S3C2410片内外设简单介绍(东北电力大学)

第5章S3C2410硬件平台与接口设计5.1S3C2410A微处理器简介S3C2410A是韩国三星公司推出的32位RISC微处理器，其CPU采用的ARM920T内核，0.18um工艺，采用了高级控制总线（AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture,AMBA）,加上丰富的片内外设，为手持设备和其它应用，提供了低价格、低功耗、高性能微控制器的解决方案。一、主要特性1.8V/2.0V的内核供电，3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电具有16KB指令Cache、16KB数据Cache和存储器管理单元MMU。外部存储器控制器，可扩展8组，每组128MB，总容量达1GB；支持从Nandflash存储器启动。55个中断源，可以设定1个为快速中断，有24个外部中断，并且触发方式可以设定。4通道的DMA，并且有外部请求引脚。3个通道的UART，带有16字节的TX/RXFIFO，支持IrDA1.0功能。具有2通道的SPI、1个通道的IIC串行总线接口和1个通道的IIS音频总线接口。有2个USB主机总线的端口，1个USB设备总线的端口。有4个具有PWM功能的16位定时器和1个16位内部定时器。8通道的10位A/D转换器，最高速率可达500kB/s；提供有触摸屏接口。具有117个通用I/O口和24通道的外部中断源。兼容MMC的SD卡接口。具有电源管理功能，可以使系统以普通方式、慢速方式、空闲方式和掉电方式工作。看门狗定时器。具有日历功能的RTC。有LCD控制器，支持4K色的STN和256K色的TFT，配置有DMA通道。具有PLL功能的时钟发生器，时钟频率高达203MHz。双电源系统：1.8/2.0V内核供电，3.3V存储器和I/O供电。

二、系统结构

主要由两大部分构成：

ARM920T内核与片内外设。

1、ARM920T内核由三部分：ARM9内核ARM9TDMI、32KB的Cache、MMU。2、片内外设

分为高速外设和低速外设，分别用AHB总线和APB总线。AHB:AdvancedHighPerformanceBus

先进的高性能总线.通常用于高性能，高时钟率的数据传输，如CPU和DMAAPB:AdvancedPeripheralBus

先进的外设总线,通常低带宽的周边外设之间的连接，如UART.三、引脚信号

S3C微控制器是272-FBGA封装。

其信号可以分成

addr0---addr26、

Data0---data31、

GPA0---GPA22

GPB10、GPC15、

GPD15、GPE15、

GPF7、GPG15、

GPH10、EINT23、

nGCS0—nGCS7、

AIN7、IIC、SPI、

OM0---OM3

等，大部分都是复用的5.2S3C2410主要片内外设1.时钟和电源管理2.存储器配置3.I/O端口4.ADC和触摸屏接口5.UART接口6.RTC7.PWM8.IIC接口9.SPI接口10看门狗11.其他(USB,LCD,IIS)一.时钟和电源管理模块时钟和电源管理模块主要有3部分构成，时钟控制，USB控制，和功率控制。1.S3C2410A内部的时钟控制逻辑模块.主要给系统提供用于CPU的FCLK，AHB总线外设的HCLK和APB总线外设的PCLK，芯片内部包含两个锁相环（PLL），一个是给FCLK，HCLK和PCLK提供时钟，另一个是给USB模块提供USB时钟。其中ARM920T内核使用FCLKAHB总线，包括ARM920T内核，存储控制器，中断控制器，LCD控制器，DMA和USB使用HCLK.APB总线，使用该总线的如WDT，I2C，PWM，ADC,GPIO，RTC等。时钟分配框图2.对于功率控制逻辑，S3C2410采用不同的功率管理模式使芯片对于给定的不同任务达到最佳的功率消耗。主要有NORMAL模式，SLOW模式，IDLE模式，和POWER_OFF模式。1.NORMAL模式：模块提供给CPU时钟，在这种模式下，当所有外设全部打开的时候，功耗最大。允许用户通过软件来控制外设。如，当不需要定时器的时候，用户可以切断给定时器的时钟以减少功耗。2.SLOW模式：无锁相环模式，跟NORMAL模式不一样，SLOW模式使用外部时钟直接作为FCLK，而没有锁相环。这种模式下，功率消耗只和外部的时钟频率有关。2.时钟源：主时钟源可以来自外部晶振或者是外部时钟。时钟发生器包括有振荡器，它连接外部晶振，并且连接两个PLL（PHASE-LOCKED-LOOP），用于产生S3C2410A所要求的高速时钟信号。系统启动时的时钟选择（由OM3，2两个引脚决定）3.锁相环PLL

