[優(yōu)秀畢業(yè)論文]基于ARM_的數(shù)字通信模塊.doc

摘要摘要iabstract縱觀當代通信的發(fā)展趨勢，數(shù)字通信成為引領通信變革的主潮流。這是在數(shù)字化浪潮的背景下，計算機技術的應用和信息技術的發(fā)展的結(jié)果。在數(shù)字通信之前，人們主要用的是模擬通信。模擬通信是使用連續(xù)信號來表示和傳輸信息的通信系統(tǒng)。例如傳統(tǒng)的市話通信、長途通信都是模擬通信。而數(shù)字信號是一種離散的、脈沖有無的組合形式，是負載數(shù)字信息的信號。 短距離無線傳輸具有抗干擾性能強、可靠性高、安全性好、受地理條件限制少、安裝靈活等優(yōu)點，在許多領域有著廣泛的應用前景。低功耗、微型化是用戶對當前無線通信產(chǎn)品尤其是便攜產(chǎn)品的實際需求，短距離無線通信逐漸引起廣泛關注。常見的短距離無線通信有基于80211的無線局域wlan、藍牙 (bluetooth)、homerf及歐洲的hiperlan(高性能無線局域網(wǎng))，但其硬件設計、接口方式、通信協(xié)嵌入式系統(tǒng)中并未得到廣泛應用。本設計是以數(shù)字通信為背景，通過arm控制，采用無線發(fā)射芯片trf4900組成的無線數(shù)字發(fā)射模塊。arm（advanced risc machines）是一個公司的名字，也是一類微處理器的通稱。arm現(xiàn)在已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，一般具有體積小、低功耗、低成本、高性能等特點。射頻芯片trf4900工作在歐洲868 mhz頻帶和北美915 mhzism頻帶，fsk調(diào)制，發(fā)射功率7 dbm，電源電壓2.23.6 v，通過串行接口連接到微控制器實現(xiàn)參數(shù)設置和發(fā)射控制。關鍵詞：數(shù)字通信 發(fā)射機 arm 射頻芯片trf4900 abstractabstractin light of the tendency of contemporary communication， digital communications become the main flow of communication change。this is in the context of the digital tidal wave, application of computer technology and information technology development results。in digital communications before the main use is to simulate communication。simulation of the communication is to use a continuous signal to representation and transport information communication system。such as the traditional local telephone communications, long distance communications are analog communication。the digital signal is a discrete, pulsed with or without the combination, the load signal digital information。a short distance wireless transmission has strong anti-performance, high reliability, security, and geographic conditions, flexible installation, etc., in many areas have broad application. low power consumption, micro is a user on the current wireless communication products particularly portable, short range wireless communication gradually. common short-range wireless communication is based on the 802.11 of the wireless wlan, bluetooth (bluetooth), homerf and european hiperlan (high performance radio lan), but its hardware design, interfaces, communications co-embedded system had not been widely applied. the design is based on the background of digital communications through the arm control, using radio transmitter chip trf4900 wireless digital transmitter module composed. arm (advanced risc machines) is the name of a company, also known as a class of microprocessors. arm is now all over the industrial control, consumer electronics, communication systems, network systems and other kinds of markets, generally small size, low power, low cost, high performance and so on. trf4900 