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1、微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计第十章第十章 基于基于ARMARM微处理器的硬微处理器的硬件系统设计件系统设计5学时学时1微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计第十章第十章 基于基于ARMARM微处理器的硬件系统设计微处理器的硬件系统设计10.1 基于基于ARM微处理器的系统设计概述微处理器的系统设计概述（理解）（理解）10.2 S3C2440A微处理器微处理器（了解）（了解）S3C2440A微处理器简介微处理器简介S3C2440A内部结构及主要特性内部结构及主要特性S3C2440A外部引脚外部引脚10.3 ARM微处理器最小硬件系统微
2、处理器最小硬件系统（掌握）（掌握）电源模块电源模块时钟模块时钟模块复位模块复位模块JTAG调试接口调试接口外部存储器模块外部存储器模块2微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计第十章第十章 基于基于ARMARM微处理器的硬件系统设计微处理器的硬件系统设计10.4 人机交互接口人机交互接口键盘与键盘与LED接口接口（掌握）（掌握）LCD显示接口显示接口（理解）（理解）触摸屏接口触摸屏接口（理解）（理解）10.5 通信接口通信接口串行通信接口串行通信接口（掌握）（掌握）其他通信接口其他通信接口（理解）（理解）3微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计
3、10.1 10.1 基于基于ARMARM微处理器的系统设计概述微处理器的系统设计概述ARMARM微处理器有多种内核结构，还有多种多微处理器有多种内核结构，还有多种多样的内部功能配置组合，所以在设计一个系样的内部功能配置组合，所以在设计一个系统时选择最合适的统时选择最合适的ARMARM芯片是非常重要的。芯片是非常重要的。一些主流的一些主流的ARM9ARM9处理器芯片如：处理器芯片如：u飞思卡尔：飞思卡尔：MC9328MX27MC9328MX27u三星：三星：S3C2440A S3C2440A uAtmelAtmel公司：公司：AT91SAM9263 AT91SAM9263 u意法半导体：意法半导
4、体：STR91x STR91x u恩智浦半导体：恩智浦半导体：LPC2000 LPC2000 系列系列4微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计三星公司推出的基于三星公司推出的基于ARMARM内核的微处理器主要面向消费类便内核的微处理器主要面向消费类便携式设备携式设备,为手持为手持设备和一般应用提供了高性价比和高性能的设备和一般应用提供了高性价比和高性能的微控制器解决方案。微控制器解决方案。包括：包括：采用采用ARM7TDMIARM7TDMI内核的内核的S3C44B0S3C44B0和和S3C3410S3C3410采用采用ARM926EJ-SARM926EJ-S内核的内核
5、的S3C2412S3C2412，S3C2413S3C2413，S3C2416S3C2416，S3C2450S3C2450和和S3C24A0S3C24A0采用采用ARM920TARM920T内核的内核的S3C2410S3C2410，S3C2440S3C2440，S3C2442S3C2442和和S3C2443S3C2443采用采用ARM1176JZFARM1176JZF内核的内核的S3C6400S3C6400等等三星公司采用三星公司采用ARMARM内核的微处理器主要按照应用来划分，如内核的微处理器主要按照应用来划分，如通用型通用型3232位位MCUMCU主要采用主要采用ARM7TDMIARM7TD
6、MI内核，面向内核，面向CAN/LINCAN/LIN总线、以太网、发动机控制和总线、以太网、发动机控制和RFIDRFID等应用场合。等应用场合。10.2 10.2 三星公司的三星公司的ARMARM微处理器芯片微处理器芯片5微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计三星公司的三星公司的S3C2440AS3C2440A采用采用ARM920TARM920T内核，实内核，实现了现了MMUMMU，AMBAAMBA总线总线和哈佛架构的高速缓冲体和哈佛架构的高速缓冲体系结构。系结构。在高速缓存方面采用了独在高速缓存方面采用了独立的立的16 KB16 KB的的I-cacheI-cache