具有时钟发生器的MPLL,作为一个电路，能够同步输出信号和输入参考信号的频率和相位。PLL结构4.锁相环输出频率计算公式输入时钟分频器PVCO输出信号分频器M，S:主时钟分频器例：MDiv=0x56=92;PDiv=0x4;SDiv=0x2;Mpll=[(92+8)*12M]/[(4+2)*22]=50M5.主晶振电路原理图6.几个常用的控制寄存器1.变频锁定时间寄存器LOCKTIME功能：设置完MPLL后，自动进入LOCKTIME变频锁定时间,锁定时间到之后，MPLL输出稳定频率。2.主锁相环控制寄存器功能：设定分频因子。MDIV：主分频器控制位，

PDIV：预分频器控制位，SDIV：后分频器控制位锁定时间寄存器主锁相环控制寄存器设定LOCKTIME的汇编代码LOCKTIMEEQU0x4c000000;//PLLlockldr r0,=LOCKTIMEldr r1,=0xffffffstr r1,[r0]设定MPLL的汇编代码MPLLCONEQU0x4c000004;//MPLLControlM_MDIV EQU 0x5c ;Fin=12.0MHzFout=50.0MHzM_PDIV EQU 0x4M_SDIV EQU 0x2……..

ldr r0,=MPLLCON

ldrr1,=((M_MDIV<<12)+(M_PDIV<<4)+M_SDIV)

str r1,[r0]二.存储控制器S3C2410存储系统的特征:支持数据存储的大/小选择地址空间：具有8个存储体（BANK），每个存储体可达128MB，总共可达1G。对所有存储体的访问大小均可进行改变。8个存储体中，BANK0-BANK5可支持ROM，SRAM；BANK6,BANK7可支持ROM,SRAM，SDRAM.S3C2410X的存储空间分成8组，最大容量是1GB，bank0---bank5为固定128MB，bank6和bank7的容量可编程改变，可以是2、4、8、16、32、64、128MB，并且bank7的开始地址与bank6的结束地址相连接，但是二者的容量必须相等。

bank0可以作为引导ROM，其数据线宽只能是16位和32位，复位时由OM0、OM1引脚确定；其它存储器的数据线宽可以是8位、16位和32位。S3C2410X的存储器格式，可以编程设置为大端格式，也可以设置为小端格式。1.和存储器有关的引脚S3C2410X的存储器管理器提供访问外部存储器的所有控制信号：27位地址信号、32位数据信号、8个片选信号、以及读/写控制信号等。引脚名称引脚功能引脚I/OOM[1：0]设置总线位宽IADDR[26：0]地址线27根ODATA[31：0]数据线32根I/OnGCS[7:0]存储区选择信号OnWE写使能OnOE读输出使能OOM[1:0]引脚2.嵌入式系统中的存储器种类1.NANDFLASH2.NORFLASH3.SDRAM（同步动态随机存储器）3.接口电路实例8位数据宽度的ROM接口电路16位宽的ROM接口电路32位宽的SDRAM接口电路三.NandFlash及其控制器主要内容1、NandFlash控制器概述2、控制器主要特性3、控制器的寄存器4、控制器的工作原理FLASH存储器种类

Norflash存储器：读速度高，而擦、写速度低，容量小，价格高，可片内执行。

Nandflash存储器：读速度不如Norflash，而擦、写速度高，容量大，价格低。有取代磁盘的趋势。 因此，现在不少用户从Nandflash启动和引导系统，而在SDRAM上执行主程序代码。(一)、NandFlash控制器概述

S3C2410X微控制器从Nandflash的引导功能：其内部有一个叫做“起步石（Steppingstone）”的SRAM缓冲器，系统启动时，Nandflash存储器的前面4KByte字节将被自动载入到起步石中，然后系统自动执行这些载入的引导代码。引导代码执行完毕后，自动跳转到SDRAM执行。

