嵌入式系统概论-以S3C2440核心为架构课件.ppt

1、嵌入式系統概論嵌入式系統概論-以以S3C2440核心為架構核心為架構P-1/79第第4章章 S3C2440基本特性與嵌入基本特性與嵌入式系統設計式系統設計P-2/79v4.1 S3C2440基本特性基本特性v4.2 S3C2440硬體資源硬體資源v4.3 S3C2440記憶體與位置空間分配記憶體與位置空間分配v4.4 以以S3C2440為核心之嵌入式系統設計為核心之嵌入式系統設計v4.5 結論結論P-3/79v4.1 S3C2440基本特性基本特性v4.2 S3C2440硬體資源硬體資源v4.3 S3C2440記憶體與位置空間分配記憶體與位置空間分配v4.4 以以S3C2440為核心之嵌入式系

2、統設計為核心之嵌入式系統設計v4.5 結論結論P-4/794.1 S3C2440基本特性基本特性vS3C2440微處理機是微處理機是Samsung公司以公司以ARM為架構所為架構所推出的推出的ARM920T的微處理器核心。的微處理器核心。v其基本特性包含下列各點：其基本特性包含下列各點：擁有擁有16K的資料快取和的資料快取和16K的指令快取，的指令快取，MMU 快取快取固定的固定的32-bits 運算碼寬度，降低編碼數量所產生的消耗，運算碼寬度，降低編碼數量所產生的消耗，減輕解碼和管線化的負擔減輕解碼和管線化的負擔大多均為一個時脈週期執行大多均為一個時脈週期執行強大的索引定址模式強大的索引定址

3、模式精簡，且快速的精簡，且快速的2-priority-level中斷子系統，具有可切換中斷子系統，具有可切換的暫存器組的暫存器組支援支援ARM處理器處理器16-bit(Thumb)指令模式指令模式 P-5/794.1 S3C2440基本特性基本特性vS3C2440的優點：的優點：32-bit ARM920T核心，工作頻率為核心，工作頻率為499MHz（最高工作頻（最高工作頻率：率：533MHz）系統時脈：內部系統時脈：內部PLL產生產生400533MHz CPU內核工作頻率，內核工作頻率，外部匯流排頻率：外部匯流排頻率：100133MHz核心電壓為核心電壓為1.3V，低功率消耗，低功率消耗採用

4、採用AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture），使用），使用0.13m的的CMOS製造技術和記憶體製造技術和記憶體編譯器（編譯器（Memory Compiler）製造。）製造。可適用於可適用於PDA、攜帶型媒體播放器、衛星導航等產品、攜帶型媒體播放器、衛星導航等產品P-6/79v4.1 S3C2440基本特性基本特性v4.2 S3C2440硬體資源硬體資源v4.3 S3C2440記憶體與位置空間分配記憶體與位置空間分配v4.4 以以S3C2440為核心之嵌入式系統設計為核心之嵌入式系統設計v4.5 結論結論P-7/794.2 S3C2440硬

5、體資源硬體資源圖圖4.3 ARM920T內部架構圖內部架構圖P-8/794.2 S3C2440硬體資源硬體資源vARM920T內核是由內核是由ARM9TDMI，記憶體管理單元，記憶體管理單元（MMU）和）和Cache記憶體三部分組成。記憶體三部分組成。vARM920T：有兩個輔助運算器：有兩個輔助運算器：CP14和和CP15。nCP14用於除錯控制。用於除錯控制。nCP15用於記憶體系統控制以及測試控制。用於記憶體系統控制以及測試控制。vMMU：其功能管理虛擬記憶體，其功能管理虛擬記憶體，v快取記憶體：快取記憶體：是由獨立的是由獨立的16KB位址和位址和16KB資料高速資料高速Cache組成。

6、組成。P-9/794.2 S3C2440硬體資源硬體資源圖4.4 S3C2440硬體方塊架構示意圖硬體方塊架構示意圖P-10/794.2 S3C2440硬體資源硬體資源vS3C2440內部資源內部資源(1)：內部大約是內部大約是1.2V，1.8V/2.5V/3.3V記憶體，記憶體，3.3V外部外部I/O微微處理器，其包含處理器，其包含16KB I-Cache/16KB DCache/MMU外部記憶體控制器外部記憶體控制器(SDRAM控制與晶片選擇邏輯控制與晶片選擇邏輯)具備獨立專用具備獨立專用DMA的的LCD控制器控制器(高達高達4K色彩色彩STN與與256K色彩色彩TFT)具備外部請求接腳的

