基于ARM32位單片機(jī)的機(jī)器人設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、目錄摘要 2Abstract3第一章 引言 4第二章 S3C44B0X控制器介紹62.1 S3C44B0X控制器管腳62.2 Samsung S3C44B0X介紹8第三章 ARM開發(fā)工具簡(jiǎn)介 123.1 ARM開發(fā)工具綜述123.2 ARM STD安裝和應(yīng)用13第四章 S3C44B0X部資源編程 204.1 LED顯示204.2鍵盤控制234.3 數(shù)碼管顯示244.4 中斷控制25第五章 機(jī)器人的設(shè)計(jì)27 5.1硬件結(jié)構(gòu) 275.2軟件設(shè)計(jì)31 5.3結(jié)論44第六章 展望45參考文獻(xiàn)摘要ARMT7TDMI是通用的32位RISC微處理器成員之一，在非常低的功耗和價(jià)格下提供了很高性能。Samsun

2、g S3C44B0X微處理器是三星公司專為手持設(shè)備和一般應(yīng)用提供的高性價(jià)比和高性能的微處理器解決方案。它使用ARM7TDMI核，工作在66MHZ。為了降低系統(tǒng)總成本，該芯片集成了8KB Cache、外部存儲(chǔ)器控制器、LCD控制器等，是一款高效的微處理器。關(guān)鍵詞：ARMT7TDMI 32位 微處理器 Samsung S3C44B0X 66MHZAbstractThe ARM7TDMI is a member of the Advanced RISC Machines (ARM) family ofgeneral purpose 32-bit microprocessors, which offe

3、r very high performance for very lowpower consumption and price.SAMSUNG's S3C44B0X microprocessor is designed to provide a cost-effective and high performance micro-controller solution for hand-held devices and general applications. The S3C44B0X was developed using a ARM7TDMI core,up to 66MHZ。To

4、 reduce total system cost, S3C44B0X also provides the following: 8KB cache, optional internal SRAM, LCD controller and so on，which is a high performancemicroprocessors.Keywords: ARM7TDMI32-bitmicroprocessors S3C44B0X 66MHZ第一章 引言ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)與軟

5、件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)、教育類、多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。ARM將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商，每個(gè)廠商得到的都是一套獨(dú)一無(wú)二的ARM相關(guān)技術(shù)與服務(wù)。利用這種合伙關(guān)系，ARM很快成為許多全球性RISC標(biāo)準(zhǔn)的締造者。目前，總共有30家半導(dǎo)體公司與ARM簽訂了硬件技術(shù)使用許可協(xié)議，其中包括Intel、IBM、LG半導(dǎo)體、NEC、SONY、菲利浦和國(guó)民半導(dǎo)體這樣的大公司。至于軟件系統(tǒng)的合伙人，則包括微軟、升陽(yáng)和MRI等一系列知名公司。ARM架構(gòu)是面向低預(yù)算市場(chǎng)設(shè)計(jì)的第一款RISC微處理器。ARM提供一系列核、體系擴(kuò)展、

6、微處理器和系統(tǒng)芯片方案。由于所有產(chǎn)品均采用一個(gè)通用的軟件體系，所以一樣的軟件可在所有產(chǎn)品中運(yùn)行（理論上如此）。典型的產(chǎn)品如下。CPU核-ARM7：小型、快速、低能耗、集成式RISC核，用于移動(dòng)通信。- ARM7TDMI(Thumb):這是公司授權(quán)用戶最多的一項(xiàng)產(chǎn)品，將ARM7指令集同Thumb擴(kuò)展組合在一起，以減少存容量和系統(tǒng)成本。同時(shí)，它還利用嵌入式ICE調(diào)試技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并用一個(gè)DSP增強(qiáng)擴(kuò)展來(lái)改進(jìn)性能。該產(chǎn)品的典型用途是數(shù)字蜂窩和硬盤驅(qū)動(dòng)器。-ARM9TDMI:采用5階段管道化ARM9核，同時(shí)配備Thumb擴(kuò)展、調(diào)試和Harvard總線。在生產(chǎn)工藝一樣的情況下，性能可達(dá)ARM7TD

7、MI的兩倍之多。常用于連網(wǎng)和頂置盒。體系擴(kuò)展- Thumb:以16位系統(tǒng)的成本，提供32位RISC性能，特別注意的是它所需的存容量非常小。嵌入式ICE調(diào)試由于集成了類似于ICE的CPU核調(diào)試技術(shù)，所以原型設(shè)計(jì)和系統(tǒng)芯片的調(diào)試得到了極大的簡(jiǎn)化。微處理器-ARM710系列，包括ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:低價(jià)、低能耗、封裝式常規(guī)系統(tǒng)微型處理器，配有高速緩存（Cache）、存管理、寫緩沖和JTAG。廣泛應(yīng)用于手持式計(jì)算、數(shù)據(jù)通信和消費(fèi)類多媒體。-ARM940T、920T系列:低價(jià)、低能耗、高性能系統(tǒng)微處理器，配有Cache、存管理和寫緩沖。應(yīng)用于高級(jí)引擎管理、保安系

8、統(tǒng)、頂置盒、便攜計(jì)算機(jī)和高檔打印機(jī)。-StrongARM:性能很高、同時(shí)滿足常規(guī)應(yīng)用需要的一種微處理器技術(shù)，與DEC聯(lián)合研制，后來(lái)授權(quán)給Intel。SA110處理器、SA1100 PDA系統(tǒng)芯片和SA1500多媒體處理器芯片均采用了這一技術(shù)。-ARM7500和ARM7500FE:高度集成的單芯片RISC計(jì)算機(jī)，基于一個(gè)緩存式ARM7 32位核，擁有存和I/O控制器、3個(gè)DMA通道、片上視頻控制器和調(diào)色板以與立體聲端口;ARM7500FE則增加了一個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算單元以與對(duì)EDO DRAM的支持。特別適合電視頂置盒和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)（NC）。Windows CE的Pocket PC只支持ARMWindows