Nandflash操作的校验功能：使用S3C2410X内部硬件ECC功能可以对Nandflash的数据进行有效性的检测。

(二)、NandFlash控制器主要特性NandFlash模式：支持读/擦/编程Nandflash存储器。自动导入模式：复位后，引导代码被送入Steppingstone，传送后，引导代码在Steppingstone中执行。具有硬件ECC（纠错码）功能：硬件产生纠错代码。内部4KB的SRAM缓冲器（Steppingstone），在Nandflash引导后可以作为其他用途使用。NandFlash控制器功能框图

NANDFLASH运行图(三)、NandFlash控制器的工作原理

1、自动导入启动代码步骤

完成复位。 如果自动导入模式使能，Nandflash存储器的前面4K字节被自动拷贝到Steppingstone内部缓冲器中。

Steppingstone被映射到nGCS0对应的BANK0存储空间。

CPU在Steppingstone的4-KB内部缓冲器中开始执行引导代码。

注意：在自动导入模式下，不进行ECC检测。因此，Nandflash的前4KB应确保不能有位错误（一般Nandflash厂家都确保）。

2、NandFLASH模式配置

通过NFCONF寄存器配置Nandflash； 写Nandflash命令到NFCMD寄存器； 写Nandflash地址到NFADDR寄存器； 在读写数据时，通过NFSTAT寄存器来获得Nandflash的状态信息。应该在读操作前或写入之后检查R/nB信号（准备好/忙信号）。 在读写操作后要查询校验错误代码，对错误进行纠正。3、系统引导和NandFLASH配置

OM[3：0]为芯片引脚，设置引导模式、存储器。其中：OM[1:0]=00b：使能Nandflash控制器自动导入模式；bank0的数据宽度、时钟模式等。

OM[1:0]=01b、10b：

bank0数据宽度为16位、32位

OM[1:0]=11b：测试模式此外：OM[3:2]时钟模式选择引脚。

Nandflash的存储页面大小应该为512字节。四.看门狗定时器(watchdogtimer)当系统出现电磁干扰，错误，死机等情况下，自动产生复位信号。看门狗定时器内部有一个递减计数器，就会重启处理器，如果在定时器递减为0之前，将其计数器重新设置（喂狗），那么就不会产生重启操作。相反，如果程序跑飞，就不会执行重置计数器的操作，当减为0时，就产生复位信号，重启处理器。1.看门狗定时工作原理图当看门狗定时器使能时，采用PCLK作为定时器的输入时钟。当没有采用PLL时，直接采用外部晶振提供的12MHZ输入时钟频率作为PCLK。然后用8位的分频器对PCLK进行分频，这样PCLK的时钟频率就变成PCLK/分频因子。分频后的时钟又经过一个多路选择器选择一个固定的分频时钟，分频比是:1/16,1/32,1/64,1/128.这时的时钟就作为递减计数器的计数时钟。看门狗定时器的控制寄存器看门狗定时器的计数器关闭看门狗定时器的汇编代码WTCONEQU0x53000000

ldr r0,=WTCON

ldr r1,=0x0

str r1,[r0]五.通用I/O（GPIO）GPIO是一组输入引脚或输出引脚，CPU能够对它们进行存取。它是CPU和外围设备之间交换信息的连接部件。1、GPIO概述

