基于ARM和Clinux的家庭網關系統(tǒng)
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硬件電路組成
本系統(tǒng)的硬件設計主要包括以S3C44B0X嵌入式微處理器為核心所搭建的基本硬件平臺，以及藍牙通信、電話語音控制和紅外遙控等模塊的硬件設計。
以S3C44B0X為核心的基本硬件平臺基本系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示，各部分的功能與接口電路分析如下。
圖2 家庭網關基本硬件平臺框圖
ARM微處理器S3C44B0X：S3C44B0X是三星公司生產的ARM7內核的SoC，通過在ARM7TDMI內容基礎上擴展一系列完整的通用外圍器件，令其很適合手持式設備和普通嵌入式的應用。
Flash存儲器接口電路：Flash芯片用來存儲家庭網關中的嵌入式操作系統(tǒng)、家庭網絡服務器、CGI網關應用程序以及支持各種服務所需的文件系統(tǒng)。在系統(tǒng)中采用一片HY29LV160構建16位的Flash存儲器系統(tǒng)，其存儲容量為2MB。系統(tǒng)上電或復位后從此獲取指令并開始執(zhí)行，因此將Flash存儲器配置到ROM/SRAM/FLASH Bank0。
SDRAM接口電路：嵌入式操作系統(tǒng)的存在需要有一定量的動態(tài)RAM，解壓縮后的操作系統(tǒng)將從Flash搬移至SDRAM，駐留內存;同時，用戶堆棧、運行數(shù)據也都會放在SDRAM中。S3C44B0X芯片提供的8K緩存遠遠不能滿足要求?？紤]到實際應用的需求，設計中選擇了三星的K4S281632D，它的數(shù)據寬度是16 位,由4 個Bank 組成，存儲容量為16 MB。S3C44B0X的Bank6和Bank7 支持SDRAM，因此可以方便連接。在總線寬度控制寄存器BWSCON 中設置Bank6 的數(shù)據寬度為16 位，在Bank6 控制寄存器BANKCON6中設置MT = 0x3， Trcd= 0x0，SCAN = 0x01，在存儲容量寄存器BANKSIZE中設置BK76MAP = 0x110 即可。
10/100M以太網接口電路：S3C44B0X內部已包含了以太網MAC控制，但并未提供物理層接口，因此，需外接一片物理層芯片以提供以太網的接入通道。在本設計中選用的是RTL8201。由于S3C44B0X片內已有帶MII接口的MAC控制器，而RTL8201也提供了MII接口，各種信號的定義也很明確，因此RTL8201與S3C44B0X的連接比較簡單，在連接時只需將兩塊芯片的相應引腳互連即可。值得注意的是，使用CMOS工藝的RTL8201不能直接與RJ45接口相連，由于電平信號的不同以及網絡沖擊信號的存在，兩者之間需要隔離及電平信號轉換的元件，本設計中選用了網絡變壓器HR61H58L。
串行接口電路：為完成和家庭內部網絡的藍牙通信模塊、紅外發(fā)射與接收模塊以及電話語音控制模塊的通信，家庭網關需要有異步串行通信接口，由于S3C44B0X只有兩個異步串口，因此需要對串口進行擴展。本設計中選用一片ST16C554 芯片進行串口擴展。由于S3C44B0X系統(tǒng)的LVTTL電路所定義的高、低電平信號與RS-232-C標準所定義的高、低電平信號不同，兩者間要進行通信必須經過信號電平的轉換。在這里采用MAX202將串口數(shù)據信號轉換成TTL電平，再通過ST16C554輸出中斷請求。4個串口的中斷請求進行或運算，產生IRQ信號INTREQ，經CPLD再與CPU的終端控制器相連。
IIC接口電路：S3C44B0X內含一個IIC總線主控器，可方便地與各種帶有IIC接口的器件相連。在該系統(tǒng)中，外擴一片AT24C01作為IIC存儲器。AT24C01提供128字節(jié)的EEPROM存儲空間，可用于存放少量在系統(tǒng)掉電時需要保存的數(shù)據，比如家庭網關的參數(shù)設置和用戶身份驗證碼等。
LCD顯示模塊：該模塊可采用夏普公司生產的LM057QC1T01，它是圖形點陣256色STN液晶模塊，分辨率為320×240。由于S3C44B0X和LM057QC1T01都具有很強的通用性，因此易于連接，但需要在控制器和LCD接口之間加裝能實現(xiàn)電壓偏轉功能的電路，來實現(xiàn)輸出LCD顯示所需的27V偏轉電壓。
鍵盤接口電路：用8個通用I/O口組成4×4鍵盤。
S3C44B0X所需的其他外圍電路：JTAG接口電路(用于JTAG調試)、復位電路和電源電路。
其他功能模塊藍牙模塊：在本方案中，藍牙硬件芯片采用愛立信公司的ROK 101008 模塊。家庭網關采用在Clinux操作系統(tǒng)下安裝BlueZ以配合藍牙模塊，并基于L2CAP層建立相關協(xié)議的方式進行開發(fā)。
電話語音控制模塊：采用雙音頻撥號芯片DTMF8870、語音合成芯片ISD1420、鈴流檢測芯片電路以及89C51等來組成電話語音控制模塊。
紅外遙控模塊：系統(tǒng)中增加了紅外接收模塊和紅外發(fā)射模塊。紅外接收模塊選用BA5302，紅外信號從其頂部輸入，經過放大、整形、解調后，被轉換成TTL電平的數(shù)字信號;紅外發(fā)射模塊將剛才學習到的紅外原碼進行調制并發(fā)送出去，在這里采用軟件編碼的方法產生調制信號，因此電路很簡單。
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