7、和和16 16 KBKB的的D-cacheD-cache。采用采用0.13 0.13 m CMOSm CMOS工艺工艺标准宏单元和存储器单元，标准宏单元和存储器单元，其低功耗、简洁的结构和其低功耗、简洁的结构和全静态电路设计特别适合全静态电路设计特别适合对成本和功耗敏感的应用。对成本和功耗敏感的应用。为了降低整机系统的成本，为了降低整机系统的成本，提供了各类丰富的功能模提供了各类丰富的功能模块，在系统设计中无需配块，在系统设计中无需配置额外的外部组件。置额外的外部组件。6微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计 飞思卡尔公司的飞思卡尔公司的ARMARM微处理器芯片微处理
8、器芯片美国美国飞思卡尔公司采用飞思卡尔公司采用ARMARM内核的微处理器命名为内核的微处理器命名为i.MXi.MX系列，该系列主要包含以下子系列：系列，该系列主要包含以下子系列：i.MXSi.MXS，i.MXLi.MXL，i.MX1i.MX1，i.MX21i.MX21，i.MX27i.MX27，i.MX31i.MX31，i.MX35i.MX35，i.MX37i.MX37、i.MX51i.MX51等等该系列微处理器主要应用于智能手机、便携式多媒体该系列微处理器主要应用于智能手机、便携式多媒体播放器、便携式导航设备、视频监控、销售终端机播放器、便携式导航设备、视频监控、销售终端机系统和条码扫描仪等
9、消费类、工业、健康等领域的系统和条码扫描仪等消费类、工业、健康等领域的产品。产品。除除i.MXi.MX系列微处理器以外，飞思卡尔公司还有少数系列微处理器以外，飞思卡尔公司还有少数其他产品也采用了其他产品也采用了ARMARM内核，例如适用于便携式多内核，例如适用于便携式多媒体播放器和导航设备的媒体播放器和导航设备的STMP37XXSTMP37XX系列产品。系列产品。7微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计飞思卡尔公司的飞思卡尔公司的i.MX27i.MX27l采采用用ARM926EJ-SARM926EJ-S内内核核，一一级级指指令令缓缓存存和和数数据据缓缓存存各有各有16
10、KB16KBl集集 成成 了了 1616通通 道道 DMADMA和和ETMETM实时调试接口实时调试接口lAHBAHB总总线线采采用用了了6363多多层层交交叉叉开开关关（MAXMAX），支支持持多多个个并并行行事事项项，改改善善总线的有效吞吐量。总线的有效吞吐量。l其其外外部部存存储储器器接接口口可可以以支支持持16/3216/32位位SDRAMSDRAM或或DDRDDR存存储储器器、8/168/16位位NAND NAND flashflash存储器和存储器和PSRAMPSRAM。8微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计AtmelAtmel公司的公司的ARMARM微
11、处理器芯片微处理器芯片美国美国AtmelAtmel公司继成功推出公司继成功推出AT89AT89系列（兼容系列（兼容MCS-51MCS-51）和）和AT90AT90系列系列(RISC)(RISC)单片机后，采用业界流行的单片机后，采用业界流行的ARMARM内核推出了更强的内核推出了更强的3232位位AT91AT91系列微控制器。该系列主要包含以下子系列：系列微控制器。该系列主要包含以下子系列：AT91M42800AAT91M42800A，AT91M55800AAT91M55800AAT91RM9200AT91RM9200，AT91SAM7AAT91SAM7AAT91SAM7L(AT91SAM7L
12、(低功耗低功耗)，AT91SAM7SAT91SAM7SAT91SAM7SEAT91SAM7SE，AT91SAM7XAT91SAM7XAT91SAM9AT91SAM9，AT91SAM9XEAT91SAM9XE和和AT91X40AT91X40AT91AT91系列微控制器使用高密度系列微控制器使用高密度CMOSCMOS技术，集成了技术，集成了ARMARM内核内核和大量的和大量的FlashFlash存储器、片内存储器、片内RAMRAM和各种外围功能模块，为许和各种外围功能模块，为许多需要加强运算的嵌入式应用提供了高度灵活且性价比高的解多需要加强运算的嵌入式应用提供了高度灵活且性价比高的解决方案。决方案
13、。9微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计AtmelAtmel公司的公司的AT91SAM9263AT91SAM9263基于基于ARM926EJ-SARM926EJ-S内核的内核的3232位微处理器位微处理器带带MMUMMU存存储储器器管管理理单单元元，支支持持DSPDSP扩扩展展指指令令和和JAVAJAVA硬硬件件加加速速，当当运运行行在在200MHz200MHz时时拥拥有有220MIPS220MIPS的的运运算算性能性能AT91SAM9263AT91SAM9263具具备备两两组组独独立立的的外外部部存存储储器器总总线线EBI0EBI0和和EBI1EBI1，可可以以连
