S3C2410最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、題 目: S3C2410X最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要要求：嵌入式處理器選擇S3C2410X處處理器；最小系統(tǒng)包括電源、時(shí)時(shí)鐘、復(fù)位、存儲(chǔ)儲(chǔ)器、JTAG接接口JTAG接口選擇14針針插頭存儲(chǔ)器容量要求至少16MB的的flah和16MB的的SDRAM。外部提供5V電源要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)設(shè)計(jì)工作量及其技技術(shù)要求，以及說(shuō)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體體要求）r。1、存儲(chǔ)器等主要元器器件選擇2、電源電路、時(shí)鐘電電路、復(fù)位電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路路、JTAG接口口電路v。3、protel電路路圖5、不少于3000字的課課程設(shè)計(jì)報(bào)告時(shí)間安排：20102011學(xué)年第1學(xué)期1314周指導(dǎo)教師簽名： 201

2、0年11月11日z。教研室主任簽名： 年 月 日d。目錄TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc 摘要 PAGEREF _Toc h 1B。 HYPERLINK l _Toc 1.S3C2410基基本外圍電路設(shè)計(jì)計(jì) PAGEREF _Toc h 1S。 HYPERLINK l _Toc 1.1系統(tǒng)框圖 PAGEREF _Toc h 1R。 HYPERLINK l _Toc 1.2 電源電路 PAGEREF _Toc h 1Z。 HYPERLINK l _Toc 1.3 晶振電路 PAGEREF _Toc h 2g。 HYPERLINK l _Toc 1.4 復(fù)位電路 P

3、AGEREF _Toc h 23。 HYPERLINK l _Toc 1.5 JTAG接口口 PAGEREF _Toc h 2S。 HYPERLINK l _Toc 1.6SDRAM存儲(chǔ)儲(chǔ)器 PAGEREF _Toc h 2j。 HYPERLINK l _Toc 1.7NAND Flash 存存儲(chǔ)器 PAGEREF _Toc h 3h。 HYPERLINK l _Toc 1.8 串口電路 PAGEREF _Toc h 3k。 HYPERLINK l _Toc 2.S3C2410啟啟動(dòng)過(guò)程 PAGEREF _Toc h 4p。 HYPERLINK l _Toc 3.簡(jiǎn)單Boot loader的制

4、作 PAGEREF _Toc h 4o。 HYPERLINK l _Toc 3.1 Boot loader工作原理 PAGEREF _Toc h 4y。 HYPERLINK l _Toc 3.2第一階段 PAGEREF _Toc h 4P。 HYPERLINK l _Toc 3.3第二階段 PAGEREF _Toc h 5b。 HYPERLINK l _Toc 3.4程序的下載和調(diào)調(diào)試 PAGEREF _Toc h 5V。 HYPERLINK l _Toc 4.心得體會(huì) PAGEREF _Toc h 5v。 HYPERLINK l _Toc 參考文獻(xiàn): PAGEREF _Toc h 6d。 P

5、AGE 6S3C2410最小系系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：介紹了以嵌入式式芯片S3C2410為核核心的最小嵌入式式系統(tǒng)構(gòu)建方法，給給出了S3C2410的復(fù)復(fù)位電路、電源電電路、存儲(chǔ)器電路路和串口電路等硬硬件組成。還介紹紹了在ADS環(huán)境境下自制的最小Boot loader程程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試方方法。2。關(guān)鍵字：嵌入式；S3C2410；ADS；Boot loaderC。S3C2410是Samsung公公司基于ARM920T內(nèi)內(nèi)核的嵌入式微處處理器。本文以S3C2410為核心，配置了最基本外圍電路構(gòu)成了最小的嵌入式系統(tǒng)，并在ADS上開(kāi)發(fā)了啟動(dòng)程序，完成硬件初始化，配置運(yùn)行環(huán)境，串口調(diào)試功能。通過(guò)本文可以從底層了解S3

