Windows CE嵌入式导航系统研究(硬件设计2)
1.1 嵌入式处理器 S3C2440A[17]
S3C2440A是一款专用的以手持设备为主而设计的芯片，其特点有低功耗，高速的处理计算能力。为了减少系统的耗费，2440使用了如下组件：2440基于ARM920T内核的，0.13Um cmos 标准单元和存储单元复合体，它功耗及小、简单、稳定的设计非常适合对电源要求较高的产品上。S3C2440A采用ARM920T内核，如图 4.1所示ARM920T的结构图。
图 4.1 ARM920T 的结构框图
S3C2440上集成了如下功能；
l 1.2V内核，1.8V/2.5V/3.3V储存器，3.3V扩展I/O，16KB指令Cache（I-Cache）/16KB数据Cache（D-Cache）。
l 外部储存控制器（SDRAM控制盒片选逻辑）。
l 集成LCD专用DMA的LCD控制器（支持最大4K色STN和256K色TFT）。
l 4路拥有外部请求引脚的DMA控制器。
l 3路URAT（IrDA1.0，64-Byte Tx FIFO，64Byte Rx FIFO）。
l 2路SPI。
l IIC总线接口（多主支持）。
l IIS音频编解码器接口。
l AC`97编解码器接口。
l 1.0版SD主接口，兼容2.11版MMC接口。
l 2路USB主机控制/1路USB期间控制（ver1.1）。
l 4路PWM定时器/1路内部定时器/看门狗定时器。
l 8路10位ADC和触摸屏接口。
l 具有日历功能的RTC。
l 摄像头接口（支持最大4096x4096的输入，2048x2048缩放输入）。
l 130个通用I/O，24个外部中断源。
l 电源控制：正常，慢速，空闲，睡眠模式。
l 带PLL的片上时钟发生器。
1.2 时钟电路
S3C2440A 有两路时钟输入：一路用来做 CPU 时钟；另一路提供给 RTC电路。第一路采用 12M 晶振输入到 ARM 中，然后由芯片内部的 PLL 电路使得 FCLK=400MHz， HCLK=136MHZ，PCLK=68MHZ，FCLK 用于 CPU 核，HCLK用于 AHB 总线的设备(如 SDRAM)，PCLK 用于 APB 总线的设备(如 UART)；RTC 时钟电路采用了 32.768KHz 的晶振。如图 4.2所示。
图 4.2 时钟电路
1.3 电源电路
本系统涉及到 3 种电压，S3C2440A 的内核和 I/O 是分开供电的，其 IO 工作电压是 3.3V，内核工作电压是 1.25V，和处理器直接相连的存储器芯片、复位芯片等也都使用 3.3V 电源，外围电路使用 5V 电源。基于供电电压的不同，系统采用两片 AS1117 系列低压差直流稳压芯片将 5V 的直流供电电源分别转为 1.25V 和 3.3V 为处理器和其他电路供电。图 4.3为电源电路原理图。
图 4.3 电源电路原理图
1.4 以太网接口电路设计
在嵌入式设备中以太网接口已成为不可缺少的标配接口，通过以太网接口能实现高速数据传输，增加很多功能。S3C2440A 没有提供专门的 Ethernet MAC接口，我们采用了 DAVICOM公司生产的 DM9000以太网控制器，挂在 S3C2440A的数据和地址总线上进行扩展。S3C2440A 和 DM9000的硬件连线如图 3.11所示，通过数据线 DATA[15..0]、地址总线ADDR[2]和H1102芯片对DM9000进行访问和控制。
图 4.4 以太网电路
1.5 SD/MMC卡接口电路设计
在导航系统中，需要存储大量的空间地理信息，CF 卡和 SD 卡都是十分适合的存储设备，本系统选取 SD 卡做为存储设备。SD 卡的内部结构如图 3.9 所示，其尺寸为 24mm×32mm×2.1mm。SD 卡结合了 SanDisk 快闪记忆卡控制与MLC（Multilevel Cell）技术和 Toshiba（东芝）0.16u 及 0.13u 的 NAND 技术，通过 9 针的接口界面与专门的驱动器相连接。