7、具備外部請求接腳的4-ch DMA控制器控制器3-ch UART(IrDA1.0，64-Byte Tx FIFO以及以及64-Byte Rx FIFO)2-ch SPlIIC匯流排介面匯流排介面(支援多主控端架構支援多主控端架構)IIS語音語音CODEC介面介面P-11/794.2 S3C2440硬體資源硬體資源vS3C2440內部資源內部資源(2)：AC97 CODEC介面介面相容相容SD主機介面版本主機介面版本1.0與與MMC協定版本協定版本2.112-ch USB主機控制器主機控制器/1-ch USB裝置控制器裝置控制器(ver 1.1)4-ch PWM 計時器計時器/1-ch內部計時器

8、內部計時器/看門狗計時器看門狗計時器8-ch 10-bit ADC以及觸控螢幕介面以及觸控螢幕介面具備萬年曆功能的具備萬年曆功能的RTCCamera介面介面(最高可支援最高可支援4096 x 4096像素輸入。可支援縮像素輸入。可支援縮放功能的放功能的2048 x 2048像素輸入像素輸入)130個泛用個泛用I/O埠埠/24-ch外部中斷來源外部中斷來源電源控制：正常，低功率消耗，中止以及睡眠模式電源控制：正常，低功率消耗，中止以及睡眠模式具備具備PLL的內建時脈產生器的內建時脈產生器P-12/79v4.1 S3C2440基本特性基本特性v4.2 S3C2440硬體資源硬體資源v4.3 S3C

9、2440記憶體與位置空間分配記憶體與位置空間分配v4.4 以以S3C2440為核心之嵌入式系統設計為核心之嵌入式系統設計v4.5 結論結論P-13/794.3 S3C2440記憶體與位置空間分配記憶體與位置空間分配圖圖4.5 S3C2440記憶體映射分配圖記憶體映射分配圖P-14/794.3 S3C2440記憶體與位置空間分配記憶體與位置空間分配vS3C2440將系統的記憶體空間分為將系統的記憶體空間分為8個區個區(Bank)每個區塊的大小是每個區塊的大小是128MB，因此總共是，因此總共是1GB。Bank0到到Bank5的開始位址是固定的，用於的開始位址是固定的，用於ROM或或SRAM。Ba

10、nk 6和和Bank 7用於用於ROM，SRAM或或SDRAM，這兩個組，這兩個組是可以程式規劃，且大小相同。是可以程式規劃，且大小相同。P-15/794.3 S3C2440記憶體與位置空間分配記憶體與位置空間分配vS3C2440支援由支援由NAND FLASH啟動。啟動。NAND FLASH具有容量大，比具有容量大，比NOR Flash價格低等特點。價格低等特點。系統同時採用系統同時採用NAND Flash與與SDRAM整合方式來設計的話，整合方式來設計的話，可獲得非常好的系統執行效能。可獲得非常好的系統執行效能。v由於由於Bank0是以啟動是以啟動ROM區塊區塊(映射至映射至0 x0000

11、_0000)工作，工作，因此必須配置因此必須配置Bnak0（nGCS0）的資料匯流排寬度。）的資料匯流排寬度。寬度分為寬度分為16-bit與與32-bit。可以根據可以根據OM1：0在重置時的邏輯準位來決定。在重置時的邏輯準位來決定。P-16/794.3 S3C2440記憶體與位置空間分配記憶體與位置空間分配vOM1:0所決定的啟動方式所決定的啟動方式 OM1：0=00時，處理器從時，處理器從NAND Flash啟動啟動OM1：0=01時，處理器從時，處理器從16位元寬度的位元寬度的ROM啟動啟動OM1：0=10時，處理器從時，處理器從32位元寬度的位元寬度的ROM啟動。啟動。OM1：0=11

12、時，處理器從時，處理器從Test Mode啟動。啟動。圖圖4.8 OM1:0決定啟動方式對映表決定啟動方式對映表P-17/79v4.1 S3C2440基本特性基本特性v4.2 S3C2440硬體資源硬體資源v4.3 S3C2440記憶體與位置空間分配記憶體與位置空間分配v4.4 以以S3C2440為核心之嵌入式系統設計為核心之嵌入式系統設計v4.5 結論結論P-18/794.4 以以S3C2440為核心之嵌入式系統設計為核心之嵌入式系統設計v根據使用者需求，設計出根據使用者需求，設計出特定的嵌入式應用系統特定的嵌入式應用系統，是每一個嵌入式系統設計工程師應該達到的目標。是每一個嵌入式系統設計工

