计算机系统的整体结构设计

1、计算机系统的整体结构设计2.1系统的整体方案设计    嵌入式网络服务器是为自动抄表系统电能测量单元的数据在互联网上共享，以及远程控制提供一个平台，硬件上要在原来的嵌入式设备上增加网络接口。嵌入式网络服务器作为自动抄表系统核心，与一些监测、服务、指示设备配合实现其相应的功能，其一端作为数据接口接收数据，另一端接入Internet实现数据的传输和共享。发送到Internet的数据以TCP/IP包的形式经由网络，可通过多台浏览器查看，经过HTTP协议解析，最终以网页的形式呈现在浏览器上35。其在网络中的连接结构如图2-1所示。2.2自动抄表系统的硬件平台结构 

2、;   本实验采用英蓓特公司的EMBEST ARM EDVKIT II教学试验平台。EMBEST ARMEDVKIT II教学试验平台是一款功能强大的32位的嵌入式开发板，里面采用了SAMSUNG公司的以ARM7TDMI-S为内核的处理器S3C44B0X，同时可以兼容S3C2410，具有JTAG调试等功能。板上提供了一些键盘、LED和串口等一些常用的功能模块，并且具有IDE硬件接口，CF存储卡接口、以太网接口和SD卡接口等等，对用户在32位ARM嵌入式领域进行开发试验非常方便。该教学试验平台的功能特点36：嵌入式网络服务器InternetWeb浏览器Web浏览器Web浏览器

3、Web浏览器图2-1嵌入式网络服务器系统结构Figure 2-1 System Structure of Embedded Web Server电能采集芯片电能采集芯片电能采集芯片电能采集芯片10使用CPU扩展接口，可以使用SAMSUNG公司的S3C44B0X和S3C2410；系统核心板包括SDRAM、CPU、核心电压模块、实时时钟、系统跳线、系统时钟、核心板接口等；SDRAM用量与CPU有关，2410采用64MB，44B0X采用8/16MB兼容芯片，为HY57V561620或HY57V641620；完全自主设计的软硬件系统，可以支持JTAG仿真技术，支持ADS、STD和IDE等集成环境开发；

4、具有2/4MB兼容的Nor Flash和8/16/32/64/128MB兼容的Nand Flash;两个以太网口，一个为44B0X和4510专用，另外一个为MII接口的CPU专用，用到的芯片分别为CS8900A和RTL8201；具有USB接口电路；具有串行口2个，可以跟上位机进行通讯；内部包含采用UDA1341TS芯片的音频电路模块，方便进行音频调试试验；内部包含IIC器件，采用支持IIC的EEPROM-AT24C08；显示部分包括STN/TFT兼容接口的彩色LCD、LED指示灯和6个数码管；采用变阻器形式的ADC数据采集电路；提供实时时钟控制电路；4×4键盘，可以扩展至64键，使用

5、芯片SD7218；用PWM控制的蜂鸣器电路，可以发出不同频率的声音；提供具有I/O控制的跑马灯试验；提供由MAX485控制的RS422和RS485接口电路；提供CAN接口电路，方便组装现场总线；具有IDE硬盘接口，CF存储卡接口，SD卡接口和PS2接口；WDT控制电路，提供SPI接口；包含红外线接口模块；具有采用扩展子板形式的GPRS模块电路和GPS模块电路；EMBEST ARM EDVKIT II教学试验平台主要功能模块如图2-2。2.3关键器件的选择与介绍 S3C44B0X处理器    本论文在设计中采用的是ARMTDMI核的S3C44BOX处理器。该芯片是1

6、6/32位精简指令结构计算机(RISC)处理器，具有很高的性价比，目前在市场上占有率很高37。该芯片接口十分丰富，价格也比较低廉，特别适合做低端路由器等网络产品的开发。下面介绍一下ARM7TDMI核和该芯片。11(1)ARM7TDMI处理器的简介以太网接口LED驱动CAN控制器LED显示NAND FLASHCF CARD接口PCI接口以太网控制器USB控制器RS232驱动器PS2接口USB控制器UART接口IIS控制器IIS控制器PCDL电源电源开关复位PLDC试调口接DEI口接ANC口接BUZZER AIN输入VGABUFERFS3C44B0X_PACKCDL口接2STP口接CDL口接1TJ

7、GA试调接口DCA口接PSI口接DSACDR口接盘键口接图2-2 EMBEST ARM EDVKIT II教学试验平台主要功能模块Figure2-2 Major Function Modules of EMBEST ARM EDVKIT IITeaching&Testing Platform12ARM7TDMI处理器是ARM通用32位微处理器家族成员之一，ARM处理器具有优异的性能，但功耗却很低36。它是基于精简指令集计算机(RISC)原理而设计的。ARM7TDMI处理器使用流水线来增加处理器指令流的速度，这样可使几个操作同时进行并使处理和存储器系统连续操作。流水线使用3个阶段，因此指

