基于ARM处理器的 PC／1 04处理器模块的开发-基础电子

精品文档-下载后可编辑基于ARM处理器的PC／104处理器模块的开发-基础电子摘要PC／104是一种专门为嵌入式应用而定义的总线。本文介绍的是一种基LPC2129ARM处理器的PC／104模块，介绍了利用ARM处理器开发PC／104处理模块的基本结构、总线技术、串行通信接口以及驱动程序，为ARM处理器在PC／104领域的应用提供了一种新的思路。

PC／104是一种专门为嵌入式应用而定义的总线，lEEE会将它定义IEEE—P9961，信号定义和PC／AT基本一致，但气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构嵌入式系统。基于PC／104结构的模块由于开发方便、品种富、结构简单等优势在工业控制领域有着广泛的应用。

ARM(AdvancedRISCMachine)公司成立于1990年月，是苹果电脑，Acorn电脑集团和VLSITechnology的合资业。ARM首创了CHlPLESS的模式，该公司只设计出高效ARM内核，通过将ARM内核授权给半导体公司，由半导体公根据实际的应用情况加上各种外围的功能比如Flash、串RTC等构成一块完整的芯片。

本文主要介绍基于ARM的PC／104模块的结构，并给出总线模拟、串行通讯接口以及驱动程序的相关内容。

1PC／104处理器模块的要求

在工业控制和数据采集中，PC／104模块的总线、串口功是必不可少的，而硬盘接口、并行口、键盘口等lO口却很少用，因此在选用另外的CPU代替x86作为PC／104模块的处器首先要求能够兼容原有的PC／104总线，使得符合PC／规范的数字量输入／输出模块、模拟量输入／输出模块以及针PC／104系统开发的各个系统能够正常使用；其次该处理器须具有2个串行接口，以适应大部分场合的串行通讯需要三，必须具有可以满足足够的程序空间和RAM空间为用户的序和数据使用；第四，必须具有RTC(RealTimeClock)，并能断电时保持系统时间不变；第五，友好的开发环境，以适应现系统开发的需要。

2基于Inte1386SX的PC／104模块的缺点

首先，基于386SX的PC／104处理器模块的成本比较386SX／40的控制模块的价格在千元以上；第二，功耗较大瓦的功耗给电源供应、散热的设计带来一系列的问题，并且不合某些低功耗要求的环境中应用；第三：程序烧写繁琐，基x86的PC／104的理器模块一般采用DOC(DiskOnCh或者DOM(DiskOnModule)作为程序存储器，由于DOC用烧写工具比较昂贵，所以实际生产时多采用人工烧录方法括格式化、复制多个步骤，每烧一块芯片需要断电、重新启动器数次，效率低下、操作繁琐；第四，系统启动速度慢，从上电开始执行用户程序一般需要2—5秒时间，WDT溢出时恢复时间较长，容易遗漏一些重要的事件。第五，开发环境不够友好，基于386SX的PC／104处理器模块的程序一般在DOS环境下开发，开发工具一般为TURBOC或者BORLANDC，开发环境比较落后，编程、调试非常的不方便。

3ARM处理器的特点

首先速度快，ARM是一种基于RISC架构的处理器，运行在44MHz的ARM的处理器的处理能力可大40MlPS，远大于基于CISC架构386SX／40的13MIPS；其次，功耗非常低，例LPC2129的内核耗电仅为30mA(供电电压为1．8V，时钟为60MHz)，功耗为54mW，不到386SX的十分之一；第三，集成度高、功能强大，很多世界的半导体厂家都购买了ARM的内核，并根据市场的需要推出了集成丰富外围功能包括SRAM、RTC，CAN接口、串行口、以太网接口等等的芯片，在很多应用场合，一块ARM芯片可以满足所有的需要；第四，价格低廉，ARM芯片生产厂家很多，在工业控制和民用产品中的应用也非常广泛，芯片价格非常低廉，带128KFLASH的PHILIPSLPC2104的市场价格仅为50元人民币。

4CPU的选择

经过80186、X51、ARM、DSP等多种CPU比较后终确定采用ARM作为PC104处理器模块的替代处理器，为了兼容原有的基于PC／104设计的板卡。经过多家ARM产品的比较，终确定采用PHILIPSLPC2129作为本次开发的PC／104处理器模块的CPU。LPC2129是基于一个支持实时仿真和跟踪的16／32位ARM7TDMl—SCPU，并内置256K字节(KB)的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在时钟速率(60MHz)下运行。LPC2129采用很小的TQFP一64封装、具有极低的功耗、2个串口、多个32位定时器、4路10位ADC、2路CAN、PWM通道、46个GPlO以及多达9个外部中断使它特别适用于工业控制领域CPU模块的开发。

