ARM嵌入式实验系统的设计与实现

        目前,国内外对嵌入式领域的应用研究主要集中在4个方面,即多媒体手机、HDTV、机顶盒和具有联网功能的智能化工业设备/终端。而在教学上,国内各高校都逐渐地把教学重点从普通单片机转移到嵌入式上来。文中充分利用了ARM处理器高性能、低功耗、低成本的优点,通过对相关外部设备的扩展,完成了基于ARM的嵌入式实验系统的设计开发。该实验系统可以用于提高教学质量,促进学生动手能力,还可以用于进行一定的应用开发,具有相当的教学科研价值。

   　1　嵌入式系统

目前,嵌入式系统每年为全球带来相关工业产值已超过一万亿美元,嵌入式应用也已由工业、通信和网络扩展到与数字多媒体相关的消费领域。其强劲的发展势头充分证明了嵌入式应用是PC和互联网之后最伟大的应用发明[1]。

　　嵌入式系统的定义为[2]:以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,符合应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术与各种具体应用相结合的产物。

　　一般而言,整个嵌入式系统的体系结构可以分成4个部分:嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件,具体如图1所示。

　　2　教学实验系统硬件平台的搭建

　　教学实验系统硬件平台的搭建主要根据系统要求,选取合适的微处理器和外围器件,按照系统功能整合成完整的硬件系统。系统框架见图2[3-4]。

　　2.1　微处理器

　　整个系统的硬件核心是微处理器,本系统采用Cirrus公司的EP7312芯片。EP7312是Cirrus公司为超低功率应用产品而设计的32位微处理器芯片,具有高功能、低功耗的优点。其内核采用ARM720T,芯片系统主时钟为75 MHz,微处理器的典型处理速度为75MI/s,基本上可以达到INTEL奔腾100的处理速度。其外围电路扩展了相关功能模块,并集成在芯片之中,如IIS接口、LCD控制器、键盘接口、RTC、ADC和DAC等。选定了微处理器,就可以在此基础上进行扩展,搭建所需的硬件平台。处理器接线设计如图3所示。

　　2.2　地址分配

　　由于EP7312相关功能模块和接口电路是集成在芯片内的,所以其地址分配空间一般都是固定的。表1为相关地址分配表。

　　2.3　存储模块

　　EP7312内部有128 B的BOOTROM用以存储自举模式的启动代码;另外片内还有48 K的SRAM,可作为LCD控制或其他用途。EP7312地址空间的0x0000. 0000-0x1FFF.FFFF可用以扩展512MB的ROM或Flash,地址空间的0xC000. 0000-0xFFF.FFFF可用于扩展64MB的SDRAM。本试验系统在外部扩展了32 MB的SDRAM和8 MB的Flash, 32 MB的SDRAM由一对8 M×16的SDRAM(TE28F320B3BA110)芯片组成, 32 bit宽,访问时间为10 ns; 8 MB的Flash由一对4 MB的Flash(K9F5608U0B-Y)组成, 32 bit宽,访问时间120 ns。其结构如图4所示。