嵌入式系统的无线通信控制器设计方案

嵌入式系统的无线通信控制器余培强嵌入式无线通信介绍嵌入式系统以其小型，专用，易于携带，高可靠性的特点，已经在工业控制，数据传输，数据处理，远程监控，智能仪表等领域得到了广泛的运用。随着无线通信事业的发展，如今，在许多场合有线连接的方式已经不能满足科技的高速发展，无线技术正以一种快速的发展速度进入许多产品中，其中，将ARM处理器运用到无线数据传输领域得到了飞速的发展。与有线技术相比，无线通信技术主要具备成本低，携带方便，省去有线布线的优点。特别适用于手持设备的通信、电池供电设备、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、机器人控制、无线数值语音、数字图像传输、智能小区不停车收费、银行只能回单系统等。在通信方式及通信协议方面，无线数据传输的通信协议已经形成了比较成熟和规范的标准；相应的，在硬件条件方面，无线数传的半导体芯片也大量出现。本方案是以arm处理器做为主控制器，以zigbee无线通信协议及cc2430单片芯片做为本控制器的无线通信协议和无线通信芯片。具体的细节在后面说明。关键技术介绍ARM介绍Zigbee介绍ARM介绍ARM(AdvnacedRICSMahcines)，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器，即通常所说的ARM微处理器，己遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RICS微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到日常生活的各个方面。ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。ARM微处理器的特点ARM32位体系结构目前被公认为是业界领先的32位嵌入式RISC微处理器核，具有如下特点:RISC型处理器结构，采用Load/Store结构，只有Load/Store指令可以与存储器打交道，其余指令都不允许进行存储器操作。每机器周期可执行1条指令。支持Thumb(16位)和ARM(32位)双指令集，Thmub指令集比通常的8位和16位CISC/RICS处理器具有更好的代码密度，可以显著减小程序对存储器的需求;可节省30%~40%以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。多处理器状态模式，ARM可以支持用户、快中断、中断、管理、中止、系统和未定义等7种处理器模式，除了用户模式外，其余的均为特权模式。这也是ARM的特色之一，可以大大提高ARM处理器的效率。嵌入式在线仿真调试，ARM处理器都嵌入了在线仿真ICE一RT逻辑，便于通过JTAG来仿真调试ARM程序，可以省去价格昂贵的在线仿真器。灵活方便的接口，ARM体系结构具有协处理器接口，方便扩充各种功能。ARM允许16个协处理器。另外，ARM处理器还具有先进的片上总线AMBA(AdvancdeMicrocontrollerBusArehiteeture)。通过AMBA来方便的扩充各种处理器及IO。低电压低功耗的设计。ARM微处理器系列ARM微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于ARM体系结构的处理器，除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。---AMR7系列---AMR9系列---ARM9E系列---ARM10E系列---SecurCore系列---Inter的Xscale---Inter的StrongARM其中，ARM7，ARM9，ARM9E和ARM10为4个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独待的性能来满足不同应用领域的需求。SecurCore系列专门为安全要求较高的应用而设计。S3C44B0XARM7体系结构微处理器介绍SamsungS3C44BOX微处理器采用0．25μmCMOS工艺制造，特别适合应用于对成本和功耗敏感的场合。所有的S3C44BOX都采用新的总线结构——SAMBAⅡ(SamsungARMCPU嵌入式控制器总线结构)。S3C44BOX最突出的特点是其CPU核采ARM公司的16/32位ARM7TDMIPISC结构(主频为66MHz，最高可达75MHz)。ARM7TDMI系列扩充包括Thumb协处理器、片上ICE中断调试支持和32位硬件乘法器。S3C44BOX通过在ARM7TDMI内容的基础上扩展一系列完整的通用外围器件，使系统费用降至最低，免除了增加附加配置的需要。