Windows CE嵌入式導航系統研究(硬體設計2)

1.1 嵌入式處理器 S3C2440A[17]

S3C2440A是一款專用的以手持功能為主而設計的晶片，其特點有低功耗，高速的處理計算能力。為了減少系統的耗費，2440使用了如下組件：2440基於ARM920T核心的，0.13Um cmos 標準單元和儲存單元複合體，它功耗及小、簡單、穩定的設計非常適合對電源要求較高的產品上。S3C2440A採用ARM920T核心， 4.1所示ARM920T的結構圖。

圖 4.1 ARM920T 的結構框圖

S3C2440A片上整合了如下功能；

l 1.2V核心，1.8V/2.5V/3.3V儲存器，3.3V擴充I/O，16KB指令Cache（I-Cache）/16KB資料Cache（D-Cache）。

l 外部儲存控制器（SDRAM控制盒片選邏輯）。

l 整合LCD專用DMA的LCD控制器（支援最大4K色STN和256K色TFT）。

l 4路擁有外部請求引腳的DMA控制器。

l 3路URAT（IrDA1.0，64-Byte Tx FIFO，64Byte Rx FIFO）。

l 2路SPI。

l IIC匯流排介面（多主支援）。

l IIS音訊轉碼器介面。

l AC`97轉碼器介面。

l 1.0版SD主介面，相容2.11版MMC介面。

l 2路USB主機控制/1路USB期間控制（ver1.1）。

l 4路PWM定時器/1路內部定時器/看門狗定時器。

l 8路10位ADC和觸控螢幕介面。

l 具有日曆功能的RTC。

l 網路攝影機介面（支援最大4096x4096的輸入，2048x2048縮放輸入）。

l 130個通用I/O，24個外部中斷源。

l 電源控制：正常，慢速，空閑，睡眠模式。

l 帶PLL的片上時鐘發生器。

1.2 時鐘電路

S3C2440A 有兩路時鐘輸入：一路用來做 CPU 時鐘；另一路提供給 RTC電路。第一路採用 12M 晶振輸入到 ARM 中，然後由晶片內部的 PLL 電路使得 FCLK=400MHz， HCLK=136MHZ，PCLK=68MHZ，FCLK 用於 CPU 核，HCLK用於 AHB 匯流排的裝置(如 SDRAM)，PCLK 用於 APB 匯流排的裝置(如 UART)；RTC 時鐘電路採用了 32.768KHz 的晶振。 4.2所示。

圖 4.2 時鐘電路

1.3 電源電路

本系統涉及到 3 種電壓，S3C2440A 的核心和 I/O 是分開供電的，其 IO 工作電壓是 3.3V，核心工作電壓是 1.25V，和處理器直接相連的儲存空間晶片、複位晶片等也都使用 3.3V 電源，外圍電路使用 5V 電源。基於供電電壓的不同，系統採用兩片 AS1117 系列低壓差直流穩壓晶片將 5V 的直流供電電源分別轉為 1.25V 和 3.3V 為處理器和其他電路供電。圖 4.3為電源電路原理圖。

圖 4.3 電源電路原理圖

1.4 乙太網路介面電路設計

在嵌入式裝置中乙太網路介面已成為不可缺少的標配介面，通過乙太網路介面能實現高速資料轉送，增加很多功能。S3C2440A 沒有提供專門的 Ethernet MAC介面，我們採用了 DAVICOM公司生產的 DM9000乙太網路控制器，掛在 S3C2440A的資料和地址匯流排上進行擴充。S3C2440A 和 DM9000的硬體連線 3.11所示，通過資料線 DATA[15..0]、地址匯流排ADDR[2]和H1102晶片對DM9000進行訪問和控制。

圖 4.4 乙太網路電路

1.5 SD/MMC卡介面電路設計

在導航系統中，需要儲存大量的空間地理資訊，CF 卡和 SD 記憶卡都是十分適合的存放裝置，本系統選取 SD 記憶卡做為存放裝置。SD 記憶卡的內部結構 3.9 所示，其尺寸為 24mm×32mm×2.1mm。SD 記憶卡結合了 SanDisk 快閃記憶卡控制與MLC（Multilevel Cell）技術和 Toshiba（東芝）0.16u 及 0.13u 的 NAND 技術，通過 9 針的介面介面與專門的磁碟機相串連。

