基于MC9328MX1嵌入式最小系统的设计

引言

嵌入式系统是以实际应用为核心，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专业计算机系统，随着嵌入式系统相关技术的迅速发展，嵌入式系统功能越来越强，应用接口更加丰富，根据实际应用的需要设计出特定的嵌入式最小系统和应用系统，是嵌入式系统设计人员应具备的能力，由于ARM嵌入式体系的结构的一致性以及外围电路的通用性，采用ARM内核的嵌入式最小系统的设计原则和设计方法基本相同，本文基于MC9328MX1芯片介绍ARM嵌入式最小系统设计的一般方法。

1 MC9328MX1概述

MC9328MX1是Motorola公司基于ARM920T的龙珠（Dragon Ball）MX1处理器，MC9328MX1内含ARM公司设计的16/32bit ARM920T微处理器内核，采用RISC架构的ARM微处理器具有体积小、功耗低、性价比高的特点，主要应用于高级信息处理设备、智能电话、网页浏览器、数字多媒体播放器、基于流行的Palm OS操作平台的手提计算机和无线通信发射、接收设备等。

MC9328MX1的结构框图如图1所示。

MC9328MX1的体系结构如下：全16/32bit RISC架构，内含效率高、功耗强大的ARM920T的处理器核，支持16bit Thumb和32bit ARM指令集的高性能RISC引擎，支持大、小端模式，内部架构为大端模式，外部存储器可分为大、小端模式，基于JTAG接口的方案，边界扫描接口，用于嵌入式多媒体应用集成系统。


MC9328MX1的系统关系特性为：一体化的16KB指令Cache及16KB数据Cache，支持虚拟地址转换存储器管理单元（VMMU），支持ROM/SRAM、Flash存储器、DRAM和外部I/O以8/16/32bit的方式操作，支持EDO/常规或SDRAM存储器，使用ARM先进的微控制器总线结构（AMBA），即SoC多主总线接口，利用精简先进的高性能总线（R-AHB）与速度较慢的片上外围设备进行通信，可同时连接15个外部设备。

尽管嵌入式处理器芯片种类多，引脚繁杂，但根据它们各自的功能特点，因该分布是有规律的，在嵌入式最小硬件系统设计中，要注意区分处理器芯片引脚的类型，仔细分析研究关键引脚作用，才能保障最小系统的正常运行。

MC9328MX1采用MAPBGA封装，共有256引脚，MC9328MX1的引脚可分为电源、接地、输入（I）、输出（O）、输入/输出（I/O）5类。除了电源和接地线有近40根，以及地址总线，数据总线和通用I/O接口端，专用模块SPI、UART、I2C、LCD等接口，需要认真仔细研究的引脚不是很多，电源和接地端是保障系统正常工作最基本的条件之一，输入类型的有些引脚在系统设计时必须认真仔细对待，因为有些电平信号直接影响到MC9328MX1的正常工作，输出类型的引脚主要用于对外设的控制或通信，由MC9328MX1主动发出，对MC9328MX1自身的运行不会有太大的影响，输入/输出类型引脚是MC9328MX1与外设的双向数据传输通道。

2 嵌入式最小系统

以ARM内核嵌入式微处理器为中心，具有完全相配接的Flash电路、SDRAM电路、JTAG电路、电源电路、晶振电路、复位信号电路和系统总线扩展等，保证嵌入式微处理器正常运行的系统，可称为嵌入式最小系统。

嵌入式最小系统硬件结构图如图2所示。


嵌入式最小系统硬件功能如下：

微处理器：MC9328MX1是系统工作和控制中心；

电源电路：为MC9328MX1核心部分提供所需的1.80V工作电压，为部分外围芯片提供3.0V的工作电压；

晶振电路：为微处理器及其他电路提供工作时钟，及系统中MC9328MX1芯片使用32KHz或32.768KHz无源晶振；

Flash存储器：存放嵌入式操作系统、用户应用程序或者其他在系统掉电后需要保存的用户数据等；

SDRAM：作为系统运行时的主要区域，系统及用户数据、堆栈均位于该存储器中；

串行接口：用于MX1系统与其他应用系统的短距离双向串行通信；

JTAG接口：对芯片内部所有部件进行访问，通过该接口对系统进行调试、编程等；

系统总线扩展：引出地址总线、数据总线和必须的控制总线，便于用户根据自身的特定需求，扩展外围电路。

3 最小系统硬件的选择和单元电路的设计

3.1 电源电路设计

电源电路是整个系统正常工作的基础，设计的电源电路必须满足系统对该电路性能指标的要求。MC9328MX1核心部分需1.80V工作电压，部分外围芯片需3.30V工作电压，根据要求输入5V直流电压经DC-DC变换，分别为系统提供1.80V和3.30V的工作电压，不同系统根据实际功耗，选择器件设计电源电路，电源电路如图3所示。