基于ARM9的智能_能谱仪器硬件平台的设计_图文

1、第28卷 第3期核电子学与探测技术V ol.28 N o.32008年 5月Nuclear Electr onics &Detection T echnolo gyM a y. 2008基于ARM9的智能 能谱仪器硬件平台的设计洪天祺,方 方(成都理工大学应用核技术与自动化工程学院,四川成都610059摘要:在分析当前流行的嵌入式硬件平台的基础上,结合三星S3C2410A 处理器的高性能、低功耗,设计了智能 能谱仪器的硬件平台,并着重分析了硬件平台的存储器、L CD 、键盘控制器的电路设计,为智能 能谱仪器硬件平台提供了新的解决方案。关键词:A RM 9,S3C2410A , 能谱仪中

2、图分类号: T L81 文献标识码: A 文章编号: 0258 0934(200803 0650 04收稿日期:2006 07 08基金项目:四川省高新技术成果转化重点实施项目。作者简介:洪天祺(1980.6-,男,汉族,四川省人,硕士研究生,研究方向:辐射防护传统的智能 能谱仪器硬件平台多选用单片机作为系统的控制核心,嵌入式 能谱仪器软件系统功能简洁,系统的软硬件集成化不高、开发周期长、限制了仪器的智能化发展。ARM 9微处理器与之相比在满足便携式设备体积小、低功耗、低成本的需求下,还具有以下特点:采用5级整数流水线,指令执行效率高;提供1.1M IPS/M H z 的哈佛结构;支持32位A

3、RM 指令集和16位Thumb 指令集;支持32位的高速AM BA 总线接口;全性能的MM U (M em eor y M anag em ent U nit 内存管理单元,支持Linux 、Window s CE 和Palm OS 等嵌入式操作系统。将ARM9微处理器引入 能谱仪器的研制,更好地满足了智能 能谱仪器的便携性和智能化的需求。因此本系统采用三星电子公司的S3C2410A 嵌入式处理器作为系统的控制核心。1 S 3C 2410A 及片内外围简介S3C2410A 基于ARM 920T 内核的16/32位RISC 嵌入式处理器,主要面向手持式设备、智能仪器以及高性价比、低功耗设备的应用

4、。S3C2410A 处理器的运行频率可达203MH z,这个频率可以使处理器轻松运行于Window s CE 、嵌入式Linux 等操作系统以及进行较为复杂的信息处理。独立的16kB 指令和16kB 数据的缓存(Cache,用于虚拟内存管理的M MU 单元,LCD 控制器(ST N&TFT ,非线性(NAN DFLA SH 的引导单元,系统管理器(包括片选逻辑控制和SDRAM 控制器,3个通道的异步串口(UART,输入输出端口,实时时钟单元(RTC ,带有触摸屏接口的8个通道的10 bit ADC,IIC 总线接口,IIS 总线接口,U SB 的主机(host单元,USB 的设备(De

5、vice接口,2个通道的SPI 接口和锁相环(PLL时钟发生单元2。丰富的片内外围接口能充分满足液晶显示、键盘接口、阈压控制、数据通讯等一系列 能谱仪器硬件接口需求。2 系统硬件设计系统硬件结构如图2所示,主要由以下各部分组成:电源电路:输入5V,经过DC DC 变换分别给微处理器提供1.8V 和3.3V 电压;晶振电路:12MH z 有源晶振经过倍频为系650统提供203M H z 的时钟频率;微处理器:S3C2410A,是系统的工作和控制中心; FLASH :可存放嵌入式操作系统、用户应用程序如 能谱处理程序, 能谱数据;SDRAM :为操作系统和 能谱处理程序的运行场所;串口:用于S3C