資料線 DAT0～DAT3 在上電時作為輸入，在設定完 SET_BUS_WIDTH 命令後作為資料線使用，在上電後引腳 1 作為輸入。SD 記憶卡採用專用插槽介面，S3C2440A 有專門的 SD/MMC 介面串連，只需將 S3C2440A 的 SD 介面線和 SD卡對應的引腳連上即可。在連線上特別針對資料線增加了上拉電阻。電路串連圖如 圖 4.5所示。

圖 4.5 SD/MMC介面電路

1.6 觸控螢幕介面設計

由於觸控螢幕具有堅固耐用、反應速度快、節省空間的、易於交流等優點，在嵌入式車載導航系統中，我們選用觸控螢幕作為主要的輸入裝置。使用者只要用手指輕輕地觸碰顯示屏上的圖符或文字，就能實現對主機的操作，從而使人機互動更為直截了當。

觸控螢幕工作時，必須首先用手指或其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸控螢幕，然後系統根據觸摸的表徵圖或菜單位置來定位選擇資訊輸入。觸控螢幕由觸摸檢測組件和觸控螢幕控制器組成。觸摸檢測組件安裝在顯示器螢幕的前面，用於檢測使用者觸摸的位置，接收後送觸控螢幕控制器；而觸控螢幕控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸資訊，並將它轉換成觸點座標送給處理器，同時觸控螢幕控制器也能接收處理器發來的控制命令並加以執行。按照觸控螢幕的工作原理和傳輸資訊的介質，常用的觸控螢幕主要分為 4 種：電阻式、電容電感式、紅外線式以及表面聲波式。電阻式觸控螢幕結構簡單，成本低廉，透光效果好，工作環境和外界完全隔離，不怕灰塵和水汽；同時具有高解析度，高速傳輸反應，一次校正，穩定性高，不漂移等特點。因此本系統採用了電阻式觸控螢幕。電阻式觸控螢幕工作的實質是對 X、Y 兩個方向電阻分壓的測量，利用普通的 A/D 轉換器件或者整合在嵌入式處理器片上的 A/D 實現對觸控螢幕的測量。

圖 4.6 LCD電路圖

S3C2440 片內整合了觸控螢幕控制器，用於控制四線電阻式觸控螢幕。在本系統中，X、Y的資料直接從LCD中獲得，並通過TSXM、TSYM直接傳入S3C2440晶片中進行處理，再由TSXP、TSYP直接輸出，電路圖 4.6所示。

1.7 SDRAM 介面電路設計

S3C2440A 晶片內部內建 4K-Byte 的 SRAM，在使用複雜的應用程式或是嵌入式作業系統的情況下， 4K的 RAM空間是遠遠不夠的， 因此需要外擴 RAM。SDRAM 是 Synchronous Dynamic RAM 的縮寫。動態儲存裝置中同步技術的出現，使得讀寫速度從以往的 60ns～70ns 提升到了目前的 6ns~7ns，提高了將近 10倍。SDRAM 具有容量大，存取速度快、成本低的特點，主要用於存放執行代碼和變數，是系統啟動之後主要進行存取操作的儲存空間。在需要大量存放區的應用場合，SDRAM 可以提供非常高的性價比。本系統中，我們擴充了兩塊32M×16bit 的 SDRAM 晶片 HY57V561620，組成系統外部資料儲存空間， 4.7 所示。

圖 4.7 SDRAM介面電路

HY57V561620晶片的資料匯流排是16位的，故我們使用了兩片SDRAM晶片擴充成32位元據寬度以配合SC2440A的32位寬的資料匯流排。 S3C2440A的資料匯流排DATA[15..0]、DATA[31..16]分別串連兩片SDRAM晶片的資料匯流排DQ[15..0]；低13位地址匯流排ADDR[14..2]串連SDRAM晶片的A[12..0]引腳做行列掃描，ADDR25、ADDR24分別串連SDRAM晶片的BA1、BA0引腳做儲存塊選擇。SDRAM的片選訊號線/CS和S3C2440A晶片的nGCS6引腳相連。SDRAM晶片的寫使能引腳WE串連S3C2410A晶片的nWE引腳，行/列地址訊號線RAS、/CAS分別串連S3C2440A晶片的nSRAS、nSCAS兩引腳，時鐘使能訊號/CKE串連S3C2440A晶片的SCKE引腳。