基于MC9328MX1嵌入式最小系统的设计

1、基于 MC9328MX1 嵌入式最小系统的设计引言嵌入式系统是以实际应用为核心，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专业 计算机系统，随着嵌入式系统相关技术的迅速发展，嵌入式系统功能越来越强，应用接口更 加丰富，根据实际应用的需要设计出特定的嵌入式最小系统和应用系统， 是嵌入式系统设计 人员应具备的能力，由于 ARM 嵌入式体系的结构的一致性以及外围电路的通用性， 采用 ARM 内核的嵌入式最小系统的设计原则和设计方法基本相同，本文基于MC9328MX1 芯片介绍ARM 嵌入式最小系统设计的一般方法。1 1 MC9328MX1MC9328MX1 概述MC9328MX1 是 Motoro

2、la 公司基于 ARM920T 的龙珠 （Dragon Ball） MX1 处理器，MC9328MX1内含 ARM 公司设计的 16/32bit ARM920T 微处理器内核，采用 RISC 架构的 ARM 微处理器具有体积小、功耗低、性价比高的特点，主要应用于高级信息处理设备、智能电话、 网页浏览器、数字多媒体播放器、基于流行的Palm OS 操作平台的手提计算机和无线通信发射、接收设备等。MC9328MX1 的结构框图如图 1 所示。MC9328MX1 的体系结构如下：全 16/32bit RISC 架构，内含效率高、功耗强大的 ARM920T 的处理器核，支持 16bit Thumb 和

3、 32bit ARM 指令集的高性能 RISC 引擎，支持大、小端模式， 内部架构为大端模式，外部存储器可分为大、小端模式，基于JTAG 接口的方案，边界扫描接口，用于嵌入式多媒体应用集成系统。MC9328MX1 的系统关系特性为： 一体化的 16KB 指令 Cache 及 16KB 数据 Cache,支 持虚拟地址转换存储器管理单元（VMMU ），支持 ROM/SRAM、Flash 存储器、DRAM 和外 部 I/O以 8/16/32bit 的方式操作，支持 EDO/常规或 SDRAM 存储器，使用 ARM 先进的微控 制器总线结构（AMBA ），即 SoC 多主总线接口，利用精简先进的高性

4、能总线（R-AHB ）与 速度较慢的片上外围设备进行通信，可同时连接15 个外部设备。尽管嵌入式处理器芯片种类多，引脚繁杂，但根据它们各自的功能特点，因该分布是有规 律的，在嵌入式最小硬件系统设计中，要注意区分处理器芯片引脚的类型，仔细分析研究关 键引脚作用，才能保障最小系统的正常运行。MC9328MX1 采用 MAPBGA 封装，共有 256 引脚，MC9328MX1 的引脚可分为电源、接 地、输入（I）、输出（0）、输入/输出（I/O） 5 类。除了电源和接地线有近 40 根，以及地 址总线，数据总线和通用 I/O 接口端，专用模块 SPI、UART、I2C、LCD 等接口，需要认真 仔细

5、研究的引脚不是很多，电源和接地端是保障系统正常工作最基本的条件之一，输入类型 的有些引脚在系统设计时必须认真仔细对待，因为有些电平信号直接影响到MC9328MX1 的正常工作，输出类型的引脚主要用于对外设的控制或通信，由MC9328MX1 主动发出，对MC9328MX1 自身的运行不会有太大的影响，输入/输出类型引脚是 MC9328MX1 与外设的双 向数据传输通道。2 2 嵌入式最小系统以 ARM 内核嵌入式微处理器为中心， 具有完全相配接的 Flash 电路、 SDRAM 电路、 JTAG 电路、电源电路、晶振电路、复位信号电路和系统总线扩展等，保证嵌入式微处理器正常运 行的系统，可称为嵌

6、入式最小系统。嵌入式最小系统硬件结构图如图 2 所示。品転电路帝统总线扩展串行接口MC9J2KWXIJ J1AGI阳sh存储嚣SDRAM图 2小嘉统磴件结构嵌入式最小系统硬件功能如下：微处理器：MC9328MX1 是系统工作和控制中心；电源电路：为 MC9328MX1 核心部分提供所需的 1.80V 工作电压，为部分外围芯片提供 3.0V 的工作电压；晶振电路：为微处理器及其他电路提供工作时钟，及系统中 MC9328MX1 芯片使用 32KHz或 32.768KHz 无源晶振；Flash 存储器：存放嵌入式操作系统、用户应用程序或者其他在系统掉电后需要保存的用 户数据等；SDRAM :作为系统

7、运行时的主要区域，系统及用户数据、堆栈均位于该存储器中；串行接口：用于 MX1 系统与其他应用系统的短距离双向串行通信；JTAG 接口 ：对芯片内部所有部件进行访问，通过该接口对系统进行调试、编程等；系统总线扩展：弓 I 出地址总线、数据总线和必须的控制总线，便于用户根据自身的特定需 求，扩展外围电路。3 3 最小系统硬件的选择和单元电路的设计 3.13.1 电源电路设计电源电路是整个系统正常工作的基础，设计的电源电路必须满足系统对该电路性能指标的 要求。MC9328MX1 核心部分需 1.80V 工作电压，部分外围芯片需 3.30V 工作电压，根据要 求输入 5V 直流电压经 DC-DC 变

8、换，分别为系统提供 1.80V 和 3.30V 的工作电压，不同系统3.23.2 晶振电路与复位电路设计晶振电路为微处理器及其他电路提供工作时钟，是系统必须的重要电路，用 32KHZ 无源晶振，32KHZ 晶振频率输入 MC9328MX1 后，经 PLL （锁相环）倍频后达到16.384MHz，并输入系统 PLL 及 MCU PLL。MCU PLL 将输入的 16.384MHz 倍频到最高 192MHz，提供给 ARM 内核使用，系统晶振电路如图 4 所示。1O XTAJ_32K1甜体亍 32 Mk- 图4晶振电踣复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能，本系统采用较简单