数据线 DAT0～DAT3 在上电时作为输入，在设置完 SET_BUS_WIDTH 命令后作为数据线使用，在上电后引脚 1 作为输入。SD 卡采用专用插槽接口，S3C2440A 有专门的 SD/MMC 接口连接，只需将 S3C2440A 的 SD 接口线和 SD卡对应的引脚连上即可。在连线上特别针对数据线增加了上拉电阻。电路连接图如 图 4.5所示。
图 4.5 SD/MMC接口电路
1.6 触摸屏接口设计
由于触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等优点，在嵌入式车载导航系统中，我们选用触摸屏作为主要的输入设备。用户只要用手指轻轻地触碰显示屏上的图符或文字，就能实现对主机的操作，从而使人机交互更为直截了当。
触摸屏工作时，必须首先用手指或其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在显示器屏幕的前面，用于检测用户触摸的位置，接收后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标送给处理器，同时触摸屏控制器也能接收处理器发来的控制命令并加以执行。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，常用的触摸屏主要分为 4 种：电阻式、电容电感式、红外线式以及表面声波式。电阻式触摸屏结构简单，成本低廉，透光效果好，工作环境和外界完全隔离，不怕灰尘和水汽；同时具有高解析度，高速传输反应，一次校正，稳定性高，不漂移等特点。因此本系统采用了电阻式触摸屏。电阻式触摸屏工作的实质是对 X、Y 两个方向电阻分压的测量，利用普通的 A/D 转换器件或者集成在嵌入式处理器片上的 A/D 实现对触摸屏的测量。
图 4.6 LCD电路图
S3C2440 片内集成了触摸屏控制器，用于控制四线电阻式触摸屏。在本系统中，X、Y的数据直接从LCD中获得，并通过TSXM、TSYM直接传入S3C2440芯片中进行处理，再由TSXP、TSYP直接输出，电路图如图 4.6所示。
1.7 SDRAM 接口电路设计
S3C2440A 芯片内部自带 4K-Byte 的 SRAM，在使用复杂的应用程序或是嵌入式操作系统的情况下， 4K的 RAM空间是远远不够的， 因此需要外扩 RAM。SDRAM 是 Synchronous Dynamic RAM 的缩写。动态存储中同步技术的出现，使得读写速度从以往的 60ns～70ns 提升到了目前的 6ns~7ns，提高了将近 10倍。SDRAM 具有容量大，存取速度快、成本低的特点，主要用于存放执行代码和变量，是系统启动之后主要进行存取操作的存储器。在需要大容量存储器的应用场合，SDRAM 可以提供非常高的性价比。本系统中，我们扩展了两块32M×16bit 的 SDRAM 芯片 HY57V561620，组成系统外部数据存储空间，如图 4.7 所示。
图 4.7 SDRAM接口电路
HY57V561620芯片的数据总线是16位的，故我们使用了两片SDRAM芯片扩展成32位数据宽度以配合SC2440A的32位宽的数据总线。 S3C2440A的数据总线DATA[15..0]、DATA[31..16]分别连接两片SDRAM芯片的数据总线DQ[15..0]；低13位地址总线ADDR[14..2]连接SDRAM芯片的A[12..0]引脚做行列扫描，ADDR25、ADDR24分别连接SDRAM芯片的BA1、BA0引脚做存储块选择。SDRAM的片选信号线/CS和S3C2440A芯片的nGCS6引脚相连。SDRAM芯片的写使能引脚WE连接S3C2410A芯片的nWE引脚，行/列地址信号线RAS、/CAS分别连接S3C2440A芯片的nSRAS、nSCAS两引脚，时钟使能信号/CKE连接S3C2440A芯片的SCKE引脚。