9、 CE可支持多種嵌入式處理器，但基于Windows CE的Pocket PC則只支持ARM一種。微軟在對(duì)SH3、MIPS、ARM等嵌入式處理器做了評(píng)估后認(rèn)為，ARM是一種性價(jià)比較好的選擇。由于目前ARM在手持設(shè)備市場(chǎng)占有90%以上的份額，只支持ARM，可以有效地縮短應(yīng)用程序開發(fā)與測(cè)試的時(shí)間，也降低了研發(fā)費(fèi)用。由于ARM開放其處理器授權(quán)，因此，用戶在市場(chǎng)上可以在多家整機(jī)廠商中進(jìn)行選擇，從而保證了這一市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)性。ARM微處理器的特點(diǎn)ARM微處理器的特點(diǎn)采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點(diǎn)：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

10、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(jiǎn)單，執(zhí)行效率高；6、指令長(zhǎng)度固定；。ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域到目前為止，ARM微處理器與技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域：1、工業(yè)控制領(lǐng)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(chǎng)的大部分市場(chǎng)份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，ARM微控制器的低功耗、高性價(jià)比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。2、無(wú)線通訊領(lǐng)域：目前已有超過(guò)85%的無(wú)線通訊設(shè)備采用了ARM技術(shù)，ARM以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。3、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著

11、寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外，ARM在語(yǔ)音與視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對(duì)DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。4、消費(fèi)類電子產(chǎn)品：ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)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(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用ARM技術(shù)。手機(jī)中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)。除此以外，ARM微處理器與技術(shù)還應(yīng)用到許多不同的領(lǐng)域，并會(huì)在將來(lái)取得更加廣泛的應(yīng)用。ARM運(yùn)用和機(jī)器人設(shè)計(jì)ARM作為一項(xiàng)剛剛發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，具有很強(qiáng)的發(fā)展力。由于是新生技術(shù)，因此在高校中只有研究生才開設(shè)這門課程，或者研究生在做研究型工作

12、。而在本科生中，由于各種原因，至今還沒(méi)有開設(shè)這門課程。因此，選擇這個(gè)題目，一方面是希望能夠在本科的學(xué)習(xí)階段學(xué)習(xí)這門新技術(shù)，另一方面也是為以后在本科生開設(shè)這門課程做準(zhǔn)備開發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在現(xiàn)有的（實(shí)驗(yàn)室擁有的設(shè)備）機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，用的是摩托羅拉公司的68HC12單片機(jī)來(lái)進(jìn)行開發(fā)的。因此該設(shè)計(jì)希望將S3C44B0X運(yùn)用在機(jī)器人身上，利用S3C44B0X優(yōu)勢(shì)，結(jié)合開放源碼的UC/OS- II操作系統(tǒng)，開發(fā)出性能更高、可靠性更好的機(jī)器人。第二章S3C44B0X控制器介紹2.1 S3C44B0X控制器管腳om1:0輸入: om1:0設(shè)置S3C44B0X在測(cè)試模式和確定nGCS0的總線寬度,邏輯電平在復(fù)位期間

13、由這些管腳的上拉下拉電阻確定.ADDR24:0輸出: 地址總線輸出相應(yīng)段的存儲(chǔ)器地址.DATA31:0輸入輸出:數(shù)據(jù)總線,總線寬度可編程為8/16/32 位.nGCS7:0輸出:芯片選擇,當(dāng)存儲(chǔ)器地址在相應(yīng)段的地址區(qū)域時(shí)被激活.存取周期和段尺寸可編程.nWE輸出 :寫允許信號(hào),指示當(dāng)前的總線周期為寫周期.nWBE3:0輸出: 寫字節(jié)允許信號(hào).nBE3:0輸出:在使用SRAM情況下字節(jié)允許信號(hào).nOE輸出 :讀允許信號(hào),指示當(dāng)前的總線周期為讀周期.nXBREQ輸入: nXBREQ 總線控制請(qǐng)求信號(hào)，允許另一個(gè)總線控制器請(qǐng)求控制本地總線，nXBACK信號(hào)激活指示已經(jīng)得到總線控制權(quán)。nXBACK輸出

14、：總線應(yīng)答信號(hào)。nWAIT輸入：nWAIT請(qǐng)求延長(zhǎng)當(dāng)前的總線周期，只要nWAIT為低，當(dāng)前的總線周期不能完成。ENDIAN輸入：它確定數(shù)據(jù)類型是little endian還是big endian，邏輯電平在復(fù)位期間由該管腳的上拉下拉電阻確定.nRAS1:0輸出：行地址選通信號(hào)。nCAS3:0輸出：列地址選通信號(hào)。nSRAS輸出：SDRAM行地址選通信號(hào)。nSCAS輸出：SDRAM列地址選通信號(hào)。nSCS1:0輸出：SDRAM芯片選擇信號(hào)。DQM3:0輸出：SDRAM數(shù)據(jù)屏蔽信號(hào)。SCLK輸出：SDRAM時(shí)鐘信號(hào)。SCKE輸出：SDRAM時(shí)鐘允許信號(hào)。VD7:0輸出：LCD數(shù)據(jù)線，在驅(qū)動(dòng)4位雙掃