rf chip 868 mhz frequency bands work in europe and north america 915 mhzism band, fsk modulation, transmit power 7 dbm, supply voltage 2.2 3.6 v, through the serial interface to connect to the micro-controller parameter settings and launch control.keyword：digital communication transmitter armiv目錄目錄第一章 數(shù)字通信基礎11.1 數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成11.2 數(shù)字通信的特點31.3 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標41.3.1數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性41.3.2.數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性5第二章 基于arm嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)72.1 arm微處理器介紹 armadvanced risc machines72.1.1 arm微處理器的應用領域72.1.2 arm微處理器的特點82.1.3 arm微處理器系列82.1.4 arm微處理器結(jié)構(gòu)112.1.5 arm微處理器的應用選型122.2系統(tǒng)框圖模型13第三章 系統(tǒng)硬件設計163.1 無線射頻芯片trf4900的介紹163.2.1 lpc2124簡介173.2.2系統(tǒng)控制模塊203.2.3 中斷控制器223.2.4 通用輸入/ 輸出口gpio233.2.5 通用異步接收器發(fā)送器uart253.2.6 i2c接口263.2.7 spi283.3 硬件電路設計30第四章 軟件系統(tǒng)設計324.1 arm的spi口程序設計324.1.1 spi口324.1.2 lpc2124的spi口特性334.2無線通信模塊程序設計344.2.1 trf4900工作模式設置344.2.2 spi接口寄存器配置374.2.3 串行無線通信協(xié)議設計404.2.4發(fā)送數(shù)據(jù)40第五章論文總結(jié)42致謝 43參考文獻44第一章 數(shù)字通信基礎第一章 數(shù)字通信基礎通信是人類社會生活的重要組成部分，廣義的說，凡是在發(fā)信者和收信者之間，以任何方式進行消息的傳遞，都可以稱為通信。實現(xiàn)消息傳遞所需設備的總和，稱為通信系統(tǒng)。以電信號為消息載體的通信系統(tǒng)，稱為現(xiàn)代通信系統(tǒng)。1.1 數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成數(shù)字通信的基本特征是把數(shù)字信號作為載體傳送信息，它傳輸?shù)男盘柺恰半x散”或“數(shù)字”的。數(shù)字通信系統(tǒng)是一種傳輸數(shù)字信號的系統(tǒng)?；蛘哒f，它是利用數(shù)字信號來傳輸信息的通信系統(tǒng)，其基本原理框圖如圖1-1所示。信 宿信 源 解 碼信 道 編 碼解 調(diào)信 道調(diào) 制信 道 編 碼信 源 編 碼信 源噪 聲圖1-1 數(shù)字通信系統(tǒng)的原理框圖圖1-1中的信源是產(chǎn)生和發(fā)出信息信號的人或者機器，如電傳機、計算機、電話機、影碟機、攝像機等。根據(jù)不同的通信對象和任務，信息源產(chǎn)生的信號類型也不同，總的來說，可分為模擬信號和數(shù)字信號兩類。模擬信號如電話機、影碟機、攝像機輸出的音頻、視頻信號；數(shù)字信號如電傳機、計算機輸出的數(shù)據(jù)信號。信宿又稱為受信者，是通信系統(tǒng)的終端設備，是用來接收信號并還原為相應信息的人或機器。發(fā)送設備包含信源編碼器、信道編碼器和數(shù)字調(diào)制器；接收設備包含數(shù)字解調(diào)器、信道譯碼器和信源譯碼器。信源編碼器的作用是將信源輸出的信號變換成適合于數(shù)字通信系統(tǒng)處理和傳輸?shù)臄?shù)字信號。也就是說，如果信源輸出的信號是模擬信號，則信源編碼器首先應對其進行模/數(shù)(a/d)變換、使之成為時間上離散、幅度取值有限且按一定規(guī)律組合的數(shù)字脈沖串。信道編碼與譯碼在通信系統(tǒng)中是成對出現(xiàn)的。信道編碼器處于系統(tǒng)的發(fā)送端，信道譯碼器處于接收端，它們的作用是解決數(shù)字通信的可靠性問題。信道是用于傳輸信號的通道。具體的說，它是由有限或無線線路為信號傳輸提供的一條通道。抽象地說，它是指允許信號通過的一段頻帶。信道既給信號傳輸提供通路，又給信號傳輸造成限制與損害。信號在傳輸過程中還會受到各種干擾（或噪聲）的損害。這種干擾來自系統(tǒng)的內(nèi)部和外部，如系統(tǒng)本身存在的各種熱噪聲及系統(tǒng)外部的天線干擾、工業(yè)干擾、電臺干擾等。為了便于說明，通常將通信過程中的各種噪聲干擾用一個等效干擾源（噪聲源）表示。考慮到信道編碼、譯碼的目的是為了糾正數(shù)字信號傳輸中的錯誤，我們把信道編譯碼、調(diào)制與解調(diào)以及信道這些部件合起來稱為數(shù)字傳輸系統(tǒng)。另外，對數(shù)字通信系統(tǒng)，信息的傳輸與接收是一個節(jié)拍接一個節(jié)拍的發(fā)送與接收，收發(fā)步調(diào)必須一致，這是由同步系統(tǒng)來保證的。同步系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分。