14、连接接多多种种内内存存设设备备和和大大容容量量IDEIDE硬硬盘盘设设备备内内部部嵌嵌有有LCDLCD控控制制器器，可可支支持持2D2D图图形形加加速速、双双通通道道DMADMA和图像传感器接口和图像传感器接口集集成成了了多多种种标标准准外外设设接接口口，例例如如USARTUSART，SPISPI，TWITWI，定定时时计计数数器器，PWMPWM，多多媒媒体体卡卡接接口口和和CANCAN控控制制器器等等10微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计意法半导体公司的意法半导体公司的ARMARM微处理器芯片微处理器芯片意法半导体有限公司意法半导体有限公司(STMicroele
15、ctronics)(STMicroelectronics)是全球最大的半导是全球最大的半导体公司之一。其采用体公司之一。其采用ARMARM内核的微处理器主要包括三个系列：内核的微处理器主要包括三个系列：采用采用Cortex-M3Cortex-M3内核的内核的STM32STM32系列、采用系列、采用ARM7TDMIARM7TDMI内核的内核的STR7STR7系列和采用系列和采用ARM966E-SARM966E-S内核的内核的STR9STR9系列。系列。STM32STM32系列产品得益于系列产品得益于Cortex-M3Cortex-M3在架构上进行的多项改进，在架构上进行的多项改进，包括性能和代码
16、密度同时得以提升的包括性能和代码密度同时得以提升的Thumb-2Thumb-2指令集，大幅指令集，大幅度提高的中断响应，而且所有新功能都同时具有业界最优的度提高的中断响应，而且所有新功能都同时具有业界最优的功耗水平。功耗水平。STR7STR7系列产品融合了系列产品融合了1616位和位和3232位产品的优势，适合嵌入式控位产品的优势，适合嵌入式控制应用，如工业控制、工厂自动化、销售终端设备、医疗和制应用，如工业控制、工厂自动化、销售终端设备、医疗和测试设备以及电信和消费电子应用等。测试设备以及电信和消费电子应用等。STR9STR9系列结合了系列结合了ARM9EARM9E处理器内核和通用闪存，并加
17、入了联处理器内核和通用闪存，并加入了联网功能，使实现各种要求苛刻的应用变得更加简单和廉价。网功能，使实现各种要求苛刻的应用变得更加简单和廉价。11微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计意法半导体公司的意法半导体公司的STR91xSTR91xn采用采用96 MHz ARM966E-S96 MHz ARM966E-S内核，内核，带有单周期的带有单周期的DSPDSP指令和与介质指令和与介质无关的联网功能；无关的联网功能；n大容量存储器可满足复杂的应用、大容量存储器可满足复杂的应用、实时操作系统实时操作系统(RTOS)(RTOS)、通信协、通信协议栈和数据存储的需求；双体闪议
18、栈和数据存储的需求；双体闪存是实现在线编程存是实现在线编程(IAP)(IAP)和和E E2 2PROMPROM仿真的理想结构。仿真的理想结构。n具有优化具有优化DMADMA数据流的数据流的10/100 10/100 MM以太网接口；以太网接口；n支持支持USBUSB，CANCAN，SPISPI，I2CI2C，UART/IrDAUART/IrDA和多个计时器，最多和多个计时器，最多8080个个5 V5 V兼容的兼容的GPIOGPIO；n带有带有1010位位ADCADC并具有全方位的并具有全方位的CPUCPU监控功能；监控功能；n灵活的功耗和时钟管理功能，具灵活的功耗和时钟管理功能，具有多种低功耗
19、模式和带闹钟功能有多种低功耗模式和带闹钟功能的低功耗实时时钟。的低功耗实时时钟。12微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计恩智浦半导体的恩智浦半导体的ARMARM微处理器芯片微处理器芯片l恩智浦半导体由飞利浦在恩智浦半导体由飞利浦在 50 50 多年前创立。恩智浦多年前创立。恩智浦提供半导体、系统解决方案和软件，为电视、机顶提供半导体、系统解决方案和软件，为电视、机顶盒、智能识别应用、手机、汽车以及其他形形色色盒、智能识别应用、手机、汽车以及其他形形色色的电子设备提供更好的感知体验。的电子设备提供更好的感知体验。l恩智浦半导体基于恩智浦半导体基于ARM7ARM7的的L