15、描的LCD時(shí)，VD3:0為上部顯示區(qū)數(shù)據(jù)，VD7:4為下部顯示區(qū)數(shù)據(jù)。VFRAME輸出：LCD場(chǎng)信號(hào)，指示一幀的開始，在開始的第一行有效。VM輸出：VM極性變換信號(hào)，變化LCD行場(chǎng)掃描電壓的極性，可以每幀或可編程多少個(gè)VLINE信號(hào)打開。VLINE輸出：LCD行信號(hào)，在一行數(shù)據(jù)左移進(jìn)LCD驅(qū)動(dòng)器后有效。VCLK輸出：LCD點(diǎn)時(shí)鐘信號(hào)，數(shù)據(jù)在VCLK的上升沿發(fā)送，在下降沿被LCD驅(qū)動(dòng)器采樣。TOUT4:0輸出：定時(shí)器輸出信號(hào)。TCLK輸入：外部時(shí)鐘信號(hào)輸入。EINT7:0輸入：外部中斷請(qǐng)求信號(hào)。nXDREQ1:0輸入：外部DMA請(qǐng)求信號(hào)。nXDACK1:0輸出：外部DMA應(yīng)答信號(hào)。RxD1:0輸

16、入：UART接收數(shù)據(jù)輸入線。TxD1:0輸出：UART發(fā)送數(shù)據(jù)線。nCTS1:0輸入：UART清除發(fā)送輸入信號(hào)。nRTS1:0輸出：UART請(qǐng)求發(fā)送輸出信號(hào)。IICSDA輸入輸出：IIC總線數(shù)據(jù)線。IICSCL輸入輸出：IIC總線時(shí)鐘線。IISLRCK輸入輸出：IIS總線通道時(shí)鐘選擇信號(hào)線。IISDO輸出：IIS總線串行數(shù)據(jù)輸出信號(hào)。IISDI輸入：IIS總線串行數(shù)據(jù)輸入信號(hào)。IISCLK輸入輸出：IIS總線串行時(shí)鐘。CODECLK輸出：CODEC系統(tǒng)時(shí)鐘。SIORXD輸入：SIO接收數(shù)據(jù)輸入線。SIOTXD輸出：SIO發(fā)送數(shù)據(jù)線。SIOCK輸入輸出：SIO時(shí)鐘信號(hào)。SIORDY輸入輸出：當(dāng)S

17、IO的DMA完成SIO操作時(shí)的握手信號(hào)。AIN7:0 ： ADC模擬信號(hào)輸入AREFT輸入：ADC頂參考電壓輸入。AREFB輸入：ADC底參考電壓輸入。AVCOM輸入：ADC公共參考電壓輸入。P70:0輸入輸出：通用I/O口（一些口只有輸出模式）。nRESET：復(fù)位信號(hào)，nRESET掛起程序，放S3C44B0X進(jìn)復(fù)位狀態(tài)。在電源打開已經(jīng)穩(wěn)定時(shí)，nRESET必須保持低電平至少4個(gè)MCLK周期。OM3:2輸入：OM3:2確定時(shí)鐘模式。EXTCLK輸入：當(dāng)OM3:2選擇外部時(shí)鐘時(shí)的外部時(shí)鐘輸入信號(hào)線，不用時(shí)必須接高（3.3V）.XTAL0模擬輸入：系統(tǒng)時(shí)鐘部振蕩線路的晶體輸入腳。不用時(shí)必須接高（3.

18、3V）.EXTAL0模擬輸出：系統(tǒng)時(shí)鐘部振蕩線路的晶體輸出腳，它是XTAL0的反轉(zhuǎn)輸出信號(hào)。不用時(shí)必須懸空。PLLCAP模擬輸入：接系統(tǒng)時(shí)鐘的環(huán)路濾波電容（700PF）。XTAL1模擬輸入：RTC時(shí)鐘的晶體輸入腳。EXTAL1模擬輸出：RTC時(shí)鐘的晶體輸出腳。它是XTAL1的反轉(zhuǎn)輸出信號(hào)。CLKout輸出：時(shí)鐘輸出信號(hào).nTRST輸入：TAP控制器復(fù)位信號(hào)，nTRST在TAP啟動(dòng)時(shí)復(fù)位TAP控制器。若使用debugger，必須連接一個(gè)10K上拉電阻，否則nTRST必須為低電平。TMS輸入：TAP控制器模式選擇信號(hào)，控制TAP控制器的狀態(tài)次序，必須連接一個(gè)10K上拉電阻。TCK輸入：TAP控制器

19、時(shí)鐘信號(hào)，提供JTAG邏輯的時(shí)鐘信號(hào)源，必須連接一個(gè)10K上拉電阻。TDI輸入：TAP控制器數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，是測(cè)試指令和數(shù)據(jù)的串行輸入腳，必須連接一個(gè)10K上拉電阻。TDO輸出：TAP控制器數(shù)據(jù)輸出信號(hào)，是測(cè)試指令和數(shù)據(jù)的串行輸出腳。VDD ：S3C44B0X核邏輯電壓（2.5V）VSS: S3C44B0X核邏輯地.VDDIO: S3C44B0X I/O口電源(3.3V).VSSIO: S3C44B0X I/O地.RTCVDD:RTC電壓(2.5V或3V,不支持3.3V).VDDADC:ADC電壓(2.5V).VSSADC:ADC地.2.2Samsung S3C44B0X介紹Samsung S3