集成的片上功能描述如下：·在ARMTTDMI的基础上增加8KB的Cache；·外部扩充存储器控制器(FP/EDO/SDRAM控制，片选逻辑)；·LCD控制器(最大支持256色的DSTN)，并带有一个专用DMA通道的LCD控制器；·2个通用DMA通道，2个带外部请求管脚的DMA通道；·2个带有握手协议的UART，1个SIO；·1个多主机I2C总线控制器；·1个IIS总线控制器；·5个PWM定时器及1个内部定时器；·看门狗定时器；·71个通用可缩程I／O口，8个外部中断源；·功耗控制模式：正常、低、休眠和停止；·8路10位ADC；·具有日历功能的RTC(实时时钟)；·带PLL的片上时钟发生器Zigbee介绍Zigbee是一种短距离、低速率无线网络技术。Zigbee的基础是IEEE802.15.4无线个人域网标准。Zigbee的数据传输速率在10kbit/s到250kbit/s之间，因而它适合于低速率的无线传输应用。Zigbee可以构建一个由多达数万个无线数传模块组成的无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的DCMA网或GSM网。每个网络节点间的距离可以从标准的75米扩展到几百米，甚至几公里。与移动通信网络不同的是，Zigbee网络主要是为自动化控制数据传输而建立的，而移动通信网主要是为语音通信而建立的。Zigbee技术拥有低数据速率和通信范围较小的特点，这也决定了Zigbee技术适合于承载数据流量较小的业务。Zigbee技术的目标就是针对工业、家庭自动化、遥测遥控、汽车自动化、农业自动化和医疗护理等，例如灯光自动化控制，传感器的无线数据采集和监控，油田、电力、矿山和物流管理等应用领域。另外，它还可以对局部区域内移动目标，例如对城市中的车辆进行定位。Zigbee特点及应用领域Zigbee的特点突出，尤其在低功耗、低成本上，主要有以下几个方面：1)、低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持l个节点工作6~24月，甚至更长。这是zigbee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、WIFi可工小时。2)、低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且Zigbee免协议专利费。3)、低速率。Zigbee工作在20~250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2.4HGz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。4)、近距离。传输范围一般介于10~100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增l~3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。5)、短时延。Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能，相比较，蓝牙需要3~10s、WIFi需要3s。6)、高容量。Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点;同时主节点还可由上一层网络节点管理;最多可组成65000个节点的大网。7)、高安全。Zigbee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES一128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。8)、免执照频段。采用工业科学医疗(ISM)频段。2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。Zigbee主要应用在距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间，典型的传输数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据。一般而言，满足如下一些特点的应用场合，是Zigbee应用极具优势的地方：需要无线通信交换信息的低成本装置;数据的交换量较小、传输的速率要求不高;功耗要求极低，采用电池供电且需要维持较长时间;需要多个(尤其是大量)设备组成无线通信网络，主要进行监测和控制的场Zigbee协议堆栈分析Zigbee协议堆栈分析Zigbee堆栈是在IEE802.15.4标准基础上建立的，定义了协议的MAC和PHY层。Zigbee设备应该包括EIEE802.15.4(该标准定义了RF射频以及与相邻设备之间的通信)的PHY和MAC层，以及Zigbee堆栈层:网络层(NWK)、应用层、应用支持层、ZDO管理层和安全服务提供层。图1-1给出了这些组件的概况.1、PHY和MAC层：：MAC层层负责责和PHY层进进行交交互。。