20、PC2000 LPC2000 为为32 32 位微控位微控制器设定了新的性价比，包括制器设定了新的性价比，包括LPC213xLPC213x，LPC214xLPC214x、LPC2101/2/3LPC2101/2/3等系列，等系列，采用了采用了0.16-0.18 m0.16-0.18 m工艺工艺l更高性能产品系列更高性能产品系列(LPC2300,LPC2400,LPC2800)(LPC2300,LPC2400,LPC2800)采采用了用了0.14um0.14um工艺工艺13微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计恩智浦半导体的恩智浦半导体的LPC2000LPC2000lA
21、RM7TDMI-SARM7TDMI-S内核内核三级流水线三级流水线冯冯诺依曼架构诺依曼架构T:ThumbT:Thumb指令集指令集D:DebugD:Debug扩展扩展M:M:增强的乘法指令增强的乘法指令(32B x 8B-64B)(32B x 8B-64B)I:I:内核带有内核带有EmbeddedICEEmbeddedICE逻辑功能扩展逻辑功能扩展S:S:软核软核l高速嵌入式高速嵌入式FlashFlashl丰富的外设资源丰富的外设资源UART,SPI,I2C,CAN,USB,ethernetUART,SPI,I2C,CAN,USB,ethernet等等l工业级芯片工业级芯片工作温度范围工作温度
22、范围:40C40C+85C/+105C+85C/+105Cl丰富开发工具支持丰富开发工具支持u高性能高性能,低价格低价格14微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计ARMARM芯片的选型芯片的选型性能参数的考虑性能参数的考虑ARMARM核版本核版本工作频率工作频率内部存储器容量内部存储器容量电源控制电源控制DSPDSP协处理器协处理器功耗功耗外设接口的考虑外设接口的考虑USBUSB接口接口RTCRTCGPIOGPIO数量数量其他因素其他因素芯片封装的选择芯片封装的选择u芯片的封装有很多种类型，如：芯片的封装有很多种类型，如：DIPDIP、QFPQFP、PGAPGA、BG
23、ABGA等等u在散热性能、信号完整性特性、体积大小等方面的要求在散热性能、信号完整性特性、体积大小等方面的要求15微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计10.3 ARM10.3 ARM微处理器最小硬件系统微处理器最小硬件系统nARMARM微处理器微处理器；n电源模块电源模块，包括，包括CPUCPU内核和内核和I/OI/O接口电源电源；接口电源电源；n时钟模块时钟模块，包括系统主时钟，包括系统主时钟和实时时钟；和实时时钟；n复位模块复位模块，包括系统上电复，包括系统上电复位、手动复位和内部复位；位、手动复位和内部复位；n存储器模块存储器模块，包括程序保存，包括程序保存存
24、储器（存储器（FLASHFLASH）和程序运）和程序运行存储器（行存储器（SDRAMSDRAM）；）；nJTAGJTAG调试接口模块调试接口模块。最小硬件系统通常是指以最小硬件系统通常是指以嵌入式处理器为嵌入式处理器为核心核心，包含，包含电电源、时钟和复位源、时钟和复位等保障处理器等保障处理器正常工作的基本硬件电路正常工作的基本硬件电路 。16微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计S3C2440AS3C2440A最小硬件系统：电源模块最小硬件系统：电源模块电电源源模模块块是是系系统统工工作作的的能能量量来来源源，其其电电压压、纹纹波波、内内阻阻和和驱驱动动能能力力等等
25、性性能能直直接接影影响响到到系系统统工工作作的的稳稳定定性性，因因此此电电源源模模块块在在系统设计中至关重要。系统设计中至关重要。u电源电源电压电压一定要在系统需求的范围之内一定要在系统需求的范围之内u电电源源的的驱驱动动能能力力一一定定要要能能满满足足整整个个系系统统的的功率需求功率需求u电源纹波和电路电源纹波和电路干扰干扰的处理的处理u在在设设计计PCBPCB时时需需要要对对模模拟拟电电源源和和数数字字电电源源进进行物理上的隔离行物理上的隔离17微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计18微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计S3C2440
