基于AT91RM9200微处理器的最小系统设计

引言

目前，ARM|0">ARM微处理器已在多种领域中应用，例如工业数字／智能控制、机器人、消费／教育类多媒体、DSP和移动式／便携式设备等。有关统计表明，各种各样基于ARM微处理器的设备应用数量已经远远超过了通用计算机。因此，基于ARM微处理器的开发应用正成为数字时代的应用技术潮流。本文介绍AT91RM9200型微处理器最小系统的设计，并给出了系统外围接口设计的相关器件选型。

1 AT91RM9200简介

AT91RM9200是Atmel公司基于ARM920T核的高性能、低功耗16／32位RISC(精简指令集计算机)微处理器，内部集成丰富的外设资源，适用于要求外设资源丰富、功耗低、工作严格稳定的工业控制等方面，如嵌入式工业控制、医疗设备、网络通信、移动计算等。

AT91RM9200微处理器最高主频为180 MHz，其双向、32位外部数据总线支持8位、16位、32位数据宽度，26位地址总线可以对最大64 MB空间寻址。

AT91RM9200片内集成了非常丰富的外围功能模块，包括全功能MMU虚拟内存管理单元、内部16 kBSRAM和128 kB ROM、EBI接口控制器、增强的时钟和PMC(电源管理控制器)，带有2个PLL(锁相坏)的片内振荡器，4个可编程的外部时钟信号，包括定时中断、看门狗、秒计数器的系统定时器，带报警中断的实时时钟，带有8级优先级、可单个屏蔽中断源的AIC(先进中断控制器)，7个外部中断源和1个快速中断源，4个32位的IO控制器，20通道外围数据控制器(PDC或DMA)，1个10 Mbit·s-1／100 Mbit·s-1以太网控制器，1个USB 2.0主机接口，1个USB 2.0设备接口，2个多媒体卡接口，3个SSC(同步串行口控制器)(兼容IIS)，4个UASRT(通用同步／异步串行口)，1个主／从SPI(串行设备接口)，1个两线串行接口TWI(主模式)，JTAG／ICE接口等。

2 硬件设计

最小系统是保证微处理器可靠工作所必须的基本电路。基于AT91RM9200微处理器的最小嵌入式系统由微处理器AT91RM9200、电源电路、晶体振荡器电路、复位电路、JTAG接口、存储器模块、串行调试接口等电路组成，其原理框图如图1所示。

2.1 电源电路

在系统中，AT91RM9200需要1.8 V和3.3 V电源，另外，大部分外围器件需要3.3 V电源，小部分外围器件还需要5 V电源，为了简化系统电源电路的设计，假设系统的输入电压为5 V直流稳压电源。为了得到可靠的3.3 V电压，此处选用了Sipex公司生产的SPX1117M3-3.3型低压差(LDO)稳压器，它的输人电压为5 V，输出电流为3.3 V，最大输出电流为0.8 A。同样，选用Sipex公司生产的SPX1117M3-1.8型低压差(LDO)稳压器，便可产生最大输出电流为0.8A的1.8 V电源。电源电路如图2所示。

2.2 晶体振荡器电路

晶体振荡电路用于向AT91RM9200和其他需要时钟的外设电路提供工作时钟。本系统使用无源晶体振荡器X1(18.432 MHz)和X2(32.768 kHz)作为系统的主振荡器和慢时钟振荡器，振荡器产生的系统主时钟和慢时钟基准经过微处理器内部2个PLL后，产生系统所需的各种CPU时钟、外没时钟以及USB器件工作时钟。晶体振荡器电路见图3。

2.3 复位电路

AT91RM9200有2个独立的复位信号，即系统复位信号NRST与系统内部调试复位信号NTRSI，都是低电平有效。系统上电后，AT91RM9200必须执行一个上电复位(称为"冷"复位)，在过渡状态下，它强制复位信号NRST和NTRST为低直到电源电压和振荡器工作频率稳定为止。此外，NRST和NTRST还可以进行手动按键复位功能，以方便用户调试程序。本设计中选用了AD公司生产的ADM708型复位电路，它有一个手动复位输入引脚，当工作电压低于3.08 V或手动复位输入引脚被拉低时复位IC产生一个低电平信号，持续时间为200 ms。此外，该复位电路还有一个额外的输入电压检测引脚，可实现对输人电压的检测。复位电路如图4所示。

2.4 JTAG接口电路

JTAG(联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试，是开发、调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。它有2种接门标准：14针接口和20针接口。本设计中选择20针接口标准。

2.5 存储器模块

存储器模块包括Flash存储器和SRAM存储器两个部分。

Flash存储器用于存储系统运行所需的程序和重要数据，即使掉电程序和数据都不会丢失。设计中推荐电路为Intel公司生产的28F640J3A，其存储容量为64 Mbit(8 MB)，工作电压为2.7 V～3.6 V，采用48引脚TSOP封装，16位数据宽度。它所需引脚为A[24：]、D[15：0]、NRST、BFCS_NCS0、CFOE_NOE_NRD、CFWE_NWE_NWR0。

SDRAM存储器的作用是存放系统运行时的程序和数据，掉电后该部分程序和数据会丢失。设计中使用2片数据宽度为16位的SDRAM并行运行作为一个32位数据宽度的SDRAM模块，以充分发挥微处理器32位数据宽度的高性能。SDRAM模块所需的引脚为A[0：11]、A[13：17]、D[0：31]、NBS1、NBS3、SD-CKE、SDCK、SDCS、RAS、CAS、SDWE。推荐使用的SDRAM电路为Hynix公司生产的HY57V651620BTC，其工作电压为3.3 V，单片存储容量为4组×16 Mbit，54引脚TSOP封装，兼容LVTTL电平接口，支持自动刷新和自刷新。

2.6 UART串行调试接口

采用了AT91RM9200的Debug UART作为串口模块电路的接口，该串口在调试状态下作为调试串口；在正常工作状态下为一般UART口，都可以通过RS-232电平实现与其他设备的通信。本设计中的UART接口电路为Sipex公司生产的SP3232，其工作电压为3.3V，16引脚SOIC封装。所需引脚为DRXD、DTXD。

在完成以上几部分电路的设计后，AT91RM9200就具有了安全可靠工作的基本条件。

最小系统的设计是为了更好地研究开发微处理器，因此还应将微处理器的一些必要引脚用接口插座引出，以方便实验开发使用。例如：以太网接口模块、I2C接口模块、USB主机与设备接口，I／O总线扩展接口等。