6、2410A 系统和上位机短距离双向串行通信,完成对软件系统的调试和将系统引导程序和操作系统及应用程序烧写到NAND FLASH 中存储;USB 接口:系统提供USB 主机和USB 设备接口,完成系统之间的数据通信。JTA G 接口:通过该接口对系统进行调试、编程等;液晶和触摸屏接口:Samsung 3.5 真彩TFT 液晶屏;键盘接口:通过S3C24210A 的SPI 接口,外接SPI 接口的键盘控制芯片ZLG7289实现3 8矩阵键盘输入。 图1 硬件结构框图3 系统主要硬件单元电路设计3 1 FLASH 存储器接口电路系统采用三星电子公司生产的K9F1208作为系统的NAN D FLASH

7、 存储器,K9F1208单片容量为64M 8bit(64M 字节,工作电压2.7V3.6V,8位数据宽度,带有硬件数据保护功能,支持上电自动引导功能,块擦除时间2ms,数据存储有效时间达十年以上3。FLASH 存储器在系统中通常用于存放程序代码,如嵌入式操作系统、启动代码、用户应用程序、用户数据等,系统上电或复位后从此获取指令并开始执行,S3C2410A 支持NAND FLASH 和N OR FLASH 两种启动模式,由于本系统FLASH 存储器选用的是NAND FLASH 存储器,因此应将S3C2410A 的启动模式设为NAND FLA SH 启动。图2是系统NAND FLA SH 与S3C

8、2410A的连接示意图。图2 F L ASH 连接示意图3 2 SDRAM 接口电路与FLASH 存储器相比较,SDRA (Syn chro nous Dynam ic Rando m Access M emory ,同步动态随机存储器虽然不具有掉电保持数据特性,但其存取速度大大高于FLASH 存储器,在系统中主要用作程序运行空间。系统中SDRAM 选用H Y57V561620T ,单片存储容量为4组 4M 16位(32M 字节,工作电压为单3.3!0.3V,16位数据宽度4。根据系统需要和充分发挥32位CPU 的数据处理能力,本系统选用两片H Y57V561620T 并联构建32位SDRAM

9、 存储器系统,共64MB 的SDRAM 空间,可满足嵌入式操作系统及各种相对复杂的功能运行要求。图3为两片H Y57V561620T 并联构建32位SDRAM 存储器系统框图,其中一片为高16位,另一片为低16位,可将两片并联构建32位SDRAM 存储器系统作为一个整体配置到SDRAM Bank0Bank3的任一位置,本系统配置到SDRAM Bank0,即将S3C2410A 的nGCS6接至两片H Y57V561620T 的nCS 端。两片H Y57V561620T 的芯片时钟输入端CLK 接S3C2410A 的SCLK0端;两片H Y57V 561620T 的时钟使能CKE 端接S3C241

10、0A 的CKE 端;两片H Y57V561620T 的行地址锁存nRAS 、列地址锁存nCAS 、写使能端nWE 分别接S3C2410A 的nSDRA S 端、nSDCAS 端、nS DWE 端;两片H Y57V561620T 的地址总线A2A14接S3C2410A 的地址总线A0A12;两片H Y57V561620T 的组地址选择BA0、BA1接S3C2410A 的地址总线A24A25;高16位片的数据总线DQ0DQ15接S3C2410A 的数据总线的高16位DAT A16DAT A31,低16位片的DQ0DQ15接S3C2410A 的数651据总线的低16位DAT A0DATA15;高16

11、位片的数据I/O屏蔽UDQM、LDQM分别接S3C2410A的nWBE3、nWBE2,低16位片的UDQM、LDQM分别接S3C2410A的nWBE1、nWBE0 。图3 SDRA M连接示意图3 3 LCD和触摸屏接口一块LCD屏显示图像,不但需要LCD驱动器,还需要有相应的LCD控制器。通常LCD驱动器会以COF/COG的形式与LCD玻璃基板制做在一起,而LCD控制器则由外部电路来实现。而S3C2410A内部已经集成了LCD控制器,因此可以很方便地控制各种类型的LCD屏,例如:STN和TFT屏。系统采用Sam sung3.5 反射型TFT液晶屏LTS350Q1, 320240象素,256k