提供供了媒媒体访访问控控制层层与无无线物物理通通道之之间的的接口口，主主要负负责：：激活活或休休眠无无线收收发设设备、、对当当前频频道进进行能能量检检测、、链路路质量量指示示、为为载波波检测测多址址与碰碰撞避避免进进行空空闲频频道评评估、、频道道选择择、数数据的的发送送及接接收等等。该该层由由芯片片制造造厂商商完成成。2、网网络层层(NWK)：：负责责建立立和维维护网网络连连接。。它独独立处处理传传入的的数据据请求求、关关联、、解除除关联联和孤孤立通通知请请求。。3、设设备对对象层层(ZDO)：：用于于整个个ZigBee设备备的配配置和和管理理。应应用程程序可可以通通过端端点0与ZigBee堆堆栈的的其它它层通通信，，从而而实现现对这这些层层的初初始化化和配配置。。附属属在端端点0的对对象被被称为为ZigBee设备备对象象(ZDO)。。端点点255用用于向向所有有端点点的广广播。。端点点241到到254是是保留留端点点。可可以通通过ZDO接口口对远远程设设备进进行重重新配配置、、发起起或回回应绑绑定请请求、、在网网络设设备间间建立立安全全机制制(如如选择择公共共密钥钥、对对称密密钥等等)等等。4、APS层：：主要要提供供ZigBee端点点接口口。应应用程程序将将使用用该层层打开开或关关闭一一个或或多个个端点点并且且获取取或发发送数数据。。它还还为键键值对对和报报文数数据传传输提提供了了原语语。5、APL层:提供供高级级协议议栈管管理功功能。。用户户应用用程序序使用用此层层管理理协议议栈。。安全全服务务提供供层:负责责提供供安全全机制制。每每一层层(MAC、网网络或或应用用层)都能能被保保护，，为了了降低低存储储要求求，它它们可可以分分享安安全钥钥匙。。SSP是是通过过ZDO进进行初初始化化和配配置的的，要要求实实现高高级加加密标标准(AES)。Zigbee协协议网网络的的构成成在ZigBee网络络中，，支持持两种种类型型的物物理设设备：：全功功能设设备和和精简简功能能设备备。全功能能设备备(FFD，，FullFunctinoDveiec)特特点：：支持持任何何拓扑扑结构构，可可以成成为网网络协协调器器，能能和任任何设设备通通信。。精简功功能设设备(RFD，，ReducdeFunctinoDveiec)特点点：只只用在在星型型拓扑扑中，，不能能成为为网络络协调调器，，只能能和网网络协协调器器通信信，实实现非非常简简单。。Zigbee网网络要要求至至少一一个全全功能能设备备作为为网络络协调调器，，网络络协调调器要要存储储以下下的基基本信信息：：节点点设备备数据据、数数据转转发表表、设设备关关联表表。终终端设设备可可以是是精简简设备备用来来降低低系统统成本本。网络协协调器器和网网络节节点有有以下下的功功能：：Zigbee网网络协协调器器:建建立网网络，，传输输网络络信标标，管管理网网络节节点，，存储储网络络节点点信息息，在在关联联节点点之间间路由由信息息。Zigbee网网络节节点:为电电池供供电和和节能能设计计，搜搜索可可用的的网络络，按按需传传输数数据，，向网网络协协调器器请求求数据据。无线串串行数数据传传输介介绍现代社社会是是一个个信息息社会会，信信息的的获取取和传传输逐逐步从从无线线过度度到无无线。。随着着无线线通信信事业业的发发展，，无线线数据据传输输这一一技术术被越越来越越多的的人们们所熟熟悉，，相应应的产产品也也参透透到社社会生生活的的各个个领域域，如如无线线抄表表、数数字图图像传传输、、小区区传呼呼、工工业数数据采采集、、非接接触RF智智能卡卡、安安全防防火系系统、、区域域报警警系统统等数数字信信号的的传输输。无无线数数据传传输不不仅结结构简简单，，操作作方便便，能能够在在很大大程度度上节节约硬硬件成成本，，而且且更能能优化化数据据传输输系统统的效效率。。无线线串行行数据据通信信主要要有一一下3个方方面的的运用用。（1））点对对点控控制这是无无线数数据传传输应应用最最广的的一种种，例例如，，在甲甲地和和乙地地各放放置一一台无无线数数传电电台，，应用用设备备与之之相连连，可可组成成单向向传输输，即即一个个为单单发，，另一一个单单收；；也可可组成成双向向传输输，即即两个个都为为收发发电台台，从从而实实现远远距离离数据据传输输或无无线控控制。。这种种传输输方式式适合合一对对一控控制，，简单单有效效，是是组成成多点点传输输的基基础。。（2）点点对多点点控制这种方式式主要在在组网是是使用，，点即中中心台站站，可以以是大功功率无线线电台；；多点是是有中心心站控制制的分台台站，可可以是小小功率电电台。有有电台的的类型可可以分为为：一点点单发配配多点单单收的集集中控制制方式，，一点单单收配多多点单发发的多点点采集方方式，一一点收发发配多点点收发的的分散控控制方式式。组网网时要求求每台设设备编有有地址码码，采用用时分复复用技术术（TDMA，，即每一一时刻都都是点对对点）。。