S3C2410A有117个输入/输出端口。这些端口是：

A口（GPA）：23个输出口

B口（GPB）：11个输入/输出口

C口（GPC）：16个输入/输出口

D口（GPD）：16个输入/输出口

E口（GPE）：16个输入/输出口

F口（GPF）：8个输入/输出口

G口（GPG）：16个输入/输出口

H口（GPH）：11个输入/输出口 这些端口都具有多功能，通过引脚配置寄存器，可以将其设置为所需要的功能，如：I/O功能、中断功能等等。2、端口寄存器及引脚配置

每一个端口都有4个寄存器，它们是：引脚配置寄存器、数据寄存器、引脚上拉寄存器和保留寄存器。RegisterAddressR/WDescriptionResetValueGPXCON0x560000x0R/W端口X配置寄存器XGPXDAT0x560000x4R/W端口X数据寄存器XGPXUP0x560000x8R/W端口X上拉寄存器XRESERVED0x560000xCR/W端口X保留寄存器-3、端口A寄存器及引脚配置RegisterAddressR/WDescriptionResetValueGPACON0x56000000R/W端口A引脚配置寄存器0x7FFFFFGPADAT0x56000004R/W端口A数据寄存器-RESERVED0x56000008-端口A保留寄存器-RESERVED0x5600000C-端口A保留寄存器-GPADAT寄存器为准备输出的数据，其值为23位[22：0]注意：（1）当A口引脚配置为非输出功能时，其输出无意义； （2）从引脚输入没有意义。4、端口B寄存器及引脚配置RegisterAddressR/WDescriptionResetValueGPBCON0x56000010R/W端口B引脚配置寄存器0x0GPBDAT0x56000014R/W端口B数据寄存器-GPBUP0x56000018R/W端口B上拉寄存器0x0RESERVED0x5600001C-端口B保留寄存器-GPBDAT---为准备输出或输入的数据 其值为11位[10：0]GPBUP---端口B上拉寄存器，位[10：0]有意义。

0：对应引脚设置为上拉 1：无上拉功能

注意：

当B口引脚配置为非输入/输出功能时，其寄存器中的值没有意义。端口B引脚配置寄存器位号位名位值:0001101121,20GPB10输入输出nXDREQ0Reserved19,18GPB9输入输出nXDACK0Reserved17,16GPB8输入输出nXDREQ1Reserved15,14GPB7输入输出nXDACK1Reserved13,12GPB6输入输出nXBACKReserved11,10GPB5输入输出nXBREQReserved9,8GPB4输入输出TCLK0Reserved7,6GPB3输入输出TOUT3Reserved5,4GPB2输入输出TOUT2Reserved3,2GPB1输入输出TOUT1Reserved1,0GPB0输入输出TOUT0Reserved端口G寄存器及引脚配置RegisterAddressR/WDescriptionResetValueGPGCON0x56000060R/W端口G引脚配置寄存器0x0GPGDAT0x56000064R/W端口G数据寄存器-GPGUP0x56000068R/W端口G上拉寄存器0xF800RESERVED0x5600006C-端口G保留寄存器-GPGDAT---为准备输出或输入的数据 其值为16位[15：0]GPGUP---端口G上拉寄存器，位[15：0]有意义。

