【導(dǎo)讀】隨著嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來(lái)越大、功能越來(lái)越復(fù)雜，在很多嵌。入式系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛采用了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)報(bào)告是“基于ARM7的S3C44B0最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)”前期工作的一部分，報(bào)告首先介紹了基于ARM7的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的選擇和特點(diǎn)。

　　

【正文】 FP/160FBGA。 基于 ARM7的 S3C44B0最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 第 3章 最小系統(tǒng) 硬件 設(shè)計(jì) ARM 最小系統(tǒng)一般包括 : 1) ARM 芯片。 2) 電源電路、復(fù)位電路，晶振電路。 3) 存儲(chǔ)器（ FLASH 和 SDRAM） 4) UART 接口 電路。 5) JTAG 調(diào)試接口。 電源電路 電源系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)提供能量，是整個(gè)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，具有極其重要的地位，但卻往往被忽略。如果電源系統(tǒng)處理得好，整個(gè)系統(tǒng)的故障往往減少了一大半。 考慮因素： ? 輸出的電壓、電流、功率； ? 輸入的電壓、電流； ? 安全因素； ? 電池兼容和電磁干擾； ? 體積限制； ? 功耗限制； ? 成本限制。 系統(tǒng)采用 DC5V 穩(wěn)壓電源進(jìn)行供電，電源輸入后經(jīng)過(guò)芯片 LM111725 產(chǎn)生 和芯片 LM111733 產(chǎn)生 電壓，給 MCU 的 ARM內(nèi)核和 I/O 供電。 電源電路原理圖如圖 所示。 基于 ARM7的 S3C44B0最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 圖 電源電路原理圖 復(fù)位電路 負(fù)責(zé)將處理器初始化為某個(gè)確定的狀態(tài) 。 系統(tǒng)采用 DC5V 穩(wěn)壓電源進(jìn)行供電，電源輸入后經(jīng)過(guò)兩個(gè)穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生 和 電壓，給 MCU 的 I/O 和 ARM內(nèi)核供電，系統(tǒng)采用較簡(jiǎn)單的 RC 復(fù)位電路，在系統(tǒng)上電時(shí)，通過(guò)電阻 R 向電容 C 充電，當(dāng) C兩端的電壓未達(dá)到高電平的門限電壓時(shí)， Reset 端輸出為低電平，系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；當(dāng) C兩端的電壓達(dá)到高電平的門限電壓時(shí)， Reset 端輸出為高電平，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 復(fù)位電路原理圖 如圖 所示。 基于 ARM7的 S3C44B0最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 圖 復(fù)位 電路原理圖 時(shí)鐘電路 作為 CPU 及外設(shè)定時(shí)與同步信號(hào)。 S3C44B0X 內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生器可以產(chǎn)生 CPU 和外設(shè)所需要的時(shí)鐘信號(hào)。 S3C44B0X 的時(shí)鐘電源管理模塊集中管理時(shí)鐘脈沖的發(fā)生與電源。 本系統(tǒng)采用 的 RTC 時(shí)鐘和 10M 的外部時(shí)鐘（另時(shí)鐘模式選擇跳線）。時(shí)鐘電路原理圖如圖 所示。 基于 ARM7的 S3C44B0最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 圖 時(shí)鐘 電路原理圖 存儲(chǔ)電路 嵌入式系統(tǒng) 使用的存儲(chǔ)器有多種類型，主要包括 Flash、 EPROM、 SDRAM 以及SRAM 等，為滿足不同類型的存儲(chǔ)器對(duì)不同速度、不同類型、不同總路線寬度等的存儲(chǔ)器的管理和控制，存儲(chǔ)控制組件是必不可少的。正是存儲(chǔ)控制器為片外存儲(chǔ)器訪問(wèn)提供必要的控制信號(hào)，管理著片外存儲(chǔ)部件。 存儲(chǔ)區(qū)域劃分 如圖 所示。 