6、C2410的特性和工作原理，并對(duì)Boot loader程序會(huì)有深入的認(rèn)識(shí)，為嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)做鋪墊。N。1.S3C2410基基本外圍電路設(shè)計(jì)計(jì)S3C2410 1.1系統(tǒng)框圖復(fù)位電路串口電路電源、晶振SDRAMNand FlashJTAG圖1 系統(tǒng)框圖Fig.1 Diagram of SystemO。1.2 電源電路S3C2410工作時(shí)內(nèi)內(nèi)核需要1.8V電電壓，I/O端口口和外設(shè)需要3.3V電電壓1。VDDi/VDDiarm引引腳是供S3C2410內(nèi)核核的1.8V電壓壓；VDDalive引引腳是功能復(fù)位和和端口狀態(tài)寄存器器電壓。 M12引引腳RTCVDD是是RTC模塊的1.8V電電壓，用電池供電

7、電保證系統(tǒng)的掉電電后保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘鐘。VDDOP引腳是是I/O端口3.3V電電壓；VDDMOP引腳是存儲(chǔ)器器I/O端口電壓壓；還有一系列VSS引引腳需要接到電源源地上。3.3V電電壓從5V用AMS1117-3.3轉(zhuǎn)換得到到如圖2所示；1.8V從從3.3V通過(guò)MIC5207-1.8轉(zhuǎn)換得到到如圖3所示。l。圖3 3.3V轉(zhuǎn)1.8VFig.3 3.3V to 1.8V圖2 5V轉(zhuǎn)3.3VFig.2 5V to 3.3V7。1.3 晶振電路S3C2410內(nèi)部有時(shí)時(shí)鐘管理模塊，有有2個(gè)鎖相環(huán)，其其中MPLL產(chǎn)生生CPU主頻FCLK、AHB總線外設(shè)設(shè)時(shí)鐘HCLK和和APB總線外設(shè)設(shè)時(shí)鐘PCLK；UPLL產(chǎn)

8、生USB模模塊的時(shí)鐘。OM3、OM2都接地時(shí)時(shí)主時(shí)鐘源和USB模模塊時(shí)鐘源都由外外接晶振產(chǎn)生1。在XTIpll和XTOpll之間間連接主晶振，可可以選擇12MHz晶晶振，通過(guò)內(nèi)部寄寄存器的設(shè)置產(chǎn)生生不同頻率的FCLK、HCLK和PCLK；在XTIrtc和和XTOrtc上上需要接32.768 kHz的晶振供供RTC模塊使用用。同時(shí)在MPLLCAP和和UPLLCAP上上也要外接5pF的的環(huán)路濾波電容。晶晶振電路如圖4所所示。Z。圖4 晶振電路Fig.4 Crystal Circuit1.4 復(fù)位電路圖5 復(fù)位電路Fig.5 Reset CircuitS3C2410的J12引引腳為nRESET復(fù)復(fù)位

9、引腳，nRESET上上給4個(gè)FCLK時(shí)時(shí)間的低電平后就就可以復(fù)位?？梢砸栽O(shè)計(jì)如圖5所示示的復(fù)位電路，其其中上電復(fù)位是靠靠RC電路特性完完成，開(kāi)關(guān)二極管管1N4148在手手動(dòng)復(fù)位時(shí)對(duì)電容容起快速放電的作作用，因此可以把把復(fù)位電平快速拉拉到0V。反響門(mén)門(mén)74HC14可可以起到延時(shí)作用用，保證有足夠復(fù)復(fù)位時(shí)間。R。1.5 JTAG接口口S3C2410有標(biāo)準(zhǔn)的的JTAG接口，TCK（H6）為為測(cè)試時(shí)鐘輸入；TDI（J1）為為測(cè)試數(shù)據(jù)輸入；TDO（J5）為為測(cè)試數(shù)據(jù)輸出；TMS（J3）為為測(cè)試模式選擇，TMS用用來(lái)設(shè)置JTAG接接口處于某種特定定的測(cè)試模式；nTRST（H5）為為測(cè)試復(fù)位，輸入入引腳，低

10、電平有有效。其中nTRST、TMS、TCK、TDI需要接10K的的上拉電阻。通過(guò)過(guò)JTAG口可以以完成芯片測(cè)試或或在線編程。9。1.6SDRAM存儲(chǔ)儲(chǔ)器1S3C2410有32根根數(shù)據(jù)線和27根根地址線，因此地地址線的尋址范圍圍為128M；但是S3C2410還有有8根存儲(chǔ)器芯片片片選信號(hào)線nGCS0nGCS7，因因此總的尋址空間間為128M*8=1G。Nand Flash啟啟動(dòng)模式下復(fù)位時(shí)時(shí)S3C2410的存存儲(chǔ)器映射如圖6所所示。如當(dāng)訪問(wèn)物物理地址0 x0 x內(nèi)內(nèi)的地址則nGCS1自自動(dòng)為低電平，以以此類(lèi)推。k。通過(guò)圖6可知SDRAM只只能連接在nGCS6和和nGCS7片選選引腳上。S3C24

