基于S3C2440A嵌入式系统的硬件设计，李述良 ，冯杰 ，本文采用Samsung公司S3C2440A微处理器设计了嵌入式系统硬件开发平台，给出了硬件结构设计思路，着重分析了以太网端口，USB接口，UART接��
国利技论文在线 http://www.paper.edu.cn JTAG接∏:采用ARM公司的提供的标准20脚JTAG仿真调试接冂电路,S3C2440A 芯片内部有JIAG核,因此,可以通过外部JIAG调试电缆或仿真器与开发系统连接调试和 编程。 复位电路:为系统提供复位信号。为防止干扰信号引起误复位操作,常采用专用复位 芯片来产生复位信号。如:MAX811等。 23底板硬件电路设计 231网络接口设计 S3C2440A本身并没有网终接口,通过扩展网络接口的模式可以为系统提供以太网接入 以太网接入是本系统的一个重要的功能模块,为系统进行下载文件、远程调试等探作提供了 条件。原理图如图2所示。 四4移辦事留主a 发AD 址m0 c模式 图2以太网接口原理图 本系统的以太网控制电路由以太网芯片、网络隔离变压器和RJ45接口组成,选用的以 太网芯片为DM9000。这是一款提供了通用处理器接口的以太~控制芯片。DM9000内部集 成了MAC和PHY,它能提供10100Mbps的PHY接口。它为处理器提供了8位和16位 数据宽度的内部存储访问接口,并且内部包含了4K的 Dword sram3树络隔离变压器的 作用主要有两个:一是传输数据,它把PHY送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波 以增强信号,并且通过线圈耦合到不同电平的另夕·端连接到网线;二是隔离网线连接的不 同网络设备间的不同电平,以防止不同电压通过网线传输损坏设备。 23.2USB接口设计 S3C2440A内部集成了两个 USB HoSt控制器和一个 USB Device控制器,只需要进行 简单的电路连接就可以使用心片内部集成的USB模块。从CPUS3C2440A引出来的接线图 如下图4所示。 233RS232接口设计 串行端∏的本质功能是作为CPU和串行设各间的编码转换器。当数据从CPU经过串行 国利技论文在线 http://www.paper.edu.cn 端∏发送岀去时,字节数据转换为串行的位。在接收数据时,串行的位被转换成字节数据。 S3C2440A的UARI提供了3个独立的串行口,支持红外发送、接收功能,每个串行口都可 以工作在基于中断和DMA模式下。换句话说,UART能发出中断或DMA请求在CPU和 UART之间传送数据。本文的五线异步串行RS232接口电路采用SP3232EEN芯片进行电 平转换,同时在CPU上直接扩展了一个UARI接凵。五线异步串行RS232接囗和UART扩 展接口电路如图3所示。 DD33V C+ D-1 46 VDD3Y RSRIS RX》1 3 RSRXTO 91 UND TOUT RIL HEADER X2 ROXCONN DB9 DOLT 图3五线异步行RS232接口与UART扩展接口电路 R二白 VBUS UsB EN TD正ⅵiE R261.5F A Lv B。 图4 USB HOST与 USB Device接口 234液晶屏接口设计 S3C2440内部包括了一个LCD的控制器,可以支持STN、TFT等型号的LCD以及 带触摸屏功能的LCD。将LCD的信号引到一个可插拔的底座上,方便LCD插入使用;下 图中通过设置跳线底座4可以选择3.3ⅴ或5为LCD供电。可以接各种单色、伪彩、真 彩浟晶屏以及四线电阻式触摸屏。液晶屏接口接线原理如下图5所示。 VDD33v 8216 3536 yM go245 LCcD-CF 图5液晶屏接口电路 23.5I2S音频接口设计 S是一种串行总线设计技术,主要针对数字音频处理技术和设备,如便携CD机、数 4 国利技论文在线 http://www.paper.edu.cn 字音频处理器等。12S将音频数据和吋钟信号分离,避免由吋钟带来的抖动问题,因此,系 统中不再需要消除抖动的器件。 控制器 发送器 接收器 控制器= MASTER 图6rS系统连接配置图 IS总线仅处理音频数据,其它信号(如控制信号)单独传送。基于减少引脚数目和布 线简单的目的,fS总线只由3根串行线组成,即时分复用的数据通道线( continuous serial clock,SCK)、字选择线( word select,ws)和时钟线( serial data,SD)2。使用D2S技术 改计的系统的连接配置如图6所小。其中WS信号线指小左通道或右通道的数据将被传输, SD信号线按高有效位MSB到低有效位LSB的顺序传送宇长的音频数据,MSB总在WS切 换后的第一个时钟发送。如果数据长度不匹配,接收器和发送器将自动截取或填充。木文中 使用的音频芯片是 PHILIPS公司的UDA1341IS音频数字信号编译器。UDAl341S可以 将立体声模拟信号转換为数字信号,同样也可以将数字信号转换为模拟信号,并且可用PGA (可编程增遆控制)和AGC自动增益控訇)对模拟信号进行处理。对于数字信号,该芯 片提供了DSP(数字音频处理)功能。2S音频数据接口电路如图7所示。本系统把PS音 频数据接口与 PHILIPS公司的UDA1341TS音频数字信号编译器相连接,得到 MICROPHONE音频输入通道和 SPEADER音频输出通道。 