嵌入式开发教程之基于ATRM微处理器的最小系统设计

1、引言引言 1 AT91RM92001 AT91RM9200简介简介2 2 硬件设计硬件设计2.1 2.1 电源电路电源电路2.2 2.2 晶体振荡器电路晶体振荡器电路2.3 2.3 复位电路复位电路2.4 JTAG2.4 JTAG接口电路接口电路2.5 2.5 存储器模块存储器模块2.6 UART2.6 UART串行调试接口串行调试接口3 3 硬件调试硬件调试4 4 结束语结束语目前，ARM微处理器已在多种领域中应用，例如工业数字智能控制、机器人、消费教育类多媒体、DSP和移动式便携式设备等。有关统计表明，各种各样基于ARM微处理器的设备应用数量已经远远超过了通用计算机。因此，基于arm微处理

2、器的开发应用正成为数字时代的应用技术潮流。本文介绍AT91RM9200型微处理器最小系统的设计，并给出了系统外围接口设计的相关器件选型。AT91RM9200是Atmel公司基于arm920T核的高性能、低功耗1632位RISC(精简指令集计算机)微处理器，内部集成丰富的外设资源，适用于要求外设资源丰富、功耗低、工作严格稳定的工业控制等方面，如嵌入式工业控制、医疗设备、网络通信、移动计算等。 AT91RM9200微处理器最高主频为180 MHz，其双向、32位外部数据总线支持8位、16位、32位数据宽度，26位地址总线可以对最大64 MB空间寻址。 AT91RM9200片内集成了非常丰富的外围功

3、能模块，包括全功能MMU虚拟内存管理单元、内部16 kBSRAM和128 kB ROM、EBI接口控制器、增强的时钟和PMC(电源管理控制器)，带有2个PLL(锁相坏)的片内振荡器，4个可编程的外部时钟信号，包括定时中断、看门狗、秒计数器的系统定时器，带报警中断的实时时钟，带有8级优先级、可单个屏蔽中断源的AIC(先进中断控制器)，7个外部中断源和1个快速中断源，4个32位的IO控制器，20通道外围数据控制器(PDC或DMA)，1个10 Mbits-1100 Mbits-1以太网控制器，1个USB 2.0主机接口，1个USB 2.0设备接口，2个多媒体卡接口，3个SSC(同步串行口控制器)(兼

4、容IIS)，4个UASRT(通用同步异步串行口)，1个主从SPI(串行设备接口)，1个两线串行接口TWI(主模式)，JTAGICE接口等。最小系统是保证微处理器可靠工作所必须的基本电路。基于AT91RM9200微处理器的最小嵌入式系统由微处理器AT91RM9200、电源电路、晶体振荡器电路、复位电路、JTAG接口、存储器模块、串行调试接口等电路组成，其原理框图如图1所示。在系统中，AT91RM9200需要1.8 V和3.3 V电源，另外，大部分外围器件需要3.3 V电源，小部分外围器件还需要5 V电源，为了简化系统电源电路的设计，假设系统的输入电压为5 V直流稳压电源。为了得到可靠的3.3 V

5、电压，此处选用了Sipex公司生产的SPX1117M3-3.3型低压差(LDO)稳压器，它的输人电压为5 V，输出电流为3.3 V，最大输出电流为0.8 A。同样，选用Sipex公司生产的SPX1117M3-1.8型低压差(LDO)稳压器，便可产生最大输出电流为0.8A的1.8 V电源。电源电路如图2所示。晶体振荡电路用于向AT91RM9200和其他需要时钟的外设电路提供工作时钟。本系统使用无源晶体振荡器X1(18.432 MHz)和X2(32.768 kHz)作为系统的主振荡器和慢时钟振荡器，振荡器产生的系统主时钟和慢时钟基准经过微处理器内部2个PLL后，产生系统所需的各种CPU时钟、外没时

6、钟以及USB器件工作时钟。晶体振荡器电路见图3。AT91RM9200有2个独立的复位信号，即系统复位信号NRST与系统内部调试复位信号NTRSI，都是低电平有效。系统上电后，AT91RM9200必须执行一个上电复位(称为“冷”复位)，在过渡状态下，它强制复位信号NRST和NTRST为低直到电源电压和振荡器工作频率稳定为止。此外，NRST和NTRST还可以进行手动按键复位功能，以方便用户调试程序。本设计中选用了AD公司生产的ADM708型复位电路，它有一个手动复位输入引脚，当工作电压低于3.08 V或手动复位输入引脚被拉低时复位IC产生一个低电平信号，持续时间为200 ms。此外，该复位电路还有

7、一个额外的输入电压检测引脚，可实现对输人电压的检测。复位电路如图4所示。JTAG(联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试，是开发、调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。它有2种接门标准：14针接口和20针接口。本设计中选择20针接口标准。存储器模块包括Flash存储器和SRAM存储器两个部分。 Flash存储器用于存储系统运行所需的程序和重要数据，即使掉电程序和数据都不会丢失。设计中推荐电路为Intel公司生产的28F640J3A，其存储容量为64 Mbit(8 MB)，工作电压为2.7 V3.6 V，采用48引脚TSOP封装，16位数据宽度。它所需

8、引脚为A24：、D15：0、NRST、BFCS_NCS0、CFOE_NOE_NRD、CFWE_NWE_NWR0。 SDRAM存储器的作用是存放系统运行时的程序和数据，掉电后该部分程序和数据会丢失。设计中使用2片数据宽度为16位的SDRAM并行运行作为一个32位数据宽度的SDRAM模块，以充分发挥微处理器32位数据宽度的高性能。SDRAM模块所需的引脚为A0：11、A13：17、D0：31、NBS1、NBS3、SD-CKE、SDCK、SDCS、RAS、CAS、SDWE。推荐使用的SDRAM电路为Hynix公司生产的HY57V651620BTC，其工作电压为3.3 V，单片存储容量为4组16 Mb

9、it，54引脚TSOP封装，兼容LVTTL电平接口，支持自动刷新和自刷新。采用了AT91RM9200的Debug UART作为串口模块电路的接口，该串口在调试状态下作为调试串口；在正常工作状态下为一般UART口，都可以通过RS-232电平实现与其他设备的通信。本设计中的UART接口电路为Sipex公司生产的SP3232，其工作电压为3.3V，16引脚SOIC封装。所需引脚为DRXD、DTXD。 在完成以上几部分电路的设计后，AT91RM9200就具有了安全可靠工作的基本条件。 最小系统的设计是为了更好地研究开发微处理器，因此还应将微处理器的一些必要引脚用接口插座引出，以方便实验开发使用。例如：

10、以太网接口模块、I2C接口模块、USB主机与设备接口，IO总线扩展接口等。系统上电前，应仔细检查电路板上所有元器件是否正确焊接，检查各电压等级的电源是否有短路，各种开关、跳线是否在正确的位置上。此外，还要检查nWAIT、NRST、NTRST等引脚的电平是否已被上拉，引脚JTAGSEL是否被下拉，对这几个引脚的处理关系到AT91RM9200能否正常工作。 系统上电后，检查电路板上几个电压等级的输出电压是否正常，复位电路是否工作，晶振X1和X2的输出端是否输出正确的波形。接着通过串行调试接口将AT91RM9200系统板与PC机连接，在“超级终端”界面中可看到微处理器向PC输出一系列的“C”，表明微处理器AT91RM9200已经正常工作。然后可以通过arm公司提供的开发工具ADS的集成开发环境，编写相关的应用程序，通过JTAG接口对微处理器进行进一步的调试。目前，该系统已在某智能设备的控制器中得到了实际应用