11、10提提供了SDRAM的的接口，其中包括括nSRAS:行行信號(hào)鎖存；nSCAS:列信號(hào)鎖存；nSCS1:0（就是是nGCS6:7）：片選信信號(hào)；DQM3:0：數(shù)據(jù)屏蔽蔽；SCLK1:0：時(shí)鐘；SCKE：時(shí)鐘有效；nBE3:0：高/低字節(jié)有效；nWBE3:0：寫(xiě)有有效。下面以2片片HY57V為例例介紹SDRAM和和S3C2410的的連接方法。HY57V是是4塊16位32M的的SDRAM存儲(chǔ)儲(chǔ)器，用2片可以以構(gòu)成32位的64M存存儲(chǔ)器。HY57V的的行地址13位RA0RA12，列地地址9位CA0CA8，行和列列地址是復(fù)用的。HY57V包包括4個(gè)塊，通過(guò)過(guò)BA0、BA1的的組合選擇塊。HY57V是是

12、16位存儲(chǔ)器，因因此數(shù)據(jù)線為DQ0DQ15，還有有CS片選，CLK時(shí)時(shí)鐘，CKE時(shí)鐘鐘使能，RAS行行鎖存，CAS列列鎖存， WE寫(xiě)寫(xiě)使能等引腳。圖圖7表示了HY57V和和S3C2410的的連接方法，其中中BA0、BA1需需要連接ADD24和和ADDR25，通通過(guò)S3C2410的的說(shuō)明可知，因?yàn)闉閮?nèi)存總大小是64M因因此塊選擇信號(hào)必必須使用ADDR24和和ADDR25。因因?yàn)镠Y57V的的行列地址復(fù)用，因因此S3C2410必必須知道行列地址址各多少位，這個(gè)個(gè)需要在BANKCON6寄寄存器的SCAN字字段指定。W。圖7 SDRAM連接圖Fig.7 SDRAMConnection圖6 存儲(chǔ)器映射圖

13、Fig.6 Map of MemoryQ。1.7NAND Flash 存儲(chǔ)器2S3C2410內(nèi)部有NAND Flash控制制器，支持從NADN Flash啟動(dòng)動(dòng)。圖8是K9F1208 64M Flash芯芯片和S3C2410的連連接方式。S3C2410采用用一組內(nèi)部寄存器器來(lái)完成NAND Flash的操操作。E。圖9 UART連接圖Fig.9 UART Connection圖8 NAND Flash連接圖Fig.8NAND Flash ConnectionD。1.8 串口電路3S3C2410的UART提提供了三個(gè)同步串串行IO口，圖9是是COM0的連接接方式。串口數(shù)據(jù)據(jù)的收發(fā)有查詢方方式、中斷

14、方式和和DMA方式等，這這些可以在UCON0 (UART channel 0 control register )寄存器中設(shè)置置。UTXH0 (UART channel 0 transmit buffer register )把要發(fā)送的數(shù)數(shù)據(jù)寫(xiě)入此寄存器器。URXH0 (UART a。channel 0 receive buffer register )讀此寄存器獲獲得串口接收的數(shù)數(shù)據(jù)。串口一般可可以用作程序運(yùn)行行信息的輸出和程程序調(diào)試。2。2.S3C2410啟啟動(dòng)過(guò)程1當(dāng)S3C2410的OM0、OM1引腳接低低電平時(shí)S3C2410就從從NADN Flash啟啟動(dòng)。在NAND Flash啟動(dòng)動(dòng)

15、模式下上電后NAND Flash控制制器自動(dòng)將NAND Flash的最最前面的4k區(qū)域域拷貝到所謂的“steppingstone”里面。這一過(guò)程完全由硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)?！皊teppingstone”實(shí)際上是S3C2410內(nèi)部的一個(gè)SRAM，因?yàn)镹ADN Flash不支持程序片內(nèi)運(yùn)行，因此必須把NAND Flash內(nèi)的指令拷貝到SRAM或SDRAM中才可以運(yùn)行。在拷貝完前4k代碼后,NAND Flash控制器自動(dòng)將“steppingstone”映射到arm地址空間0 x開(kāi)始的前4k區(qū)域。在映射過(guò)程完成后NAND Flash控制器將pc指針直接指向arm地址空間的0 x位置,準(zhǔn)備開(kāi)始執(zhí)行“steppi