26、AS3C2440A最小硬件系统：时钟模块最小硬件系统：时钟模块时时钟钟模模块块为为系系统统提提供供同同步步工工作作信信号号，其其稳稳定定性性直直接接关关系系到系统的工作稳定性。到系统的工作稳定性。在在ARMARM嵌嵌入入式式系系统统中中通通常常包包括括频频率率较较高高的的系系统统主主时时钟钟和频率较低的和频率较低的实时时钟。实时时钟。时钟经内部锁相环后得到四组时钟信号：时钟经内部锁相环后得到四组时钟信号：nFCLKFCLK：ARM920TARM920T内核内核nHCLKHCLK：AHBAHB总总线线、存存储储器器控控制制器器、中中断断控控制制器器、LCDLCD控控制制器器、DMADMA控控制器
27、和制器和USBUSB主机模块主机模块nPCLKPCLK：访访问问APBAPB总总线线的的外外设设，如如WDTWDT，I I2 2S S，I I2 2C C，PWMPWM定定时时器器，MMCMMC接口，接口，ADCADC，UARTUART，GPIOGPIO，RTCRTC和和SPISPI等模块等模块nUCLKUCLK：USBUSB模块需要的模块需要的48 MHz48 MHz时钟时钟19微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计20微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计S3C2440AS3C2440A最小硬件系统：复位模块最小硬件系统：复位模块系统上电
28、复位、手动复位和内部复位系统上电复位、手动复位和内部复位一一般般来来说说系系统统对对外外部部复复位位信信号号波波形形有有一一定定的的要要求求，若若不不能能满满足要求足要求(例如持续时间过短例如持续时间过短)，则系统将不能正常工作。，则系统将不能正常工作。21微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计l存存储储器器模模块块为为系系统统程程序序的的保保存存和和运运行行提提供供空空间间，在在系系统统设设计计中中主主要要根根据据处处理理器器的的存存储储器器接接口口选选择择合合适适的的存存储储器器芯芯片片（存存储储类类型型、容容量、速度和接口类型量、速度和接口类型 ）lARMARM
29、最最小小系系统统中中的的存存储储器器通通常常包包括括存存放放程程序序的的NAND FlashNAND Flash和用于程序运行的和用于程序运行的SDRAMSDRAM。l存存储储器器模模块块通通常常挂挂接接在在ARMARM芯芯片片的的局局部部总总线线上上(外部三总线外部三总线)。S3C2440AS3C2440A最小硬件系统：存储器模块最小硬件系统：存储器模块22微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计“Steppingstone”为系统从外为系统从外部部Flash存储器引导提供支持存储器引导提供支持23微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计使用使
30、用16位存储芯片构造位存储芯片构造32位宽存储器位宽存储器系统系统24微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计ARMARM微微处处理理器器一一般般都都采采用用JTAGJTAG作作为为基基本本调调试接口试接口nTRSTnTRST，TMSTMS，TCKTCK，TDITDI和和TDOTDOS3C2440AS3C2440A最小硬件系统：调试接口最小硬件系统：调试接口25微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计10.4 10.4 人机交互接口人机交互接口n 人机交互接口主要用于人与设备之间的信人机交互接口主要用于人与设备之间的信息交换，通常包括用于信息输入
31、的键盘、触息交换，通常包括用于信息输入的键盘、触摸屏，以及信息输出的各类显示摸屏，以及信息输出的各类显示设备设备。n 以以S3C2440A的相关接口为例介绍各类接的相关接口为例介绍各类接口硬件口硬件结构与使用结构与使用：键盘与键盘与LEDLED接口接口LCDLCD显示接口显示接口触摸屏接口触摸屏接口26微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计键盘与键盘与LEDLED接口接口按键和按键和LED是最常用的两种输入输出器件，使是最常用的两种输入输出器件，使用它们可以实现简单的信号输入和输出，在嵌入式系用它们可以实现简单的信号输入和输出，在嵌入式系统中有重要用途。统中有重要用途