（3）中中继传输输当无线数数传电台台功率不不够，需需要变换换接口，，变换传传输协议议及调制制方式，，以及多多种无线线传输系系统混合合是采取取这种方方式。这这是点对对点传输输的一个个特例，，其主要要作用只只是一种种接力，，不单独独构成一一种应用用系统。。近些年内内，无线线数据传传输设备备得到了了飞速发发展，这这些产品品提供标标准的RS-232接接口，或或标准的的RS-485接口，，从而便便于与其其他数字字设备连连接。无无线数据据传输设设备被广广泛运用用与一下下几个主主要领域域。水、电、、煤气等等计量表表计的无无线抄表表；消防安全全报警，，楼宇自自动化，，门禁系系统；医疗仪器器，机房房设备无无线监控控，仓储储物流；；会议表决决，餐饮饮点菜，，PDA等无线线智能终终端，长长距离非非接触RF智能能卡；不停车收收费，智智能交通通，无线线遥控，，自动化化数据采采集系统统；无线鼠标标、键盘盘、游戏戏杆、打打印机；；无线RS=232/无无线RS-485接口口，无线线微微网网，无线线现场总总线等军军用和法法用产品品中。几种无线线数据传传输产品品无线鼠标标、无线线键盘无线智能能家居系系统无线点菜菜机大型商店店所采用用的无线线POST机无线鼠标标、无线线键盘计算机外外设(键键盘、鼠鼠标，打打印机、、游戏手手柄等)的无线线化是现现代计算算机的外外设通信信线路从从有线逐逐步发展展到无线线，这一一方面在在很大程程度上降降低了计计算机的的成本；；另一方方面，也也便于计计算机的的移动、、装载等等。外设设的无线线化是计计算机发发展史上上的又一一次重大大进步。。无线智能能家居系系统随着现代代家居生生活的提提高，无无线系统统也逐渐渐参透到到每个家家庭。无无线智能能家居系系统不用用布线和和施工，，安装简简单快捷捷，而且且具有能能够智能能识别主主任、报报警、现现场监听听功能、、信息保保护功能能、无线线防盗探探测器、、红外对对射栅栏栏、烟感感、煤气气感等功功能。无无线智能能家居系系统的出出现是现现代家居居生活的的一次飞飞越。无线点菜菜机以无线点点菜机为为核心的的餐饮管管理系统统促进了了餐饮行行业的信信息化管管理，解解决了餐餐饮行业业信息同同步等问问题。次次系统采采用无线线通信技技术，一一掌上电电脑为终终端，囊囊括餐饮饮业的前前台无线线点菜、、结账、、后台打打印、采采购、核核算、系系统管理理、维护护、统计计分析等等完备的的一体化化功能。。通过无无线点菜菜机系统统，一方方面可以以提高餐餐饮业的的服务效效率，避避免错误误，提高高服务质质量；另另一个方方面则可可以节约约劳动力力成本。。大型商店店所采用用的无线线POST机采用无线线POST机可可以克服服大型商商场综合合布线难难的问题题，为商商场的高高校服务务创造良良好的硬硬件平台台。基于ARM嵌入入式系统统的数据据传输系系统基于ARM嵌入入式系统统的数据据传输系系统包括括两个主主要的部部分，即即主机和和从机部部分。从从机部分分主要实实现远程程数据的的采集，，并通过过无线的的方式可可靠地传传送到主主机，从从而实现现远程数数据传输输；主机机部分主主要实现现数据接接收，控控制整个个通信系系统，并并将接收收到的数数据通过过RS-232接口传传送到计计算机中中心机房房，从而而对采集集到的数数据进行行处理和和分析。。整个通信系系统采用串串行数据传传输方式，，并配合适适当的信源源编码进行行数据压缩缩，以减少少信息传送送量。同时时，采用简简单可行，，易于编程程实现的信信道编码方方式，实现现信号的可可靠传输。。本控制器器以S3C44B0X为核心心控制芯片片，其通用用性高，处处理能力强强，与其他他处理系统统有极好的的兼容性。。在无线通通信时，采采用cc2430做做为数据的的无线传输输芯片，其其可靠性高高。基于ARM的串行通通信系统框框架如图5-1所示是基基于ARM处理器以以S3C44B0X和cc2430为为核心的串串口数据传传输系统整整体框图。。从机部分包包括：以S3C44B0X为为核心的从从机控制和和处理中心心，以及以以CC2430为核核心的基于于zigbee协议议的无线串串行数据传传输模块，，中央数据据处理和控控制部分主主要完成整整个从机系系统的控制制及简要数数据处理，，将需要发发送的数据据经过适当当的编码处处理后，通通过SIO模块发送送到CC2430模模块。CC2430主要通过过zigbee协议议完成串行行数据的发发射，CC2430具有高集集成度且应应用于2.4GHz频段的数数据串行传传输的专用用芯片，该该芯片只需需要极少量量的外围芯芯片就可以以完成数据据的发射。。除此之外外，CC2430模模块还将接接收到的主主机控制信信号传送回回S3C44B0X模块进行行处理。主机部分主主要包括与与发送方基基本一致的的射频收发发模块，以以及以S3C44B0X为核核心的接收收信号处理理模块，这这两个模块块完成的操操作与从机机大约一致致。同时，，S3C44B0X模块需要要通过UART接口口与计算机机中心机房房相连接，，RS-232转换换接口主要要提供电平平转换功能能，经过RS-232接口转转换后的数数据再传送送回中心机机房，中心心计算机再再对数据进进行分析和和处理，以以及设置相相应的控制制命令。