所謂同步，是指通信系統(tǒng)的收、發(fā)雙方具有統(tǒng)一的時間標準，它們的工作“步調(diào)一致”。同步通常包括有載波同步、位（碼元）同步和群（幀）同步等。同步對于數(shù)字通信是至關重要的。如果同步存在誤差或者失去同步，則通信過程中會出現(xiàn)大量的誤碼，甚至導致整個通信系統(tǒng)失效?？梢姡絾栴}是數(shù)字通信中一個重要的實際問題。由于同步的種類與實現(xiàn)方案各不相同，它可能與圖1-1方框中的一個方框或者若干個方框有關，但無法在方框圖中具體表示，因此圖1-1中沒有畫出同步系統(tǒng)。1.2 數(shù)字通信的特點與模擬通信相比，數(shù)字通信有以下特點：（1）數(shù)字傳輸?shù)目乖肼暎ɑ蚩垢蓴_）能力強，尤其在中繼時，數(shù)字信號還可以再生而消除噪聲的積累。數(shù)字通信在傳輸過程中，只要信噪比還沒有惡化到不可收拾的程度，即還來得及對傳輸脈沖的取值進行判決時便可利用再生中繼技術使傳輸信號再生，從而消除噪聲干擾對傳輸質(zhì)量的影響。（2）數(shù)字通信可通過差錯控制編碼，設法控制傳說中的差錯，不但可以發(fā)現(xiàn)差錯而且還能改正差錯，因而大大提高了傳輸質(zhì)量，進一步提高了通信的可靠性。（3）數(shù)字通信傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，其通信系統(tǒng)很容易與計算機聯(lián)網(wǎng)，采用現(xiàn)代計算機技術對數(shù)字信息進行處理，可以提高通信的效率和可靠性，實現(xiàn)通信的自動化和智能化。（4）數(shù)字通信保密性好，信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄燥@得越來越重要。數(shù)字通信系統(tǒng)可通過簡單的邏輯電路對數(shù)字信號實施規(guī)律復雜的密碼加密處理從而提高通信的安全性和保密性。（5）由于數(shù)字集成電路，特別是大、中規(guī)模集成電路技術日益成熟，數(shù)字通信設備越來越易于制造，成本低、體積小、可靠性高。（6）與模擬通信相比數(shù)字通信可以傳輸更多種類的信息。數(shù)字通信可以傳輸包括聲音、圖像、數(shù)據(jù)、文本等在內(nèi)的各種信息信號，以及與在通信過程中用來監(jiān)視或控制其他業(yè)務用的信號，都可以采用相同的信號格式和處理方法，經(jīng)多路復用組合在一起，由同一信道傳輸而互不干擾。當然，事物總是一分為二的，與模擬通信相比，數(shù)字通信也有其不足之處，主要有兩點。一是占用系統(tǒng)的頻帶（即信道頻帶）較寬。以電話為例，一路模擬電話僅占4khz的帶寬，而一路數(shù)碼率為64kb/s的數(shù)字電話卻要占64khz的帶寬?？梢姡瑪?shù)字通信的頻帶利用率比模擬通信低得多，可以認為數(shù)字通信的許多優(yōu)點是以信號頻帶為代價而換取的。二是數(shù)字通信系統(tǒng)中必須具備同步系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較復雜。1.3 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標人們對一個數(shù)字通信系統(tǒng)的要求是多方面的，評價通信系統(tǒng)的優(yōu)劣涉及到信息傳輸?shù)挠行?、可靠性、適應性、標準性、經(jīng)濟性、及使用維修方便性等。從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜磳?shù)字通信的質(zhì)量指標起著主導和決定作用的是有效性和可靠性。有效性是通信系統(tǒng)傳輸信息速度的表征，而可靠性是通信系統(tǒng)傳輸信息質(zhì)量的要求，人們總是希望通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒓瓤煊譁蚀_，既有效又可靠。然而有效性與可靠性兩者卻是矛盾的，這對矛盾只能依靠實際要求取得相對的統(tǒng)一。1.3.1數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性數(shù)字通信系統(tǒng)中有效性可以從以下三個指標來說明：碼元傳輸速率、信息傳輸速率及系統(tǒng)的帶寬利用率。（1）碼元傳輸速率rb碼元傳輸速率又稱傳碼率或波特率,是指單位時間（通常為妙，下同）內(nèi)通信系統(tǒng)所傳輸?shù)拇a元數(shù)目（即脈沖個數(shù)），記為rb，其單位為波特（baud）。例如某數(shù)字通信系統(tǒng)，每秒傳送4800個數(shù)字波形（或者說4800個碼元），則傳輸速率為4800波特（或記為4800b）。（2）信息傳輸速率rb信息傳輸速率rb又稱傳信率，是單位時間內(nèi)通信系統(tǒng)所傳送的信息量，單位為比特/秒（bit/s或b/s）。根據(jù)信息量的定義，1個二進制碼元代表1比特（bit）的信息量。因此，在二進制碼元中，碼元傳輸速率與信息傳輸速率在數(shù)值上是相等的，即rb=rb，但它們的含義不同，前者是指單位時間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)目，后者是指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?。?）系統(tǒng)的頻帶利用率在比較兩個通信系統(tǒng)的有效性時，但看它們的傳輸速率是不夠的，即使兩個系統(tǒng)的傳輸速率相同，它們的系統(tǒng)效率也可以是不一樣的，因為可能具有不同的帶寬。即系統(tǒng)在傳輸信息時所占用的信道頻帶的寬度不同，它們的有效性也不同。因此在衡量數(shù)字通信的有效性時，通常還引用頻帶利用率這一指標。通信系統(tǒng)的頻帶利用率是指在單位時間（s）、單位頻帶上傳輸信息量的多少，即單位頻帶所能實現(xiàn)的最大誤碼率，單位為b/(s.hz)。