基于ARM處理器的 PC／1 04處理器模塊的開發(fā)-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯基于ARM處理器的PC／104處理器模塊的開發(fā)-基礎(chǔ)電子摘要PC／104是一種專門為嵌入式應(yīng)用而定義的總線。本文介紹的是一種基LPC2129ARM處理器的PC／104模塊，介紹了利用ARM處理器開發(fā)PC／104處理模塊的基本結(jié)構(gòu)、總線技術(shù)、串行通信接口以及驅(qū)動(dòng)程序，為ARM處理器在PC／104領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一種新的思路。

PC／104是一種專門為嵌入式應(yīng)用而定義的總線，lEEE會(huì)將它定義IEEE—P9961，信號(hào)定義和PC／AT基本一致，但氣和機(jī)械規(guī)范卻完全不同，是一種優(yōu)化的、小型、堆棧式結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)?；赑C／104結(jié)構(gòu)的模塊由于開發(fā)方便、品種富、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

ARM(AdvancedRISCMachine)公司成立于1990年月，是蘋果電腦，Acorn電腦集團(tuán)和VLSITechnology的合資業(yè)。ARM首創(chuàng)了CHlPLESS的模式，該公司只設(shè)計(jì)出高效ARM內(nèi)核，通過將ARM內(nèi)核授權(quán)給半導(dǎo)體公司，由半導(dǎo)體公根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況加上各種外圍的功能比如Flash、串RTC等構(gòu)成一塊完整的芯片。

本文主要介紹基于ARM的PC／104模塊的結(jié)構(gòu)，并給出總線模擬、串行通訊接口以及驅(qū)動(dòng)程序的相關(guān)內(nèi)容。

1PC／104處理器模塊的要求

在工業(yè)控制和數(shù)據(jù)采集中，PC／104模塊的總線、串口功是必不可少的，而硬盤接口、并行口、鍵盤口等lO口卻很少用，因此在選用另外的CPU代替x86作為PC／104模塊的處器首先要求能夠兼容原有的PC／104總線，使得符合PC／規(guī)范的數(shù)字量輸入／輸出模塊、模擬量輸入／輸出模塊以及針PC／104系統(tǒng)開發(fā)的各個(gè)系統(tǒng)能夠正常使用；其次該處理器須具有2個(gè)串行接口，以適應(yīng)大部分場(chǎng)合的串行通訊需要三，必須具有可以滿足足夠的程序空間和RAM空間為用戶的序和數(shù)據(jù)使用；第四，必須具有RTC(RealTimeClock)，并能斷電時(shí)保持系統(tǒng)時(shí)間不變；第五，友好的開發(fā)環(huán)境，以適應(yīng)現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)的需要。

2基于Inte1386SX的PC／104模塊的缺點(diǎn)

首先，基于386SX的PC／104處理器模塊的成本比較386SX／40的控制模塊的價(jià)格在千元以上；第二，功耗較大瓦的功耗給電源供應(yīng)、散熱的設(shè)計(jì)帶來一系列的問題，并且不合某些低功耗要求的環(huán)境中應(yīng)用；第三：程序燒寫繁瑣，基x86的PC／104的理器模塊一般采用DOC(DiskOnCh或者DOM(DiskOnModule)作為程序存儲(chǔ)器，由于DOC用燒寫工具比較昂貴，所以實(shí)際生產(chǎn)時(shí)多采用人工燒錄方法括格式化、復(fù)制多個(gè)步驟，每燒一塊芯片需要斷電、重新啟動(dòng)器數(shù)次，效率低下、操作繁瑣；第四，系統(tǒng)啟動(dòng)速度慢，從上電開始執(zhí)行用戶程序一般需要2—5秒時(shí)間，WDT溢出時(shí)恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，容易遺漏一些重要的事件。第五，開發(fā)環(huán)境不夠友好，基于386SX的PC／104處理器模塊的程序一般在DOS環(huán)境下開發(fā)，開發(fā)工具一般為TURBOC或者BORLANDC，開發(fā)環(huán)境比較落后，編程、調(diào)試非常的不方便。

3ARM處理器的特點(diǎn)

首先速度快，ARM是一種基于RISC架構(gòu)的處理器，運(yùn)行在44MHz的ARM的處理器的處理能力可大40MlPS，遠(yuǎn)大于基于CISC架構(gòu)386SX／40的13MIPS；其次，功耗非常低，例LPC2129的內(nèi)核耗電僅為30mA(供電電壓為1．8V，時(shí)鐘為60MHz)，功耗為54mW，不到386SX的十分之一；第三，集成度高、功能強(qiáng)大，很多世界的半導(dǎo)體廠家都購(gòu)買了ARM的內(nèi)核，并根據(jù)市場(chǎng)的需要推出了集成豐富外圍功能包括SRAM、RTC，CAN接口、串行口、以太網(wǎng)接口等等的芯片，在很多應(yīng)用場(chǎng)合，一塊ARM芯片可以滿足所有的需要；第四，價(jià)格低廉，ARM芯片生產(chǎn)廠家很多，在工業(yè)控制和民用產(chǎn)品中的應(yīng)用也非常廣泛，芯片價(jià)格非常低廉，帶128KFLASH的PHILIPSLPC2104的市場(chǎng)價(jià)格僅為50元人民幣。