20、C44B0X微處理器是三星公司專為手持設(shè)備和一般應(yīng)用提供的高性價(jià)比和高性能的微控制器解決方案，它使用ARM7TDMI核，工作在66MHZ。為了降低系統(tǒng)總成本和減少外圍器件，這款芯片中還集成了下列部件：8KB Cache、外部存儲(chǔ)器控制器、LCD控制器、4個(gè)DMA通道、2通道UART、1個(gè)多主I2C總線控制器、1個(gè)IIS總線控制器，5通道PWM定時(shí)器與一個(gè)部定時(shí)器、71個(gè)通用I/O口、8個(gè)外部中斷源、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、8通道10位ADC等。S3C44B0X 體系結(jié)構(gòu)：用于手持設(shè)備和通用嵌入式應(yīng)用的完整系統(tǒng)；16/32位RISC結(jié)構(gòu)和帶ARM7DMICPU核的功能強(qiáng)大的指令集；Thumb協(xié)處理器在保證性能

21、的前提下使代碼密度最大；片上ICE中斷調(diào)試JTAG調(diào)試方式.32*8位硬件乘法器；S3C44B0X微處理器體系結(jié)構(gòu)框圖S3C44B0X控制器部資源簡(jiǎn)介系統(tǒng)管理：支持大/小端模式；地址空間：每個(gè)Bank32MB（一共256MB）；每個(gè)Bank支持8/16/32位數(shù)據(jù)總線編程；固定的Bank起始地址和7個(gè)可編程的Bank；1個(gè)起始地址和尺寸可編程的Bank；8個(gè)存Bank:：個(gè)用于ROM、SRAM；2個(gè)用于ROM/SRAM/DRAM；所有存Bank的可編程尋址周期；在能量低的情況下支持DRAM/SDRAM自動(dòng)刷新模式； 支持DRAM的非對(duì)稱/對(duì)稱尋址； 緩沖存和部SRAM； 4路帶8K字節(jié)的聯(lián)合緩

22、存；不使用緩存的0/4/8K容SRAM；偽LRU（最近最少使用）的替代算法；通過(guò)在主存和緩沖區(qū)容之間保持一致的方式寫存；當(dāng)緩沖區(qū)出錯(cuò)時(shí)，請(qǐng)求數(shù)據(jù)填充技術(shù)； 時(shí)鐘和能量管理低能耗； 時(shí)鐘可以通過(guò)軟件選擇性地反饋回每個(gè)功能塊； 能量模式： 正常模式：正常運(yùn)行模式； 低能模式：不帶PLL的底頻時(shí)鐘； 休眠模式：只使CPU的時(shí)鐘停止； 停止模式：所有時(shí)鐘都停止； 用EINT或RTC警告中斷從停止模式喚醒；中斷控制器30個(gè)中斷源（看門狗定時(shí)器，6個(gè)定時(shí)器，6個(gè)UART，8個(gè)外部中斷，4個(gè)DMA，2個(gè)RTC，1個(gè)ADC，1個(gè)I2C，1個(gè)SIO； 矢量IRQ中斷模式減少中斷響應(yīng)周期；外部中斷源的水平/邊緣模

23、式；可編程的水平/邊緣極性；對(duì)緊急中斷請(qǐng)求支持FIQ（快速中斷請(qǐng)求）；帶PWM的定時(shí)器5個(gè)16位帶PWM的定時(shí)器/1個(gè)16位基于DMA或基于中斷的定時(shí)器；可編程的工作循環(huán)，頻率和極性；死區(qū)產(chǎn)生；支持外部時(shí)鐘源；實(shí)時(shí)時(shí)鐘全時(shí)鐘特點(diǎn)：毫秒、秒、分、小時(shí)、天、星期、月、年；32.768KHz運(yùn)行；CPU喚醒的警告中斷；時(shí)鐘記號(hào)中斷；通用輸入輸出端口8個(gè)外部中斷端口；71個(gè)多路輸入輸出口； 2個(gè)帶DMA和中斷的UART；支持5位，6位，7位，8位串行數(shù)據(jù)傳送/接收；當(dāng)傳送/接收時(shí)支持雙向握手；可編程波特率；支持IrDA1.0（115.2KBPS）；測(cè)試的循環(huán)返回模式；每個(gè)通道有2個(gè)部32位FIFODM

24、A與A/DDMA控制器；2路通用無(wú)需要CPU干涉的DMA控制器；2路橋式DMA控制器；采用6種DMA請(qǐng)求的橋式DMA支持IO到存,存到IO，IO到IO：軟件，4個(gè)部功能塊（UART，SIO，實(shí)時(shí)器，IIS），外部管腳；DMA之間可編程優(yōu)先級(jí)次序；突發(fā)傳送模式提高到FPDRAM、EDODRAM和SDRAM的傳送率；A/D轉(zhuǎn)換；10位多路ADC；最大500KSPS/10位；LCD控制器支持彩色/單色/灰度LCD；支持單掃描和雙掃描顯示；支持虛擬顯示功能；系統(tǒng)存作為顯示存；專用DMA用于從系統(tǒng)存中提取圖象數(shù)據(jù)；可編程屏幕尺寸；灰度：16級(jí)；256色；看門狗定時(shí)器與I2C總線接口16位看門狗定時(shí)器；定