載頻帶寬度相同條件下，系統(tǒng)的信息傳輸速率越高，頻帶利用率就越高，系統(tǒng)的性能也就越好。頻帶利用率與信號的傳輸方式、調(diào)制方式有關，在二進制基帶系統(tǒng)中最高頻帶利用率=2 b/(s.hz)。在頻帶系統(tǒng)中，不同的調(diào)制方式可能有不同的頻帶利用率。如二進制調(diào)幅系統(tǒng)頻帶利用率僅等于1/2b/(s.hz),而多進制的調(diào)幅、調(diào)相系統(tǒng)頻帶利用率目前達到b/(s.hz)。系統(tǒng)的頻帶利用率越高，系統(tǒng)的性能也就越好。1.3.2.數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性由于在數(shù)字通信系統(tǒng)中（尤其在信道中）存在噪聲干擾，接收到的數(shù)字碼元可能會發(fā)生錯誤，而使通信的可靠性受到影響。對于數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標主要用誤碼率pe和誤信率pb來衡量。（1）誤碼率pe pe是指通信過程中系統(tǒng)傳錯碼元的數(shù)目與傳輸?shù)目偞a元數(shù)目之比，也就是傳錯碼元的概率，即 （2）誤比特率pbpb又稱誤信率，是指傳錯信息的比特數(shù)目與所傳送的總信息比特數(shù)之比，即 誤信率的大小反映了在傳輸過程中由于對碼元的錯誤判斷而造成傳錯信息的程度，它與誤碼率從兩個不同的層次反映了系統(tǒng)的可靠性。在二進制系統(tǒng)中，誤碼數(shù)目等于傳輸信息的比特數(shù)目，因而有pb=pe。但在多進制中，一個誤碼不等于一個傳錯信息的比特，即pbpe。理論可以證明，在m進制情況下，平均誤信率與誤碼率之間存在著如下關系： 當m較大時，誤信率對通信系統(tǒng)，總是希望它的效率和可靠性都很高。但在實際的通信系統(tǒng)，這兩方面的指標是相互制約，相互矛盾的。為了在實際的通信系統(tǒng)中兼顧這兩種性能，必須在滿足一定可靠性的基礎上盡量提高效率。不同的通信系統(tǒng)對可靠性的要求是不一樣的，所以在設計通信系統(tǒng)時，應根據(jù)對這兩種性能的不同要求進行合理的安排。對于通信系統(tǒng)性能的衡量，有時涉及到傳輸方向性的系統(tǒng)功能。對于圖1-1的數(shù)字通信模型，系統(tǒng)中信號的傳輸是單方向的，稱這種通信為單工通信。若一個通信系統(tǒng)能使通信的雙方同時發(fā)送和接收信息，則稱這種通信為雙工通信。若通信的雙方都可收可發(fā)，但只能一方發(fā)另一方收，則稱這種通信為半雙工通信。- 47 - 第二章 基于arm嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 第二章 基于arm嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)簡介arm微處理器的一些基本概念、應用領域及特點，引導讀者進入arm技術的殿堂。對arm微處理器、arm技術的基本概念做了一些簡單的介紹，通過對本章的閱讀，能對arm微處理器、arm技術有一個總體上的認識。2.1 arm微處理器介紹 armadvanced risc machinesarm（advanced risc machines），既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字。2.1.1 arm微處理器的應用領域到目前為止，arm微處理器及技術的應用幾乎已經(jīng)深入到各個領域：1、工業(yè)控制領域：作為32的risc架構(gòu)，基于arm核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應用領域擴展，arm微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。2、無線通訊領域：目前已有超過85%的無線通訊設備采用了arm技術， arm以其高性能和低成本，在該領域的地位日益鞏固。3、網(wǎng)絡應用：隨著寬帶技術的推廣，采用arm技術的adsl芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。此外，arm在語音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對dsp的應用領域提出了挑戰(zhàn)。4、消費類電子產(chǎn)品：arm技術在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機頂盒和游戲機中得到廣泛采用。5、成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機和打印機中絕大部分采用arm技術。手機中的32位sim智能卡也采用了arm技術。除此以外，arm微處理器及技術還應用到許多不同的領域，并會在將來取得更加廣泛的應用。2.1.2 arm微處理器的特點采用risc架構(gòu)的arm微處理器一般具有如下特點：1、體積小、低功耗、低成本、高性能；2、支持thumb（16位）/arm（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；3、大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；5、尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；6、指令長度固定；2.1.3 arm微處理器系列arm微處理器目前包括下面幾個系列，以及其它廠商基于arm體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有arm體系結(jié)構(gòu)的共同特點以外，每一個系列的arm微處理器都有各自的特點和應用領域。