S3C2410X最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-

...wd......wd......wd...題目:S3C2410X最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求：嵌入式處理器選擇S3C2410X處理器；最小系統(tǒng)包括電源、時(shí)鐘、復(fù)位、存儲(chǔ)器、JTAG接口JTAG接口選擇14針插頭存儲(chǔ)器容量要求至少16MB的flah和16MB的SDRAM。外部提供5V電源要求完成的主要任務(wù):〔包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求〕1、存儲(chǔ)器等主要元器件選擇2、電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、JTAG接口電路3、protel電路圖5、不少于3000字的課程設(shè)計(jì)報(bào)告時(shí)間安排：2010～2011學(xué)年第1學(xué)期13～14周指導(dǎo)教師簽名：教研室主任簽名：年月日目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要11.S3C2410基本外圍電路設(shè)計(jì)11.1系統(tǒng)框圖11.2電源電路11.3晶振電路21.4復(fù)位電路21.5JTAG接口21.6SDRAM存儲(chǔ)器21.7NANDFlash存儲(chǔ)器31.8串口電路32.S3C2410啟動(dòng)過程43.簡(jiǎn)單Bootloader的制作43.1Bootloader工作原理43.2第一階段43.3第二階段53.4程序的下載和調(diào)試5S3C2410最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：介紹了以嵌入式芯片S3C2410為核心的最小嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建方法，給出了S3C2410的復(fù)位電路、電源電路、存儲(chǔ)器電路和串口電路等硬件組成。還介紹了在ADS環(huán)境下自制的最小Bootloader程序開發(fā)和調(diào)試方法。關(guān)鍵字：嵌入式；S3C2410；ADS；BootloaderS3C2410是Samsung公司基于ARM920T內(nèi)核的嵌入式微處理器。本文以S3C2410為核心，配置了最基本外圍電路構(gòu)成了最小的嵌入式系統(tǒng)，并在ADS上開發(fā)了啟動(dòng)程序，完成硬件初始化，配置運(yùn)行環(huán)境，串口調(diào)試功能。通過本文可以從底層了解S3C2410的特性和工作原理，并對(duì)Bootloader程序會(huì)有深入的認(rèn)識(shí)，為嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)做鋪墊。1.S3C2410基本外圍電路設(shè)計(jì)S3C24101.1系統(tǒng)框圖S3C2410復(fù)位電路復(fù)位電路串口電路電源、晶振SDRAMNandFlashJTAG圖1系統(tǒng)框圖Fig.1DiagramofSystem1.2電源電路S3C2410工作時(shí)內(nèi)核需要1.8V電壓，I/O端口和外設(shè)需要3.3V電壓[1]。VDDi/VDDiarm引腳是供S3C2410內(nèi)核的1.8V電壓；VDDalive引腳是功能復(fù)位和端口狀態(tài)存放器電壓。M12引腳RTCVDD是RTC模塊的1.8V電壓，用電池供電保證系統(tǒng)的掉電后保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘。VDDOP引腳是I/O端口3.3V電壓；VDDMOP引腳是存儲(chǔ)器I/O端口電壓；還有一系列VSS引腳需要接到電源地上。3.3V電壓從5V用AMS1117-3.3轉(zhuǎn)換得到如圖2所示；1.8V從3.3V通過MIC5207-1.8轉(zhuǎn)換得到如圖3所示。圖33.3V轉(zhuǎn)1.8VFig.33.3Vto1.8V圖33.3V轉(zhuǎn)1.8VFig.33.3Vto1.8V圖25V轉(zhuǎn)3.3VFig.25Vto3.3V1.3晶振電路S3C2410內(nèi)部有時(shí)鐘管理模塊，有2個(gè)鎖相環(huán)，其中MPLL產(chǎn)生CPU主頻FCLK、AHB總線外設(shè)時(shí)鐘HCLK和APB總線外設(shè)時(shí)鐘PCLK；UPLL產(chǎn)生USB模塊的時(shí)鐘。OM3、OM2都接地時(shí)主時(shí)鐘源和USB模塊時(shí)鐘源都由外接晶振產(chǎn)生[1]。在XTIpll和XTOpll之間連接主晶振，可以選擇12MHz晶振，通過內(nèi)部存放器的設(shè)置產(chǎn)生不同頻率的FCLK、HCLK和PCLK；在XTIrtc和XTOrtc上需要接32.768kHz的晶振供RTC模塊使用。