LXI接口電路的硬件設(shè)計(jì)

1、LXI接口電路的硬件設(shè)計(jì)要使嵌入式系統(tǒng)接入以太網(wǎng)必須解決兩個(gè)方而的問題4其嚅?？紤]硬件網(wǎng)絡(luò)接口*其一篇薑由軟件提供相應(yīng)的通訊協(xié)議.本章上要研究基于ARM的嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)*在分析ARM處理器核心模塊LPC2210的基礎(chǔ)上'設(shè)計(jì)提出網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)方案o同時(shí)簡單介紹T部分LXI接口電路的設(shè)汁*4dLXI接口為控制器的選擇LPC2210険塊足整個(gè)LXI接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的核心+數(shù)據(jù)的處理需耍通過LPC2210微處理器處理，尤其是協(xié)議軟件都是MHLPC2210運(yùn)行的；他模塊的運(yùn)行也骼要LPC2210進(jìn)行控制，從而使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地工作.LPC2210是采用ARM7TDM內(nèi)核的ARM繼控制器倔.它具

2、有非常小的尺寸和極低的功耗；芯片內(nèi)部具有16KB的SRAM,可用作代碼和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)】具備外部存儲(chǔ)器接口，通過外部存疇器控制器（EMC）可以擴(kuò)展4個(gè)Bank的存儲(chǔ)器rLPC2210的應(yīng)用以小型化為匸也可以和其他芯片一起封裝°1耍應(yīng)用傾域有丁業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和POStfl等*ARM令集體系結(jié)構(gòu)H前/f5ft版本.ARM7TDMI赴FV4咸本3它是冃前低端的ARM隊(duì)具有卡常廣泛的應(yīng)用ARM7TDMI中"DMF的含義為*T表示集成Thumb播令集；D表示支持片I：調(diào)試：M衷示Multiplier硬件藥法器:I農(nóng)小JI仃EmbeddedICE,l<Z訓(xùn)試龍持邏廊,號(hào)外

3、部較什+IVS實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)血線調(diào)試功能。狂于本實(shí)驗(yàn)霍技術(shù)的枳累和延續(xù)，課題中選用PHILIPS的LPC2210芯片作為系統(tǒng)微控制器。LPC2210是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿其和嵌入式跟蹤的16/32位TMARMTTDMbSCPU的微控制器（包含與片內(nèi)存赭器控制器接口的ARM7局部總線.射斷控制器接口的AMBA高性能總線和連接片內(nèi)外設(shè)功隧的VLSI外設(shè)總線hLPC2210的144腳封裝、極低的功耗、爭個(gè)畀位定時(shí)器、PWM輸出以及劈達(dá)9個(gè)外部中斷導(dǎo)特性使得它的應(yīng)用非常廣泛;并通過配置總線，LPC2210可提供大量的GPIO接口，由于內(nèi)置了很寬范圍的串行通信接II,它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)協(xié)汶轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟

4、modem以及其它備種類型的應(yīng)用1LPC2210將ARM7TDMI-S配置為小端（little-endim）了節(jié)順J仇LPC2210的功能框圖如圖4J所示叫圖4-1LPC2210內(nèi)部功能邏輯!圖Fig4lLPC2210internalfunctionlogicaldiagramLPC2210微控制器的所仃寄器均按照地址進(jìn)行存儲(chǔ)：LPC2210待姝功能寄存器的訪問則必須遵循一定的方式。LPC2210的寄存器可以是8、16或32位。對(duì)于LPC2210地址空間的分配：片內(nèi)非易失性存儲(chǔ)器與片內(nèi)SRAM之間的地址空間,保留的片內(nèi)存儲(chǔ)器的地址范圍從0x00000000到0x3FFFFFFF：片內(nèi)靜態(tài)RAM

5、與外部存儲(chǔ)器之間的地址空間，保留的片內(nèi)存儲(chǔ)器的地址范圍從0x40003FFF到0x7FFFDFFF外部存儲(chǔ)器組的地址范I!i|SRAM(0x81000000-0x8IFFFFFF),FLASH(0x80000000-0x8OFFFFFF)。LPC2210屬于ARM7系列，ARM7TDMI-S是通用的3?位微處理器，它具仃崗性能和低功耗的特性。ARM結(jié)構(gòu)是基于粘簡指令集計(jì)算機(jī)(RISC)原理而設(shè)計(jì)的。指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)要簡單得多。這樣使用一個(gè)小的、廉價(jià)的處理益內(nèi)核就可實(shí)現(xiàn)很商的指令喬吐量和實(shí)時(shí)的中斷響應(yīng)。由于使用了流水線技術(shù)，處理和存儲(chǔ)系統(tǒng)的所冇部分都可連續(xù)工作。通常在執(zhí)行