整个系统采采用模块化化设计方案案，各个模模块间采用用标准通信信协议，由由于S3C44B0X处理器器提供专门门的SIO接口，因因此在主从从机数据发发送和接收收部分(从从CC2430到S3C44B0X处处理器)采采用同步串串行传输。。同时，S3C44B0X处处理器提供供UART接口，因因此在主机机与中心机机房进行数数据传输是是采用标准准串行通信信总线RS-232做为数据据传输标准准，整个系系统都采用用标准通信信协议，从从而便于与与其他系统统进行互连连通信。系统功能模模型设计本控制器主主要包括ARM中央央处理器模模块、无线线收发模块块和RS-232电电平转换功功能模块。。ARM7中中央处理器器模型如图9-1-1所示示为以32位ARM7架构的的处理器S3C44B0X为为核心的接接收模块主主要结构图图,其包括括数据存储储部分、电电源管理电电路、显示示电路、输输入电路及及与外部进进行通信的的USB接接口、RJ-45\UART\SIO,以及下下载程序和和代码的JTAG接接口。串行通信模模块如图9-1-2所示示为主机部部分进行数数据传输的的整体框图图，此部分分主要实现现电平转换换功能。由由于S3C44B0X串行输输出电平与与计算机串串行通信接接口之间存存在电平差差异，因此此本控制器器可以采用用能进行串串口电平转转换的芯片片MAX232，将将S3C44B0X输出的串串行数据传传回计算机机串口。无线收发系系UART通通信接口设设计存储控制器器设计嵌入式系统统中片内存存储资源一一般不能满满足系统开开发的需求求，在基于于ARM核核的嵌入式式应用系统统中可能包包含多种类类型的存储储器件，如如Flash、ROM、SRAM核SDRAM等；而且且不同类型型的存储器器件要求不不同的速度度、数据宽宽度等。为为了这些不不同速度、、类型、总总线宽度的的存储器进进行管理，，存储器管管理控制器器是比不可可少的。在在基于S3C44B0X处理理器的嵌入入式系统开开发中，也也是通过存存储控制器器为片外存存储器访问问提供必要要的控制信信号，管理理片外存储储部件的。。S3C44B0X复复位后的存存储器地址址分配图从图中可以以看出：地址空间具具有8个存存储体，每每个存储体体可达32MB，总总共可达到到256MB；对所有存储储体的访问问大小均可可进行改变变（8位/16位/32位）），总线宽宽度可编程程；特殊功能寄寄存器位于于0x01C00000~0x02000000的4MB空间内内；8个存储器器中，Bank0~Bank5可支持持ROM、、SRAM；Bank6、Bank7可支持ROM、SRAM和和FP/EDO/SDRAM等，Bank6和和Bank7存贮容容量大小相相同；Bank0~Bank5的起起始地址和和空间大小小都是固定定的；Bank6的起始地地址是固定定的，空间间可配置为为2/4/8/16/32MB；Bank7的空间大大小和Bank6一一样是可变变的，也可可配置成2/4/8/16/32MB。Bank6和Bank7的的详细地址址可参考下下9-1表表：S3C44B0X存存储控制器器描述大/小端模模式选择：：当ENDIAN为为1时则使使用大端模模式，大/小端模式式之所以存存在是因为为当在存储储器中存储储不同字长长的数据时时，大/小小端模式定定义了不同同长度的数数据类型的的对齐方式式.存储器（（SROM/DRAM/SDRAM））地址线连连接网络通信接接口设计在介介绍绍电电路路设设计计之之前前，，先先简简要要介介绍绍一一下下网网络络控控制制器器RTL8019AS的情情况况。。RTL8019AS是台台湾湾REALTEK公司司生生产产的的一一款款性性价价比比很很高高的的、、带带有有即即插插即即用用功功能能的的全全双双工工以以太太网网控控制制器器。。它它内内部部集集成成了了两两块块RAM，，一一块块16KB，，地地址址为为0x4000~0x7FFF；；一一块块32字字节节，，地地址址为为0x0000～～0x001F。。16K的的RAM用用作作收收发发数数据据的的缓缓冲冲区区，，一一般般将将0x4000～～0x46FF作作为为发发送送缓缓冲冲区区，，0x4700～～0x7FFF作作为为接接收收缓缓冲冲区区。。图图9-7是是针针对对S3C44B0X，用用RTL8019AS、93C64（1MbEEPORM，，用用于于保保存存MAC地地址址））、、20F001N（网网卡卡变变压压器器））设设计计的的以以太太网网接接口口电电路路。。RTL8019AS的的工工作作方方式式RTL8019AS支支持持三三种种工工作作方方式式：：第第一一种种为为跳跳线线方方式式，，I/O基基址址和和中中断断由由跳跳线线决决定定；；第第二二种种为为即即插插即即用用方方式式，，由由软软件件自自动动配配置置相相应应的的参参数数；；第第三三种种为为免免跳跳线线方方式式，，I/O和和中中断断由由外外接接的的93C46的的内内容容决决定定。。