32、。这类简单外设与处理器进行连接时，通常有两这类简单外设与处理器进行连接时，通常有两种方式：一是使用处理器的种方式：一是使用处理器的GPIO直接控制直接控制，由处理，由处理器运行相应软件来实现所需功能；二是使用器运行相应软件来实现所需功能；二是使用专用的控专用的控制芯片制芯片来获取按键信息以及驱动显示。来获取按键信息以及驱动显示。GPIO(General Purpose Input)可以实现任何一可以实现任何一般用途的信号输入般用途的信号输入/输出。输出。ARM处理器芯片的大部分引脚都可以通过设定处理器芯片的大部分引脚都可以通过设定相应的控制寄存器实现基本的相应的控制寄存器实现基本的GPIO功能
33、，并可编程功能，并可编程设置信号方向、电平上拉设置信号方向、电平上拉/下拉等功能。下拉等功能。27微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计在在S3C2440A中共有中共有130个多功能个多功能I/O引引脚，这些引脚除了可以作为某个特殊功能使脚，这些引脚除了可以作为某个特殊功能使用外，均可以配置成用外，均可以配置成GPIO模式，并分为以模式，并分为以下八组：下八组：Port A(GPA)：25个输出端口个输出端口Port B(GPB)：11个输入个输入/输出端口输出端口Port C(GPC)：16个输入个输入/输出端口输出端口Port D(GPD)：16个输入个输入/输出
34、端口输出端口Port E(GPE)：16个输入个输入/输出端口输出端口Port F(GPF)：8个输入个输入/输出端口输出端口Port G(GPG)：16个输入个输入/输出端口输出端口Port H(GPH)：9个输入个输入/输出端口输出端口Port J(GPJ)：13个输入个输入/输出端口输出端口GPIOGPIO28微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计例例10.110.1：使用使用S3C2440AS3C2440A的端口的端口G G的第的第4 47 7引脚驱动四个引脚驱动四个LEDLED，并点亮，并点亮GPG4GPG4引脚的引脚的LEDLED。29微处理器系统结构与嵌
35、入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计每组每组GPIO端口均有各自的寄存器组，主要包括端口均有各自的寄存器组，主要包括端口配置寄存器（端口配置寄存器（GPxCON）、端口数据寄存器）、端口数据寄存器（GPxDAT）、端口上拉寄存器（）、端口上拉寄存器（GPxUP）。寄存器名寄存器名地址读写属性功能功能复位值复位值GPGCON0 x56000060可读可写配置引脚功能为输入/输出/其他0 x00GPGDAT0 x56000064可读可写G端口数据寄存器未定义GPGUP0 x56000068可读可写上拉配置寄存器低电平0有效0 xFC0030微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与
36、嵌入式系统设计G端口共有端口共有16个个GPIO引脚，寄存器引脚，寄存器GPGCON宽度为宽度为32位，每个引脚的功能各由位，每个引脚的功能各由2位位来选择控制，第来选择控制，第4引脚的控制位如下：引脚的控制位如下：GPGCONGPGCON寄存器位寄存器位功能选择功能选择GPG715:1400=输入 01=输出10=EINT15 11=保留GPG613:1200=输入 01=输出10=EINT14 11=保留GPG511:1000=输入 01=输出10=EINT13 11=保留GPG49:800=输入 01=输出10=EINT12 11=保留31微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构
37、与嵌入式系统设计寄存器寄存器GPGDAT和和GPGUP宽度均为宽度均为16位，位，各引脚按其编号与相应的寄存器位对应。各引脚按其编号与相应的寄存器位对应。GPGDAT中存放的即为需要输出的数据，中存放的即为需要输出的数据，根据硬件电路连接图可知，要将第根据硬件电路连接图可知，要将第4引脚引脚LED点亮，则对应的引脚应输出低电平，所以寄点亮，则对应的引脚应输出低电平，所以寄存器存器GPGDAT中的中的7:4位应设置为二进制值位应设置为二进制值1110。本例中端口为输出功能，因此寄存器本例中端口为输出功能，因此寄存器GPGUP中对应各位均设置为中对应各位均设置为1，将上拉电阻，将上拉电阻断开。断开
38、。32微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计GPGCONEQU0 x56000060GPGDATEQU0 x56000064GPUPEQU0 x56000068；配置；配置GPGCON寄存器，设置相关引脚为输出功能寄存器，设置相关引脚为输出功能LDRR0,=GPGCON LDRR1,R0 BICR1,R1,#0 x0000FF00 ORRR1,R1,#0 x00005500 STRR1,R0；配置；配置GPGUP寄存器，断开各上拉电阻寄存器，断开各上拉电阻LDRR0,=GPGUPLDRR1,R0ORRR1,R1,#0 x00F0STRR1,R0；输出驱动数据，点亮；输