16、ngstone”上的代碼。而“steppingstone”上從NAND Flash拷貝過(guò)來(lái)的4k代碼,是程序員寫(xiě)的boot loader的前4k代碼。 boot loader之前寫(xiě)好,并已經(jīng)被燒寫(xiě)到NAND Flash的0 x開(kāi)始區(qū)域。I。3.簡(jiǎn)單Boot loader的制作3.1 Boot loader工作原理4圖10 流程圖Fig.10 Flow ChartBoot loader是是引導(dǎo)操作系統(tǒng)的的程序，也是開(kāi)發(fā)發(fā)階段目標(biāo)板和PC機(jī)機(jī)的通信工具。Boot loader一一般都放在NAND Flash 的的起始位置，這樣樣上電后Boot loader的的第一個(gè)指令被自自動(dòng)執(zhí)行。由于 Boot

17、 Loader 的實(shí)現(xiàn)依賴于 CPU 的體系系結(jié)構(gòu)，因此大多多數(shù) Boot Loader 都分為 stage1 和 stage2 兩大部分。依賴賴于 CPU 體體系結(jié)構(gòu)的代碼，比比如設(shè)備初始化代代碼等，通常都放放在 stage1 中，而且通常都都用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到短小小精悍的目的。而而 stage2 則通常用C語(yǔ)言言來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可可以實(shí)現(xiàn)給復(fù)雜的的功能，而且代碼碼會(huì)具有更好的可可讀性和可移植性性。階段1和階段段2的工作流程如如圖10。C。3.2第一階段第一階段主要工作是硬硬件設(shè)備初始化，加加載 Boot Loader的的stage2，準(zhǔn)準(zhǔn)備RAM 空間間；拷貝 Boot Loader的

18、的stage2到到RAM空間中；設(shè)置好堆棧；跳跳轉(zhuǎn)到 stage2 的 C 入口點(diǎn)點(diǎn)。L。下面介紹ADS環(huán)境下下開(kāi)始制作簡(jiǎn)單Bootloader的的方法。先建立工程命名為myBoot，定定義出程序的基本本結(jié)構(gòu)如下：AREA myBoot, CODE, READONLY ;聲明一個(gè)代碼段，名稱為myBootK。ENTRY ;程序入口聲聲明，程序的開(kāi)始始執(zhí)行位置y。 _ENTRY ;入口名稱為_(kāi)ENTRY6。 ;中間寫(xiě)寫(xiě)主要代碼F。 END ;程程序結(jié)束H。在myBoot工程的的Settings中中做一些設(shè)置。首首先設(shè)置TargetTarget Setting post Link中選擇擇ARM f

19、romELF，表示在鏈接生生成映像文件后，再再調(diào)用FromELF命命令映像文件轉(zhuǎn)換換成其他格式的文文件。LinkerArm LinkerOutputLink Type選Simple 簡(jiǎn)單連接方式；RO Base設(shè)設(shè)置為0 x 代碼碼段連接地址。實(shí)實(shí)際上RO BASE指指定了程序的靜態(tài)態(tài)連接地址。程序序真正被執(zhí)行時(shí)所所在的內(nèi)存地址叫叫做運(yùn)行地址。如如果連接時(shí)用到絕絕對(duì)地址的話運(yùn)行行地址和鏈接地址址保持一致時(shí)程序序才能正常運(yùn)行，這這種代碼叫做與位位置有關(guān)代碼。如如果連接時(shí)沒(méi)有涉涉及到絕對(duì)地址那那么連接地址和運(yùn)運(yùn)行地址不一樣程程序也可以正常運(yùn)運(yùn)行，這種代碼叫叫做位置無(wú)關(guān)的代代碼。但是Bootload

