第5章-ARM嵌入式处理器及其应用编程课件.ppt
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- ARM 嵌入式 处理器 及其 应用 编程 课件
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1、第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 第第5 5章章 ARMARM嵌入式处理器及其应用编程嵌入式处理器及其应用编程5.1 典型典型ARM嵌入式处理器结构概述嵌入式处理器结构概述5.2 ARM处理器芯片的应用选择处理器芯片的应用选择5.3 ARM处理器中的控制寄存器处理器中的控制寄存器5.4 S3C44B0X内部存储控制类内部存储控制类5.5 S3C44B0X内部输入输出类内部输入输出类5.6 S3C44B0X内部中断控制可编程组件及应用编程内部中断控制可编程组件及应用编程5.7 S3C44B0X内部计数内部计数/定时类可编程组件及应用编程定时类可编程组件及应用编程5.8 S3C44B0X内部
2、通信控制类可编程组件及应用编程内部通信控制类可编程组件及应用编程5.9 S3C44B0X内部总线接口类可编程组件及应用编程内部总线接口类可编程组件及应用编程5.10 S3C44B0X内部内部ADC可编程组件及应用编程可编程组件及应用编程5.11 S3C44B0X嵌入式微处理器外部接口电路设计嵌入式微处理器外部接口电路设计 第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 5.1 典型典型ARM嵌入式处理器结构概述嵌入式处理器结构概述5.1.1 S3C44B0X嵌入式微处理器的体系结构嵌入式微处理器的体系结构 S3C44B0X微处理器的内部体系结构如图5.1所示。它采用ARM7TDMI核,为32位嵌入式微
3、处理器。S3C44B0X内部集成了8KB的Cache(指令和数据共用)、写缓冲器、存储器控制器、LCD控制器、中断控制器、总线仲裁器、电源管理单元、时钟发生器、通用并行口GPIO、异步通信串行口UART、I2C总线控制器、I2S总线控制器、同步串行口SIO、5路16位PWM定时器、16位看门狗定时器、8路10位A/D转换器、实时钟电路以及JTAG接口。第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 图5.1 S3C44B0X微处理器内部体系结构第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 S3C44B0X采用两种封装形式,一种是160个引脚的LQFP封装,其引脚分布如图5.2(a)所示;另一种是160个引脚
4、的FBGA封装,如图5.2(b)所示。它的160个引脚包括总线控制信号、DRAM/SDRAM/SRAM信号、LCD控制信号、中断控制信号、PWM控制信号、DMA控制信号、UART控制信号、I2C总线控制信号、I2S总线控制信号、通用串行口SIO控制信号、ADC控制信号、GPIO控制信号、时钟和复位信号、JTAG测试逻辑控制信号以及电源等信号引脚。S3C44B0X的许多引脚是分时复用的,以节省引脚数。S3C44B0X中各引脚信号的含义见表5.1。第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 图5.2 S3C44B0X的外部引脚 第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 表 5.1 S3C44B0X 微处
5、理器外部引脚定义 信号 类型 信号名称 含 义 状 态 说 明 ADDR23ADDR0 地址总线 输出 24 条地址线接存储器 DATA31DATA0 数据总线 双向三态 可编程为 8/16/32 位宽度 nGCS7nGCS0 芯片选择 输出 每个选择信号选择 8 个 8 位存储器 Bank之一,每当访问相应地址的存储区域时,相应 nGCS 变低电平 nOE 读控制信号 输出 读允许,指示当前的总线周期为读周期,低电平有效 nWE 写控制信号 输出 写允许,指示当前的总线周期为写周期,低电平有效 nWBE3nWBE0 写字节信号 输出 写字节允许,低电平有效 nWAIT 等待 输入 低电平有效
6、,表示请求总线延时 nXBREQ 总线请求 输入 低 电平 表示 外部 总线 控 制器 请求 总线 操作 总 线 控 制 类 nXBACK 总线应答 输出 低 电平 表示 外部 总线 控 制器 的请 求被 响应 第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 信号 类型 信号名称 含 义 状 态 说 明 ADDR23ADDR0 地址总线 输出 24 条地址线接存储器 DATA31DATA0 数据总线 双向三态 可编程为8/16/32 位宽度 nGCS7nGCS0 芯片选择 输出 每个选择信号选择 8 个 8 位存储器 Bank之一,每当访问相应地址的存储区域时,相应 nGCS 变低电平 nOE 读控制
