基于ARM嵌入式處理器的片上系統(tǒng)解決方案

0 引言

8位的51單片機(jī)長(zhǎng)期占據(jù)著微控制器(MCU)的主流市場(chǎng)，但隨著技術(shù)與需求的發(fā)展，32位微控制器應(yīng)用增長(zhǎng)率也在不斷攀升。目前，基于ARM內(nèi)核的32位微處理器在市場(chǎng)上處于領(lǐng)導(dǎo)地位。

基于ARM嵌入式處理器的片上系統(tǒng)解決方案可應(yīng)用于企業(yè)應(yīng)用、汽車系統(tǒng)，家庭網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線技術(shù)等市場(chǎng)領(lǐng)域。ARM CortexTM系列提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)來(lái)滿足以上各種技術(shù)的不同性能要求，基于ARM架構(gòu)有3個(gè)分工明確的系列：A系列面向復(fù)雜的尖端應(yīng)用程序，用于運(yùn)行開(kāi)放式的復(fù)雜操作系統(tǒng);R系列針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng);M系列專為低成本控制和微控制器應(yīng)用開(kāi)發(fā)。Cortex-M3是基于ARM架構(gòu)的處理器，是專門為了在微控制器等對(duì)功耗和成本敏感的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高系統(tǒng)性能而設(shè)計(jì)的，它簡(jiǎn)化了可編程的復(fù)雜性，使ARM架構(gòu)成為各種應(yīng)用方案的良好選擇。

Luminary Micro公司(已被TI公司收購(gòu))StelIaris提供一系列的微控制器是首款基于ARM Cortex-M3的控制器，它們?yōu)閷?duì)成本尤其敏感的嵌入式微控制器應(yīng)用方案帶來(lái)了高性能的32位運(yùn)算能力。這些具備領(lǐng)先技術(shù)的芯片使用戶能夠以傳統(tǒng)的8位和16位器件的價(jià)位來(lái)享受32位的性能。其中，LM3S811微控制器正是針對(duì)工業(yè)應(yīng)用方案而設(shè)計(jì)的，包括測(cè)試和測(cè)量設(shè)備、工廠自動(dòng)化、建筑控制、運(yùn)動(dòng)控制、醫(yī)療器械、火警安防以及電力能源等。

TH12864等圖形點(diǎn)陣液晶顯示器以其工作電壓低、功耗低、壽命長(zhǎng)、不產(chǎn)生電磁輻射污染、可以顯示復(fù)雜的文字及圖形等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用在各種儀器儀表、電子設(shè)備和家用電器等領(lǐng)域。

本文嘗試將基于ARM的LM3S811微控制器與TH12864顯示模塊相結(jié)合的技術(shù)應(yīng)用。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 LM3S811主控芯片

本次系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的主控芯片選擇TI公司LM3S811芯片，其電源電壓為3.3 V，最高時(shí)鐘頻率50 MHz，64 kHz的單周期FLASH;3個(gè)32位通用定時(shí)器，可分成6個(gè)16位定時(shí)器使用;一組同步串行接口(SSI)，2個(gè)異步串行接口(UART);4通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，1組模擬比較器和I2C接口;3個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)(PWM)模塊，32個(gè)通用輸入輸出管腳(GPIO)及硬件看門狗等。LM3S811系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

1.2 TH12864顯示模塊

本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯示模塊選擇帶中文字庫(kù)的TH12864，其電源電壓為3.3 V。TH12864液晶顯示模塊是128×64點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置國(guó)標(biāo)GB2312碼簡(jiǎn)體中文字庫(kù)(16×16點(diǎn)陣)、128個(gè)字符(8×16點(diǎn)陣)及64×256點(diǎn)陣顯示RAM(GDRAM)?？商峁?位并行及串行2種連接方式，具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。其中TH12864的管腳功能如下：

1：VSS，地(GND);2：VDD，電源;3：V0，背光調(diào)節(jié);4：CS，片選信號(hào);5：STD，串行數(shù)據(jù);6：SCLK，串行時(shí)鐘;14：DB0-DB7，并行數(shù)據(jù);15：PSB，串并口選擇，串行模式為低電平有效;17：/RST，復(fù)位;19：LEDA，背光正極;20：LEDK，背光負(fù)極。

1.3 LM3S811主控芯片與TH12864顯示模塊的連接

為節(jié)約系統(tǒng)硬件資源以便其他用途，故選擇TH12864顯示模塊為串行模式。則主控芯片LM3S811只需要占用3個(gè)GPIO管腳即可，保留PWM等用于小車驅(qū)動(dòng)等，選擇與比較器和I2C復(fù)用的PB2，PB4和PB6，如圖2所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為底層驅(qū)動(dòng)程序、中層實(shí)現(xiàn)程序和上層應(yīng)用程序。軟件以IAR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，用C語(yǔ)言編寫，便于維護(hù)和移植。下面是部分源程序。