0：对应引脚设置为上拉 1：无上拉功能 初始化时，[15:11]引脚无上拉功能，其它引脚有。

注意：

当G口引脚配置为非输入/输出功能时，其寄存器中的值没有意义。位号位名位值位号位名位值000110110001101131,30GPG15输入输出EINT23nYPON15,14GPG7输入输出EINT15SPICLK129,28GPG14输入输出EINT22YMON13,12GPG6输入输出EINT14SPISI127,26GPG13输入输出EINT21nXPON11,10GPG5输入输出EINT13SPISO125,24GPG12输入输出EINT20XMON9,8GPG4输入输出EINT12LCD-PEN23,22GPG11输入输出EINT19TCLK17,6GPG3输入输出EINT11nSS121,20GPG10输入输出EINT18保留5,4GPG2输入输出EINT10nSS019,18GPG9输入输出EINT17保留3,2GPG1输入输出EINT9保留17,16GPG8输入输出EINT16保留1,0GPG0输入输出EINT8保留六。PWM定时器S3C2410A具有5个16位的定时器。其中Timer0,1,2,3具有PWM功能。Timer4只有内部的定时器无输出功能引脚。其中定时器0和1共享一个8位的预分频器，定时器2,3,4共享另外一个8位预分频器。每一个定时器可以有5种不同的频率的信号分频（1/2，1/4，1/8，1/16，PCLK）预分频器是可以编程的，根据装载的数值对PCLK进行分频。分频值在寄存器TCFG0和TCFG1中。定时器计数缓冲寄存器（TCNTBn）的初始值在定时器使能的时候被装载到向下计数器中。定时器比较缓冲寄存器（TCMPBn）的初始值被装载到比较寄存器中，用来和向下的计数器进行比较。定时器内部原理图定时器的工作流程1.设定定时器的TCNTB和TCMPBn的初始值。2.设定定时器的控制寄存器TCON，启动定时器。3.当TCNTn的值和TCMPn的相等时，定时器的输出管脚TOUTn的电平发生翻转。TCNTn继续减计数。4.当TCNTn的值减为0时，输出管脚的电平TOUTn再次翻转。并触发定时器的中断。5.当TCNTn的值减为0时,如果在TCON寄存器中将定时器n设定为“自动加载”，则TCNTB和TCMPBn的初始值被自动加载到TCNTn和TCMPn中，下一个计数流程开始。定时器配置寄存器0TCFG0的位[7:0]和位[15:8]分别被用于控制预分频器0,1，它的的值为0~255。经过预分频器输出的时钟频率为：PCLK/{分频值+1}定时配置寄存器1TCFG1用来确定经过预分频器输出的时钟将被2分频，4分频，8分频，16分频，除这4种频率外，定时器0,1可以工作在外接的TCLK0时钟下，定时器2,3,4工作在外接TCLK1时钟下。定时器的时钟频率的计算公式：F=PCLK/{prescalervalue+1}/{dividervalue}定时器控制寄存器TCON寄存器的位[3:0]，位[11:8]，位[15：12],位[19:16],位[22:20]分别用于定时器0~4.除定时器4因为没有输出引脚，而没有“输出翻转”外，其它位的功能相似。定时器0为例：位0:：0：停止定时器，1：开启定时器位1：0：无用,1:将TCNTB0和TCMP0的值更新到内部寄存器中。位2:0:输出引脚TOUT0不翻转，1：TOUT0翻转。位3：0：不自动装载，1:TCNTB0和TCMPB0的值自动装入TCNT0和TCMP0中。注：在第一次使用定时器时，需要使位1位“1”，将TCNTB0和TCMPB0的值装入TCNT0和TCMP0中。下一次如果还要设置这一位，需先将其清零。定时器0计数缓冲寄存器和比较缓冲寄存器使用定时器的C代码Voidtimer0_init(void)//100MPCLK{TCFG0=99;//预分频值为99TCFG1=0X03；//选择16分频TCNTB0=31520;//0.5s触发一次中断，TCON|=(1<<1)；//手动更新TCON=0X09;//自动加载，开启定时器。}七、S3C2410X的A/D转换器概述

S3C2410X中集成了一个８通道10位A/D转换器，A/D转换器自身具有采样保持功能。并且S3C2410X的A/D转换器支持触摸屏接口。A/D转换器的主要特性：分辨率：10位； 精度：±1LSB线性度误差：±1.5---2.0LSB；最大转换速率：500KSPS；输入电压范围：0~3.3v；系统具有采样保持功能；常规转换和低能源消耗功能；独立/自动的X/Y坐标转换模式。二、A/D转换器结构与工作原理下图为S3C2410A/D转换器和触摸屏接口的功能块图。

1、结构主要由6部分构成：信号输入通道8转1切换开关A/D转换器控制逻辑中断信号发生器触摸屏接口3、工作原理

（1）A/D转换时间计算和分辨率 当PCLK频率为50MHz，预分频值是49，10位数字量的转换时间如下：

A/D转换频率=50MHz/（49+1）=1MHz

转换时间=1/（1MHz/5个周期）=1/200KHz=5us A/D转换器最大可以工作在2.5MHz时钟下，所以转换速率可以达到500KSPS。3、S3C24120XA/D转换器的工作模式 有5种：普通转换模式、分离的X/Y坐标转换模式、连续的X/Y坐标转换模式、等待中断模式、静态模式。第2---4种是用于触摸屏。

（1）普通转换模式 用于一般A/D转换，不是用于触摸屏。转换结束后，其数据在ADCDAT0中的XPDATA域。

（2）分离的X/Y坐标转换模式 分两步进行X/Y坐标转换，其转换结果分别存于ADCDAT0中的XPDATA域中和ADCDAT1中的YPDATA域中，并且均会产生INT_ADC中断请求。

（3）自动（连续）的X/Y坐标转换模式

X坐标转换结束启动Y坐标转换，其转换结果分别存于ADCDAT0中的XPDATA域中和ADCDAT1中的YPDATA域中，然后产生INT_ADC中断请求。（4）等待中断转换模式 在该模式下，转换器等待使用者按压触摸屏，一旦触摸屏被按压，则产生INT_TC触摸屏中断请求。 中断后，在中断处理程序中再将转换器设置为分离的X/Y坐标转换模式、或者连续的X/Y坐标转换模式进行处理。

