寬帶技術的推廣，采用ARM技術的ADSL芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。此外，ARM在語音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對DSP的應用領域提出了挑戰(zhàn)。4．消費類電子產(chǎn)品：ARM技術在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機頂盒和游戲機中得到廣泛采用。5．成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機和打印機中絕大部分采用ARM技術。手機中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術。 除此以外，ARM微處理器及技術還應用到許多不同的領域，并會在將來取得更加廣泛的應用。第3章 車載監(jiān)控終端硬件設計GPS車載定位監(jiān)控系統(tǒng)由車載終端、客戶監(jiān)控中心及相關的業(yè)務管理系統(tǒng)組成。車載終端獲取GPS定位信息、車輛信息等，通過GPRS移動通信網(wǎng)絡將這些信息發(fā)送到客戶監(jiān)控中心；并且接收中心的業(yè)務指令?？蛻舯O(jiān)控中心提供實時監(jiān)控、調(diào)度處理和業(yè)務管理等功能。本文主要討論車載終端。本文設計的車載監(jiān)控終端系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能分為基本功能和擴展功能?；竟δ馨ǎ? 1．能夠利用GPS接收機接收GPS信息獲取車輛的當前經(jīng)度、緯度、速度等信息并能夠將這些信息發(fā)送到后臺監(jiān)控中心或存儲于外部存儲器中。 2．能夠根據(jù)當前通信網(wǎng)絡的狀況采用GPRS通信方式或者GSM短信息通信方式與監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)通信。3．能夠實現(xiàn)用戶利用GPRS模塊同外界語音通信，接收短信息等功能擴展功能包括：（1）用紅外實現(xiàn)無線撥打電話號碼：（2）將GPRS耳機的音頻放大至音箱；（3）能夠通過液晶顯示屏和按鍵同用戶進行簡單的交互。 系統(tǒng)由核心控制模塊、外部信息（包括GPS信息和車輛信息）獲取和處理模塊、數(shù)據(jù)遠程傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、用戶交互模塊5個主要部分組成。 其中，系統(tǒng)核心控制單元包括ARM微處理器及其外圍控制電路、程序加載和調(diào)試電路；外部信息獲取和處理單元包括GPS信息接收模塊和車輛信息監(jiān)測設備輸入接口：數(shù)據(jù)遠程傳輸單元包括GPRS無線通信模塊及其控制電路和SIM卡模塊及其控制電路；數(shù)據(jù)存儲模塊包括FLASH存儲器模塊和微處理器與存儲器之間的數(shù)據(jù)、地址和控制總線；用戶交互單元包括LCD顯示設備、用戶按鍵輸入設備、紅外撥號設備、音箱、麥克風以及各部件工作指示燈。 LPC2104簡介 系統(tǒng)采用LPC2104芯片作為嵌入式微處理器，LPC2104是由PHILIPS公司生產(chǎn)的ARM7系列微處理器。具體特性如下：1．ARM7TDMI_S處理器2．128k字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲器，具有ISP和IAP功能。3．FLASH編程時間：1ms可編程512字節(jié)，扇區(qū)擦除或整片擦除只需400ms。4．64/32/16K字節(jié)靜態(tài)RAM(LPC2104/2105/2104)5．向量中斷控制器6．仿真跟蹤模塊，支持實時跟蹤7．ReadMortitor模塊支持實時調(diào)試8．標準ARM測試/調(diào)試接口，兼容現(xiàn)有工具9．極小封裝： TQFP48(77mm2)10．