39、出驱动数据，点亮GPG4引脚对应的引脚对应的LEDLDRR2,=GPGDATLDRR3,R2ORRR3,R3,#0 x00F0BICR3,R3,#0 x0010STRR3,R233微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计使用使用GPIO的问题：的问题：l按键或按键或LED数量较大数量较大时，由于处理器时，由于处理器GPIO数量有数量有限限，无法满足硬件电路设计需求；无法满足硬件电路设计需求；l采用采用GPIO的驱动方式需要的驱动方式需要CPU执行软件来完成相执行软件来完成相应的功能，需占用大量的处理器时间，在多任务应的功能，需占用大量的处理器时间，在多任务系统中很难满足
40、实时性要求。系统中很难满足实时性要求。采用专用的控制芯片来驱动键盘及数码管采用专用的控制芯片来驱动键盘及数码管l直接驱动数码管直接驱动数码管/同时扫描管理多同时扫描管理多个个按键按键/内含有显内含有显示译码器示译码器l有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。段寻址等。l通常采用通常采用I2C等串行总线等串行总线与系统连接与系统连接专用控制芯片专用控制芯片34微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计在嵌入式系统中常用的在嵌入式系统中常用的LCD产品主要有两种：产品主要有两种：一种是带有驱动电路的一种是带有驱动电路的LC
41、D显示模块；另一种则仅显示模块；另一种则仅是是LCD显示屏，没有驱动电路，需要与驱动电路配显示屏，没有驱动电路，需要与驱动电路配合使用。合使用。在常见的在常见的ARM处理器芯片中，通常都带有处理器芯片中，通常都带有LCD控制器，可以直接驱动多种控制器，可以直接驱动多种LCD显示屏。显示屏。S3C2440A中的中的LCD控制器模块，可以直接与控制器模块，可以直接与STN或或TFT等多种不同分辨率的单色等多种不同分辨率的单色/彩色彩色LCD连接，连接，具有将显示缓存（在系统存储器中）中的具有将显示缓存（在系统存储器中）中的LCD图象图象数据传输到外部数据传输到外部LCD 驱动电路的逻辑功能，驱动其
42、驱动电路的逻辑功能，驱动其完成各类数据的显示。完成各类数据的显示。LCDLCD显示接口显示接口35微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计按照触摸屏的工作原理和感应触摸信息的按照触摸屏的工作原理和感应触摸信息的介质来分，常见的触摸屏有四类：介质来分，常见的触摸屏有四类：l电阻式电阻式l电容式电容式l红外线式红外线式l表面声波式表面声波式触摸屏接口触摸屏接口电阻屏根据引出线数多少，可分为四线、五电阻屏根据引出线数多少，可分为四线、五线、六线等多线电阻触摸屏。线、六线等多线电阻触摸屏。36微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计S3C2440A处理器
43、中内置了处理器中内置了A/D转换器，并提转换器，并提供了一个专用的四线电阻式触摸屏接口，此接口引供了一个专用的四线电阻式触摸屏接口，此接口引出了四根信号线出了四根信号线XP，XM，YP，YM，分别对应触，分别对应触摸屏上的摸屏上的X，X，Y，Y，因此在硬件接口，因此在硬件接口设计上十分简洁。设计上十分简洁。37微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计10.5 10.5 通信接口通信接口 通信接口通常用于嵌入式设备与其他设通信接口通常用于嵌入式设备与其他设备进行信息交换，由于各类设备性能指标差备进行信息交换，由于各类设备性能指标差异巨大，要实现信息的传递需要进行速率、异巨
44、大，要实现信息的传递需要进行速率、电平、时序、信息格式等多方面的转换和匹电平、时序、信息格式等多方面的转换和匹配，所以该类接口种类十分丰富。配，所以该类接口种类十分丰富。串行通信串行通信SCISCI接口接口其他通信接口其他通信接口38微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计S3C2440S3C2440中的中的UARTUART模块模块39微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计接口初始化接口初始化：ULCON、UCON、UFCON、UMCON、UBRDIV数据传递数据传递：UTRSTAT、UFSTAT、UTXH、URXH接收错误状况：接收错误状况：
