Windows CE嵌入式導航系統研究(硬體設計3)

1.1 Flash 介面電路設計

Flash 儲存空間是一種在系統上(In-System)進行電擦寫，掉電後資訊不丟失的儲存空間。它具有低功耗、大容量、擦寫速度快、可整片或分扇區在系統編程、擦除等特點。並且由內部嵌入式的演算法完成對晶片的操作，因而在各種嵌入式系統中得到了廣泛的應用。現在市場上兩種主要的非易失快閃記憶體技術是 NOR 和NAND。NOR 的特點是晶片內執行，這樣應用程式可以直接在 Flash 內運行，不必再把代碼讀到系統 RAM 中。NOR 的傳輸效率很高，在 1~4MB 的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的效能。NAND 結構能提供極高的單元密度，可以達到高儲存密度，並且寫入和擦除的速度也很快。應用 NAND 的困難在於 Flash 的管理和需要特殊的系統介面。NAND Flash 沒有採取記憶體的隨機讀取技術，它的讀取是以一次讀取一塊的形式來進行的，通常是一次讀取 512 個位元組。因為不能直接運行 NAND Flash 上的代碼，所以除了使用 NAND Flash 以外，一般都會加上一塊小的 NOR Flash來運行啟動代碼。

結合 NOR Flash 和 NAND Flash 的各自特點，本系統擴充了一塊 32M×16bit（可擴充到128M×16bit，可以採用U3電路即可）的 NAND Flash 晶片 K9F1216U0A 和一塊 512K×16bit 的 NOR Flash 晶片AM29LV160DB，通過跳線都可以引導系統啟動，保證啟動代碼可靠運行。 3.8 所示，NOR Flash 的片選線/CS 接至 nGCS0 引腳，S3C2440A 的資料匯流排 DATA[15..0]串連 NOR Flash 晶片的資料匯流排 D[15..0]， 地址匯流排 ADDR[22..1]串連 NOR Flash 晶片的 A[21..0]引腳。NOR Flash 晶片的寫使能引腳/WE 串連S3C2440A 晶片的 nWE 引腳，Nand Flash、Nor Flash電路圖 4.8、圖 4.9、圖 4.10所示。

圖 4.8 Nand Flash電路圖

圖 4.9 Nand Flash擴大電路圖

圖 4.10 Nor Flash電路圖

1.2 音頻介面電路設計

S3C2440A 內建 IIS 匯流排控制器， 實現了一個外部 8/16 位立體聲音頻 CODEC IC 的介面它還可以給 FIFO 通道提供 DMA 傳輸模式而非中斷模式，從而使資料發送和接收同時進行，支援 IIS 匯流排資料格式和 MSB-justified 資料格式。擴充音頻介面很容易，只需要在數字音頻匯流排上串連音頻編解碼晶片。

IIS(Inter-IC Sound BUS,內建整合電路音頻匯流排)匯流排是 Philips 公司提出的串列數字音頻匯流排協議。它是一種面向多媒體的音頻匯流排，專用於音訊裝置之間的資料轉送，為數字立體聲提供序列的串連至標準轉碼器。IIS 匯流排只處理聲音資料，其他訊號(如控制訊號)必須單獨傳輸，為了使電路的引出引腳儘可能少，IIS 只使用了 3 條串列匯流排：提供分時複用功能的資料線、欄位選擇線和時鐘訊號線。

音頻晶片採用 Philips 公司的 UDA1341TS， 4.11所示直接和 S3C2410的 IIS 引腳串連。另外，此晶片還提供標準的 L3、麥克風和擴音器介面。L3介面的引腳分別連到 S3C2440 的 3 個 GPIO 輸出引腳上，通過 GPIO 控制 L3介面。UDA1341TS 音頻晶片整合數字化音頻和混頻器功能。數字化音頻功能可以播放數字化聲音或錄製聲音，混頻器用來控制各種輸入/輸出的音量大小等，通過 L3 介面進行控制。

圖 4.11 音頻介面電路

1.3 串口電路設計

串列口是電腦一種常用的介面，具有連線少、通訊簡單的特點。串口技如今已經發展的很成熟、很穩定，被廣泛的應用於各種裝置之間的互聯。現在使用最廣的是 9 針串口，其針腳功能如表 1所示。

表 1 DB-9 串口針腳功能

引腳	功能
1	偵測載波(DCD)
2	接收(RXD)
3	發送(TXD)
4	資料終端機就緒(DTR)
5	訊號地(GND)
6	資料設定就緒(DSR)
7	發送請求(RTS)
8	清除發送(CTS)
9	響鈴檢測(RI)

S3C2440A 內建有串口收發模組，只要在外圍模組中設計串口電平轉換電路就可以與其他裝置進行串列通訊，本系統中採用了 SP3232EEN電平轉換晶片，可以實現 1對串口收發訊號電平轉換， 4.12所示。

圖 4.12 串口電路

1.4 USB 介面電路

USB(Universal Serial Bus,通用序列匯流排)，是一種快速、靈活的匯流排介面。USB 標準中除定義了通訊的物理層和電器層標準外， 還定義了一套相對完整的軟體協議棧，這使得多數 USB 裝置都很容易在各種平台上工作。作為一種高速匯流排介面，USB 適用於多種裝置，且支援熱插拔，所有的配置過程都由系統自動完成，無須使用者幹預。圖 4.13為本系統中電路圖部分，其中分HOST和Device兩部分。

圖 4.13 USB電路圖

1.5 GPIO介面電路

通用I/O介面(General Purpose IO Interface，GPIO)是ARM系統及片上SoC(System-on-Chip)系統中非常重要的一種I/O介面，具有使用靈活、可配置性好、硬體代價小等優點，在ARM系統中廣泛應用。GPIO不僅實用，而且功能很強大，主要有以下六大功能。

l 通用I/O(GPIO)：最最基本的功能，可以驅動LED、可以產生PWM、可以驅動蜂鳴器等。

l 外部中斷/喚醒線：連接埠必須配置成輸入模式時，所有連接埠都有外部中斷能力。

l 複用功能(AF)：複用功能的連接埠兼有IO功能等。複位期間和剛複位後，複用功能未開啟，I/O 連接埠被配置成浮空輸入模式：(CNFx[1:0]=01b，MODEx[1:0]=00b)。

l 軟體重新對應I/O複用功能：為了使不同器件封裝的外設I/O 功能的數量達到最優，可以把一些複用功能重新對應到其他一些腳上。這可以通過軟體配置相應的寄存器來完成。這時，複用功能就不再映射到它們的原始引腳上了。

圖 4.14 GPIO電路圖

本系統為了方便使用者擴充，也整合了GPIO組件，用來實現模式選擇、LED控制、中斷喚醒、I2C讀寫等功能。GPIO電路圖 4.14所示。