7、信号 输出 读允许,指示当前的总线周期为读周期,低电平有效 nWE 写控制信号 输出 写允许,指示当前的总线周期为写周期,低电平有效 nWBE3nWBE0 写字节信号 输出 写字节允许,低电平有效 nWAIT 等待 输入 低电平有效,表示请求总线延时 nXBREQ 总线请求 输入 低 电平 表示 外部 总线 控 制器 请求 总线 操作 nXBACK 总线应答 输出 低 电平 表示 外部 总线 控 制器 的请 求被 响应 OM1,OM0 总线宽度控制 输入 OM1、OM0 的编码决定 nGCS,从而决定总线的宽度,00=8位;01=16 位;10=32 位;11=测试模式 总 线 控 制 类 E
8、NDIAN 数据格式控制 输入 ENDIAN=0 表示小端格式;ENDIAN=1表示大端格式 第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 SCLK SDRAM 时钟 输出 供 SDRAM 储存器的时钟 SCKE SDRAM 时钟允许 输出 允许 SDRAM 时钟输出 nRAS 行选通 输出 DRAM 行地址选通控制信号,低电平 有效 nCAS 列选通 输出 DRAM 列地址选通控制信号,低电平有效 nSRAS SDRAM 行选通 输出 SDRAM 储存器行地址选通控制信号,低电平有效 nSCAS SDRAM 列选通 输出 SDRAM 储存器列地址选通控制信号,低电平有效 nSCS SDRAM 芯片
9、选择 输出 选择 SDRAM 芯片的控制信号,低电平 有效 DQM3DQM0 SDRAM 数据屏蔽 输出 屏蔽 SDRAM 数据信号,低电平有效 存 储 器 控 制 类 nBE3nBE0 高低字节使能 输出 使用 16 位 SRAM 时,高字节允许 第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 信号 类型 信号名称 含 义 状 态 说 明 VCLK LCD 时钟 输出 LCD 电视中,数据在 VCLK 上升沿发送,下降沿采样 VD7VD0 LCD 数据线 输出 驱动 4 位双扫描 LCD 时,VD3VD0 为上部显示区域,VD7VD4 为下部显 示 区域 VFRAME LCD 场信号 输出 指示一帧
10、的开始,在开始的第一行有效 VM 极性变换 输出 变换 LCD 行场扫描极性 LCD 控 制 器 VLINE LCD 行信号 输出 在一行数据左移进 LCD 驱动器后有效 TCLK 外时钟 输入 外部时钟信号的输入端 定时器 TOUT4TOUT0 定时器输出 输出 定时器输出信号,包括 PWM、内部定 时器 中断 EINT7EINT0 中断请求 输入 外部中断请求输入,通过 EXTINT 寄存器可设置成高/低电平(上/下沿)触发 nXDREQ1,nXDREQ0 DMA 请求 输入 外部向处理器 DMA 请求信号 DMA 控制器 nXDACk1,nXDACk0 DMA 应答 输出 处理器 DMA
11、 向外部应答信号 第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 RXD1,RXD0 UART接收 输入 串行口的数据输入端 TXD1,TXD0 UART发送 输出 串行口的数据输出端 nRTS1,nRTS0 请求发送 输出 串 行口 向外 部发 出的 请 求发 送的 输出 信号 UART 串行口 nCTS1,nCTS0 清除发送 输入 外部向串行口发出的清除发送的输入信号 IICSCL I2C 时钟 输入/输出 I2C 时钟的信号 I2C 总线 IICSDA I2C 数据 输入/输出 I2C 数据的信号 IISCLK I2S 时钟 输入/输出 I2S 串行总线的时钟信号 IISDI I2S 数据输入
12、 输入 I2S 串行总线的数据输入信号 IISDO I2S 数据输出 输出 I2S 串行总线的数据输出信号 IISLRCK I2S 通道时钟 输入/输出 I2S 串行总线的通道时钟信号 I2S 总线 CODECLK CODEC 系统时钟 输出 CODEC 系统时钟信号 SIOCK SIO 时钟 输入/输出 SIO 时钟信号 SIORXD SIO 接收 输入 SIO 接收数据信号 SIOTXD SIO 发送 输出 SIO 发送数据信号 SIO 接 口 SIORDY SIO 装备好 输入/输出 当 SIO 的 DMA 完成 SIO 操作时的握手 信号 第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 信号