RTL8019AS采采用用哪哪种种工工作作方方式式由由第第65脚脚JP决决定定，，JP是是输输入入引引脚脚，，当当它它为为低低电电平平时时(其其他他引引脚脚也也是是这这样样，，悬悬空空的的输输入入引引脚脚的的电电平平为为低低电电平平，，里里面面有有一一个个100kΩΩ的的下下拉拉电电阻阻)，，RTL8019AS工工作作在在第第二二种种和和第第三三种种方方式式下下，，需需要要使使用用93C46芯芯片片；；当当JP接接高高电电平平(接接到到Vcc或或通通过过一一个个10kΩΩ的的电电阻阻上上拉拉)，，RTL8019AS工工作作在在第第一一种种方方式式下下，，不不需需要要使使用用93C46。。通通常常使使用用的的计计算算机机一一般般采采用用即即插插即即用用方方式式和和免免跳跳线线方方式式。。RTL8019AS与与以以太太网网的的接接口口采采用用无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线RJ45接接口口，，中中间间需需要要接接一一个个网网络络隔隔离离变变压压器器，，也也称称为为发发送送/接接收收滤滤波波器器，，用用来来把把信信号号变变成成平平衡衡信信号号传传输输，，防防止止电电涌涌，，以以减减少少共共模模干干扰扰，，提提高高传传输输效效率率。。本控控制制器器中中使使用用的的隔隔离离变变压压器器是是GROUPTEK的的20F001N。。在在具具体体的的连连接接中中信信号号地地线线要要通通过过一一个个10nF的的电电容容接接到到电电源源地地上上，，在在20F001N的的输输出出口口上上必必须须加加上上一一个个200ΩΩ的的电电阻阻来来抑抑止止输输入入8019AS的的电电压压大大小小，，这这也也是是一一种种保保护护措措施施。。该电电路路数数据据宽宽度度为为16位位，，使使用用外外部部中中断断EXINT0。。处处理理器器的的片片选选信信号号nGCS3和和A1、、A2、、A3、、A4、、A5为为网网卡卡的的使使能能控控制制端端。。nOE和和nWE控控制制网网卡卡的的读读写写，，nRESET控控制制网网卡卡的的复复位位，，20F001N起起变变压压滤滤波波的的作作用用。。电源源电电路路设设计计电源源系系统统为为整整个个系系统统提提供供能能量量，，具具有有极极其其重重要要的的地地位位，，因因此此，，系系统统电电源源部部分分的的设设计计是是一一项项比比较较重重要要的的工工作作。。S3C44B0X芯芯片片为为了了降降低低功功耗耗，，其其内内核核采采用用2.5V电电压压，，I/O电电压压为为3.3V，，其其中中Flash、、SDRAM和和CC2430无无线线射射频频芯芯片片的的工工作作电电压压是是3.3V，，RTL8019AS芯芯片片则则需需要要5V电电压压。。系系统统采采用用6.5-12V直直流流电电源源输输入入，，经经过过AS1117-5.0V、、LM117-3.3V和和LM1117-2.5V电电源源转转换换芯芯片片为为系系统统、、I/O和和ARM内内核核及及无无线线外外设设提提供供三三组组电电源源（（5V，，3.3V和和2.5V））。。电电源源的的输输入入输输出出都都用用100uF电电容容滤滤波波，，电电源源进进入入每每个个芯芯片片时时需需要要用用0.luF的的电电容容滤滤波波，，以以减减少少芯芯片片收收到到电电源源的的高高频频干干扰扰，，D11为为电电源源电电压压指指示示灯灯。。图图9-8是是系系统统电电源源设设计计原原理理图图。。USB通通信接口口设计USB(UniversalSerialBus)即通用用串行总总线，为为计算机机和外设设间的数数据通信信提供了了一个很很好的解解决方案案,具具有传输输速度快快、连接接灵活、、使用方方便等特特点。作作为一种种高速的的新型总总线接口口，支持持即插即即用设备备，并能能为外设设提供电电源且易易于扩展展。因此此，可广广泛应用用于打印印机、扫扫描仪、、大容量量的外部部数据存存储器、、数码相相机和高高速数据据采集等等多种设设备中。。S3C44B0X与PDIUSBD12连连接设计计图9-13是S3C44B0X和PDIUSBD12及及外围辅辅助电路路详细连连接图。。PDIUSBD12与USB插座座及辅助助电路的的设计如如图中所所示。LCD显显示电路路设计液晶显示示屏LCD主要要用于文文本、图图形及图图像信息息的显示示。目前前，用于于笔记本本电脑的的液晶显显示与液液晶电视视已实现现量产。。液晶显显示屏具具有轻薄薄、体积积小、耗耗电量低低、无辐辐射、平平面直角角显示以以及影像像稳定不不闪烁等等特点。。因此许许多电子子应用中中，常使使用液晶晶显示屏屏作为人人机界面面。S3C44B0XLCD控控制器概概述S3C44B0X上的的LCD控制器器由传送送LCD映像数数据的逻逻辑电路路组成。。LCD映像数数据是指指从系统统存储器器的视频频缓冲到到外部LCD驱驱动器的的数据。。