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基于ARM9S3C2410实验开发板的硬件设计【,绝对.doc
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基于ARM9S3C2410实验开发板的硬件设计【,绝对.doc
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摘 要
三星 S3C2410 微处理器是一个采用 ARM920T 内核,高性能、低功耗、低成本
的 16/32 位 RISC 处理器。基于 S3C2410 的最小系统核心板是一个独立模块,根据需
求它可以直接与用户板模块结合进行速度、快捷、费用合理的开发利用。
本论文设计并实现了一种基于 S3C2410 处理器的实验开发板,通过这个平台可
以进行中断服务、时钟控制、通信接口、AD 采样、IO 口等无操作系统的基础实验并
可进行 Linux 等嵌入式系统的移植实验。同时通过该平台也进行相关的功能扩展,以
及进行所需的产品设计。硬件部分的设计是应用 Protel 99 SE 软件完成的,综合了许
多原理图设计思想,进行取优弃弊,结合实际应用的考虑,以功能模块思想作引导,
认真核对每一个引脚及其网络连接,采用两层板,通过原理图的绘制,原理图的修改,
PCB 的布局布线再经过印刷、安装器件形成开发板。
该开发板在保证学生完成 ARM 技术学习开发的同时,考虑了系统的扩展、电路
板的面积、散热、电磁兼容性,以及安装等问题。因此,该板也可以作为嵌入式系统
主板,直接应用在实际系统中。
关键词: ARM9; 最小系统; 开发板; S3C2410
ABSTRACT
S3C2410 of SAMSUNG’s 16/32-bit RISC microprocessor is a product designed with
cost-effective, low-power, and high-performance. The S3C2410 was developed using an
ARM920T core. The core board with minimum based on the S3C2410 is a independent
modules. combined directly with user board it could be given a utilization as client’s need
speed, fast and reasonable-cost.
This paper designs and completes an experiments development board based on
S3C2410 processor. Through this platform we can make the basis experiments without the
operating system as interrupt-service, clock control, communication interface, AD
sampling, IO interface experiment and so on, and we can also carry out the Linux
Embedded System transplantation experiments . At the same time, it also make the
expansion of related functions and carries out the necessary product design through the
platform. Integrating many ideas, considering the practical application, and bringing
essence together finally the development board was completed after the schematic is drew
and modified, the PCB board is arranged and routed, then components fixed on the
two-lamellar board. with the software Protel99 SE.
On the one side this development boards ensures students to complete the study of the
ARM technology exploitation, on the other side it considers the expansion of the system、
the size of circuit boards、dispelling thermal、electromagnetic compatibility and installation
issues etc. Therefore, this board can be used as embedded system mainboard in application
of the actual system directly.
Key words:ARM9; minimum system; development board; S3C2410
目 录
绪 论............................................................................................................................1
1.1 课题的背景、意义.......................................................................................1
1.2 国内外相关领域研究进展...........................................................................2
1.3 课题内容.......................................................................................................2
2 ARM 微处理器的概述...............................................................................................4
2.1 嵌入式系统简介...........................................................................................4
2.1.1 嵌入式系统的定义............................................................................4
2.1.2 嵌入式系统的组成............................................................................4
2.1.3 嵌入式系统的特点............................................................................5
2.1.4 嵌入式系统的发展............................................................................6
2.2 嵌入式操作系统...........................................................................................6
2.3 ARM 处理器.................................................................................................7
2.3.1 ARM 的体系结构..............................................................................7
2.3.2 ARM 微处理器的应用领域..............................................................8
2.4 ARM92OT 体系结构 ...................................................................................8
2.4.1 ARM92OT 系统结构分析 ................................................................8
2.4.2 ARM920T 的工作状态 .....................................................................9
2.4.3 ARM920T 体系结构的存储器格式 .................................................9
