基于ARM處理器的 PC／1 04處理器模塊的開發(fā)

　　PC／104是一種專門為嵌入式應(yīng)用而定義的總線 ，lEEE會將它定義IEEE—P996 1，信號定義和PC／AT基本一致 ，但氣和機(jī)械規(guī)范卻完全不同，是一種優(yōu)化的、小型 、堆棧式結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng) ?；赑C／104結(jié)構(gòu)的模塊由于開發(fā)方便 、品種富、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

　　ARM(Advanced RISC Machine)公司成立于 1990年月，是蘋果電腦 ，Acorn電腦集團(tuán)和 VLSI Technology的合資業(yè) 。ARM首創(chuàng)了CHlPLESS的模式 ，該公司只設(shè)計(jì)出高效ARM內(nèi)核，通過將 ARM內(nèi)核授權(quán)給半導(dǎo)體公司 ，由半導(dǎo)體公根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況加上各種外圍的功能比如Flash、串RTC等構(gòu)成一塊完整的芯片。

　　本文主要介紹基于ARM的 PC／104模塊的結(jié)構(gòu) ，并給出總線模擬 、串行通訊接口以及驅(qū)動程序的相關(guān)內(nèi)容。

　　1 PC／104處理器模塊的要求

　　在工業(yè)控制和數(shù)據(jù)采集中 ，PC／104模塊的總線 、串口功是必不可少的，而硬盤接口、并行口、鍵盤口等 lO 口卻很少用 ，因此在選用另外的CPU代替x86作為PC／104模塊的處器首先要求能夠兼容原有的 PC／104總線 ，使得符合PC／規(guī)范的數(shù)字量輸入／輸出模塊 、模擬量輸入／輸出模塊以及針PC／104系統(tǒng)開發(fā)的各個(gè)系統(tǒng)能夠正常使用 ；其次該處理器須具有 2個(gè)串行接 口，以適應(yīng)大部分場合的串行通訊需要三 ，必須具有可以滿足足夠的程序空間和RAM空間為用戶的序和數(shù)據(jù)使用；第四，必須具有 RTC(Real Time Clock)，并能斷 電時(shí)保持系統(tǒng)時(shí)間不變；第五 ，友好的開發(fā)環(huán)境 ，以適應(yīng)現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)的需要 。

　　2 基于 Inte1386SX的 PC／104模塊的缺點(diǎn)

　　首先 ，基于386SX 的 PC／104處理器模塊的成本比較386SX／40的控制模塊的價(jià)格在千元以上 ；第二，功耗較大瓦的功耗給電源供應(yīng)、散熱的設(shè)計(jì)帶來一系列的問題，并且不合某些低功耗要求的環(huán)境中應(yīng)用 ；第三 ：程序燒寫繁瑣 ，基x86的PC／104的理器模塊一般采用 DOC (Disk On Ch或者 DOM(Disk On Module)作為程序存儲器，由于DOC用燒寫工具比較昂貴 ，所以實(shí)際生產(chǎn)時(shí)多采用人工燒錄方法括格式化、復(fù)制多個(gè)步驟 ，每燒一塊芯片需要斷電 、重新啟動器數(shù)次 ，效率低下 、操作繁瑣 ；第四，系統(tǒng)啟動速度慢 ，從上電開始執(zhí)行用戶程序一般需要 2—5秒時(shí)間，WDT溢出時(shí)恢復(fù)時(shí)間較長，容易遺漏一些重要的事件。第五 ，開發(fā)環(huán)境不夠友好，基于386SX 的 PC／104處理器模塊的程序一般在 DOS環(huán)境下開發(fā)，開發(fā)工具一般為TURBO C或者BORLAND C，開發(fā)環(huán)境比較落后，編程 、調(diào)試非常的不方便。

　　3 ARM處理器的特點(diǎn)

　　首先速度快 ，ARM是一種基于 RISC架構(gòu)的處理器 ，運(yùn)行在44MHz的ARM的處理器的處理能力可大40MlPS，遠(yuǎn)大于基于CISC架構(gòu) 386SX／40的13MIPS；其次 ，功耗非常低 ，例 LPC2129的內(nèi)核耗電僅為 30mA (供 電電壓為 1．8V，時(shí)鐘 為 60MHz)，功耗為 54mW，不到 386SX的十分之一 ；第三，集成度高、功能強(qiáng)大 ，很多世界著名的半導(dǎo)體廠家都購買 了 ARM的內(nèi) 核，并根據(jù)市場的需要推出了集成豐富外圍功能包括 SRAM、 RTC，CAN接口、串行口、以太網(wǎng)接口等等的芯片 ，在很多應(yīng)用場合，一塊ARM芯片可以滿足所有的需要；第四，價(jià)格低廉，ARM芯片生產(chǎn)廠家很多，在工業(yè)控制和民用產(chǎn)品中的應(yīng)用也非常廣泛 ，芯片價(jià)格非常低廉 ，帶128KFLASH的PHILIPS LPC2104的市場價(jià)格僅為50元人民幣。

　　4 CPU的選擇

　　經(jīng)過80186、X51、ARM、DSP等多種CPU 比較后最終確定采用ARM作為 PC104處理器模塊的替代處理器 ，為了兼容原 有的基于 PC／104設(shè)計(jì)的板卡。經(jīng)過多家 ARM產(chǎn)品的比較，最 終確定采用 PHILIPS LPC2129作為本次開發(fā)的 PC／104處理 器模塊 的 CPU。LPC2129是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的 16／32位 ARM7TDMl—S CPU，并 內(nèi)置 256K字節(jié)(KB)的高速 Flash存儲器。128位寬度的存儲器接 口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使 32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率(60MHz)下運(yùn)行。LPC2129采 用很小的 TQFP一64封裝 、具有極低的功耗 、2個(gè)串口、多個(gè) 32 位定時(shí)器 、4路10位ADC、2路CAN、PWM通道 、46個(gè) GPlO 以及多達(dá) 9個(gè)外部中斷使它特別適用于工業(yè)控制領(lǐng)域CPU模塊的開 發(fā) 。

　　5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　基于ARM的PC／104系統(tǒng)主要由處理器 、總線接口 、 Flash、實(shí)時(shí)時(shí)鐘 、復(fù)位電路 、通訊接口、調(diào)試接口、電源幾個(gè)部分組成 ，如圖 1所示。

　　6 硬件設(shè)計(jì)

　　6 1總線部分

　　本模塊開發(fā)的關(guān)鍵之一是 PC／104總線的接口，包括控制總線 、地址總線和數(shù)據(jù)總線 ，采用專用的 3 3V／5V電平轉(zhuǎn)換芯片74LVC4245以保證不同電平電路的高速互連 ，74LVC4245是一塊A3 8位的總線收發(fā)器 ，并可以在5V和3．3V系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換 。