基于 ARM7的 S3C44B0最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 25 6MB 可訪問(wèn)區(qū)域 4 M B 特殊功能寄存器 圖 存儲(chǔ)區(qū)域劃分 圖 S3C44B0X 內(nèi)部沒有存儲(chǔ)器，因此必須采用總線方式擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，包括SDRAM 存儲(chǔ)器 和 FLASH 存儲(chǔ)器，此處主要介紹擴(kuò) 展 的兩個(gè)外部存儲(chǔ)器。 SDRAM 存儲(chǔ)電路 采用 HY57V641620 芯片，所以容量為 211*2*16=222*16=4M*16=8MB 。 與 Flash 存儲(chǔ)器相比較， SDRAM 不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但其存取速度大大高于 Flash 存儲(chǔ)器，且具有讀 /寫的屬性，因此 SDRAM 在系統(tǒng)中主要用作程序的運(yùn)行空間，數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)。 SDRAM 存儲(chǔ)電路原理圖如圖 所示。 基于 ARM7的 S3C44B0最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 圖 SDRAM存儲(chǔ)電路原理圖 FLASH 存儲(chǔ)電路 程 序存儲(chǔ)器采用 HY29LV160，它是 1M*16 位的 Flash 存儲(chǔ)器芯片。 FLASH 具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但其存取速度低于 SDRAM 存儲(chǔ)器，且具有讀 /寫的屬性 . FLASH 存儲(chǔ)電路原理圖如圖 所示。 基于 ARM7的 S3C44B0最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 圖 FLASH存儲(chǔ)電路原理圖 JTAG 調(diào)試電路 1) ARM 公司提供的標(biāo)準(zhǔn) 20 腳 JTAG 仿真調(diào)試接口電路，芯片內(nèi)部有 JTAG CORE 。 2) S3C44B0X 通過(guò)外部 JTAG/ICE 端口支持 ARM 標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式在線仿真，共有四個(gè)管腳 ： ? TMS：測(cè)試模式選擇 ? TDI：測(cè)試數(shù)據(jù)輸入 ? TDO：測(cè)試數(shù)據(jù)輸出 ? TCK：測(cè)試時(shí)鐘 JTAG 調(diào)試電路如圖 所示。 基于 ARM7的 S3C44B0最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 圖 JTAG調(diào)試電路 原理圖 UART 電路 1) 定義： UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter )通用異步收發(fā)器，用于控制計(jì)算機(jī)與串行設(shè)備的接口； 2) S3C44B0X 的 UART 單元提供兩個(gè)獨(dú)立的異步串行 I/O 口，每個(gè)通信口均可工作于中斷模式； 3) 最高傳輸速率 ； 4) 特性：可編程波特率，紅外發(fā)送 /接收、一個(gè)開始位、一個(gè)或兩個(gè)停止位、5/6/7/8 位的數(shù)據(jù)寬度和奇偶校驗(yàn)； 5) 組成：波特率發(fā)生器、接收器、發(fā)送器和控制單元 UART 電路原理題如圖 所示。 圖 UART 電路 原理圖基于 ARM7的 S3C44B0最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 第 4章 內(nèi)核編譯 嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1) 嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)使用操作系統(tǒng)的好處和壞處。 好處： 硬件抽象、任務(wù)分解，在比較復(fù)雜的應(yīng)用情況下優(yōu)勢(shì)明顯。 壞處：占用系統(tǒng)資源，增加開發(fā)難度。 2) 嵌入式系統(tǒng)有廣泛的操作系統(tǒng)支持：如 Window CE、 Palm OS、 VxWorks、 Linux、uc/OSII 等。 3) Linux 具有源代碼開放、模塊化的結(jié)構(gòu)、良好的穩(wěn)定性，為嵌入式操作系統(tǒng)的主流。 4) 適合于沒有 MMU（ Memory Management Unit）的 ARM 微處理器的操作系統(tǒng)－－ uClinux om uClinux 內(nèi)核 uClinux操作系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境基于 uClinux操作系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境一般是由目標(biāo)系統(tǒng)硬件開發(fā)板和宿主 PC機(jī)所構(gòu)成。