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引言 目前，ARM微處理器已在多種領(lǐng)域中應(yīng)用，例如工業(yè)數(shù)字／智能控制、機器人、消費／教育類多媒體、DSP和移動式／便攜式設(shè)備等。有關(guān)統(tǒng)計表明，各種各樣基于ARM微處理器的設(shè)備應(yīng)用數(shù)量已經(jīng)遠遠超過了通用計算機。因此，基于ARM微處理器的開發(fā)應(yīng)用正成為數(shù)字時代的應(yīng)用技術(shù)潮流。本文介紹AT91RM9200型微處理器最小系統(tǒng)的設(shè)計，并給出了系統(tǒng)外圍接口設(shè)計的相關(guān)器件選型。
1 AT91RM9200簡介
AT91RM9200是Atmel公司基于ARM920T核的高性能、低功耗16／32位RISC(精簡指令集計算機)微處理器，內(nèi)部集成豐富的外設(shè)資源，適用于要求外設(shè)資源豐富、功耗低、工作嚴格穩(wěn)定的工業(yè)控制等方面，如嵌入式工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信、移動計算等。
AT91RM9200微處理器最高主頻為180 MHz，其雙向、32位外部數(shù)據(jù)總線支持8位、16位、32位數(shù)據(jù)寬度，26位地址總線可以對最大64 MB空間尋址。
AT91RM9200片內(nèi)集成了非常豐富的外圍功能模塊，包括全功能MMU虛擬內(nèi)存管理單元、內(nèi)部16 kBSRAM和128 kB ROM、EBI接口控制器、增強的時鐘和PMC(電源管理控制器)，帶有2個PLL(鎖相壞)的片內(nèi)振蕩器，4個可編程的外部時鐘信號，包括定時中斷、看門狗、秒計數(shù)器的系統(tǒng)定時器，帶報警中斷的實時時鐘，帶有8級優(yōu)先級、可單個屏蔽中斷源的AIC(先進中斷控制器)，7個外部中斷源和1個快速中斷源，4個32位的IO控制器，20通道外圍數(shù)據(jù)控制器(PDC或DMA)，1個10 Mbit·s-1／100 Mbit·s-1以太網(wǎng)控制器，1個USB 2.0主機接口，1個USB 2.0設(shè)備接口，2個多媒體卡接口，3個SSC(同步串行口控制器)(兼容IIS)，4個UASRT(通用同步／異步串行口)，1個主／從SPI(串行設(shè)備接口)，1個兩線串行接口TWI(主模式)，JTAG／ICE接口等。
2 硬件設(shè)計
最小系統(tǒng)是保證微處理器可靠工作所必須的基本電路。基于AT91RM9200微處理器的最小嵌入式系統(tǒng)由微處理器AT91RM9200、電源電路、晶體振蕩器電路、復位電路、JTAG接口、存儲器模塊、串行調(diào)試接口等電路組成，其原理框圖如圖1所示。
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2.1 電源電路
在系統(tǒng)中，AT91RM9200需要1.8 V和3.3 V電源，另外，大部分外圍器件需要3.3 V電源，小部分外圍器件還需要5 V電源，為了簡化系統(tǒng)電源電路的設(shè)計，假設(shè)系統(tǒng)的輸入電壓為5 V直流穩(wěn)壓電源。為了得到可靠的3.3 V電壓，此處選用了Sipex公司生產(chǎn)的SPX1117M3-3.3型低壓差(LDO)穩(wěn)壓器，它的輸人電壓為5 V，輸出電流為3.3 V，最大輸出電流為0.8 A。同樣，選用Sipex公司生產(chǎn)的SPX1117M3-1.8型低壓差(LDO)穩(wěn)壓器，便可產(chǎn)生最大輸出電流為0.8A的1.8 V電源。電源電路如圖2所示。
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2.2 晶體振蕩器電路
晶體振蕩電路用于向AT91RM9200和其他需要時鐘的外設(shè)電路提供工作時鐘。本系統(tǒng)使用無源晶體振蕩器X1(18.432 MHz)和X2(32.768 kHz)作為系統(tǒng)的主振蕩器和慢時鐘振蕩器，振蕩器產(chǎn)生的系統(tǒng)主時鐘和慢時鐘基準經(jīng)過微處理器內(nèi)部2個PLL后，產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種CPU時鐘、外沒時鐘以及USB器件工作時鐘。晶體振蕩器電路見圖3。
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2.3 復位電路
AT91RM9200有2個獨立的復位信號，即系統(tǒng)復位信號NRST與系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)試復位信號NTRSI，都是低電平有效。系統(tǒng)上電后，AT91RM9200必須執(zhí)行一個上電復位(稱為“冷”復位)，在過渡狀態(tài)下，它強制復位信號NRST和NTRST為低直到電源電壓和振蕩器工作頻率穩(wěn)定為止。此外，NRST和NTRST還可以進行手動按鍵復位功能，以方便用戶調(diào)試程序。本設(shè)計中選用了AD公司生產(chǎn)的ADM708型復位電路，它有一個手動復位輸入引腳，當工作電壓低于3.08 V或手動復位輸入引腳被拉低時復位IC產(chǎn)生一個低電平信號，持續(xù)時間為200 ms。此外，該復位電路還有一個額外的輸入電壓檢測引腳，可實現(xiàn)對輸人電壓的檢測。復位電路如圖4所示。