arm7系列arm9系列arm9e系列arm10e系列securcore系列inter的xscaleinter的strongarm其中，arm7、arm9、arm9e和arm10為4個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應用領域的需求。securcore系列專門為安全要求較高的應用而設計。2.1.4 arm微處理器結(jié)構(gòu)（1）risc體系結(jié)構(gòu)到目前為止，risc體系結(jié)構(gòu)也還沒有嚴格的定義，一般認為，risc體系結(jié)構(gòu)應具有如下特點： 采用固定長度的指令格式，指令歸整、簡單、基本尋址方式有23種。 使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進行操作，只有加載/ 存儲指令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率。除此以外，arm體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗： 所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率。 可用加載/存儲指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。 可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理。 在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運行效率。當然，和cisc架構(gòu)相比較，盡管risc架構(gòu)有上述的優(yōu)點，但決不能認為risc架構(gòu)就可以取代cisc架構(gòu)，事實上，risc和cisc各有優(yōu)勢，而且界限并不那么明顯。現(xiàn)代的cpu往往采用cisc的外圍，內(nèi)部加入了risc的特性，如超長指令集cpu就是融合了risc和cisc的優(yōu)勢，成為未來的cpu發(fā)展方向之一。（2）arm微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)arm處理器共有37個寄存器，被分為若干個組（bank），這些寄存器包括： 31個通用寄存器，包括程序計數(shù)器（pc指針），均為32位的寄存器。 6個狀態(tài)寄存器，用以標識cpu的工作狀態(tài)及程序的運行狀態(tài)，均為32位，目前只使用了其中的一部分。同時，arm處理器又有7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式下均有一組相應的寄存器與之對應。即在任意一種處理器模式下，可訪問的寄存器包括15個通用寄存器（r0r14）、一至二個狀態(tài)寄存器和程序計數(shù)器。在所有的寄存器中，有些是在7種處理器模式下共用的同一個物理寄存器，而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。關于arm處理器的寄存器結(jié)構(gòu)，在后面的相關章節(jié)將會詳細描述。（3）arm微處理器的指令結(jié)構(gòu)arm微處理器的在較新的體系結(jié)構(gòu)中支持兩種指令集：arm指令集和thumb指令集。其中，arm指令為32位的長度，thumb指令為16位長度。thumb指令集為arm指令集的功能子集，但與等價的arm代碼相比較，可節(jié)省3040以上的存儲空間，同時具備32位代碼的所有優(yōu)點。關于arm處理器的指令結(jié)構(gòu)，在后面的相關章節(jié)將會詳細描述。2.1.5 arm微處理器的應用選型鑒于arm微處理器的眾多優(yōu)點，隨著國內(nèi)外嵌入式應用領域的逐步發(fā)展，arm微處理器必然會獲得廣泛的重視和應用。但是，由于arm微處理器有多達十幾種的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，幾十個芯片生產(chǎn)廠家，以及千變?nèi)f化的內(nèi)部功能配置組合，給開發(fā)人員在選擇方案時帶來一定的困難，所以，對arm芯片做一些對比研究是十分必要的。以下從應用的角度出發(fā)，對在選擇arm微處理器時所應考慮的主要問題做一些簡要的探討。（1）arm微處理器內(nèi)核的選擇從前面所介紹的內(nèi)容可知，arm微處理器包含一系列的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以適應不同的應用領域，用戶如果希望使用wince或標準linux等操作系統(tǒng)以減少軟件開發(fā)時間，就需要選擇arm720t以上帶有mmu（memory management unit）功能的arm芯片，arm720t、arm920t、arm922t、arm946t、strong-arm都帶有mmu功能。而arm7tdmi則沒有mmu，不支持windows ce和標準linux，但目前有uclinux等不需要mmu支持的操作系統(tǒng)可運行于arm7tdmi硬件平臺之上。事實上，uclinux已經(jīng)成功移植到多種不帶mmu的微處理器平臺上，并在穩(wěn)定性和其他方面都有上佳表現(xiàn)。本書所討論的s3c4510b即為一款不帶mmu的arm微處理器，可在其上運行uclinux操作系統(tǒng)。（2）系統(tǒng)的工作頻率系統(tǒng)的工作頻率在很大程度上決定了arm微處理器的處理能力。arm7系列微處理器的典型處理速度為0.9mips/mhz，常見的arm7芯片系統(tǒng)主時鐘為20mhz-133mhz，arm9系列微處理器的典型處理速度為1-1mips/mhz，常見的arm9的系統(tǒng)主時鐘頻率為100mhz-233mhz，arm10最高可以達到700mhz。不同芯片對時鐘的處理不同，有的芯片只需要一個主時鐘頻率，有的芯片內(nèi)部時鐘控制器可以分別為arm核和usb、uart、dsp、音頻等功能部件提供不同頻率的時鐘。