13、程師應該達到的目標。v嵌入式應用系統的主要設計嵌入式應用系統的主要設計:硬體系統設計硬體系統設計軟體系統設計軟體系統設計 v嵌入式應用系統的設計經常需要在硬體和軟體的設嵌入式應用系統的設計經常需要在硬體和軟體的設計之間進行權衡與折衝中計之間進行權衡與折衝中。v嵌入式系統設計工程師具有較深厚的硬體和軟體基嵌入式系統設計工程師具有較深厚的硬體和軟體基礎，並具有熟練應用的能力。礎，並具有熟練應用的能力。P-19/794.4 以以S3C2440為核心之嵌入式系統設計為核心之嵌入式系統設計v核心板中包含的電路元件或是模組：核心板中包含的電路元件或是模組：重置電路重置電路n系統接電電源重置和在系統工作時使

14、用者按鍵重置。系統接電電源重置和在系統工作時使用者按鍵重置。電源電路為電源電路為5V到到3.3/2.8/1.8 V的的DC-DC轉換器。轉換器。n提供給提供給S3C2440 微處理器及其他需要微處理器及其他需要3.3/2.8/1.8V電源的週邊電路電源的週邊電路供電之用。供電之用。透過外部透過外部12MHz震盪器提供工作時脈，通過晶片內建的震盪器提供工作時脈，通過晶片內建的PLL電路來倍頻至電路來倍頻至400MHz，作為微處理器的工作時脈。，作為微處理器的工作時脈。P-20/794.4 以以S3C2440為核心之嵌入式系統設計為核心之嵌入式系統設計v針對核心板週邊資源，需要一顆針對核心板週邊資

15、源，需要一顆CPLD來輔助解碼的來輔助解碼的功能。功能。整合了一顆整合了一顆XC9572XL CPLD（XILINX）中，以用來輔）中，以用來輔助複雜的週邊資源的解碼。助複雜的週邊資源的解碼。XC9572XL採用採用VQFP44的小封裝，採用的小封裝，採用3.3V的低電壓供的低電壓供電。有電。有34-bit輸入輸出輸入輸出I/O埠，所有埠，所有I/O週邊埠都可以交換週邊埠都可以交換使用。使用。v下列說明下列說明S3C2440開發平台各個週邊實驗模組的解碼開發平台各個週邊實驗模組的解碼位址。位址。P-21/794.4 以以S3C2440為核心之嵌入式系統設計為核心之嵌入式系統設計位址範圍位址範圍

16、說明說明晶片選擇信號晶片選擇信號0 x8000 10000 x8000 1000LED 8LED 8 8 8點陣的位址點陣的位址nGCS1nGCS10 x4800 00000 x6000 00000 x4800 00000 x6000 0000SFR(SFR(特殊暫存器特殊暫存器)位址空間位址空間0 x4000 00000 x4000 0FFF0 x4000 00000 x4000 0FFFNAND FLASHNAND FLASH啟動模式下，啟動模式下，該空間沒有被使用該空間沒有被使用非非NAND FLASHNAND FLASH啟動模式下，該啟動模式下，該空間為空間為BootSRamBootS

17、Ram0 x3800 10020 x3800 1002鍵盤位址鍵盤位址nGCS7nGCS7，位址，位址1 1為高電位為高電位0 x3800 10000 x3800 1000步進馬達的位址步進馬達的位址nGCS7nGCS70 x3000 00000 x3400 00000 x3000 00000 x3400 0000SDRAMSDRAM空間空間nGCS6nGCS60 x200000200 x2000002e0 x200000200 x2000002e之之間的偶數位址間的偶數位址IDEIDE相關暫存器的位址相關暫存器的位址nGCS4nGCS40 x190003000 x19000300CS8900

18、CS8900的的IOIO位址位址表表4.1 S3C2440開發平台週邊實驗模組電路解碼位址一覽表開發平台週邊實驗模組電路解碼位址一覽表(1)P-22/794.4 以以S3C2440為核心之嵌入式系統設計為核心之嵌入式系統設計v根據根據nGCS0晶片選擇的空間在不同的啟動模式下，晶片選擇的空間在不同的啟動模式下，映射的晶片組是不一樣的。映射的晶片組是不一樣的。在在NAND FLASH啟動模式下，內部的啟動模式下，內部的4K Bytes BootSRam 被映射到被映射到nGCS0晶片選擇的空間。晶片選擇的空間。在在Nor Flash啟動模式（非啟動模式（非NAND FLASH啟動模式）下，啟動模