12、色,White LED背光,自带四线式触摸屏,可以直接和S3C2410A的触摸屏驱动电路连接,触摸位置直接用CPU内置的ADC电路采样而得5。LTS350Q1与S3 C2410A的接口如图4所示。3 4 键盘和SPI(Serial Periphieral Interface,串行外设接口接口S3C2410A带有2个通道的SPI接口,每个SPI接口由四个引脚:SPIM OSI,SPIM ISO, SPICLK,nSS。SPI支持RC32332与外部设备(E2ROM etc.全双工模式的,同步串行数据传输。S3C2410A通过SPIM OSI1 发送数据图4 L CD连接示意图给键盘控制芯片ZLG

13、7289,ZLG7289通过M ISO发送数据给S3C2410A,两个方向的传输可以同时同步进行。系统采用SPI接口的键盘显示控制芯片ZLG7289与S3C2410A的SPI 接口连接,ZLG7289扫描的行线R2:0和列线C7:0构成的矩阵键盘,同时在芯片内部可自动完成扫描、译码、去抖动处理等任务。当ZLG7289检测到有效按键时,按键有效指示KEY#引脚将从低电平变为高电平,并保持到按键代码被读取为止。利用按键有效指示KEY#与S3C2410A的外部中断EINT1相连,可完成具有中断的按键监控功能,从而提高CPU的工作效率,减少按键响应时间。SPI键盘与S3C2410A的接口如图5 所示。

14、图5 SPI键盘连接示意图4 结束语采用基于ARM920T内核的S3C2410A处理器作为便携式 能谱仪器硬件平台的控制核心,不仅满足便携式设备体积小、低功耗、低成本的需求,而且显著提高系统性能集成度,使便携式 能谱仪器系统功能更加丰富。参考文献:1方方.野外地面伽玛射线全谱测量研究D,成都理工大学,2001.52U m_s3c2410a_manual_r10.pdf SA M SU N G Electr onics CO.L T D.3K9F1208U0M Y IB0.pdf SAM SU N G Electr onicsCO.L T D.6524HY57V561620BT H.pdf H

15、ynix Semico nducto rInc.5LT S350Q1.pdf SAM SU NG Electro nics CO.L T D.6ZLG7290.pdf广州周立功单片机发展有限公司.Design of Embedded Hardware Platformin Intelligent spectrometry Instrument Based on ARM9H ONG T ian qi,FANG Fang(Cheng du U niver sity of T echno lo gy,Cheng du of Sichuan P ro v.610059,ChinaAbstract:T

16、his paper described the design of embedded hardware plat form based on ARM9S3C2410A, emphases are focused on analyzing t he methods of design the circuits of memory、L CD and keyboard port s.It presented a new solut ion of hardware plat form in int elligent portable inst rument for measure ment.Key w

17、ords:A RM9,S3C2410A, spect romet ry instrument(上接第589页,Co ntinued f rom page5893 结束语在FPGA芯片内部集成的多个硬件乘法器,可以实现需要多个传统DSP芯片协同工作才能实现的并行处理,降低了实现并行处理的复杂度。同时,在FPGA内部进行基于硬件乘法器的DSP核设计,可以根据具体情况在硬件层对算法进行优化,提高系统的性能。本系统充分利用了FPGA芯片的优越性能,完成了低杂波相位反馈控制系统相位的快速计算。参考文献:1徐辉.EA ST低杂波相位反馈控制系统研究D,中国科学院合肥物质科学研究院硕士研究生毕业论文,200

18、7.2L F 2.7G Hz RF/IF Gain and Phase DetectorAD8302,datasheet,A nalo g Dev ices,Inc.,2002.3罗龙智,周南,罗海.整数开平方快速算法及其定点DSP实现J,微计算机信息,2007(08.4Cy clo ne II Device Handbo ok,Altera Co rpor atio n,2007.5潘松,黄继业,王国栋,编著.现代DSP技术M,西安:西安电子科技大学出版社,2003.The Phase Detection and C alculation forLow Hybrid Wave Phase Feedback Control SystemLIU Qiang1,LIANG H ao1,SH AN Jia fang2,ZH OU Yong zhao1(1 Dept.of M oder n Physics,U ST C,Hefei,A nhui,230026;2 Ins