对于单色色LCD，LCD控制制器通过过应用基基于时间间的抖动动算法和和FRC（FrameRateControl，帧帧速率控控制）方方法支持持单色的的、2位位/像素素（4级级灰度扫扫描）或或4位/像素（（16级级灰度扫扫描）的的显示模模式。LCD控控制器也也支持8位/像像素（256级级彩色））彩色LCD屏屏接口。。LCD控制器器通过编编程支持持显示屏屏上的不不同需求求，例如如与之相相关的水水平/垂垂直的像像素数、、数据接接口的线线宽、接接口时序序以及刷刷新率。。S3C44B0XLCD控控制器的的特点嵌入式系系统的显显示卡S3C44B0X中中内置的的LCD控制制器，它它具有将将显示缓缓存（在在系统存存储器中中）中的的LCD图象数数据传输输到外部部LCD驱动动电路的的逻辑功功能。支持彩色色、灰色色、单色色的LCD板支持三种种类型的的LCD板：4位双扫扫描，4位单扫扫描及8位单扫扫描支持多路路虚拟显显示屏（（支持硬硬件的水水平、垂垂直滚动动读）系统存储储器被用用为显示示存储器器拥有专用用DMA支持从从系统存存储器的的视频缓缓冲中读读取映像像数据。。支持多种种屏幕：：-典型的的屏幕尺尺寸：640××480、320×240、、160×160；-最大虚虚拟屏幕幕尺寸（（彩色模模式下））：4096××1024、2048×2048、、1024×4096等。支持单色色、4级级、16级灰度度（可编编程实现现）对于彩色色STNLCD板，，支持256级级彩色支持电源源节省模模式（SL_IDLEMode））。S3C44B0XLCD外外部接接口信号号S3C44B0XLCD外外部接接口信号号包括：：VFRAME:LCD控控制器和和LCD驱动动器之间间的帧同同步信号号。它通通知LCD屏屏新的一一帧的显显示，LCD控控制器器在一个个完整帧帧的显示示后发出出VFRAME信号号。VLINE:LCD控制制器和LCD驱驱动器器间的同同步脉冲冲信号，，LCD驱动动器通过过它来将将水平移移位寄存存器中的的内容显显示到LCD屏屏上。。LCD控制制器在一一整行数数据全部部传输到到LCD驱动动器后发发出VLINE信号号。VCLK:此此信号为为LCD控制制器和LCD驱驱动器器之间的的象素时时钟信号号，LCD控控制器在在VCLK的上上升沿发发送数据据，LCD驱驱动器在在VCLK的的下降沿沿采样数数据。VM:LCD驱动动器所使使用的交交流信号号。LCD驱驱动器使使用VM信号号改变用用于打开开或关闭闭象素的的行和列列电压的的极性。。VM信信号可可在每一一帧触发发，也可可在数量量可编程程的一些些VLINE信信号后后触发。。驱动器器切换板板电极的的交流信信号VD[3:0]:LCD象象素数据据输入端端口，用用于4/8位的的单扫描描或双扫扫描时的的高4位位数据输输入；。。VD[7:4]:LCD象象素数据据输入端端口用于于8位单单扫描或或双扫描描时低4位数据据输入。。LCD电电路连线线原理图图处理器通通过I/O口和和外围硬硬件连接接。ARM芯片片的I/O口通通常都是是和其他他引脚复复用的。。S3C44B0X有有71个个通用可可编程多多功能输输入/输输出引脚脚，可以以分为7类端口口：两个9位位输入/输出端端口（PortE和PortF）；；两个8位位输入/输出端端口（PortD和PortG）；；一个16位输入入/输出出端口（（PortC））；一个10位输出出端口（（PortA））；一个11位输出出端口（（PortB））。每个端口口都可通通过软件件设置来来满足各各种各样样的系统统设置和和设计要要求。每每个端口口都可以以完成多多种不同同的功能能，其中中端口PortD、PortE4~PortE7及PortC4~PortC7除除了可以以做为普普通的输输入输出出端口外外，还可可以做为为控制LCD显显示器功功能，只只要通过过相应的的端口控控制存储储器设置置就可以以实现。。本控制制器对显显示是否否需求尚尚未却，，这里只只给出显显示器的的扩展接接口电路路，待到到需要显显示是，，便可随随时接上上，以供供使用。。显示器器的扩展展电路如如图9-19所所示。jtag调试接接口设计计JTAG是英文文“JointTestActionGroup（联合合测试行行为组织织）”的的词头字字母的简简写，该该组织成成立于1985年，，是由几几家主要要的电子子制造商商发起制制订的PCB和和IC测试试标准。。JTAG建建议于1990年被被IEEE批批准为IEEE1149.1-1990测测试访访问端口口和边界界扫描结结构标准准。该标标准规定定了进行行边界扫扫描所需需要的硬硬件和软软件。自自从1990年年批准准后，IEEE分别别于1993年年和1995年对对该标准准作了补补充，形形成了现现在使用用的IEEE1149.1a-1993和和IEEE1149.1b-1994。。JTAG主主要应用用于：电电路的边边界扫描描测试和和可编程程芯片的的在系统统编程。。JTAG也是一一种国际际标准测测试协议议（IEEE1149.1兼容）），主要要用于芯芯片内部部测试。。现在多多数的高高级器件件都支持持JTAG协议议,如DSP、、FPGA器件件等。