雙UART，其中一個帶有完全的調(diào)制解調(diào)器接口11．I178。C串行接口12．SPI串行接口13．兩個定時器，分別具有4路捕獲/比較通道14．多達6路輸出的PWM單元15．實時時鐘16．看門狗定時器17．通用I/O口18．CPU操作頻率可達60MHz19．雙電源20．CPU操作電壓范圍：～(177。%)21．I/O電壓范圍：～(177。10%)22．兩個低功耗模式：空閑和掉電23．通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒24．外設功能可單獨使能/禁止，實現(xiàn)功耗最優(yōu)化25．片內(nèi)晶振的操作頻率范圍：10MHz～25MHz26．片內(nèi)PLL允許CPU以最大速度運行，可以在超過整個晶振操作頻率范圍的情況下使用。 LPC2104的引腳排列圖 、GPIO及模擬總線ARM7自帶有兩個串口控制寄存器，RS232_1通過MAX3232進行電平轉換，連接紅外接收器，接收紅外信號，調(diào)試時也可加載程序與數(shù)據(jù)；RS23_2與GPRS模塊相連，控制GPRS模塊，收發(fā)GPRS信息。由于本系統(tǒng)所接外圍設備較多，所以用STC16C552擴充兩個串口RS232_RS232_4，一個連接GPS，一個連接LCD顯示屏，并擴展一個并口LPT備用。ST16C552是美國TI公司生產(chǎn)的一款可以實現(xiàn)擴充通用異步串行口和并行口的芯片，它內(nèi)置了兩個通用異步串行接口和一個并行打印機接口。LPC2104通過使用自身的I/O端口實現(xiàn)的模擬總線來控制對ST16C552的讀寫。系統(tǒng)利用LPC2104的P0端口的部分引腳實現(xiàn)模擬總線，采用ALTERAEPM7032芯片和GAL16V8芯片實現(xiàn)對總線的譯碼。系統(tǒng)實現(xiàn)模擬總線時采用的I/O端口分別為：：A40，五位地址總線用于片選總線上連接的器件；：DB70，五位數(shù)據(jù)總線用于向總線上指定的器件寫入數(shù)據(jù)或者從總線上指定的器件讀取數(shù)據(jù)；：/WR，寫操作控制，低電平有效；：/RD，讀操作控制，低電平有效。 ALTERAEPM7032是ALTERA公司生產(chǎn)的一款可編程邏輯器件芯片，它基于ALTERA公司第二代多陣列矩陣(MAX)結構，并采用先進的CMOSEEPROM技術制造而成。EPM7032由邏輯陣列塊(LAB)、可編程連線陣列(PIA)和I/O控制塊等部分組成。EPM7032中的每個邏輯陣列塊由16個宏單元陣列組成，其中多個邏輯陣列塊通過可編程連線陣列連接在一起。PIA全局總線可由所有的專用輸入、I/O引腳以及宏單元饋入信號之中。EPM7032的宏單元可以單獨地配置成時序邏輯或組合邏輯工作方式。每個宏單元又由邏輯陣列、乘積項選擇矩陣和可編程寄存器等三個功能塊組成。通過可編程連線陣列可把各個LAB相互連接起來以構成所需的邏輯。同時，通過在PIA上布線，也可把器件中任一信號源連接到其目的地。I/O控制塊允許每個I/O引腳單獨地配置為輸入、輸出和雙向工作方式。所有I/O引腳都有一個三態(tài)緩沖器。它們由兩個專用的低電平有效的輸出使能引腳OE1和OE2來控制。 GAL16V8是一款擁有20引腳的通用陣列邏輯器件GAL，而通用陣列邏輯器件GAL是在PAL器件的基礎上發(fā)展起來的新一代增強型器件，它直接繼承了PAL器件的與一或陣列結構，利用靈活的輸出邏輯宏單元OLMC結構來增強輸出功能，同時還采用電子標簽和宏單元結構字等新技術和E2COMS新工藝，使GAL器件具有可擦除、可重新編程和可重新配置其結構等功能。用GAL器件設計邏輯系統(tǒng)，不僅靈活性大，而且能對PAL器件進行仿真，并能完全兼容。GAL16V8最多有16個引腳作為輸入端，內(nèi)含8個OLMC(輸出邏輯宏單元)，最多可有8個引腳作為輸出端。 