2.4.4 ARM920T 处理器模式 ...................................................................10
3 基于 ARM9-S3C2410 开发板的硬件设计..............................................................11
3.1 PROTEL 99 SE 简介 ..................................................................................11
3.2 系统设计概述.............................................................................................11
3.3 S3C2410 处理器及片外围简介.................................................................12
3.4 单元电路设计.............................................................................................14
3.4.1 电源电路..........................................................................................14
3.4.2 串行接口电路设计..........................................................................14
3.4.3 IIC 总线接口电路设计 ...................................................................15
3.4.4 复位按键电路..................................................................................16
3.4.5 调试接口电路的设计......................................................................17
3.5 开发板硬件原理图.....................................................................................18
4. 开发板硬件的 PCB 板设计..................................................................................20
4.1 PCB 的基本概念 ........................................................................................20
4.1.1 高速电路定义及高速信号确定......................................................20
4.1.2 传输线..............................................................................................21
4.2 高速 PCB 信号线的布线 ...........................................................................22
4.2.1 高速 PCB 信号线的布线基本原则 ................................................22
4.3.2 地线设计..........................................................................................23
4.3 布线后信号完整性的 PCB 板 ...................................................................23
4.4 提高该板抗电磁干扰能力的措施.............................................................27
结论与展望..................................................................................................................28
致 谢..........................................................................................................................29
参考文献......................................................................................................................30
附录 1...........................................................................................................................31
附录 2...........................................................................................................................37
附录 3...........................................................................................................................42
绪 论
1.1 课题的背景、意义
嵌入式系统是指以应用为核心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适
应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等方面的严格要求的专用计算
机系统。目前,嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备,如掌上 PDA、
移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、
数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电
话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。
由于各种新型微处理器的出现和应用的不断深化,嵌入式系统在后 PC 时代
得到了空前的发展。随着时间的推移和技术的进步,在工业控制和新兴的手持
式应用等领域,越来越多的产品需要较好的图形界面和较强的数据处理能力,
以及网络、通信、音频、图像等功能,这对嵌入式处理器和嵌入式软件提出了
更高的要求。
在处理器方面,目前大量的中、低端嵌入式应用主要使用 8/16 位单片机。
在国内,主要是以 MCS51 核为主的许多不同型号的单片机。在嵌入式高端应用
领域,像网络设备、图像处理、手机、PDA 等主要使用 ARM、MIPS、PowerPC、
DSP 等 16 一 64 位处理器,以 32 位处理器为主。各种类型的处理器都有其一定
的针对性。其中,ARM 处理器的性能高、功耗低,适合于用电池供电的便携、
手持式设备。由于近几年便携、手持式嵌入式应用的高速发展,ARM 处理器的
增长速度和市场占有率也快速提升,成为目前 32 位应用中的主力产品。
ARM 公司自成立以来,在 32 位 RISC(Reduced Instruction Set Computer)
CPU 开发领域不断取得突破,其结构已经从 V3 发展到 V6。由于 ARM 公司自成立
以来,一直以 IP (Intelligence Property) 提供者的身份向各大半导体制造
商出售知识产权,而自己从不介入芯片的生产销售,加上其设计的芯核具有高
性能、低功耗、低成本、小体积等显著优点,在移动计算和普适计算领域具有
无可比拟的优势,因此得到众多的半导体厂家和整机厂商的大力支持,在 32 位
嵌入式应用领域获得了巨大的成功,目前已经占有了 32 位 RISC 嵌入式产品市场
750/0 以上的份额,确立了市场领导地位。现在设计、生产 ARM 芯片的半导体生
产商己经超过 50 家,国内多家大公司也已经购买 ARM 公司的芯核用于通信专用
芯片的设计。采用 R 工 SC 架构的 ARM 微处理器一般具有以下特点:
(1)体积小、低功耗、低成本、高性能;
(2)支持 Thumb(16 位)/ARM(32 位)双指令集;
(3)大量使用寄存器、指令执行速度更快;
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oligaga
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