（3）芯片內(nèi)存儲器的容量大多數(shù)的arm微處理器片內(nèi)存儲器的容量都不太大，需要用戶在設計系統(tǒng)時外擴存儲器，但也有部分芯片具有相對較大的片內(nèi)存儲空間，如atmel的at91f40162就具有高達2mb的片內(nèi)程序存儲空間，用戶在設計時可考慮選用這種類型，以簡化系統(tǒng)的設計。（4）片內(nèi)外圍電路的選擇除arm微處理器核以外，幾乎所有的arm芯片均根據(jù)各自不同的應用領域，擴展了相關功能模塊，并集成在芯片之中，我們稱之為片內(nèi)外圍電路，如usb接口、iis接口、lcd控制器、鍵盤接口、rtc、adc和dac、dsp協(xié)處理器等，設計者應分析系統(tǒng)的需求，盡可能采用片內(nèi)外圍電路完成所需的功能，這樣既可簡化系統(tǒng)的設計，同時提高系統(tǒng)的可靠性。2.2系統(tǒng)框圖模型單片機開始需將無線數(shù)據(jù)傳輸模塊trf4900設置處于接收狀態(tài)，通過串口中斷識別由pc機通過無線信道傳輸來的指令，根據(jù)接收指令的內(nèi)容采集數(shù)據(jù)并啟 動發(fā)送。發(fā)送前需將trf4900模塊設置為發(fā)射狀態(tài)，且等待5 ms才可發(fā)送，發(fā)送完畢后，向pc機端發(fā)送“發(fā)送結(jié)束指令”，并將trf4900模塊重設為接收狀態(tài)。打開串口中斷收到“請求發(fā)送”收到“請求重發(fā)”設置trf4900狀態(tài)txen=1延時5ms設置trf4900狀態(tài)txen=1延時5ms數(shù)據(jù)采集get data（）重設trf4900的狀態(tài)tven=0發(fā)送“接收完畢”指令到pc機send over（）發(fā)送數(shù)據(jù)send（）yynn圖2-1系統(tǒng)軟件設計流程圖。1.從零電平開始，交替發(fā)送/停止寬度為0.6毫秒的信號，數(shù)量為單數(shù)個，最少要有2個，發(fā)送完后信號電平自然回到高電平,這里,我稱該組信號為前導信號,用來清除零電平干擾.前導信號的第一個信號很可能會丟失,但其設計目的本來就是用 來丟失的,所以無須關心接收方實際收到的數(shù)量,該信號在接收方接收時只要收到一個即可. 2.發(fā)送一個寬脈沖,作為數(shù)據(jù)引導,指示下一個信號將是數(shù)據(jù)正文.由于有前導信號保護,該信號不會丟失.3.發(fā)送數(shù)據(jù)正文的各個位,低位在前,從bit0開始,位的值為0時發(fā)送0.6毫秒信號,值為1時發(fā)送1.2毫秒脈沖.這里要再次說明,所謂發(fā)送信號,并不等于發(fā)送射頻信號,關閉射頻同樣是發(fā)送信號.4.發(fā)送一個寬脈沖,作為結(jié)束信號,表示數(shù)據(jù)發(fā)送完畢,脈沖結(jié)束后射頻信號正好自然轉(zhuǎn)為停止發(fā)送,即零電平. 第三章 系統(tǒng)硬件設計 第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1 無線射頻芯片trf4900的介紹無線數(shù)字發(fā)射電路采用無線發(fā)射芯片trf4900。trf4900是ti公司生產(chǎn)的、單片集成的、低價格的、能提供完全功能的多通道fsk發(fā)射接收器。芯片能滿足在歐洲868 mhz頻帶和北美915 mhz ism頻帶的線性(fm)或者數(shù)字（fsk）發(fā)射應用。單片發(fā)射器芯片工作電壓2.23.6 v，典型發(fā)射功率為7 dbm，并具有低的功率消耗。24位直接數(shù)字合成器有11位dac，合成器有大約230 hz的通道空間，允許窄帶和寬帶應用。兩個完全可編程工作模式-模式0和模式1，允許非常快地在兩個預先編程的設置之間轉(zhuǎn)換（例如發(fā)射頻率0或者發(fā)射頻率1）。芯片內(nèi)集成壓控振蕩器（vco）、鎖相環(huán)（pll）和基準振蕩器，僅需要極少的外部元件即可構(gòu)成一個完整的發(fā)射電路。trf4900通過串行接口連接到ti msp430微控制器。發(fā)射器的每一個功能塊能夠通過串行接口編程設置其功能。trf4900應用電路如圖3-1所示。 圖3-1 trf4900應用電路串行接口時序圖如圖3-2clockdatastrobe圖3-2串行接口時序圖 在clock信號的每一個上升沿，data引腳端上的邏輯值被寫入24位的移位寄存器。設置strobe端為高電平，編程的信息被裝入選擇的鎖存器。當strobe信號為高時，data和clock線必須為低。因此，strobe與clock的信號是不同步的。串行接口能被編程工作在有效狀態(tài)或者睡眠狀態(tài)（待機模式）。3.2 高性能arm（lpc2124）芯片介紹3.2.1 lpc2124簡介（1）概述lpc2114/2124/2212/2214是基于一個支持實時仿真和跟蹤的16/32位arm7tdmi-stmcpu的微控制器，并帶有128/256 k字節(jié)(kb)嵌入的高速flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。對代碼規(guī)模有嚴格控制的應用可使用16位thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。由于lpc2114/2124/2212/2214較小的64和144腳封裝、極低的功耗、多個32位定時器、4路10位adc或8路10位adc（64腳和144腳封裝）以及多達9個外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和pos機。在64腳的封裝中，最多可使用46個gpio。在144腳的封裝中，可使用的gpio高達76（使用了外部存儲器）112個（單片應用）。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它們也非常適合于通信網(wǎng)關、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、嵌入式軟modern以及其它各種類型的應用。