來自于ST16C552的數(shù)據(jù)以及來自于擴展GPI/O的數(shù)據(jù)將通過模擬總線中的數(shù)據(jù)線傳送到LPC2104上，當ST16C552或者連接在GPI/O的外部器件有數(shù)據(jù)要發(fā)送給LPC2104時，將利用各自的中斷信號通知LPC2104，相應的中斷信號引腳分別是INT_A(擴充串口1）、INT_B(擴充串口2)、INT_P(擴充并行口)、GPIO_INT(連接在GPI/O上的外部器件）。這些信號作為GAL16V8的輸入擁有產(chǎn)生一個中斷輸出連接到LPC2104的外部中斷0（即P0端口的編號為16的引腳）。也就是說從硬件邏輯上來看存在以下表達式（其中的符號“＋”表示邏輯或）：＝INT_A+INT_B+/INT_P+GPIO_INT，它要通過查詢是那個中斷源觸發(fā)的這個中斷。這個操作通過訪問74HC245引腳上的數(shù)據(jù)實現(xiàn)。 74HC245是一個8位雙向總線收發(fā)集成電路芯片，可以通過其方向控制引腳來實現(xiàn)兩個方向上的8位數(shù)據(jù)傳送。74HC245的一側總線引腳接到LPC2104的PO端口的對應實現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)總線的引腳上，另一側的總線引腳同INT_A、/INT_P和GPIO_INT相連，這樣在必要時，LPC2104能夠控制74HC245的數(shù)據(jù)傳送方向讀取相應的數(shù)據(jù)進而利用輪詢方法識別觸發(fā)LPC2104外部中斷0的中斷源。EMP7032與GAL16V8相結合實現(xiàn)對地址總線上所送地址進行譯碼，地址總線空間分配如下表所示：（ｘ表示信號無意義，1表示高電平，0表示低電平）： 地址總線空間分配A4A3A2A1A0信號 功能0 0ｘｘｘCSA 分配擴充串并口ST/TL16C552FN的串口A空間片選0 1ｘｘｘCSB 分配擴充串并口ST/TL16C552FN的串口B空間片選1 0ｘｘｘCSP未用 分配擴充串并口ST/TL16C552FN的串口P空間片選 1 1ｘｘｘCS_GPLD 分配給可編程器件空間的片選1 1110CS_FM 分配給串行Flash存貯器的片選1 1111CS_INT 分配給中斷或查詢字的I/O空間(在74HC245上)模擬總線的讀寫時序如下所述：1．必須先讀各端口，保存的數(shù)值注：凡ARM_LPC寫端口操作，寫的數(shù)據(jù)均寄存在ARM_LPC的端口輸出寄存器，凡ARM_LPC讀端口操作，均要讀ARM_LPC的端口的引腳輸入2． 寫操作：操作順序有關的地址,數(shù)據(jù)端口或端口位的數(shù)據(jù)寫命令端口的位讀命令端口的位無關的端口或端口位的數(shù)據(jù)1寫所需地址，數(shù)據(jù)11保存的數(shù)值2寫所需地址，數(shù)據(jù)01保存的數(shù)值3寫所需地址，數(shù)據(jù)11保存的數(shù)值3． 讀操作操作順序有關的地址，數(shù)據(jù)端口或端口位的數(shù)據(jù)寫命令端口的位讀命令端口的位無關的端口或端口位的數(shù)據(jù)1寫所需地址（數(shù)據(jù)無關）10保存的數(shù)值2讀(與地址，數(shù)據(jù)無關)無關無關無關3寫（與地址，數(shù)據(jù)無關）11保存的數(shù)值 ST16C552電路原理圖模擬總線使四個功能模塊相互獨立，互不影響，功能模塊可以方便增刪而不改變硬件電路，提高了系統(tǒng)靈活性。具有較大的升級空間，便于已有功能進一步完善，新功能進一步擴展。 ST16C552硬件接口引腳設定類別引腳號（信號名）輸入/輸出Net定義名8位數(shù)據(jù)線DB0714（D0）I/ODB015（D1）I/ODB116（D2）I/ODB217（D3）I/ODB318（D4）I/ODB419（D5）I/ODB520（D6）I/ODB621（D7）I/ODB73位地址線A0235（A0）IA034（A1）IA133（A2）IA2UARTA接口信號用于和GPS模塊通信26(TXA)ORXDGPS41(RXA)ITXDGPSUARTA控制信號A端口選擇信號32（﹨CSA）ICSAA端口中斷信號45（INTA）OINTAA端口發(fā)送準備