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基于ARM处理器的 PC/1 04处理器模块的开发

时间:12-29 来源:互联网 点击:

  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

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