25、時(shí)中斷請(qǐng)求和系統(tǒng)復(fù)位；1個(gè)帶中斷的多主機(jī)I2C總線；串行，8位，雙向數(shù)據(jù)傳送器能夠以100KB/S的標(biāo)準(zhǔn)模式和400KB/S的快速模式傳送；IIS總線接口1個(gè)I帶DMA的音頻IS總線接口；串行，每路8/16位數(shù)據(jù)傳送器；支持MSB數(shù)據(jù)格式； SIO（同步串行I/O）1個(gè)帶DMA和中斷的SIO；可編程波特率；支持8位串行數(shù)據(jù)傳送/接收操作 ；操作電壓圍核：2.5V；I/O：3.0V到3.6V;運(yùn)行頻率最高到75MHz；封裝160LQFP/160FBGA；第三章ARM開發(fā)工具簡(jiǎn)介3.1、ARM開發(fā)工具綜述根據(jù)功能不同，ARM應(yīng)用軟件的開發(fā)工具分別有：編譯軟件、匯編軟件、軟件、調(diào)試軟件、嵌入式實(shí)時(shí)操

26、作系統(tǒng)、函數(shù)庫(kù)、評(píng)估板、JTAG仿真器和在線仿真器等，目前世界上約有四十家公司提供以上不同類別的產(chǎn)品。用戶選用ARM處理器開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時(shí)，選擇合適的開發(fā)工具可以加快開發(fā)進(jìn)度，節(jié)省開發(fā)成本。因此一套含有編輯軟件、編譯軟件、匯編軟件、軟件、調(diào)試軟件、項(xiàng)目管理與函數(shù)庫(kù)的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）一般來(lái)說(shuō)是必不可少的。至于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、評(píng)估板等其他開發(fā)工具，則可以根據(jù)應(yīng)用軟件規(guī)模和開發(fā)計(jì)劃選用。使用集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)基于ARM的應(yīng)用軟件，包括編輯、編譯、匯編和等全部工作，在PC機(jī)上即可完成，調(diào)試工作則需要配合其他的模塊或產(chǎn)品方可完成。目前常用的調(diào)試方法有以下幾種。1、 指令集模擬器。部分集成開發(fā)環(huán)境

27、提供了指令集模擬器，可方便用戶在PC機(jī)上完成一部分簡(jiǎn)單的調(diào)試工作。但是，由于指令集模擬器與真實(shí)的硬件環(huán)境相差很大，所以，即使用戶使用指令集模擬器調(diào)試通過(guò)的程序，也有可能無(wú)法在真實(shí)的硬件環(huán)境下運(yùn)行，用戶最終必須在硬件平臺(tái)上完成整個(gè)應(yīng)用的開發(fā)。2、 駐留監(jiān)控軟件。駐留監(jiān)控軟件是一段運(yùn)行在目標(biāo)板上的程序，集成開發(fā)環(huán)境中的調(diào)試軟件通過(guò)以太網(wǎng)口、并行端口和串行端口等通信端口，與駐留監(jiān)控軟件進(jìn)行交互，由調(diào)試軟件發(fā)布命令通知駐留監(jiān)控軟件控制程序的執(zhí)行、存儲(chǔ)器的讀寫、寄存器的讀寫和斷點(diǎn)的設(shè)置等。駐留監(jiān)控軟件是一種比較低廉有效的調(diào)試方式，不需要任何其他的硬件調(diào)試和仿真設(shè)備。ARM公司的Angel就是該類軟件，大

28、部分嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)也是采用該類軟件進(jìn)行調(diào)試的。不同的是，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，駐留監(jiān)控軟件是作為操作系統(tǒng)的一個(gè)任務(wù)存在的。駐留監(jiān)控軟件的不便之處在于它對(duì)硬件設(shè)備的要求比較高，一般在硬件穩(wěn)定之后才能進(jìn)行應(yīng)用軟件的開發(fā)；同時(shí)，它占用目標(biāo)板上的一部分資源，而且不能對(duì)程序的全速運(yùn)行進(jìn)行完全仿真。因此，對(duì)一些要求嚴(yán)格的情況，它是不適合的。3、 JTAG仿真器。JTAG仿真器也稱JTAG調(diào)試器，是通過(guò)ARM芯片的JTAG邊界掃描口進(jìn)行調(diào)試的設(shè)備。JTAG仿真器比較便宜，連接比較方便。它通過(guò)現(xiàn)有的JTAG邊界掃描與ARM CPU核通信，屬于完全非插入式（即不使用片上資源）調(diào)試；它無(wú)須目標(biāo)存儲(chǔ)器，不占用

29、目標(biāo)系統(tǒng)的任何端口，而這些是駐留監(jiān)控軟件所必需的。另外，由于JTAG調(diào)試的目標(biāo)程序是在目標(biāo)板上執(zhí)行，仿真更接近于目標(biāo)硬件，因此，許多接口問(wèn)題，如高頻操作限制、AC和DC參數(shù)不匹配以與電線長(zhǎng)度的限制等被最小化了。使用集成開發(fā)環(huán)境配合JTAG仿真器進(jìn)行開發(fā)，是目前采用最多的一種調(diào)試方式。4、 在線仿真器。在線仿真器使用仿真頭完全取代目標(biāo)板的CPU，可以完全仿真ARM芯片的行為，提供更加深入的調(diào)試功能，但這類仿真器為了能夠全速仿真時(shí)鐘速度高于100MHZ的處理器，通常必須采用極其復(fù)雜的設(shè)計(jì)和工藝，因而其價(jià)格比較昂貴。4.2、ARM STDARM STD的英文全稱是ARM Software Devel