45、UERSTATS3C2440AS3C2440A中中UART0UART0的的相关寄存器相关寄存器40问题：请归纳总结上述串口的端口寄存器问题：请归纳总结上述串口的端口寄存器的复用功能及每个位的含义。的复用功能及每个位的含义。微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计例例10.2：UART0采用查询方式进行数据通采用查询方式进行数据通信，要求使用信，要求使用8位数据位，位数据位，1位停止位，奇位停止位，奇校验，传输速率校验，传输速率115200bps，不使用，不使用FIFO，关闭流控制，处理器外设时钟，关闭流控制，处理器外设时钟PCLK=66.68MHz。步骤步骤1：接口初始
46、化接口初始化设置帧格式、时钟来源、收发模式、中断配设置帧格式、时钟来源、收发模式、中断配置、置、FIFO的使用、波特率计算等的使用、波特率计算等步骤步骤2：数据传递数据传递：可选择使用查询方式或中断方式传递可选择使用查询方式或中断方式传递41微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计主要用于帧格式配置主要用于帧格式配置ULCON0=0 x23步骤步骤1 1：UART0UART0的初始化的初始化配置配置ULCON0线路控制寄存器线路控制寄存器42微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计主要用于时钟源选择、收发模式、中断配置等主要用于时钟源选择、收发模
47、式、中断配置等UCON0=0 x0005步骤步骤1 1：UART0UART0的初始化的初始化配置配置UCON0控制寄存器控制寄存器43微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计主要用于使能主要用于使能FIFO及相关参数配置及相关参数配置UFCON0=0 x00步骤步骤1 1：UART0UART0的初始化的初始化配置配置UFCON0 FIFO控制寄存器控制寄存器44微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计主要用于设置主要用于设置UART模块与模块与Modem相关相关参数参数UFCON0=0 x00步骤步骤1 1：UART0UART0的初始化的初始化配
48、置配置UMCON0调制解调器调制解调器控制寄存器控制寄存器45微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计步骤步骤1 1：UART0UART0的初始化的初始化配置配置UBRDIV0波特率波特率控制寄存器控制寄存器UBRDIV=int(UART时钟频率时钟频率/(波特率波特率16)1采用采用66.68MHz的的PCLK作为时钟源，为得到作为时钟源，为得到115200bps的的速率，则：速率，则：UBRDIV=int(66.68M/(11520016)1=int(36.176)1=35实际实际波特率波特率=UART时钟频率时钟频率/(UBRDIV+1)16)=66.68M/(3
49、5+1)16)115764bps实际的工作速率与理论值之间存在实际的工作速率与理论值之间存在偏差偏差：(115764 115200)/115200100%=+0.49%46微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计初始化程序段初始化程序段ULCON0EQU0 x50000000UCON0EQU0 x50000004UFCON0EQU0 x50000008UMCON0EQU0 x5000000CUBRDIV0EQU0 x50000028LDRR2,=ULCON0；配置；配置ULCON0寄存器寄存器MOVR3,#0 x23STRBR3,R2LDRR2,=UCON0；配置；配置
50、UCON0寄存器寄存器MOVR3,#0 x05STRHR3,R2LDRR2,=UFCON0；配置；配置UFCON0寄存器寄存器MOVR3,#0 x00STRR3,R2LDRR2,=UMCON0；配置；配置UMCON0寄存器寄存器MOVR3,#0 x00STRR3,R2LDRR2,=UBRDIV0；配置；配置UBRDIV0寄存器寄存器MOVR3,#35STRHR3,R247微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计步骤步骤2 2：使用：使用UART0UART0进行数据收发进行数据收发使用使用UTRSTAT0、UTXH0、URXH0进行状态的判断并完成通信。进行状态的判断并完