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2.4 JTAG接口電路
JTAG(聯(lián)合測試行動小組)是一種國際標準測試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測試及對系統(tǒng)進行仿真、調(diào)試，是開發(fā)、調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的一種簡潔高效的手段。它有2種接門標準：14針接口和20針接口。本設(shè)計中選擇20針接口標準。
2.5 存儲器模塊
存儲器模塊包括Flash存儲器和SRAM存儲器兩個部分。
Flash存儲器用于存儲系統(tǒng)運行所需的程序和重要數(shù)據(jù)，即使掉電程序和數(shù)據(jù)都不會丟失。設(shè)計中推薦電路為Intel公司生產(chǎn)的28F640J3A，其存儲容量為64 Mbit(8 MB)，工作電壓為2.7 V～3.6 V，采用48引腳TSOP封裝，16位數(shù)據(jù)寬度。它所需引腳為A[24：]、D[15：0]、NRST、BFCS_NCS0、CFOE_NOE_NRD、CFWE_NWE_NWR0。
SDRAM存儲器的作用是存放系統(tǒng)運行時的程序和數(shù)據(jù)，掉電后該部分程序和數(shù)據(jù)會丟失。設(shè)計中使用2片數(shù)據(jù)寬度為16位的SDRAM并行運行作為一個32位數(shù)據(jù)寬度的SDRAM模塊，以充分發(fā)揮微處理器32位數(shù)據(jù)寬度的高性能。SDRAM模塊所需的引腳為A[0：11]、A[13：17]、D[0：31]、NBS1、NBS3、SD-CKE、SDCK、SDCS、RAS、CAS、SDWE。推薦使用的SDRAM電路為Hynix公司生產(chǎn)的HY57V651620BTC，其工作電壓為3.3 V，單片存儲容量為4組×16 Mbit，54引腳TSOP封裝，兼容LVTTL電平接口，支持自動刷新和自刷新。
2.6 UART串行調(diào)試接口
采用了AT91RM9200的Debug UART作為串口模塊電路的接口，該串口在調(diào)試狀態(tài)下作為調(diào)試串口；在正常工作狀態(tài)下為一般UART口，都可以通過RS-232電平實現(xiàn)與其他設(shè)備的通信。本設(shè)計中的UART接口電路為Sipex公司生產(chǎn)的SP3232，其工作電壓為3.3V，16引腳SOIC封裝。所需引腳為DRXD、DTXD。
在完成以上幾部分電路的設(shè)計后，AT91RM9200就具有了安全可靠工作的基本條件。
最小系統(tǒng)的設(shè)計是為了更好地研究開發(fā)微處理器，因此還應(yīng)將微處理器的一些必要引腳用接口插座引出，以方便實驗開發(fā)使用。例如：以太網(wǎng)接口模塊、I2C接口模塊、USB主機與設(shè)備接口，I／O總線擴展接口等。
3 硬件調(diào)試
系統(tǒng)上電前，應(yīng)仔細檢查電路板上所有元器件是否正確焊接，檢查各電壓等級的電源是否有短路，各種開關(guān)、跳線是否在正確的位置上。此外，還要檢查nWAIT、NRST、NTRST等引腳的電平是否已被上拉，引腳JTAGSEL是否被下拉，對這幾個引腳的處理關(guān)系到AT91RM9200能否正常工作。
系統(tǒng)上電后，檢查電路板上幾個電壓等級的輸出電壓是否正常，復位電路是否工作，晶振X1和X2的輸出端是否輸出正確的波形。接著通過串行調(diào)試接口將AT91RM9200系統(tǒng)板與PC機連接，在“超級終端”界面中可看到微處理器向PC輸出一系列的“C”，表明微處理器AT91RM9200已經(jīng)正常工作。然后可以通過ARM公司提供的開發(fā)工具ADS的集成開發(fā)環(huán)境，編寫相關(guān)的應(yīng)用程序，通過JTAG接口對微處理器進行進一步的調(diào)試。目前，該系統(tǒng)已在某智能設(shè)備的控制器中得到了實際應(yīng)用。
4 結(jié)束語
ARM微處理器正以其極好的性能價格比和極低的功耗與其他體系結(jié)構(gòu)的微處理器進行激烈的競爭，其應(yīng)用將進一步深入到各行各業(yè)�？梢灶A測，在將來的一段時期內(nèi)，ARM微處理器將成為32位微處理器市場的統(tǒng)治者。了解、學習、掌握和應(yīng)用ARM微處理器技術(shù)很有必要，也非常重要。設(shè)計ARM微處理器的最小系統(tǒng)是學習這一技術(shù)的一個很好的方法和途徑。
66821730(技術(shù)支持)