30、opment Kit,是ARM公司為方便用戶在ARM芯片上進(jìn)行軟件開發(fā)而推出的一整套集成開發(fā)工具。ARM STD 經(jīng)過(guò)ARM公司逐年的維護(hù)和更新，目前的最新版本是2.5.2.ARM STD由于價(jià)格適中，同時(shí)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的推廣和普與，目前擁有最廣泛的ARM軟件開發(fā)用戶群體，也被相當(dāng)多的ARM公司的第三方開發(fā)工具合作伙伴集成在自己的產(chǎn)品中，比如美國(guó)EPI公司的JEENI仿真器。3.2 ARM STD 的安裝和應(yīng)用。一、 安裝SDT2.51點(diǎn)擊SDT2.51安裝程序中的setup.exe，出現(xiàn)如下安裝界面：一路點(diǎn)擊next繼續(xù)，一般默認(rèn)設(shè)置就行了，不需作任何修改了，最后完成安裝。二、 啟動(dòng)SDT2.51

31、安裝完畢，點(diǎn)擊程序組中的ARM Project Manager啟動(dòng)主程序：之后出現(xiàn)主程序界面如下：三、 新建工程點(diǎn)擊菜單File下的New，選擇Project，新建一個(gè)工程：出現(xiàn)如下圖所示的界面，在Project Name下鍵入工程的名字，這里采用默認(rèn)模式 Project1，在Project Directory下鍵入工程保存的路徑：設(shè)置好后，點(diǎn)擊OK，出現(xiàn)如下圖：四、添加自己的源碼點(diǎn)擊菜單Project下的Add File To Project，在彈出的窗口中，瀏覽自己的Project文件夾下面的程序代碼，將代碼添加到創(chuàng)建的項(xiàng)目。這時(shí)依次點(diǎn)擊ARMExecutale Image、debug、S

32、ources前面的十字架，就會(huì)看到自己剛才添加成功的代碼，雙擊任何一個(gè)代碼文件就可以打開它進(jìn)行編輯：五、 改SDT2.51設(shè)置以生成Flash代碼先單擊一下主程序窗口ARMExecutale Image下的Debug，然后點(diǎn)擊如下菜單中的set：彈出如下窗口：點(diǎn)擊Entry And Base，在Readonly下面的框里面輸入0X0C000000，確認(rèn)即可：六、 編譯項(xiàng)目生成初始化目標(biāo)代碼（放在Flash中）現(xiàn)在選擇菜單build或者點(diǎn)擊快捷圖標(biāo)就可以編譯代碼，點(diǎn)擊Force build之后就生成了二進(jìn)制目標(biāo)代碼（*.bin），這可以在項(xiàng)目文件夾下面找到。在主程序窗口下面的信息框可以看到編譯的

33、情況，包括警告和錯(cuò)誤信息，最終代碼生成的情況等等；七、 開啟JTAG.exe后臺(tái)運(yùn)行通過(guò)并口JTAG進(jìn)行硬件調(diào)試的，但實(shí)際上卻是通過(guò)以太網(wǎng)的。這里面有一個(gè)轉(zhuǎn)換軟件JTAG.exe，它把發(fā)送到以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)攔截下來(lái)，遵從JTAG協(xié)議，轉(zhuǎn)換到并口上面，然后通過(guò)JTAG接口板，控制ARM板上面的CPU，進(jìn)行硬件Debug。雙擊JTAG.exe，它就在后臺(tái)運(yùn)行了。八、 Debug設(shè)置使用這種方式仿真，還要進(jìn)行一些設(shè)置才行。點(diǎn)擊Debug菜單或者快捷圖標(biāo)，出現(xiàn)ARM Debugger程序窗口：然后選擇菜單Options下面的Config Debugger：彈出如下窗口：在Target Environmen

34、t下面選擇Remote_A，然后點(diǎn)擊Configure：在Heartbeat前面打勾，在Ethernet后面輸入你的計(jì)算機(jī)IP地址并確認(rèn)。這里面肯定要你機(jī)子上面裝有網(wǎng)卡，而且IP地址要指定了，如果是自動(dòng)分配IP的話，就不太方便了，每次都要查找自己機(jī)子的IP。第四章、S3C44B0X部資源編程4.1 LED顯示(1)實(shí)現(xiàn)功能：在開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)兩個(gè)LED的輪流點(diǎn)亮。(2)實(shí)現(xiàn)原理：S3C44BOX芯片上共有個(gè)多功能的輸入輸出管腳，他們分為組I/O端口。 兩個(gè)位的輸入輸出口（端口和端口） 兩個(gè)位的輸入輸出口（端口和端口） 一個(gè)位的輸入輸出口（端口） 一個(gè)位的輸出口（端口） 一個(gè)位的輸出口（端口）每組端

35、口都可以通過(guò)軟件配置寄存器來(lái)滿足不同系統(tǒng)和設(shè)計(jì)的需要。在運(yùn)行主程序之前，必須先對(duì)每一個(gè)用到的管腳的功能進(jìn)行設(shè)置，如果某些管腳的復(fù)用功能沒(méi)有使用，可以先將該管腳設(shè)置為I/O口。(3)硬件電路：(4)參考程序：void test_led(U8 dat) /dat=9、10 ，對(duì)應(yīng)開發(fā)板上的IO口 while (1) rPDATB=0x1<<dat; /點(diǎn)亮LED SMG_Delay(); SMG_Delay(); rPDATB=0x0<<dat; /關(guān)閉LED SMG_Delay(); SMG_Delay(); 4.2鍵盤控制。(1) 實(shí)現(xiàn)功能：使用開發(fā)板上的兩個(gè)鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)

