基于ARM处理器的 PC／1 04处理器模块的开发

　　PC／104是一种专门为嵌入式应用而定义的总线 ，lEEE会将它定义IEEE—P996 1，信号定义和PC／AT基本一致 ，但气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型 、堆栈式结构嵌入式系统 。基于PC／104结构的模块由于开发方便 、品种富、结构简单等优势在工业控制领域有着广泛的应用。

　　ARM(Advanced RISC Machine)公司成立于 1990年月，是苹果电脑 ，Acorn电脑集团和 VLSI Technology的合资业 。ARM首创了CHlPLESS的模式 ，该公司只设计出高效ARM内核，通过将 ARM内核授权给半导体公司 ，由半导体公根据实际的应用情况加上各种外围的功能比如Flash、串RTC等构成一块完整的芯片。

　　本文主要介绍基于ARM的 PC／104模块的结构 ，并给出总线模拟 、串行通讯接口以及驱动程序的相关内容。

　　1 PC／104处理器模块的要求

　　在工业控制和数据采集中 ，PC／104模块的总线 、串口功是必不可少的，而硬盘接口、并行口、键盘口等 lO 口却很少用 ，因此在选用另外的CPU代替x86作为PC／104模块的处器首先要求能够兼容原有的 PC／104总线 ，使得符合PC／规范的数字量输入／输出模块 、模拟量输入／输出模块以及针PC／104系统开发的各个系统能够正常使用 ；其次该处理器须具有 2个串行接 口，以适应大部分场合的串行通讯需要三 ，必须具有可以满足足够的程序空间和RAM空间为用户的序和数据使用；第四，必须具有 RTC(Real Time Clock)，并能断 电时保持系统时间不变；第五 ，友好的开发环境 ，以适应现系统开发的需要 。

　　2 基于 Inte1386SX的 PC／104模块的缺点

　　首先 ，基于386SX 的 PC／104处理器模块的成本比较386SX／40的控制模块的价格在千元以上 ；第二，功耗较大瓦的功耗给电源供应、散热的设计带来一系列的问题，并且不合某些低功耗要求的环境中应用 ；第三 ：程序烧写繁琐 ，基x86的PC／104的理器模块一般采用 DOC (Disk On Ch或者 DOM(Disk On Module)作为程序存储器，由于DOC用烧写工具比较昂贵 ，所以实际生产时多采用人工烧录方法括格式化、复制多个步骤 ，每烧一块芯片需要断电 、重新启动器数次 ，效率低下 、操作繁琐 ；第四，系统启动速度慢 ，从上电开始执行用户程序一般需要 2—5秒时间，WDT溢出时恢复时间较长，容易遗漏一些重要的事件。第五 ，开发环境不够友好，基于386SX 的 PC／104处理器模块的程序一般在 DOS环境下开发，开发工具一般为TURBO C或者BORLAND C，开发环境比较落后，编程 、调试非常的不方便。

　　3 ARM处理器的特点

　　首先速度快 ，ARM是一种基于 RISC架构的处理器 ，运行在44MHz的ARM的处理器的处理能力可大40MlPS，远大于基于CISC架构 386SX／40的13MIPS；其次 ，功耗非常低 ，例 LPC2129的内核耗电仅为 30mA (供 电电压为 1．8V，时钟 为 60MHz)，功耗为 54mW，不到 386SX的十分之一 ；第三，集成度高、功能强大 ，很多世界著名的半导体厂家都购买 了 ARM的内 核，并根据市场的需要推出了集成丰富外围功能包括 SRAM、 RTC，CAN接口、串行口、以太网接口等等的芯片 ，在很多应用场合，一块ARM芯片可以满足所有的需要；第四，价格低廉，ARM芯片生产厂家很多，在工业控制和民用产品中的应用也非常广泛 ，芯片价格非常低廉 ，带128KFLASH的PHILIPS LPC2104的市场价格仅为50元人民币。

　　4 CPU的选择

　　经过80186、X51、ARM、DSP等多种CPU 比较后最终确定采用ARM作为 PC104处理器模块的替代处理器 ，为了兼容原 有的基于 PC／104设计的板卡。经过多家 ARM产品的比较，最 终确定采用 PHILIPS LPC2129作为本次开发的 PC／104处理 器模块 的 CPU。LPC2129是基于一个支持实时仿真和跟踪的 16／32位 ARM7TDMl—S CPU，并 内置 256K字节(KB)的高速 Flash存储器。128位宽度的存储器接 口和独特的加速结构使 32位代码能够在最大时钟速率(60MHz)下运行。LPC2129采 用很小的 TQFP一64封装 、具有极低的功耗 、2个串口、多个 32 位定时器 、4路10位ADC、2路CAN、PWM通道 、46个 GPlO 以及多达 9个外部中断使它特别适用于工业控制领域CPU模块的开 发 。

　　5 系统结构

　　基于ARM的PC／104系统主要由处理器 、总线接口 、 Flash、实时时钟 、复位电路 、通讯接口、调试接口、电源几个部分组成 ，如图 1所示。

　　6 硬件设计

　　6 1总线部分

　　本模块开发的关键之一是 PC／104总线的接口，包括控制总线 、地址总线和数据总线 ，采用专用的 3 3V／5V电平转换芯片74LVC4245以保证不同电平电路的高速互连 ，74LVC4245是一块A3 8位的总线收发器 ，并可以在5V和3．3V系统之间实现电平的转换 。

地址总线 、数据总线