19、式）下，與與nGCS0相連的外部記憶體相連的外部記憶體Nor Flash就被映射到就被映射到nGCS0晶片選擇的空間。晶片選擇的空間。P-23/79v4.1 S3C2440基本特性基本特性v4.2 S3C2440硬體資源硬體資源v4.3 S3C2440記憶體與位置空間分配記憶體與位置空間分配v4.4 以以S3C2440為核心之嵌入式系統設計為核心之嵌入式系統設計v4.5 結論結論P-24/794.5 結論結論v本章已經稍微介紹本章已經稍微介紹S3C2440的基本特性，以及如何利的基本特性，以及如何利用微處理機來實現一個最基本的嵌入式系統的設計。用微處理機來實現一個最基本的嵌入式系統的設計。v而

20、目前市面上，也有許多以而目前市面上，也有許多以S3C2440所設計的產品如：所設計的產品如：PDA、導航機、智慧型裝置等。、導航機、智慧型裝置等。v後面會大略介紹這些產品的一些特性。後面會大略介紹這些產品的一些特性。P-25/794.5 結論結論廠牌廠牌產品名稱產品名稱作業系統作業系統CPU螢幕螢幕記憶體記憶體MITACMIO P350 PDAWindows Mobile5.0 for Pocket PC 中文版中文版Samsung S3C2440 400 MHz3.5”6萬萬5千色千色顯示高亮度液顯示高亮度液晶顯示面版，晶顯示面版，擁有擁有LED背光模背光模組組512 MBFlash ROM

21、+64 MBSDRAMMITACMIO C310 GPSMicrosoft WindowsCE.NET4.2 CoreVersion中文版中文版SamsungS3C2440 400MHz3.5(320*240)6萬萬5千色千色TFT面版面版LED背光模背光模組組512MBFLASH+64MBSDRAMMITACMIO P550Windows Mobile5.0 for Pocket PC 中文版中文版SamsungS3C2440400MHz3.5”6萬萬5千色千色色彩顯示高亮度色彩顯示高亮度液晶顯示面版，液晶顯示面版，擁有擁有LED背光模背光模組組512 MBFlash ROM+64 MBSD

22、RAM表表4.3 S3C2440為核心所設計的產品一覽表為核心所設計的產品一覽表(1)P-26/794.5 結論結論廠牌廠牌產品名稱產品名稱作業系統作業系統CPU螢幕螢幕記憶體記憶體PanasonicGPSWindows CESamsung S3C2440A 400MHZ4.3”TFT營幕、營幕、480 272像素、像素、65536色色(Flash)32MB；(RAM靜態記憶靜態記憶體體)64MB；MITACMIO C710 TMC GPSMicrosoft Windows CE.NET4.2 Core Version中文中文版版Samsung S3C2440 400 MHz3.5(320*2

23、40)6萬萬5千色千色TFT面版面版LED背光背光模組模組2GB FLASH+64MB SDRAMMITACMIO H610 手持式導航手持式導航GPSMicrosoft Windows CE.NET4.2 Core Version中文中文版版Samsung S3C2440 400 MHz2.7(320*240)6萬萬5千色千色TFT面版面版LED背光背光模組模組2GB FLASH+64MB SDRAM表表4.4 S3C2440為核心所設計的產品一覽表為核心所設計的產品一覽表(2)P-27/794.5 結論結論HP IPAQ 4545 MIO C310 GPS MIO C710 TMC GPS

24、 MIO H610 手持式導航GPS MiTAC Mio C720 Panasonic GPS P-28/794.5 結論結論v相關的產品還包括了：相關的產品還包括了：Samsung S3C 2440：nEten G500(PDA手機手機)nEten M500(PDA手機手機)nEten M550(PDA手機手機)nEten M600(PDA手機手機)nAcer N300(PDA)Samsung SC3 2442：nX500(GPS PDA 手機手機)nM700(GPS PDA 手機手機)nHP iPAQ rx4545(PDA)nHP iPAQ rx5765(PDA)nHP iPAQ rx1950(PDA)