（2）特性l 16/32位64/144腳arm7tdmi-s微控制器。l 16k字節(jié)靜態(tài)ram。l 128/256k字節(jié)片內(nèi)flash程序存儲器（在工作溫度范圍內(nèi)，片內(nèi)flash存儲器至少可擦除和寫10,000次）。128位寬度接口/加速器實現(xiàn)高達60mhz的操作頻率。l 外部8、16或32位總線（144腳封裝）。l 片內(nèi)boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程（isp）和在應用中編程（iap）。flash編程時間：1ms可編程512字節(jié)，扇區(qū)擦除或整片擦除只需400ms。l embeddedice-rt接口使能斷點和觀察點。當前臺任務使用片內(nèi)realmonitor軟件調(diào)試時，中斷服務程序可繼續(xù)執(zhí)行。l 嵌入式跟蹤宏單元（etm）支持對執(zhí)行代碼進行無干擾的高速實時跟蹤。l 4/8路（64/144腳封裝）10位a/d轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間低至2.44us。l 2個32位定時器（帶4路捕獲和4路比較通道）、pwm單元（6路輸出）、實時時鐘和看門狗。l 多個串行接口，包括2個16c550工業(yè)標準uart、高速i2c接口（400 kbit/s）和2個spi接口。l 通過片內(nèi)pll可實現(xiàn)最大為60mhz的cpu操作頻率。l 向量中斷控制器?？膳渲脙?yōu)先級和向量地址。l 多達46個（64腳封裝）或112個（144腳封裝）通用i/o口（可承受5v電壓），12個獨立外部中斷引腳（ein和cap功能）。l 片內(nèi)晶振頻率范圍：130 mhz。l 2個低功耗模式：空閑和掉電。l 通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒。l 可通過個別使能/禁止外部功能來優(yōu)化功耗。l 雙電源l cpu操作電壓范圍：1.651.95 v(1.8 v+/8.3%)l i/o操作電壓范圍：3.03.6 v(3.3 v+/10%)（3）器件信息表3-1 lpc2114/2124/2212/2214器件信息器件管腳數(shù)片內(nèi)ram片內(nèi)flash10位a/d通道數(shù)注lpc21146416 kb128 kb44-lpc21146416 kb256 kb44-lpc211414416 kb128 kb88帶外部存儲器接口lpc211414416 kb256 kb88帶外部存儲器接口（4）結(jié)構(gòu)概述lpc2114/2124/2212/2214包含一個支持仿真的arm7tdmi-s cpu、與片內(nèi)存儲器控制器接口的arm7局部總線、與中斷控制器接口的amba高性能總線（ahb）和連接片內(nèi)外設功能的vlsi外設總線（vpb，arm amba總線的兼容超集）。lpc2114/2124/2212/2214將arm7tdmi-s配置為小端（little-endian）字節(jié)順序。ahb外設分配了2m字節(jié)的地址范圍，它位于4g字節(jié)arm存儲器空間的最頂端。每個ahb外設都分配了16k字節(jié)的地址空間。lpc2114/2124/2212/2214的外設功能（中斷控制器除外）都連接到vpb總線。ahb到vpb的橋?qū)pb總線與ahb總線相連。vpb外設也分配了2m字節(jié)的地址范圍，從3.5gb地址點開始。每個vpb外設在vpb地址空間內(nèi)都分配了16k字節(jié)地址空間。片內(nèi)外設與器件管腳的連接由管腳連接模塊控制。該模塊必須由軟件進行控制以符合外設功能與管腳在特定應用中的需求。（5）arm7tdmi-s處理器arm7tdmi-s是通用的32位微處理器，它具有高性能和低功耗的特性。arm結(jié)構(gòu)是基于精簡指令集計算機(risc)原理而設計的。指令集和相關的譯碼機制比復雜指令集計算機要簡單得多。這樣使用一個小的、廉價的處理器核就可實現(xiàn)很高的指令吞吐量和實時的中斷響應。由于使用了流水線技術，處理和存儲系統(tǒng)的所有部分都可連續(xù)工作。通常在執(zhí)行一條指令的同時對下一條指令進行譯碼，并將第三條指令從存儲器中取出。arm7tdmi-s處理器使用了一個被稱為thumb的獨特結(jié)構(gòu)化策略，它非常適用于那些對存儲器有限制或者需要較高代碼密度的大批量產(chǎn)品的應用。在thumb后面一個關鍵的概念是“超精簡指令集”?；旧希琣rm7tdmi-s處理器具有兩個指令集： l 標準32位arm指令集l 16位thumb指令集thumb指令集的16位指令長度使其可以達到標準arm代碼兩倍的密度，卻仍然保持arm的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢是使用16位寄存器的16位處理器所不具備的。因為thumb代碼和arm代碼一樣，在相同的32位寄存器上進行操作。thumb代碼僅為arm代碼規(guī)模的65%，但其性能卻相當于連接到16位存儲器系統(tǒng)的相同arm處理器性能的160%。（6）片內(nèi)flash程序存儲器lpc2114/2212集成了一個128k，而lpc2124/2214集成了256k的flash存儲器系統(tǒng)。該存儲器可用作代碼和數(shù)據(jù)的存儲。對flash存儲器的編程可通過幾種方法來實現(xiàn)：通過內(nèi)置的串行jtag接口，通過在系統(tǒng)編程（isp）和uart0，或通過在應用編程（iap）。使用在應用編程的應用程序也可以在應用程序運行時對flah進行擦除和/或編程，這樣就為數(shù)據(jù)存儲和現(xiàn)場固件的升級都帶來了極大的靈活性。（7）片內(nèi)靜態(tài)ramlpc2114/2124/2212/2214含有16kb的靜態(tài)ram，可用作代碼和/或數(shù)據(jù)的存儲。