8、令分取指，译码，执行三个阶段执行，如图2-3所示。ARM7TDMI处理器使用冯·诺依曼(Von Neumann)结构，指令和数据共用32位总线，只有装载存储和交换指令可以对存储器中的数据进行访问38。ARM7TDMI处理器有两个指令集：32位ARM指令集和16位Thumb指令集。Thumb指令集是最通用的ARM指令的子集，Thumb指令长度为16位，每条指令都对应一条32位ARM指令。Thumb指令使用标准的ARM寄存器配置进行操作，这样，ARM和Thumb状态之间具有极好的互用性。在执行方面，Thumb具有32位内核所有的优点：32位地址空间，32位寄存器，32位移位器和算术逻辑单

9、元(ALU),32位存储传输。(2)S3C44BOX结构介绍S3C44BOX为手持设备和一般类型应用提供了高性价比和高性能的微控制器解决方案。它提供了丰富的内置模块，包括8KB高性能缓存，LCD控制器，2通道UART，4通道DMA，系统管理器(片选逻辑，FP/EDO/SDRAM控制器)，带PWM功能的5通道定时器，8通道10位ADC，IIC总线控制器，IIS总线控制器，SIO接口和PLL倍频器38,39。S3C44BOX采用了0.25m工艺的CMOS标准宏单元和存储编译器。适用于低成本和低功耗应用。它的内核是由ARM公司设计的ARM7TDMI,主频66MHZ。S3C44BOX具有多个通用的片上

10、外设，可以大大减少芯片外围的元器件，从而使系统简化。这些片内模块包括：2.5V ARM7TDMI核，带8KB高速缓存、外部存储器控制器、LCD控制器、2通道通用DMA、2通道外设DMA、2通道UART、1通道SIO、1通道多主IIC总线控制器、1通道IIS总线控制器、5个PWM定时器和1通道内部定时器、看门狗定时器、71个通用IO图2-3指令流水线执行PC-8 PC-4从寄存器组中读出寄存器执行器和ALU操作寄存器写回到寄存器组PC-4 PC-2译码对指令使用的寄存器进行译码PC PC取指指令从存储器中取出ARMThumbFigure2-3 Instruction Streaming Line

11、13口/8通道内部定时器、8通道10位ADC、具有日历功能的RTC和带PLL的片上时钟发生器40。以太网接口电路    S3C44B0、S3C2410等CPU本身并没有网络接口，但是，通过扩展网络接口的模式，提供了一个cs8900a10MB的网络接口。为兼容其它CPU型号，主板上还设计了一个与MII接口对接的网络芯片RTL8201，为10/100MB兼容。本实验采用板上的CS8900A芯片。以太网接口CS8900A芯片是由美国CIRRUSLOGIC公司生产的以太网控制器，由于其优良的性能，低功耗及低廉的价格，使其在市场上10Mbps嵌入式网络应用中占有相当的比例。

12、CS8900A主要性能41为：(1)符合Ethernet II与IEEE802.(10Base5、10Base2、10BaseT)标准；(2)全双工，收发可同时达到10Mbps的速率；(3)内置SRAM，用于收发缓冲，降低对主处理器的速度要求；(4)支持16位数据总线，4个中断申请线以及三个DMA请求线；(5)8个I/O基地址，16位内部寄存器，I/O BaseMemory Map方式访问；(6)支持UTP、AUI、BNC自动检测，还支持对10BaseT拓扑结构的自动极性修正；(7)LED指示网络激活和连接状态；(8)100脚的LQFP封装，缩小了PCB。CS8900A的连接电路图412-4所

13、示。14 专用电能芯片CS5460A介绍    单相双向功率/能量芯片CS5460A是美国Cirrus Logic公司研制生产的片上电表芯片，带有四线串行接口，与处理器接口简单。利用该芯片作为采集电能量的核心器件将提高数据测量的准确性，同时也简化了测量仪器硬件电路。CS5460A是具有能量计算引擎的CMOS单片功率测量芯片。CS5460A包含了一个增益可编程放大器、两个S调制器、两个高速滤波器、系统校准和功率计算功能模块，用来计算电能、IRMS、VRMS和瞬时功率。CS5460A是一块高度集成的S模数转换器(ADC)。CS5460A把2个SADC、高速功率计算功能

14、和串行接口组合在一块芯片上。CS546()A可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或变压器测量电压。CS546DA具有与微控制器通信的双向串口和与能量成正比的频率可编程的脉冲输出。CS5460A具有方便的片上AC/DC系统校准功能。CS546()A的主要特性有：(l)电能数据线性度高，在1000：1的动态范围内线性度为0.1%；图2-4 CS8900A的连接电路图Figure2-4 Connection Circuit of CS8900A15(2)集成片上功能，可以计算电能、瞬时功率、IRMS和VRMS；(3)符合IEC68711036规范；(4)具有AC和DC系统校准，相位补偿功能；(5