同時(shí)在MPLLCAP和UPLLCAP上也要外接5pF的環(huán)路濾波電容。晶振電路如圖4所示。圖4晶振電路圖4晶振電路Fig.4CrystalCircuit1.4復(fù)位電路圖5復(fù)位電路Fig.5ResetCircuitS3C2410的J12引腳為nRESET復(fù)位引腳，nRESET上給4個(gè)FCLK時(shí)間的低電平后就可以復(fù)位?？梢栽O(shè)計(jì)如圖5所示的復(fù)位電路，其中上電復(fù)位是靠RC電路特性完成，開關(guān)二極管1N4148在手動(dòng)復(fù)位時(shí)對(duì)電容起快速放電的作用，因此可以把復(fù)位電平快速拉到0V。反響門74HC14可以起到延時(shí)作用，保證有足夠復(fù)位時(shí)間。圖5復(fù)位電路Fig.5ResetCircuit1.5JTAG接口S3C2410有標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口，TCK〔H6〕為測(cè)試時(shí)鐘輸入；TDI〔J1〕為測(cè)試數(shù)據(jù)輸入；TDO〔J5〕為測(cè)試數(shù)據(jù)輸出；TMS〔J3〕為測(cè)試模式選擇，TMS用來設(shè)置JTAG接口處于某種特定的測(cè)試模式；nTRST〔H5〕為測(cè)試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。其中nTRST、TMS、TCK、TDI需要接10K的上拉電阻。通過JTAG口可以完成芯片測(cè)試或在線編程。1.6SDRAM存儲(chǔ)器[1]S3C2410有32根數(shù)據(jù)線和27根地址線，因此地址線的尋址范圍為128M；但是S3C2410還有8根存儲(chǔ)器芯片片選信號(hào)線nGCS0～nGCS7，因此總的尋址空間為128M*8=1G。NandFlash啟動(dòng)模式下復(fù)位時(shí)S3C2410的存儲(chǔ)器映射如圖6所示。如當(dāng)訪問物理地址0x08000000～0x10000000內(nèi)的地址則nGCS1自動(dòng)為低電平，以此類推。通過圖6可知SDRAM只能連接在nGCS6和nGCS7片選引腳上。S3C2410提供了SDRAM的接口，其中包括nSRAS:行信號(hào)鎖存；nSCAS:列信號(hào)鎖存；nSCS[1:0]〔就是nGCS[6:7]〕：片選信號(hào)；DQM[3:0]：數(shù)據(jù)屏蔽；SCLK[1:0]：時(shí)鐘；SCKE：時(shí)鐘有效；nBE[3:0]：高/低字節(jié)有效；nWBE[3:0]：寫有效。下面以2片HY57V561620為例介紹SDRAM和S3C2410的連接方法。HY57V561620是4塊16位32M的SDRAM存儲(chǔ)器，用2片可以構(gòu)成32位的64M存儲(chǔ)器。HY57V561620的行地址13位RA0～RA12，列地址9位CA0～CA8，行和列地址是復(fù)用的。HY57V561620包括4個(gè)塊，通過BA0、BA1的組合選擇塊。HY57V561620是16位存儲(chǔ)器，因此數(shù)據(jù)線為DQ0～DQ15，還有CS片選，CLK時(shí)鐘，CKE時(shí)鐘使能，RAS行鎖存，CAS列鎖存，WE寫使能等引腳。圖7表示了HY57V561620和S3C2410的連接方法，其中BA0、BA1需要連接ADD24和ADDR25，通過S3C2410的說明可知，因?yàn)閮?nèi)存總大小是64M因此塊選擇信號(hào)必須使用ADDR24和ADDR25。因?yàn)镠Y57V561620的行列地址復(fù)用，因此S3C2410必須知道行列地址各多少位，這個(gè)需要在BANKCON6存放器的SCAN字段指定。圖7SDRAM連接圖Fig.7SDRAMConnection圖6存儲(chǔ)器映射圖圖7SDRAM連接圖Fig.7SDRAMConnection圖6存儲(chǔ)器映射圖Fig.6MapofMemory1.7NANDFlash存儲(chǔ)器[2]S3C2410內(nèi)部有NANDFlash控制器，支持從NADNFlash啟動(dòng)。圖8是K9F120864MFlash芯片和S3C2410的連接方式。S3C2410采用一組內(nèi)部存放器來完成NANDFlash的操作。圖9UART連接圖Fig.9UARTConnection圖9UART連接圖Fig.9UARTConnection圖8NANDFlash連接圖Fig.8NANDFlashConnection1.8串口電路[3]S3C2410的UART提供了三個(gè)同步串行IO口，圖9是COM0的連接方式。串口數(shù)據(jù)的收發(fā)有查詢方式、中斷方式和DMA方式等，這些可以在UCON0(UARTchannel0controlregister)存放器中設(shè)置。