目標(biāo)硬件開發(fā)板 (基于 ARM的系統(tǒng)板 )用于運(yùn)行操作系統(tǒng)和系統(tǒng)應(yīng)用軟件，而目標(biāo)板所用到的操作系統(tǒng)的內(nèi)核編譯、應(yīng)用程序的開發(fā)和調(diào)試則需要通過(guò)宿主 PC 機(jī)來(lái)完成。雙方之間一般通過(guò)串口，并口或以太網(wǎng)接口建立連接關(guān)系。 1) uClinux 內(nèi)核針對(duì)特定硬件系統(tǒng)的修改 目前已經(jīng)移植到 S3C44B0 平臺(tái)的 uClinux 內(nèi)核，是針對(duì)某一特定的系統(tǒng)指標(biāo)的（如系統(tǒng)的某些 BANK 設(shè)置為禁用、工作頻率為 50MHz、 SDRAM 為 8MB、 Flash為 2MB、采用 UART0 作為控制臺(tái)等），這些與硬件系統(tǒng)直接 相關(guān)的信息，應(yīng)根據(jù)用戶設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行修改，與特定的硬件對(duì)應(yīng)。 2) 配置 uClinux 內(nèi)核 uClinux 內(nèi)核采用模塊化的組織結(jié)構(gòu)，通過(guò)增減內(nèi)核模塊的方式來(lái)增減系統(tǒng)的功能，因此，正確合理的設(shè)置內(nèi)核的功能模塊，從而只編譯系統(tǒng)所需功能的代碼，可以提高系統(tǒng)的性能、增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。采用內(nèi)核的默認(rèn)配置，只能支持常見的基本功能，用戶應(yīng)根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)際情況，對(duì)內(nèi)核模塊進(jìn)行有目的的增減，以適合自身的需要。 基于 ARM7的 S3C44B0最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 3) 編譯 uClinux 內(nèi)核 當(dāng) uClinux 內(nèi)核根據(jù)用戶的需求配置完成以后，需要將內(nèi)核源代碼編譯成可在特定 硬件平臺(tái)上運(yùn)行的可執(zhí)行代碼。采用針對(duì) ARM 硬件平臺(tái)的編譯器 ARMGCC，可以完成以上操作。 4) 內(nèi)核的加載運(yùn)行 當(dāng)內(nèi)核的編譯工作完成之后，會(huì)生成可執(zhí)行的內(nèi)核二進(jìn)制文件，通過(guò) JTAG仿真器（如微芯力的 ARM JTAG 仿真器），將文件燒寫到 Flash 存儲(chǔ)器中，在系統(tǒng)上電或復(fù)位時(shí)，自動(dòng)運(yùn)行。 uClinux 操作系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，默認(rèn) UART 為輸入輸出控制臺(tái)，可使用終端工具，通過(guò)串行口與操作系統(tǒng)進(jìn)行交互?；?ARM7的 S3C44B0最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 第 5章 結(jié) 論 基于 ARM7的 S3C44B0最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 參考文獻(xiàn) 【 1】熊茂華， 楊震倫， ARM9 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)用， 北京 ：清華大學(xué) 出 版社， 2020 【 2】孫玉芳 ，梁斌，羅保國(guó)，嵌入式計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020致 謝 在本次設(shè)計(jì)報(bào)告完成之際，我們忠心感謝我們的指導(dǎo)老師徐陽(yáng)老師， 本次最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)自始至終是在徐陽(yáng)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。老師以他淵博的知識(shí)、豐富的經(jīng)驗(yàn)以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度指導(dǎo)我們解決了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中遇到的許多困難，不僅給我們留下了深刻的印象，還將是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣。老師不但學(xué)問(wèn)精深而且平易近人，在兩年多的時(shí)間里，徐老師不僅在學(xué)業(yè)上而且在生活上給予了我們無(wú)微不至的關(guān)心和幫助，并為我們指明了未來(lái)的發(fā)展方向。師恩難報(bào)，我們將終身銘記。 本次報(bào)告設(shè)計(jì)的領(lǐng)域不算太廣，不論在硬件的電路設(shè)計(jì)還是在軟件繪圖的過(guò)程中，我們小組林濤、李麗華能遇到問(wèn)題及時(shí)討論并解決，繼而完成了此次的設(shè)計(jì)報(bào)告。