20、er一一開(kāi)始時(shí)被加載在在0 x00位置開(kāi)開(kāi)始運(yùn)行，這會(huì)不不會(huì)和RO Base設(shè)設(shè)置地址沖突呢？實(shí)際上是會(huì)沖突突的，解決沖突的的辦法就采用位置置無(wú)關(guān)代碼（PIC）。實(shí)實(shí)際上Boodloader的的絕大部分代碼最最后想讓它運(yùn)行在在0 x開(kāi)始的SDRAM里里，只有第一階段段代碼運(yùn)行在0 x00開(kāi)開(kāi)始的SRAM里里，因此把階段1用用位置無(wú)關(guān)的匯編編代碼實(shí)現(xiàn)整個(gè)程程序就正常運(yùn)行了了。RW Base是是數(shù)據(jù)段的開(kāi)始位位置，如果不指定定數(shù)據(jù)段就緊接著著代碼段放置。如如果自己設(shè)置的話話程序里還需要自自己處理加載數(shù)據(jù)據(jù)段到實(shí)際數(shù)據(jù)段段RW Base的的搬移操作，否則則具有初始值的變變量的初始值不起起作用。在Op

21、tions-Image entry point指指定代碼的入口_ENTRY。G。程序的第一步要設(shè)置中中斷向量表。S3C2410有7種種中斷，中斷入口口地址在0 x00開(kāi)開(kāi)始處，每個(gè)中斷斷占用4可字節(jié)，正正好可以放一個(gè)跳跳轉(zhuǎn)指令。程序如如下：S。bResetHandler ;復(fù)位中斷，也也是整個(gè)程序的入入口，b指令是根根據(jù)當(dāng)前PC進(jìn)行行跳轉(zhuǎn)，因此可以以實(shí)現(xiàn)位置無(wú)關(guān)代代碼5。在ResetHandler中需要做的工作有：關(guān)閉看門(mén)狗、關(guān)閉所有中斷、設(shè)置主頻、初始化SDRAM、設(shè)置中斷堆棧，最后搬移代碼到SDRAM中。最后一步跳轉(zhuǎn)到C程序的入口函數(shù)main中。u。3.3第二階段6這階段代碼用C語(yǔ)言編編寫(xiě)

22、，從main函函數(shù)開(kāi)始。這個(gè)階階段的主要任務(wù)有有串口初始化、MMU的的初始化、USB初初始化、以太網(wǎng)初初始化等。Bootloader工工作時(shí)顯示屏可能能還沒(méi)有工作，或或者目標(biāo)板根本就就沒(méi)有顯示屏或鍵鍵盤(pán)等設(shè)備，因此此人機(jī)交互一般通通過(guò)串口來(lái)實(shí)現(xiàn)。因因此必須初始化串串口，通過(guò)串口打打印運(yùn)行信息或者者接收用戶輸入。用用串口連接到PC上上，用專(zhuān)用或通用用的串口軟件來(lái)接接收信息或輸入信信息。USB口、以太網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)快速的文件傳輸輸，其他程序或操操作系統(tǒng)內(nèi)核可以以通過(guò)USB或以以太網(wǎng)口快速的下下載到目標(biāo)板上。S。3.4程序的下載和調(diào)調(diào)試編譯工程后會(huì)得到一個(gè)個(gè)bin文件，這這就是在目標(biāo)板上上運(yùn)行最后文件

23、。Bootloader一般用JTAG口來(lái)燒寫(xiě)，因?yàn)锽ootloader之前板子上其他任何接口（串口、USB、以太網(wǎng)）都是不可用的，Bootloader是板子上運(yùn)行的第一個(gè)程序。PC機(jī)上通過(guò)JTAG口燒寫(xiě)文件可以用sjf2410.exe這個(gè)程序，運(yùn)行方式如下sjf2410 /f:myBoot.bin。如果JTAG口連接正常的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)CPU，然后根據(jù)提示選擇相應(yīng)的位置燒寫(xiě)就可以了。燒寫(xiě)完復(fù)位板子后可以在PC上通過(guò)串口看到Bootloader的運(yùn)行情況。O。4.心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)對(duì)S3C2410工作作必須的外圍電路路，以及ADS下下S3C2410的程序設(shè)設(shè)計(jì)方法做了詳細(xì)細(xì)的介紹，有不足足的地方請(qǐng)老師指指正。h。參考文獻(xiàn):1 SAMSUNG ELECTRONICS. S3C2410 MICROPROCESSOR data sheet. 2003.q。2 陳文智.嵌嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)原原理與實(shí)踐M.北京：清華大大學(xué)出版社，2005.p。3 畢衛(wèi)紅,王王帥，郝科卿等.ADS環(huán)境下基于S3C24