13、类型 信号名称 含 义 状 态 说 明 AIN7AIN0 ADC 输入 模拟输入 8 路 A/D转换器的输入信号 AREFT ADC 参考电压+模拟输入 A/D 转换器的参考电压(+)输入信号 AREFB ADC 参考电压-模拟输入 A/D 转换器的参考电压(-)输入信号 A/D 转 换 器 AVCOM ADC 公共参考电压 模拟输入 A/D 转换器的公共参考电压输入信号 I/O P70P0 通用 I/O 输入/输出 有些口只能作为输出 复位 nRESET 复位 低电平有效,至少保持 4 个 MCLK 时钟周期的低电平 OM3,OM2 时钟模式 输入 编码决定时钟的模式为锁相环(PLL),00
14、表示系统由锁相环 PLL控制,01 表示系统由32 kHz TRC 时钟加 PLL 控制;10、11 表示芯片测试模式 EXTCLK 外部时钟控制 输入 低电平表示通过 OM3、OM2 选择外部时钟源,不用接高电平 XTAL0 系统时钟入 模拟输入 系统时钟内部振荡线路的输入引脚 EXTAL0 系统时钟出 模拟输出 系统时钟内部振荡线路的输出引脚,不用时接高电平 PLLCAP 滤波电容入 模拟输出 系统锁相环环路滤波电容的接入引脚 XTAL1 RTC 时钟入 模拟输入 RTC 始终内部振荡线路的输入引脚 EXTAL1 RTC 时钟出 模拟输出 RTC 始终内部振荡线路的输出引脚 时 钟 部 分
15、 引 脚 CLKout 时钟输出 输出 主时钟输出或锁相环时钟输出 第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 TCK TAP 时钟 输入 为 JTAG 提供时钟源 nTRST TAP 复位 输入 TAP 控制器复位信号,若使用调试器,则必须接 10 k 以上的电阻 TMS TAP 模式选择 输入 TAP 控制器复位信号,若使用调试器,必须接 10 k 上拉电阻 TDI TAP 数据输入 输入 TAP 控制器的数据端,是测试指令和数据的串行输入端,必须接 10 k 的上拉电阻 JTAG 接口 TDO TAP 数据输出 输出 TAP 控制器的数据端,是测试指令和数据的串行输出端 VDD 内核电源 电
16、源 S3C44B0X 内核逻辑电源,2.5 V VSS 内核地 电源 S3C44B0X 内核逻辑地 VDDIO I/O 电源 电源 S3C44B0X 的 I/O端口电源,3.3 V VSSIO I/O 地 电源 S3C44B0X 的 I/O端口地 RTCVDD 实时钟电源 电源 RTC 时钟电源(2.5 V 或 3 V)VDDADC ADC 电源 电源 S3C44B0X 的 ADC 电源,2.5 V 电 源 引 脚 AVSSADC ADC 地 电源 S3C44B0X 的 ADC 地 第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 5.1.2 S3C2410X/S3C2440X嵌入式微处理器的体系结构嵌
17、入式微处理器的体系结构S3C2410X微处理器的内部体系结构如图5.3所示。S3C2410X/S3C2440X采用ARM920T核,而ARM920T又集成了ARM9TDMI,所以是中高档32位嵌入式微处理器。由于采用ARM920T体系结构,因此内部具有分离的16KB大小的指令缓存和数据缓存。同时,它采用哈佛体系结构将程序存储器与数据存储器分开,加入了存储器部件(MMU),采用5级指令流水线。它使用ARM公司特有的AMBA总线,对于高速设备采用AHB总线,而对于低速内部外设则采用APB总线。AHB通过桥接器转换成APB。第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 图5.3 S3C2410X微处理器内
18、部体系结构 第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 S3C2410X/S3C2440X内部集成了许多外设接口,除了S3C44B0X所有内部外设,还增加了许多工作新外设接口,主要的内部外设包括与AHB总线相连的高速接口,如LCD接口、USB接口、中断控制接口、电源管理接口、存储器接口、Boot Loader接口,与APB总线相连的低速接口,如3个通用异步通信接口(UART0、UART1、UART2)、SDI/MMC接口、看门狗定时器、总线控制器、2个SPI接口、4个PWM定时器、实时钟、通用并行端口、I2C总线接口及I2S总线接口。S3C2410X/S3C2440X采用272脚的FBGA封装,其
19、外部引脚示意如图5.4所示。详细引脚定义可参见S3C2410X及S3C2440X用户手册。第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 图5.4 S3C2410X/S3C2440X微处理器外部引脚示意 第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 5.1.3 LPC2000嵌入式微控制器的体系结构嵌入式微控制器的体系结构LPC2000系列微控制器的内部结构如图5.5所示,它们均采用ARM7TDMI-S内核,外围配制了若干实用组件。ARM7TDMI-S配制为小端模式。AHB外设分配了2 MB的地址范围,它位于4 GB ARM寻址空间的最顶端,每个AHB外设都分配了16KB的地址空间。LPC2000系列微控制
