1、 毕 业 设 计（论 文） 题目：基于 ARM9-S3C2410 数字核心板的硬件设计 Title： Hardware Design of Digital Core Board Based on ARM9-S3C2410 二零一零年六月摘 要 三星 S3C2410 微处理器是一个采用 ARM920T内核，高性能、低功耗、低成本的 16/32 位 RISC 处理器。基于 S3C2410 的最小系统核心板是一个独立模块，根据需求它可以直接与用户板模块结合进行速度、快捷、费用合理的开发利用。 本课题的主导 内容是基于 S3C2410 的最小系统的核心板的硬件设计，测试部分用到了自行设计的简易测试用底
2、板。硬件部分的设计是应用 Protel 99 SE软件完成的，综合了许多原理图设计思想，进行取优弃弊，结合实际应用的考虑，以功能模块思想作引导，认真核对每一个引脚及其网络连接，采用六层板，通过原理图的绘制，原理图的修改， PCB的布局布线再经过印刷、安装器件形成核心板。 该设计自主开发出的核心板，具有低功耗、小体积、低成本、高性能、稳定、低干扰、良好的可观察性的良好特点。可以进行各种需求的教学实验及开发，为我们自己设计的一 些仪器提供了良好的核心支持。 关键词 ： ARM9； 最小系统； 核心板； S3C2410ABSTRACT The SAMSUNGs S3C2410A 16/32-bit
3、RISC microprocessor is a product designed with cost-effective, low-power, and high-performance. The S3C2410 was developed using an ARM920T core. The core board with minimum based on the S3C2410 is a independent modules. combined directly with user board it could be given a utilization as clients nee
4、d speed, fast and reasonable-cost. The lead content of this topic is the hardware design of core board with minimum based on the S3C2410 tested with a simple user board designed by myself. Integrating many ideas, cosidering the practical application, and bringing essence together finally the core bo
5、ard was completed after the schematic is drew and modified, the PCB board is arranged and routed, then components fixed on the six-lamellar board.with the software Protel 99 SE. The core board has advantages of low power consumpution, small size, low cost, high performance, stability, low interferen
6、ce and convenient observability. Key words： ARM9; minimum system; core board; S3C2410目 录 绪 论 . 1 1.1 嵌入式系统的发展及应用 . 1 1.1.1 嵌入式系统的发展史 . 1 1.1.2 嵌入式系统的发展现状及未来趋势 . 1 1.2 课题的意义和内容 . 3 1.2.1 研究意义 . 3 1.2.2 课题内容 . 3 2基于 ARM9-S3C2410 的最小系统 . 4 2.1 S3C210 概述 . 4 2.1.1 S3C210 芯片简介 . 4 2.1.2 引脚定义 . 6 2.1.3 引脚
7、信号描述 . 7 2.2 基于 ARM9-S3C2410 最小系统的分析 . 8 2.2.1 基于 ARM9-S3C2410 最小系统的需求分析 . 8 2.2.2 基于 ARM9-S3C2410 最小系统的设计及系统测试流程 . 10 3基于 ARM9-S3C2410 核心板的硬件设计 . 11 3.1 PROTEL 99 SE 简介 . 11 3.2 核心板硬件规划 图 . 11 3.3 核心板硬件的芯片介绍 . 12 3.3.1 S3C2410 简介 . 12 3.3.2 电源芯片 SPX1117 简介 . 12 3.3.3 系统存储芯片简介 . 12 3.3.4 晶振芯片 . 15 3
8、.4 核心板硬件功能 模块的原理图设计 . 16 3.4.1 核心板硬件原理图 . 16 3.4.2 电源管理部分 . 18 3.4.3 系统存储部分 . 19 3.4.4 总线驱动 . 21 3.4.5 系统复位电路 . 22 3.4.6 系统时钟部分 . 23 3.5 核心板硬件的 PCB图设计 . 24 3.5.1 核心板的 PCB图 . 24 3.5.2 核心板的 PCB布局 . 25 东华理工大学毕业设计（论文） 基于 ARM9-S3C2410 的最小系统 3.5.3 核心板的 PCB分层设计 . 26 3.6 核心板硬件的设计结果 . 29 3.7 核心板功能简介 . 30 3.7
9、.1 核心板引脚功能 . 31 3.7.2 核心板 GPIO 口 . 32 4硬件测试与分析 . 33 4.1 硬件测试介绍 . 33 4.2 测试流程及结果分析 . 35 结论与展望 . 36 致 谢 . 37 参考文献 . 38 附录 1 . 39 附录 2 . 46 附录 3 . 53 东华理工大学毕业设计（论文） 基于 ARM9-S3C2410 的最小系统 1 绪 论 1.1 嵌入式系统的发展及应用 1.1.1 嵌入式系统的发展史 嵌入式系统是将计算机硬件和软件结合起来构成的一个专门的装置，这个装置可以完成一些特定的功能和任务，能够在没有人工干预的情况下独立地进行实时监测和控制。另外，