9、的 RC 复位电路，复位电路如图 5 所示H.1U F RESE1RLSFT INC?JILB UID-C复fit电毎3.33.3 FlashFlash 存储器接口电路设计Flash 存储器在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的 数据等。根据实际功耗，选择器件设计电源电路，电源电路如图3 所示。JN OIHASiinVOJVIN V0?ADJ4：C5 R1IS3电諫电路MC9328MX1 使Flash 接口电路是最小系统设计中至关重要的电路。常用的 Flash 存储器为 8bit/16bit 数据宽度， 工作电压一般为 3.3V,主要生产厂商为 In tel、Atm

10、el、Hyundai 等，他们生产的同类器件一般具有相同的电气特性和封装形式，可根据需要 选用。为了充分发挥 32bit MC9328MX1 性能优势，直接采用 1 片 32bit 数据宽度的 Flash 存储器 芯片，也可采用 2 片 16bit 数据宽度的 Flash 存储器芯片并联构建 32bit 的 Flash 存储器系统， 16bit Flash存储器系统的构建方法与 32bit Flash 存储器系统相似， 本系统使用 2 片 28F320J3A 组成 32bit Flash存储器 32bit Flash 存储器系统如图 6 所示。L-.2 片 28F320J3A，其中一片为高 1

11、6bit，另一片为低 16bit，作为整体配置到 MC9328MX1 外围接口模块 CS0 空间，将 MC9328MX1 的#CS 接至 2 片 28F320J3A 的 CE0 端，CE1、CE2 接地；2 片 28F320J3A 的地址总线A21-A1均与 MC9328MX1 的地址总线A22-A01相连，低 16bit片的数据总线与 MC9328MX1 的低 16bit 数据总线D15-D00连接，高 16bit 片的数据总 线与MC9328MX1 的高 16bit 数据总线D31-D16连接；2 片 28F320J3A 的 RP#端接 VCC ; 2 片28F320J3A 的 0E 端接

12、 MC9328MX1 的#0E; 2 片 28F320J3A 的 WE 端接 MC9328MX1 的 #EB;2 片 28F320J3A 的 BYTE 均上拉，使之工作在字模式。3.43.4 SDRAMSDRAM 接口电路设计与 Flash 存储器相比较， SDRAM 虽然不具有掉电保持数据的特性， 但其存取速度大大高 于 Flash存储器，并且具有读/写属性，SDRAM 在系统中主要用作程序的运行空间、数据及 堆栈区。因此，SDRAM 接口电路在最小系统设计中必须高度重视。目前常用的 SDRAM 为 8bit/16bit 数据宽度、工作电压一般为 3.3V，主要生产厂商为 SamsungHY

13、UNDAI、Winbond 等，若同类器件具有相同的电气特性和封装形式可通用。但在使用 SDRAM 时要注意 ARM 芯片是否具有独立的 SDRAM 的刷新控制逻辑，若有可直接与 SDRAM 接口，若无则不能直接与 SDRAM 连接。根据系统的需求，可构建 16bit 或 32bit 的 SDRAM 存储器系统，本系统采用 2 片 K4S281632 并联构建 32bit 的 SDRAM 存储器系统，单片 K4S281632 为 16bit 数据宽度、容量 16MB，2 片容量共32MB 的 SDRAM 空间， 可满足嵌入式操作系统及各种较复杂运行的运行需求， 使 用 2 片 K4S28163

14、2构建 32bit 的 SDRAM 系统电路如图 7 所示。2 片 K4S281632,其中一片为高 16bit，另一片为低 16bit。2 片 K4S281632 作为一整体 配接到 DRAM/SDRAM 的 CSDO,将 MC9328MX1 的#CSD 接至 2 片 K4S281632 的 CS 端，2 片K4S281632 的 CLK 端接 MC9328MX1 的 SDCLK 端，2 片 K4S281632 的 CLE 端接 MC9328MX1的 SDCKE 端；2 片 K4S281632 的 RAS、CAS、WE 端分别接 MC9328MX1 的 RAS、CAS、SDWE端，2 片 K

15、4S281632 的地址总线A08-A00接 MC9328MX1 的A10-A02； 2 片 K4S281632的地址总线A10-A09接 MC9328MX1 的MA11-MA10；2 片 K4S281632 的 地址总线A11接 MC9328MX1 的 A12；2 片 K4S241632 的 BA1、 BA0 接 MC9328MX1 的地 址总线 A14-A13 ;高 16bit 片的DQ15-DQ0接 MC9328MX1 的数据总线D31-D16、低 16bit 片的DQ15-DQ0接 MC9328MX1 的数据总线 D15-D0 ； 高 16bit 片的 UDQM、 LDQM 分别接 M

16、C9328MX1 的 DQM3、DQM2，低 16bit 片的 UDQM、LDQM 分别接 MC9328MX1 的 DQM1、 DQM0。3.53.5 串行接口电路设计MC9328MX1 提供了串行接口，使用 RS-232 标准接口，近距离通信系统中可直接进行端 对端的连接，但由于 MC9328MX1 系统中 LVTTL 电路的逻辑电平与 RS-232 标准逻辑电平不 相匹配，二者间要进行正常的通信必须经过信号电平转换，本系统使用MAX3221 电平转换电路，以 RS-232 标准 9 芯 D 型接口为例，要完成最基本的串行通信功能，只需要 RXD （数 据接收）、TXD （数据发送）和 GND （地）端即可。串行接口电路如