标标准的JTAG接口是是4线：：TMS、TCK、TDI、、TDO,分别别为模式式选择、、时钟、、数据输输入和数数据输出出线。相相关JTAG引脚的的定义为为：TCK为测测试时钟钟输入；；TDI为测试试数据输输入，数数据通过过TDI引脚输输入JTAG接接口；TDO为为测试数数据输出出，数据据通过TDO引引脚从JTAG接口输输出；TMS为为测试模模式选择择，TMS用来来设置JTAG接口处处于某种种特定的的测试模模式；TRST为测试试复位，，输入引引脚，低低电平有有效。JTAG最初是是用来对对芯片进进行测试试的,基基本原理理是在器器件内部部定义一一个TAP（TestAccessPort测试访访问口））通过专专用的JTAG测试工工具对进进行内部部节点进进行测试试。JTAG测测试允许许多个器器件通过过JTAG接口口串联在在一起,形成一一个JTAG链链,能实实现对各各个器件件分别测测试。现现在，JTAG接口还还常用于于实现ISP（（In-SystemProgrammable;在在线编程程），对对FLASH等等器件进进行编程程。通常所说说的JTAG大大致分两两类，一一类用于于测试芯芯片的电电气特性性，检测测芯片是是否有问问题；一一类用于于Debug；；一般支支持JTAG的的CPU内都包包含了这这两个模模块。一个含有有JTAGDebug接口口模块的的CPU，只要要时钟正正常，就就可以通通过JTAG接接口访问问CPU的内部部寄存器器和挂在在CPU总线上上的设备备，如FLASH，RAM，，SOC（比如如4510B，，44Box，，AT91M系系列）内内置模块块的寄存存器，象象UART，Timers，，GPIO等等等的寄存存器。使用JTAG写写Flash。。在理论论上，通通过JTAG可可以访问问CPU总线上上的所有有设备，，所以应应该可以以写FLASH，但是是FLASH写写入方式式和RAM大不不相同，，需要特特殊的命命令，而而且不同同的FLASH擦除，，编程命命令不同同，而且且块的大大小，数数量也不不同，很很难提供供这一项项功能。。所以一一般Debug不提供供写Flash功能，，或者仅仅支持少少量几种种Flash。。目前就我我知道的的，针对对ARM，只有有FlashPGM这这个软件件提供写写FLASH功功能，但但使用也也非常麻麻烦。AXD，，ADW都不提提供写FLASH功能能。JTAG电电路路连线线原理理图JTAG的的有如如下功功能：：用于烧烧写FLASH烧写FLASH的软软件是是通过过jtag接口来烧写写flash的的，由由于pc机机上是是没有有jtag接口的，所所以利利用并并口来来传递递信息息给目目标板板的jtag接口。所以以就需需要并并口转转jtag接口的电路路。用于调调试程程序同时应应该注注意到到jtag接口还可以以用来来调试试程序序。而而调试试程序序（如如ARM开开发组组件中中的AXD）为为了通通过jtag接口去调试试目标标板上上的程程序，，同样样是使使用pc的的并口口转jtag接口来实现现与目目标板板的通通信。。这样样，并并口转转jtag接口的电路路就有有了两两种作作用。。仿真器器根据1和2的总总结，，并口口转jtag接口的电路路是两两种应应用的的关键键，而而这种种电路路在嵌入式式开发中中就叫叫仿真真器。。并口口转jtag接口的电路路有很很多种种，有有简单单有复复杂的的，常常见的的仿真真器有有Wigger，EasyJTAG，Multi-ICE等等。这这些所所谓的的仿真真器的的内部部电路路都是是并口口转jtag接口，区别别只是是电路路不同同或使使用的的技术术不同同而已已。下面给给出pc并并口转转jtag接口口电路路连接接原理理图如如图9-20所所示和和ARM控控制器器jtag接口口扩展展路图图原理理图如如图9-21所所示。。ZigBee模模块硬硬件电电路设设计CC2430芯芯片介介绍CC2430是是Chipcon公公司司推出出的用用来实实现嵌嵌入式式ZigBee应应用的的片上上系统统。它它支持持IEEE802.15.4/ZigBee协协议，，是一一颗真真正的的系统统芯片片(SoC)CMOS解解决决方案案。这这种解解决方方案能能够提提高性性能并并满足足以ZigBee为为基基础的的2.4GHzISM波波段应应用对对低成成本，，低功功耗的的要求求。它它结合合一个个高性性能2.4GHzDSSS(直直接序序列扩扩频)射频频收发发器核核心和和一颗颗工业业级小小巧高高效的的8051控控制器器。CC2430芯芯片延延用了了以往往CC2420芯芯片的的架构构，在在单个个芯片片上整整合了了ZigBee射频频(RF)前端端、内内存和和微控控制器器。它它使用用1个个8位位MCU（（8051），，具有有32/64/128KB可可编程程闪存存和8KB的的RAM，还还包含含模拟拟数字字转换换器(ADC)、几几个定定时器器（Timer）、、AES128协协同处处理器器、看看门狗狗定时时器（（WatchdogTimer）、、32kHz晶