6、一條指令的同時(shí)對(duì)卜條指令進(jìn)行譯碼，井將第三條指令從存儲(chǔ)器中取出。ARM7TDMLS處理器使用了一個(gè)被稱為THUMB的獨(dú)特結(jié)構(gòu)化策略，它II：常適用于那些對(duì)存儲(chǔ)器有限制或者需要較高代碼密度的大批戢產(chǎn)品的應(yīng)用。在THUMB后面一個(gè)關(guān)鍵的概念是“超精簡指令集”?；旧?ARM7TDMI-S處理器具有兩個(gè)指令集：1. 標(biāo)準(zhǔn)32位ARM指令集16位THUMB指令集THUMB指令集的16位指令長度使其可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)ARM代碼兩倍的密度,卻仍然保持ARM的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢(shì).這些優(yōu)勢(shì)足使用16位寄存器的6位處理器所不具備的。因?yàn)門HUMB代碼和ARM代碼一樣,在相同的32位寄存器匕進(jìn)行操作。THUMB代碼僅為

7、ARM代碼規(guī)模的65%,但其性能卻相當(dāng)于連接到16位存儲(chǔ)器系統(tǒng)的相同ARM處理器性能的160%。關(guān)于ARM7TDMIS處理器的詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱ARM官方網(wǎng)站上的ARM7TDMIS數(shù)據(jù)手冊(cè)。LPC2210包含片內(nèi)串行boot裝載程序，位于片內(nèi)的8kBROM。串行boot裝載程序通過UART0將應(yīng)用程序裝入器件的RAM中并使其在RAM中執(zhí)行。在裝載應(yīng)用程序和從RAM中執(zhí)行應(yīng)用程序時(shí)還?？紤]包含用戶程序的片外Flash存儲(chǔ)器的編程財(cái)。LPC2210具有16k字節(jié)的前態(tài)RAM,SRAM可用作代碼和/或數(shù)據(jù)的存儲(chǔ).SRAM支持8位、16位和32位訪問。SRAM控制器包會(huì)一個(gè)冋寫緩沖區(qū),它用于防止CPU在連

8、續(xù)的寫操作時(shí)停止運(yùn)行?；貙懢彌_區(qū)總是保存著軟件發(fā)送到SRAM的垃后一個(gè)字節(jié)。該數(shù)據(jù)只有在軟件請(qǐng)求下一次寫操作時(shí)才寫入SRAM（數(shù)據(jù)只有在軟件執(zhí)行另外一次寫操作時(shí)被寫入SRAM）。如果發(fā)生芯片復(fù)位，實(shí)際的SRAM內(nèi)容將不會(huì)反映皿近次的再請(qǐng)求（即：在次芯片父位后，SRAM不會(huì)反映放后一次寫入的內(nèi)容）。任何在父位后檢査SRAM內(nèi)容的程序都必須注意這點(diǎn)。通過對(duì)-個(gè)單元執(zhí)行兩次相同的寫操作可保證父位后數(shù)據(jù)的耳入?；蛞簦部赏ㄟ^在進(jìn)入空閑或掉電模式前執(zhí)行虛寫（dummywrite）操作來保證最麻的數(shù)押4復(fù)位后被真正寫入到SRAM。4.1.1 LXI模塊網(wǎng)絡(luò)控制器的選擇及網(wǎng)絡(luò)接口常見網(wǎng)絡(luò)控制器有RealTe

9、k公司的RTL8019,RTL8201和Cirrus公司CS8900A等種類叭結(jié)合研究室的情況,在課題則中選用現(xiàn)有的廣州周立功單片機(jī)有限公司的以太網(wǎng)類模塊：此以太網(wǎng)模塊使用的DEVICOM公司DM9000芯片作以太網(wǎng)MAC控制器。DM9000是一款提供1O/1OOM町選擇的物理（PHY）接II、4K大小的雙字SRAM和MH接II,竹通用處理器接I丨的島度集成和島效的以人網(wǎng)MAC控制器。DM9000的參羽連線圖如圖4-2千ow立千ow立asm1.心DD.、嚴(yán)KVCnasisG2BGRES/8GGND2>ST>>?>ssv圖4-2DM9000的參考連接圖Fig4-2Tlie

10、referaicecircuitforDM9000模塊以人網(wǎng)接口為10/100M(使用排針方式引出)門兼容模式：支持TCP/IP協(xié)議，包括：ETHERNET.ARP、IP、ICMP、IGMP、UDP、TCP、HTTP.DHCP：工作方式可選擇為TCPServer、TCPClient.UDF、RealCOMdriver、GroupMode和TCPAuto；組播地址、I：作端II、II標(biāo)IP和端口均可設(shè)疋：提供GroupMode組播模式下的數(shù)據(jù)分組廣播，實(shí)現(xiàn)女機(jī)通訊。4.1.2 LXI硬件觸發(fā)及其接口LXI提供三種觸發(fā)機(jī)制:在LAN網(wǎng)絡(luò)上的觸發(fā):運(yùn)行在LAN接口上的基于IEEE1588耕確時(shí)鐘協(xié)議