触摸屏接口信号：

XP=上拉 XM=高阻

YP=AIN[5] YM=接地

（5）静态模式 当ADCCON中的STDBM设为1时，转换器进入静态模式，停止A/D转换。其数据域的数据保持不变三、ADC和触摸屏专用寄存器RegisterAddressR/WDescriptionResetValueADCCON0x58000000R/WADC控制寄存器0x3FC4ADCTSC0x58000004R/W触摸屏控制寄存器0x058ADCDLY0x58000008R/WADC起始延迟寄存器0x00FFADCDAT00x5800000CRADC转换数据0寄存器-ADCDAT10x58000010RADC转换数据1寄存器-1、ADCCON---ADC控制寄存器ECFLG---转换结束标志（只读）

0：转换操作中； 1：转换结束PRSCEN---转换器预分频器使能

0：停止预分频器； 1：使能预分频器PRSCVL---转换器预分频器数值

数值N范围：1---255

注意：（1）实际除数值为N+1

（2）对N数值的要求：转换速率应该<PCLK/5SEL_MUX---模拟输入通道选择

000：AIN0； 001：AIN1 010：AIN2 011：AIN3 …… 111：AIN7STDBM---备用模式设置

0：正常工作模式； 1：备用模式，不做A/D转换READ_START---通过读取启动转换

0：停止通过读取启动转换；1：使能通过读取启动转换ENABLE_START---通过设置该位启动转换

0：无效； 1：启动A/D转换（启动后被清0） 注意：如果READ_START为1，则该位无效2、ADCTSC---ADC触摸屏控制寄存器YM_SEN---选择YMON的输出值

0：输出0（YM=高阻）； 1：输出1（YM=GND）YP_SEN---选择nYPON的输出值

0：输出0（YP=外部电压）； 1：输出1（YP连接AIN[5]）XM_SEN---选择XMON的输出值

0：输出0（XM=高阻）； 1：输出1（XM=GND）XP_SEN---选择nXP的输出值

0：输出0（XP=外部电压）； 1：输出1（XP连接AIN[7]）PULL---上拉切换使能

0：XP上拉使能； 1：XP上拉禁止AUTO_PST---自动连续转换X轴和Y轴坐标模式选择

0：普通A/D转换； 1：连续X/Y轴转换模式XY_PST---手动测量X轴和Y轴坐标模式选择

00：无操作模式； 01：对X坐标测量；

10：对Y坐标测量； 11：等待中断模式3、ADCDLY---ADC起始延迟寄存器31……1615141312111098876543210保留为0起始延迟数值---分两种情况第一情况： 对普通转换模式、分离的X/Y轴坐标转换模式、连续的X/Y轴坐标转换模式，为转换延时数值。第二种情况：

对中断转换模式，为按压触摸屏后到产生中断请求的延迟时间数值，其时间单位为ms。4、ADCDAT0---ADC转换数据0寄存器1514131211109……0UPDOWNAUTO_PSTXY_PST保留（0）XPDATA或普通ADC值UPDOWN---等待中断模式的按压状态

0：触笔点击； 1：触笔提起AUTO_PST---自动X/Y轴转换模式指示

0：普通转换模式； 1：X/Y轴坐标连续转换XY_PST---手动X/Y轴转换模式指示

00：无操作； 01：为X轴坐标转换

10：为Y轴坐标转换 11：为等待中断转换XPDATA[9：0]：为X轴坐标转换数值、或普通ADC转换数值 具体意义由其它位指示。其值为：0---0x3FF5、ADCDAT1---ADC转换数据1寄存器1514131211109……0UPDOWNAUTO_PSTXY_PST保留（0）YPDATAUPDOWN---等待中断模式的按压状态

0：触笔点击； 1：触笔提起AUTO_PST---自动X/Y轴转换模式指示

0：普通转换模式； 1：X/Y轴坐标连续转换XY_PST---手动X/Y轴转换模式指示

00：无操作； 01：为X轴坐标转换

11：为Y轴坐标转换 11：为等待中断转换YPDATA[9：0]：为10位Y轴坐标转换结果 其值为：0---0x3FFC语言编写的ADC采样程序#definerADCCON(*(volatileunsigned*)0x58000000)#definerADCDAT0(*(volatileunsigned*)0x5800000c)#definepref