sram支持8位、16位和32位訪問。sram控制器包含一個回寫緩沖區(qū)，它用于防止cpu在連續(xù)的寫操作時停止運行。回寫緩沖區(qū)總是保存著軟件發(fā)送到sram的最后一個字節(jié)。該數(shù)據(jù)只有在軟件請求下一次寫操作時才寫入sram（數(shù)據(jù)只有在軟件執(zhí)行另外一次寫操作時被寫入sram）。如果發(fā)生芯片復位，實際的sram內(nèi)容將不會反映最近一次的寫請求（即：在一次“熱”芯片復位后，sram不會反映最后一次寫入的內(nèi)容）。任何在復位后檢查sram內(nèi)容的程序都必須注意這一點。通過對一個單元執(zhí)行兩次相同的寫操作可保證復位后數(shù)據(jù)的寫入?；蛘?，也可通過在進入空閑或掉電模式前執(zhí)行虛寫（dummy write）操作來保證最后的數(shù)據(jù)在復位后被真正寫入到sram。3.2.2系統(tǒng)控制模塊系統(tǒng)控制模塊包括幾個系統(tǒng)特性和控制寄存器，這些寄存器具有眾多與特定外設器件無關的功能。它們包括：l 晶體振蕩器l 外部中斷輸入l 存儲器映射控制l plll 功率控制l 復位l vpb分頻器l 喚醒定時器每種類型的功能都有其自身的寄存器，不需要的位則定義為保留位。為了滿足將來擴展的需要，無關的功能不共用相同的寄存器地址。（1）管腳描述表3-2所示為系統(tǒng)控制模塊功能相關的管腳。管腳名稱管腳方向管腳描述x1輸入晶振輸入振蕩器和內(nèi)部時鐘發(fā)生器電路的輸入x2輸出晶振輸出振蕩器放大器的輸出eint0輸入外部中斷輸入0低有效的通用中斷輸入。該管腳可用于將處理器從空閑或掉電模式中喚醒。p0.1和p0.16可用作eint0功能。復位后該管腳上立即出現(xiàn)的低電平被看作是一個起動isp命令處理器的外部硬件請求。有關isp和flash存儲器的詳細情況見“flash存儲器廣州周立功單片機發(fā)展有限公司tel:(020)3873097638730977fax:38730925系統(tǒng)和編程”一章。eint1輸入外部中斷輸入1見上面的eint0描述。p0.3和p0.14可用作eint1功能。續(xù)表22管腳名稱管腳方向管腳描述eint2輸入外部中斷輸入2見上面的eint0描述。p0.7和p0.15可用作eint2功能。eint3輸入外部中斷輸入3見上面的eint0描述。p0.9,p0.20和p0.30可用作eint3功能。reset輸入外部復位輸入該管腳上的低電平將芯片復位，使i/o口和外設恢復默認狀態(tài)，并使處理器從地址0開始執(zhí)行程序。（2）寄存器描述所有寄存器不管規(guī)格大小都以字地址作為邊界。這些寄存器的詳細信息見相關功能的描述。 表3-3名稱描述訪問復位值*地址外部中斷extint外部中斷標志寄存器r/w00xe01fc140extwake外部中斷喚醒寄存器r/w00xe01fc144extmode外部中斷方式寄存器r/w00xe01fc148extpolar外部中斷極性寄存器r/w00xe01fc14c存儲器映射控制memmap存儲器映射控制r/w00xe01fc040鎖相環(huán)pllconpll控制寄存器r/w00xe01fc080pllcfgpll配置寄存器r/w00xe01fc084pllstatpll狀態(tài)寄存器ro00xe01fc088pllfeedpll饋送寄存器wona0xe01fc08co功率控制pcon功率控制寄存器r/w00xe01fc0c0pconp外設功率控制r/w0x3be0xe01fc0c4vpb分頻器vpbdivvpb分頻器控制r/w00xe01fc100（3）晶體振蕩器當1mhz50mhz頻率范圍內(nèi)的一個占空比因數(shù)為50-50的信號從xtal1腳輸入到lpc2114/2124/2212/2214時，微控制器的內(nèi)部振蕩電路支持1mhz30mhz的外部晶體。如果片內(nèi)pll系統(tǒng)或引導裝載程序被使用，輸入時鐘頻率將被限制到10mhz25mhz。振蕩器輸出頻率稱為fosc，為了便于頻率等式的書寫及本文檔的描述，arm處理器時鐘頻率稱為cclk。fosc和cclk的值相同，除非pll運行連接。詳見pll一節(jié)。lpc2114/2124/2212/2214的振蕩器可工作在兩種模式下：從屬模式和振蕩模式。3.2.3 中斷控制器中斷控制器（vic）（1）特性l arm primecelltm向量中斷控制器l 32個中斷請求輸入l 16個向量irq中斷l(xiāng) 16個優(yōu)先級，可動態(tài)分配給中斷請求l 軟件中斷產(chǎn)生（2）描述向量中斷控制器（vic）具有32個中斷請求輸入，可將其編程分為3類：fiq、向量irq和非向量irq?？删幊谭峙錂C制意味著不同外設的中斷優(yōu)先級可以動態(tài)分配并調(diào)整?？焖僦袛嗾埱螅╢iq）要求具有最高優(yōu)先級。如果分配給fiq的請求多于1個，vic將中斷請求“相或”后向arm處理器產(chǎn)生fiq信號。當只有一個中斷被分配為fiq時可實現(xiàn)最短的fiq等待時間，因為fiq服務程序只要簡單地啟動器件的處理就可以了。但如果分配給fiq級的中斷多于1個，fiq服務程序從vic中讀出一個字來識別產(chǎn)生中斷請求的fiq中斷源是哪一個。向量irq具有中等優(yōu)先級。該級別可分配32個請求中的16個。32個請求中的任意一個都可分配到16個向量irq slot中的任意一個，其中slot0具有最高優(yōu)先級，而slot15則為最低優(yōu)先級。非向量irq的優(yōu)先級最低。vic將所有向量和非向量irq“相或”向arm處理器產(chǎn)生irq信號。irq服務程序可通過讀取vic的一個寄存器立即啟動并跳轉(zhuǎn)到相應地址。如果有任意一個向量irq發(fā)出請求，vic則提供最高優(yōu)先級請求irq服務程序的地址，否則提供所默認程序的地址。該默認程序由所有非向量irq共用。默認程序可讀取另一個vic寄存器