AU_AYDDSVI YOUTL PHONE VDD33T TOUR PJ-215-B L10 10umH C701 AVDDCADC) I0mFnlo Inney RIIS NL2 OMiTs SYSCLE PI-215-B 10aT1≤W DATA◎ DATAI AVSS(ADo) TK VDD3sV L3CLOCK AVSSIDAV 10uTnI6v H GHD RTOI R302 R703 R704 10 105 101 1OI GHD 图7UDA1341TS的PS音频数据接凵电路 236供电电路的设计 将电源输入的5ⅴ电压通过带载1.5A的低压差线性稳压源AS2815AR3.3IC芯片稳压, 給实验板提供所需的3.3ⅴ电压:核心板上的微处理器及存储电路采用低噪声、低压差线性 稳压源MAX8860EUA意压芯片供电;5V和3.3ⅴ则提供给底板上的以太、LCD等接口 电路;电源单元原理图分别如图8和图9所示 U31 As2815AR-3.3 VDD33V vin vout 104 C313c303C314 10uF/16V GND l0uF/l6v10r/16v104 图83.3V电源电路 国利技论文在线 http://www.paper.edu.cn VDDI-25V C503C504 1uF/10W104 VDD33 OUT n SHIDN OUT C501 R501 10uF/10V GND nFAULT 1001 GND MAX885OEUAl8 100K(1%o) C502 33nF/6.3V 佟91.25V电源电路 3.嵌入式系统调试和测试 3.1调试环境 PCB板制作好后,进行系统调试需要进行硬件调试和软件调试两个过程。其中,硬件调 试需要使用示波器、用表、稳压电源等工具;软件调试则使用SJF2440软件或H-JUag软 件烧写系统引导程序和测试程序。焊接PCB吋应首宄焊接电源模块,只有在电源模垬测试 常时才能焊接其它的模块,否则在通电测试时会损坏其亡模块的芯片:号外,在进行测试 时还要注意避免人为造成的短路现象 32硬件调试 (1)加电前的检查:加电调试之前要对照电路原理图和实际线路进行检查,看PCB板是 否冇短路、断路情况,看在元器件焊装过程中是否冇错装、短路、错接、多接、少接等现象: 用万用表检测焊接和接插件是否良好;寳焊点之间有无知路,焊点是否存在虚焊:集成电路 芯片是否焊装正确,二极管、三极管、电解电容等有极性的器件的极性是否正确:电源的极 性连接是否正确、π负极间是否存在短路的情况 (2)加电检测和调试:做完加电前的检査,确认尢误后,电源输入端接入5V电压。观察 有无异味、冒烟、器件发烫等现象。当发现有异常情况忖要立即切断电源,并根据故障现象 分析故障原因,然后排除。如无异常,用万用表分别测量个关键点和各集成芯片的电源端的 电压值,各输入和输出端的髙、低电平值及逻辑关系等是否正常。如若这些都没有问题,就 通过示波器来检测各相关点的波形是否正常,然后根据波形来分析枚障的原因,直至最终故 障排除 33软件调试 在PC机上运行SJF24或H-tag软件,烧写已经编译好的系统引导程序,看系统能昋 正常启动,输出是否正常,烧写系统测试稈序看输入输岀是否正确,否则分析原因并排除故 障。烧与前要确保引导程序和测试程序是正确可用的 4.结论 本系统使用S3C2440A进行嵌入式系统硬件平台的搭建,为系统的进一步开发做好了 准备。本系统采用核心板加底板的设计方案,方便二次开发。要实现不同的功能,只需要更 改底板的设计即可,降低了廾发难度和廾发成木,也缩短了开发周期。 6 国利技论文在线 http://www.paper.edu.cn 参考文献 [1]江俊辉.《基于ARM的嵌入式系统谀件设计》门.中文核心期刊《微计算机信息》(嵌入式与SOC).2005 年.第21卷(第7-2期),P122 「21田泽,ARM9嵌入式开发实验与实践[M.北京:北京航空航天大学出版社,2006.10 [3]DM9000A-DS-P03 Datasheet. DAVICOM Semiconductor, 2005 4]S3C2440A USER MANUAL Revision 0. 12. SAMSUNG ELECTRONICS, 2004.3 Hardware Design for Embedded System Based on S3C2440A Lishuliang, Fengjie, Liuwenjin, Qijinfeng Huang Gang Normal Univcrsity, Huanggang, Hubci (438000) Abstract In this paper, we describe the design of embedded system hardware development platform based on Samsung Corporations S3C2440A microprocessor, give the ideas of hardware structure design, focus on analysing the design methodology of the ethernet ports, USB interfaces, UART interfaces, LCD interface with touch-screen, IIS audio interface and power snap circuit, and summarize the testing and debugging embedded systems's basic mcthod Keywords: Embedded System, ARM, Hardware Design, S3C2440A 作者简介:李述良,男,湖北红安人,黄冈师范学院物理科学与技术学院2005级在读学牛。 7