4CPU的選擇

經(jīng)過80186、X51、ARM、DSP等多種CPU比較后終確定采用ARM作為PC104處理器模塊的替代處理器，為了兼容原有的基于PC／104設(shè)計(jì)的板卡。經(jīng)過多家ARM產(chǎn)品的比較，終確定采用PHILIPSLPC2129作為本次開發(fā)的PC／104處理器模塊的CPU。LPC2129是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16／32位ARM7TDMl—SCPU，并內(nèi)置256K字節(jié)(KB)的高速Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在時(shí)鐘速率(60MHz)下運(yùn)行。LPC2129采用很小的TQFP一64封裝、具有極低的功耗、2個(gè)串口、多個(gè)32位定時(shí)器、4路10位ADC、2路CAN、PWM通道、46個(gè)GPlO以及多達(dá)9個(gè)外部中斷使它特別適用于工業(yè)控制領(lǐng)域CPU模塊的開發(fā)。

5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于ARM的PC／104系統(tǒng)主要由處理器、總線接口、Flash、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、復(fù)位電路、通訊接口、調(diào)試接口、電源幾個(gè)部分組成，如圖1所示。

6硬件設(shè)計(jì)

61總線部分

本模塊開發(fā)的關(guān)鍵之一是PC／104總線的接口，包括控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線，采用專用的33V／5V電平轉(zhuǎn)換芯片74LVC4245以保證不同電平電路的高速互連，74LVC4245是一塊A38位的總線收發(fā)器，并可以在5V和3．3V系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。

地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線可以采用PHILIPS的LPC2292等帶擴(kuò)展總線ARM處理器的總線，也可以采用LPC2192ARM處理器電平轉(zhuǎn)換收發(fā)器的P0口、P1口的空閑引腳行模擬。在總線模擬時(shí)，由于P0口引腳和擴(kuò)展功能的復(fù)用，因地址總線、數(shù)據(jù)總線很難選用連續(xù)的IO引腳，在編寫總線驅(qū)程序時(shí)只能通過CPU的移位指令靈活的處理：

voidoutportb(unsignedintportAddress，unsignedcharvalue)

{

addr=(portAddress1O)：／／將地址向右移1O位

a=(value21)：／／利用兩次移位，合成一個(gè)8位數(shù)據(jù)

b=(value23)．

a=(a＆Ox01eO0000)；／／屏蔽無關(guān)位

b=(b＆O×78OOOOOO)：

data=(aIb)：

}

6_2串口通訊

串口通訊是工業(yè)控制中的一個(gè)非常重要的通訊方式，原的x86PC／104處理器模塊包含兩個(gè)帶Modem接口的RS23接口，由于在實(shí)際應(yīng)用中很少用到全功能的Modem接口，所在開發(fā)中省略RS232接口中的與Modem通訊握手相關(guān)的號(hào)，包括RTS、DCD、CTS、RI、DTR、DSR六個(gè)通訊握手的信號(hào)只保留RXD、T×D、GND三個(gè)信號(hào)。在接口上仍舊采用雙排針的插座，引腳排列也按照DTE(DigitalTerminalEquipmen的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，以達(dá)到和原有的386S×／40的PC／104處理器塊的充分兼容。

由于省略了Modem通訊握手的相關(guān)信號(hào)，使得采用1TTL／RS232的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232實(shí)現(xiàn)兩個(gè)串口的接口成為可能，并在實(shí)際的使用中得到了驗(yàn)證。

6．3驅(qū)動(dòng)程序

為了兼容已有的系統(tǒng)減少軟件移植的工作量，因此在編寫底層驅(qū)動(dòng)程序時(shí)已充分考慮和DOS開發(fā)環(huán)境的底層驅(qū)動(dòng)程序兼容，伯比侶如仃在編垤寫¨總”線驅(qū)動(dòng)程序時(shí)編寫了unsignedcharinportb(unsignedintportAddress)和voidoutportb(unsignedintportAddress．unsignedcharvalue)兩個(gè)函數(shù)：voidoutportb(unsignedintportAddress，unsignedcharvalue)

{

}：

unsignedcharinportb(unsignedintportAddress)

{ll_

}

這樣原有在Dos下開發(fā)的程序源代碼不需要修改，只需要在ARM的開發(fā)平臺(tái)上重新編譯一下即可。

7結(jié)束語(yǔ)

采用ARM處理器替代386SX的PC／104處理器模塊后，首先成本大幅降低，該模塊在某公司的環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器中投用后，產(chǎn)品的單位生產(chǎn)成本大幅降低，同時(shí)也限度的利用了以前的開發(fā)成果。第二，功耗大幅降低，CPU模塊的功耗從原來8W降低到現(xiàn)在的1W；第三，程序燒錄方便，可以通過JTAG口或者串El直接程序，非常方便。第四，啟動(dòng)速度加快，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間小于0、5秒，遠(yuǎn)小于基于386SX的PC／104處理器的2—4秒；第五，執(zhí)行速度加快，全部任務(wù)執(zhí)行完畢的時(shí)間從2ms縮短為0．5ms，速度提高了約4倍；第六，開發(fā)平臺(tái)更加友好，基于386SX的PC／104模塊的開發(fā)在D0S下進(jìn)行，開發(fā)工具一般用TURBOC或者BORLANDC，ARM開發(fā)則采用WlND0WS下的ADS(ARMDeveloperSuite)進(jìn)行開發(fā)，而且可以非常方便地在線跟蹤和調(diào)試。

采用LPC2129CPU的PC／104處理器的車輛檢測(cè)器在國(guó)家“十五”科技攻關(guān)lTS專項(xiàng)杭州市智能交通系統(tǒng)示范工程的西湖隧道、九曜山隧道中成功的投入使用，準(zhǔn)確、及時(shí)、可靠的采集了隧道的車速、流量、車道占有率等道路交通信息，取得了良好的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn):

[1].RISCdatasheet/datasheet/RISC_1189725.html.[2].LPC2129datasheet