5系统结构

基于ARM的PC／104系统主要由处理器、总线接口、Flash、实时时钟、复位电路、通讯接口、调试接口、电源几个部分组成，如图1所示。

6硬件设计

61总线部分

本模块开发的关键之一是PC／104总线的接口，包括控制总线、地址总线和数据总线，采用专用的33V／5V电平转换芯片74LVC4245以保证不同电平电路的高速互连，74LVC4245是一块A38位的总线收发器，并可以在5V和3．3V系统之间实现电平的转换。

地址总线、数据总线、控制总线可以采用PHILIPS的LPC2292等带扩展总线ARM处理器的总线，也可以采用LPC2192ARM处理器电平转换收发器的P0口、P1口的空闲引脚行模拟。在总线模拟时，由于P0口引脚和扩展功能的复用，因地址总线、数据总线很难选用连续的IO引脚，在编写总线驱程序时只能通过CPU的移位指令灵活的处理：

voidoutportb(unsignedintportAddress，unsignedcharvalue)

{

addr=(portAddress1O)：／／将地址向右移1O位

a=(value21)：／／利用两次移位，合成一个8位数据

b=(value23)．

a=(a＆Ox01eO0000)；／／屏蔽无关位

b=(b＆O×78OOOOOO)：

data=(aIb)：

}

6_2串口通讯

串口通讯是工业控制中的一个非常重要的通讯方式，原的x86PC／104处理器模块包含两个带Modem接口的RS23接口，由于在实际应用中很少用到全功能的Modem接口，所在开发中省略RS232接口中的与Modem通讯握手相关的号，包括RTS、DCD、CTS、RI、DTR、DSR六个通讯握手的信号只保留RXD、T×D、GND三个信号。在接口上仍旧采用双排针的插座，引脚排列也按照DTE(DigitalTerminalEquipmen的标准设置，以达到和原有的386S×／40的PC／104处理器块的充分兼容。

由于省略了Modem通讯握手的相关信号，使得采用1TTL／RS232的电平转换芯片MAX3232实现两个串口的接口成为可能，并在实际的使用中得到了验证。

6．3驱动程序

为了兼容已有的系统减少软件移植的工作量，因此在编写底层驱动程序时已充分考虑和DOS开发环境的底层驱动程序兼容，伯比侣如仃在编垤写¨总”线驱动程序时编写了unsignedcharinportb(unsignedintportAddress)和voidoutportb(unsignedintportAddress．unsignedcharvalue)两个函数：voidoutportb(unsignedintportAddress，unsignedcharvalue)

{

}：

unsignedcharinportb(unsignedintportAddress)

{ll_

}

这样原有在Dos下开发的程序源代码不需要修改，只需要在ARM的开发平台上重新编译一下即可。

7结束语

采用ARM处理器替代386SX的PC／104处理器模块后，首先成本大幅降低，该模块在某公司的环形线圈车辆检测器中投用后，产品的单位生产成本大幅降低，同时也限度的利用了以前的开发成果。第二，功耗大幅降低，CPU模块的功耗从原来8W降低到现在的1W；第三，程序烧录方便，可以通过JTAG口或者串El直接程序，非常方便。第四，启动速度加快，系统启动时间小于0、5秒，远小于基于386SX的PC／104处理器的2—4秒；第五，执行速度加快，全部任务执行完毕的时间从2ms缩短为0．5ms，速度提高了约4倍；第六，开发平台更加友好，基于386SX的PC／104模块的开发在D0S下进行，开发工具一般用TURBOC或者BORLANDC，ARM开发则采用WlND0WS下的ADS(ARMDeveloperSuite)进行开发，而且可以非常方便地在线跟踪和调试。

采用LPC2129CPU的PC／104处理器的车辆检测器在国家“十五”科技攻关lTS专项杭州市智能交通系统示范工程的西湖隧道、九曜山隧道中成功的投入使用，准确、及时、可靠的采集了隧道的车速、流量、车道占有率等道路交通信息，取得了良好的社会效益。

参考文献:

[1].RISCdatasheet/datasheet/RISC_1189725.html.[2].LPC2129datasheet