UTXH0(UARTchannel0transmitbufferregister)把要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入此存放器。URXH0(UARTchannel0receivebufferregister)讀此存放器獲得串口接收的數(shù)據(jù)。串口一般可以用作程序運(yùn)行信息的輸出和程序調(diào)試。2.S3C2410啟動(dòng)過程[1]當(dāng)S3C2410的OM0、OM1引腳接低電平時(shí)S3C2410就從NADNFlash啟動(dòng)。在NANDFlash啟動(dòng)模式下上電后NANDFlash控制器自動(dòng)將NANDFlash的最前面的4k區(qū)域拷貝到所謂的“steppingstone〞里面。這一過程完全由硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。“steppingstone〞實(shí)際上是S3C2410內(nèi)部的一個(gè)SRAM，因?yàn)镹ADNFlash不支持程序片內(nèi)運(yùn)行，因此必須把NANDFlash內(nèi)的指令拷貝到SRAM或SDRAM中才可以運(yùn)行。在拷貝完前4k代碼后,NANDFlash控制器自動(dòng)將“steppingstone〞映射到arm地址空間0x00000000開場(chǎng)的前4k區(qū)域。在映射過程完成后NANDFlash控制器將pc指針直接指向arm地址空間的0x00000000位置,準(zhǔn)備開場(chǎng)執(zhí)行“steppingstone〞上的代碼。而“steppingstone〞上從NANDFlash拷貝過來的4k代碼,是程序員寫的bootloader的前4k代碼。bootloader之前寫好,并已經(jīng)被燒寫到NANDFlash的0x00000000開場(chǎng)區(qū)域。3.簡(jiǎn)單Bootloader的制作3.1Bootloader工作原理[4]圖10流程圖Fig.10圖10流程圖Fig.10FlowChart3.2第一階段第一階段主要工作是硬件設(shè)備初始化，加載BootLoader的stage2，準(zhǔn)備RAM空間；拷貝BootLoader的stage2到RAM空間中；設(shè)置好堆棧；跳轉(zhuǎn)到stage2的C入口點(diǎn)。下面介紹ADS環(huán)境下開場(chǎng)制作簡(jiǎn)單Bootloader的方法。先建立工程命名為myBoot，定義出程序的基本構(gòu)造如下： AREAmyBoot,CODE,READONLY;聲明一個(gè)代碼段，名稱為myBoot ENTRY;程序入口聲明，程序的開場(chǎng)執(zhí)行位置__ENTRY ;入口名稱為__ENTRY……;中間寫主要代碼END;程序完畢在myBoot工程的Settings中做一些設(shè)置。首先設(shè)置Target-->TargetSetting-->postLink中選擇"ARMfromELF"，表示在鏈接生成映像文件后，再調(diào)用FromELF命令映像文件轉(zhuǎn)換成其他格式的文件。Linker-->ArmLinker-->Output-->LinkType選Simple簡(jiǎn)單連接方式；ROBase設(shè)置為0x30008000代碼段連接地址。實(shí)際上ROBASE指定了程序的靜態(tài)連接地址。程序真正被執(zhí)行時(shí)所在的內(nèi)存地址叫做運(yùn)行地址。如果連接時(shí)用到絕對(duì)地址的話運(yùn)行地址和鏈接地址保持一致時(shí)程序才能正常運(yùn)行，這種代碼叫做與位置有關(guān)代碼。如果連接時(shí)沒有涉及到絕對(duì)地址那么連接地址和運(yùn)行地址不一樣程序也可以正常運(yùn)行，這種代碼叫做位置無關(guān)的代碼。但是Bootloader一開場(chǎng)時(shí)被加載在0x00位置開場(chǎng)運(yùn)行，這會(huì)不會(huì)和ROBase設(shè)置地址沖突呢實(shí)際上是會(huì)沖突的，解決沖突的方法就采用位置無關(guān)代碼〔PIC〕。實(shí)際上Boodloader的絕大局部代碼最后想讓它運(yùn)行在0x30000800開場(chǎng)的SDRAM里，只有第一階段代碼運(yùn)行在0x00開場(chǎng)的SRAM里，因此把階段1用位置無關(guān)的匯編代碼實(shí)現(xiàn)整個(gè)程序就正常運(yùn)行了。RWBase是數(shù)據(jù)段的開場(chǎng)位置，如果不指定數(shù)據(jù)段就緊接著代碼段放置。如果自己設(shè)置的話程序里還需要自己處理加載數(shù)據(jù)段到實(shí)際數(shù)據(jù)段RWBase的搬移操作，否則具有初始值的變量的初始值不起作用。在Options->Imageentrypoint指定代碼的入口__ENTRY。程序的第一步要設(shè)置中斷向量表。S3C2410有7種中斷，中斷入口地址在0x00開場(chǎng)處，每個(gè)中