11、(PTP)；基于總線的觸發(fā)接II(LAI觸發(fā)總線)。LXIC類模塊只有基于LAN的網(wǎng)絡(luò)上觸發(fā)功能；B類模塊兼有前而兩個(gè)的觸發(fā)機(jī)制：A類模塊則兼有上述所有的三種觸發(fā)機(jī)制.硬件觸發(fā)可以用來開始動(dòng)作LXI設(shè)備之前定義的行為,比如產(chǎn)生信號(hào),測量或者讓開關(guān)復(fù)位。硬件觸發(fā)提供可選擇的、冗余的以及在應(yīng)用中要求高稱度的或音低延遲的基FLAN的觸發(fā)。LXI設(shè)備通過LXI觸發(fā)總線或者營運(yùn)商給定的特殊硬件的連接導(dǎo)線來發(fā)送或并接收觸發(fā)信號(hào)。LXI觸發(fā)總線由4鈉花鏈型、星型或混介型架構(gòu)設(shè)備群組里分散M-LVDS信號(hào)的8根雙絞線組成.每個(gè)LXI觸發(fā)總線硬件通道應(yīng)該使用遵循TIA/EIA-899標(biāo)準(zhǔn)的帶一類接收功能的T雙工

12、多點(diǎn)低電壓差分信號(hào)(MLVDS)oLXI觸發(fā)總線終端通常用終端連接器便段兩端連接在一起。毎個(gè)獨(dú)立的硬件通道在轉(zhuǎn)換于II：轉(zhuǎn)換兩端乞接50Q(±5%)的電阻,然后在兩電阻之間接0.01“F的電容到地。25腳連接器用來相互連接包括LXE觸發(fā)總線的LXI設(shè)LXI標(biāo)準(zhǔn)推薦使用的觸發(fā)總線收發(fā)器為徳州儀器(TI)的YN65MLVD080(8通道)或后SN65MLVD200A(單通逍)芯片。觸發(fā)總線收發(fā)器的功能結(jié)構(gòu)如圖彳4所示。圖4-3觸發(fā)總線收發(fā)器功能結(jié)構(gòu)圖Fig4-3Thecirautoftnggerbusreceiverandtransmitter通常將A和B定義成一對(duì)差分信號(hào)。其功能貞們表

13、如表4-1.所示。表41接收端的邏輸真值表Table4-1thelogicaltruthtableofthereceiverj入輸出Vn>=VA-VBRERVn>50mVLH-50mVVVid<50mVL?Vn)-50mVLLXHZX斷開Z開路L?農(nóng)42驅(qū)動(dòng)使能瑞的邏供貞值衣Table4-2thelogicaltmthtableofthednver輸入D使能DE輸入ABLHLHHHHL斷開HLHX斷開ZZXLZZ4.2 LXI接口硬件電路的調(diào)試硬件調(diào)試總體描述系統(tǒng)調(diào)試的啖件連接圖如圖44所示RJ-45PC機(jī)冃標(biāo)板圖44系統(tǒng)調(diào)試破件連接圖Fig4-4Thehardwarecir

14、cuitofsystemdebugging系統(tǒng)硬件中包含CPLD和基于ARM的微控制器，因此調(diào)試過程中PC機(jī)I.需要運(yùn)行ALTERA公司的QuartusII和ARM公司的ADS集成開發(fā)環(huán)境。QuartusII的基本介紹請(qǐng)參Altera公司的官方網(wǎng)站，ADS集成開發(fā)環(huán)境請(qǐng)參見（ARMift入式系統(tǒng)軟件開發(fā)實(shí)例笫二章切。硬件系統(tǒng)主要部分的調(diào)試破件系統(tǒng)調(diào)試的首要任務(wù)是確保硬件系統(tǒng)的電源、時(shí)鐘和復(fù)位電路的正常匸作。系統(tǒng)所用的電源有+5V、+3.3V、+1.8V和+1.5V,這就要求有很好的電磁隔離以免對(duì)ARM芯片的孩心工作電壓的影響:系統(tǒng)用有源晶振為CPLD提供100MHz的時(shí)鐘仃乩為ARM芯片用11

15、.0592MHz的無源晶振來提供時(shí)鐘（芯片要求一般不趙過60MHz）：復(fù)位電路使用3.3V的上電復(fù)位.其次是接口電路。系統(tǒng)主要的接口有；JTAG接II（CPLD和ARM芯片用）和RJ45網(wǎng)絡(luò)接口:還有其它接口諸如芯片之間的連線、專用調(diào)試的串口。由于CPLD和ARM芯片的JTAG接II接線方式的不同，在確宦接II的連線匸確連接的怙況卜，通過和PC機(jī)聯(lián)訓(xùn)，進(jìn)入郴應(yīng)的軟件環(huán)境対CFLD或ARM芯片進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置,以便存儲(chǔ)加載的調(diào)試的鏡像文件:然后通過外圍操作正確地訪問和控制CPLD和ARM芯片正常匸作。對(duì)于RJ-45網(wǎng)絡(luò)接II,在本課題中使用的是廣州周立功單片機(jī)有限公司的以太網(wǎng)類模塊；它內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議棧,具有10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口,有TCPServer.TCPClient,TCPAuto等多種工作模式，以及一定的用八網(wǎng)頁下截空間，可以完成嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)功能調(diào)試過程中用到RS232串II,一定保證MAX232芯片的內(nèi)部充電結(jié)構(gòu)能夠讓TTL電平（Vcc：5V：VOH2.4V：；VQ2V；VilW