36、對(duì)LED的控制顯示。(2) 實(shí)現(xiàn)原理：由于開發(fā)板上的兩個(gè)鍵盤連接到S3C44B0X的I/O口上，通過(guò)讀取/O口的狀態(tài)來(lái)檢測(cè)鍵盤有無(wú)按下。(3) 硬件電路：(4)參考程序：int ks()int a; a=rPDATG; a=a; return(a&0x0c0); /1_key ;0_nokey /返回鍵值int key()int a,k=0; a=rPDATG; a=a; if(a&0x80) k=1; if(a&0x40) k=2; return(k);4.3數(shù)碼管顯示。(1) 實(shí)現(xiàn)功能：編寫程序使開發(fā)板上八段數(shù)碼管循環(huán)顯示到9,A到F.(2) 實(shí)現(xiàn)原理：a.八段數(shù)碼

37、管。嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常使用八段數(shù)碼管來(lái)顯示數(shù)字或符號(hào)，由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)、成本低的特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。b.類型。八段數(shù)碼管有兩中不同的形式：共陰和共陽(yáng)。c.工作原理。由于開發(fā)板上為共陽(yáng)的數(shù)碼管，所以這里以共陽(yáng)的數(shù)碼管為例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)控制某段發(fā)光二極管的信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，當(dāng)需要顯示某字符時(shí)，就將該字符對(duì)應(yīng)的所有二極管點(diǎn)亮；d.顯示方式有兩種顯示方式：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示是指當(dāng)八段數(shù)碼管顯示一個(gè)字符時(shí)，該字符對(duì)應(yīng)段的發(fā)光二極管控制信號(hào)一直保持有效。動(dòng)態(tài)顯示則是輪流點(diǎn)亮數(shù)碼管的方式，由于點(diǎn)亮每個(gè)數(shù)碼管的時(shí)間極短（約為1ms）(3) 硬

38、件電路：硬件中CS2的地址計(jì)算：A18 A17 A16CS0000 0+0x06000000=0x06000000CS1001 216+0x06000000=0x06010000CS201 0 217+0x06000000=0x06020000(4) 參考程序：#define rSMG(*(volatile unsigned char *)0x06020000)void SMG_Test(void) unsigned char i; unsigned char st10=0x12,0x9f,0x31,0x15,0x9c, 0x54,0x50,0x1f,0x10,0x14;while(1) fo

39、r(i=0;i<10;i+) rSMG = sti; SMG_Delay(); 4.4中斷控制(1) 實(shí)現(xiàn)功能：通過(guò)按鍵來(lái)產(chǎn)生中斷，控制LED的顯示。(2) 實(shí)現(xiàn)原理：由于開發(fā)板上的兩個(gè)鍵盤連在S3C44B0X的中斷口上， 因此可以通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)中斷。(3) 硬件電路：(4) 參考程序：voidMain(void) /*Vectored interrupt test*/ rINTCON=0x1; / rINTMOD=0x0<<25|0x0<<21;/*Vectored interrupt test*/ pISR_EINT4567=(int)Eint4567Isr;

40、 pISR_EINT2=(int)Eint2Isr; / rINTMSK=(BIT_GLOBAL|BIT_EINT4567); rPCONG=0xffff;/ rPUPG=0x0;/pull up enable rEXTINT=0x22222222; /Falling edge mode rINTMSK=(BIT_GLOBAL|BIT_EINT2|BIT_EINT4567);/Service available /中斷服務(wù)程序void _irq Eint4567Isr(void) int i,j; count+; if(count=2) count=0; rEXTINTPND=0xf;/cle

41、ar EXTINTPND reg. rI_ISPC=BIT_EINT4567;/clear pending_bit rPDATE=0x001; for(i=0;i<200;i+) /延時(shí) for(j=0;j<10000;j+); rPDATE=0x000; if(count%2) rPDATB=0x01<<9; /打開LED else rPDATB=0x0<<9; /關(guān)閉LED 第五章 機(jī)器人的設(shè)計(jì)5.1硬件結(jié)構(gòu)1、 S3C44B0X開發(fā)板。運(yùn)用S3C44B0X開發(fā)板自帶的LCD控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)320*240的液晶。運(yùn)用UART0來(lái)和PC機(jī)進(jìn)行通信來(lái)控制伺服電機(jī)

42、。具體說(shuō)明如下：S3C44B0X開發(fā)板自帶的LCD控制器1、 液晶顯示屏（LCD:liquid Crystal Display）液晶顯示屏主要用于顯示文本與圖形信息。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄、體積小、低耗電量、無(wú)輻射危險(xiǎn)、平面直角顯示以與影象不穩(wěn)定不閃爍等特點(diǎn)，因此應(yīng)用在很多電子應(yīng)用系統(tǒng)中。2、 主要類型與性能參數(shù)液晶顯示屏按顯示原理分為STN和TFT兩種：STN（Super Twisted Nematic,超扭曲向列）液晶屏TFT（Thin Film Transistor,超薄晶體管）彩色液晶屏開發(fā)板上選用的液晶顯示屏為（LRH9J515XA STN/BW）3、S3C44B0X 置的LC

43、D 控制器。 S3C44B0X 中具有置的LCD 控制器，它具有將顯示緩存（在系統(tǒng)存儲(chǔ)器中）中的LCD圖象數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠縇CD 驅(qū)動(dòng)電路的邏輯功能。S3C44B0X 中置的LCD 控制器可支持灰度LCD和彩色LCD。在灰度LCD 上，使用基于時(shí)間的抖動(dòng)算法（time-based dithering algorithm）和FRC (Frame Rate Control)方法，可以支持單色、4 級(jí)灰度和16 級(jí)灰度模式的灰度LCD，在彩色LCD 上，可以支持256 級(jí)彩色。對(duì)于不同尺寸的LCD，其具有不同數(shù)量的垂直和水平象素、數(shù)據(jù)接口的數(shù)據(jù)寬度、接口時(shí)間與刷新率，而LCD 控制器可以進(jìn)行編程控制相