20、器的外设功能(除中断控制器)都连接到VPB总线(VLSI外设总线),AHB到VPB的桥将VPB总线与AHB总线相接。VPB外设也分配了2 MB的地址范围,从3.5 GB地址点开始,每个VPB外设都分配了16KB的地址空间。第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 图5.5 LPC2000系列微控制器的内部结构 第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 内部存储器包括无等待SRAM和Flash(型号不同时,容量大小不一样,详见表3.1)。系统功能包括:维持芯片工作的一些基本功能,如系统时钟、复位等;向量中断控制器(VIC)可以减少中断的影响时间,最多可以管理32个中断请求;外部存储控制器(EMC)支
21、持4个Bank的外部SRAM或Flash,每个Bank最多16MB;I2C串行接口为标准的I2C总线接口,支持最高速度400 kb/s;具有两个完全独立的SPI控制器,遵循SPI规范,可配置为SPI主机或从机;具有两个UART接口,均包含16字节的接收/发送FIFO,内置波特率发生器。其中,UARTI具有调制解调器接口功能;在LPC2119/2129/2290/2292/2294等芯片中包含CAN(Controller Area Network)总线接口。LPC2000系列大部分内部集成了FLASH和SRAM,通常应用于外部无需扩展的程序存储器和数据存储器。其所构成的嵌入式系统结构紧凑、体积小
22、、价格低、可靠性高,而且大部分产品为工业级,被广泛应用于工业控制领域。第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 5.1.4 AT91FR40162嵌入式微控制器的体系结构嵌入式微控制器的体系结构 图5.6 AT91FR40162微控制器结构框图 第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 AT91R40008体系结构包括两条主要总线,即先进的系统总线(ASB)和先进的外围总线(APB)。ASB被设计为最佳性能,由存储控制器控制。ARM7TDMI通过ASB与片内32位存储器、外部总线接口EBI和AMBA桥进行接口。AMBA桥驱动APB,APB被设计用于访问片内外围,并且进行了低功耗优化。AT91FR4
23、0162将ARM7TDMI处理器的ICE端口接到一些专用的引脚上,从而为目标调试提供了完整、低价且易用的调试解决方案。AT91FR40162除了采用ARM7TDMI处理器核外,其内部还集成了256 KB的片内SRAM和1024 K字(Word)的16位Flash存储器,还有完全可编程的外部总线接口(EBI)、8个优先级且可以独立屏蔽的向量中断控制器、32个可编程的I/O接口线、3通道的16位定时器/计数器、2个通用同步/异步收发器(USART)及可编程的看门狗定时器,能实现完全静态的操作,具有先进的省电特性。第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程 AT91FR40612集成了多个内部外设,它们
24、被分成系统外设和用户外设两类。所有的片内外设都可以通过AMBA桥接受32位访问。外围存储器由控制寄存器、模式寄存器、数据寄存器、状态寄存器和使能/禁止/状态寄存器组成。外围数据控制器PDC在片内USART和片内或片外的存储器之间传输数据,并且无须处理器的介入。最重要的一点就是,PDC消除了数据传输中断的额外开销,在不需要重设编程起始地址的情况下可以连续传输高达64KB的数据。这样不仅增加了微控制器的性能,而且降低了功耗。外部总线接口(EBI)通过一条8位或16位数据总线控制外部存储器或外部设备,它通 过APB被编程。每一条芯片选择口线有它自己的编程寄存器。第5章 ARM嵌入式处理器及其应用编程
25、 5.1.5 XScale嵌入式微处理器嵌入式微处理器PXA250的体系结构的体系结构Intel XScale PXA250嵌入式微处理器的结构如图5.7所示。PXA250的主要特点有高性能、低功耗、I/O扩展、外围控制模块丰富及时钟控制多样(有5种时钟源)等。其中高性能主要指PXA250采用XScale处理器核、采用7级超级指令流水线、支持多媒体处理技术等。PXA250的外围控制模块主要包括16通道可配置DMA控制器、LCD控制器、920 kb/s蓝牙(Bluetooth)接口、串行端口(IrDA、I2C、I2S、AC97、3个UARTS、SPI、SSP)及USB接口等。第5章 ARM嵌入式
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