44、應(yīng)的寄存器值，以適應(yīng)不同的LCD 顯示板。置的LCD 控制器提供了下列外部接口信號(hào)：VFRAME: LCD 控制器和LCD 驅(qū)動(dòng)器之間的幀同步信號(hào)。它通知LCD 屏新的一幀的顯示，LCD 控制器在一個(gè)完整幀的顯示后發(fā)出VFRAME 信號(hào)。VLINE: LCD 控制器和LCD 驅(qū)動(dòng)器間的同步脈沖信號(hào)，LCD 驅(qū)動(dòng)器通過(guò)它來(lái)將水平移位寄存器中的容顯示到LCD 屏上。LCD 控制器在一整行數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)絃CD 驅(qū)動(dòng)器后發(fā)出VLINE 信號(hào)。VCLK: 此信號(hào)為L(zhǎng)CD 控制器和LCD 驅(qū)動(dòng)器之間的象素時(shí)鐘信號(hào)，LCD 控制器在VCLK 的上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)，LCD 驅(qū)動(dòng)器在VCLK 的下降沿采樣數(shù)據(jù)。VM

45、: LCD 驅(qū)動(dòng)器所使用的交流信號(hào)。LCD 驅(qū)動(dòng)器使用VM 信號(hào)改變用于打開或關(guān)閉象素的行和列電壓的極性。VM 信號(hào)在每一幀觸發(fā)，也在編程決定數(shù)量的VLINE 信號(hào)觸發(fā)。VD3:0:LCD 象素?cái)?shù)據(jù)輸出端口。VD7:4:LCD 象素?cái)?shù)據(jù)輸出端口。圖5-5 LCD 控制器邏輯框圖圖5-5 為S3C44B0X 中置的LCD 控制器的邏輯框圖，它用于傳輸顯示數(shù)據(jù)并產(chǎn)生必要的控制信號(hào)，如VFRAME,VLINE,VCLK,和VM。除了控制信號(hào)，還有顯示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)端口VD7:0。LCD 控制器包含REGBANK, LCDCDMA, VIDPRCS, 和TIMEGEN。REGBANK 具有18 個(gè)可編程寄

46、存器，用于配置LCD 控制器。LCDCDMA 為專用DMA，它可以自動(dòng)地將顯示數(shù)據(jù)從幀存中傳送到LCD 驅(qū)動(dòng)器中。通過(guò)專用DMA，可以實(shí)驗(yàn)在不需要CPU 介入的情況下顯示數(shù)據(jù)。VIDPRCS 從LCDCDMA 接收數(shù)據(jù)，將相應(yīng)格式（比如48 位單一掃描和4 位雙掃描顯示模式）的數(shù)據(jù)通TIMEGEN 包含可編程的邏輯，以支持常見(jiàn)的LCD 驅(qū)動(dòng)器所需要的不同接口時(shí)間和速率的要求。TIMEGEN 部分產(chǎn)生VFRAME,VLINE, VCLK, VM 等信號(hào)。4、硬件電路：UART通信1、UARTS3C44B0X UART單元提供兩個(gè)獨(dú)立的異步串行通信口，皆可工作于中斷和DMA模式。最高波特率達(dá)115

47、.2kbps.每個(gè)UART 單元包含一個(gè)16字節(jié)的FIFO，用于數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。S3C44B0X UART包含可編程波特率。紅外發(fā)送/接受，一個(gè)或兩個(gè)停止位，5bit/6bit/7/bit/8bit/或8bit數(shù)據(jù)寬度，和奇偶校驗(yàn)。波特率的設(shè)置：波特率由一個(gè)專用的UART波特率分頻寄存器（UBRDIVn）控制，如下計(jì)算：UBRDIVn=(round _off)(MCLK/(bps*16)-1其中：MCLK是系統(tǒng)時(shí)鐘，bps為波特率，round _off為數(shù)據(jù)類型。2、硬件電路納英特機(jī)器人框架。伺服電機(jī)控制電路由兩部分構(gòu)成：關(guān)耦部分和驅(qū)動(dòng)部分光耦電路： 運(yùn)用光耦可以將主板和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路隔離

48、起來(lái)，起到保護(hù)主板的作用，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，不會(huì)影響到主板，具體電路如下：驅(qū)動(dòng)電路：5.2軟件設(shè)計(jì)液晶部分：取模方式：取模采用Delphi7 進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，由于采用了16級(jí)灰度進(jìn)行顯示，故先要將一幅256色的彩色圖片進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這里采用YGB模式進(jìn)行變換Y0.299R+0587G+0.114B，然后將所得值重新賦給R 、G、 B。由于為16級(jí)灰度，因此它的值應(yīng)為0-15，為此要進(jìn)行變換，將其轉(zhuǎn)換為0-15的數(shù)，又因采用32位編程，因此采用兩個(gè)CASE嵌套，最后運(yùn)用“或”操作來(lái)完成。具體如下：-320*240- Frame00 Frame01 .Frame040 Frame00 * /40*8=320 一個(gè)32位對(duì)應(yīng)LCD的8個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)用4位表示。*表示0或1.Frame10 Frame140Frame20Frame30 : : : : : : : : : : : :Frame2390 Frame23940-Frame00-32位 x=0 x=1 2 3 4 5 6 7 -4*8=32*c=*c=0 0000 c!=0 * | 1111 | 1111 - - 0000 *Delphi部分程序：begin /即 Y0.299R+0587G+0.114B Gray :=