10、由于被嵌入对象的体系结构、应用环境不同，所以各个嵌入式系统也可以由各种不同的结构组成。 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。一直以来，嵌入式系统的发展都是伴随着嵌入式微处理器的发展 而发展。 自从第一个 ARM处理器自 1985年问世以来， ARM体系一直在发展，基于 ARM的嵌入式系统也随之迅速发展。 在早期实际的嵌入式系统中，芯片选择时往往以某一种微处理器内核为核心，在芯片内部集成必要的 ROM/EPROM/Flash/EEPROM、 SRAM、接口总线及总线控制逻辑、定时 /计数器、 WatchDog、 I/O、串行口、脉宽调制输出、 A/D、 D/A 等各种必要的功能和外设。为了适应不同
11、的应用需求，一般一个系列具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核几乎都是一样的，不同之处在于存储器的种类、容量 和外设接口模块的配置及芯片封装。这样可以最大限度地和实际的应用需求相匹配，满足实际产品的开发需求，使得芯片功能不多不少，从而降低功耗、减少成本。 随着嵌入式系统应用普及的日益广泛，嵌入式系统的复杂度提高，控制算法也更加冗繁，尤其是嵌入式 Internet 的广泛应用、嵌入式操作系统的引入、触摸屏等复杂人机接口的广泛使用以及芯片设计及加工工艺的提高，以 32 位处理器为核的 SOC 系统芯片的大范围使用，极大的推动了嵌入式 IT 技术的发展速度 1。 20 世纪末，嵌入式计算机系统的
12、诞生，标志了计算机进入了通 用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展时代。 嵌入式计算机系统走单芯片化道路。它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士，接过起源于计算机领域的嵌入式系统，承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务，迅速地将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。 嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。 1.1.2 嵌入式系统的发展现状及未来趋势 随 着信息化，智能化，网络化的发展，嵌入式系统技术将获得广阔的发展空间。东华理工大学毕业设计（论文） 基于 ARM9-S3C2410 的最小系统
13、 2 自 20 世纪 90 年代以来，嵌入式技术全面展开，目前已成为通信和消费类产品的共同发展方向。 ARM 微处理器及基于 ARM 的嵌入式技术的应用已经深入到各个领域，主要表现在以下几个方面： （ 1）工业控制领域：作为 32 位的 RISC 架构，基于 ARM 核的微控制器芯片不仅占据了高端微控制器市场的大部分市场份额。同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展。 ARM 微控制器的低功耗、高性价比向传统的 8 位 /16 位微控制器提出了挑战。 （ 2）无线通信领域：目前已有超过 85%的无线通信设备采用了 ARM 技术，ARM 以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固 。 （ 3）网络应
14、用：随着宽带技术的推广，采用 ARM 技术的 ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外， ARM 在语音及视频处理上进行了优化，并获得广泛支持，也对 DSP 的应用领域提出了挑战。 （ 4）消费类电子产品： ARM 技术在目前流行的数字音频播放器、数字电视、数字电视机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 （ 5）成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用 ARM 技术。手机中的 32 位 SIM 智能卡也采用了 ARM 技术。 除此以外， ARM 微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更广泛的应用 2。 计算机应用 的普及、互联网技术的使用以及纳米微电子技术的突破，也正有力地推
15、动着未来的工业生产、商务活动、科学实验和家庭生活等领域的自动化和信息化进程。全生产过程自动化产品制造、大范围电子商务活动、高度协同科学实验以及现代化家庭起居，也为嵌入式产品造就了崭新而巨大的商机。 嵌入式系统的硬件方面，不仅有各大公司的微处理器芯片，还有用于学习和研发的各种配套开发包。目前低层系统和硬件平台经过若干年的研究，已经相对比较成熟，实现各种功能的芯片应有尽有。 在嵌入式系统应用中，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、性能强、功耗低、 可靠性高以及面向行业具体应用等突出特征。 信息时代，数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展契机，为嵌入式市场展现了美好的前景，同时也对嵌入式生产厂
16、商提出了新的挑战，从中我们可以看出未来嵌入式系统的几大发展趋势： 支持开发的工具和操作系统； （ 1） 联网成为必然趋势； （ 2） 精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本； （ 3） 提供精巧的多媒体人机界面。 东华理工大学毕业设计（论文） 基于 ARM9-S3C2410 的最小系统 3 1.2 课题的意义和内容 1.2.1 研究意义 在今日，嵌入式 ARM 技术已经成为了一门比较热门的学科，无论是在电子类的什么领域，你都可以看到嵌 入式 ARM 的影子。如果你还停留在单片机级别的学习，那么实际上你已经落下时代脚步了， ARM 嵌入式技术正以几何的倍数高速发展，它几乎渗透到了几乎
17、你所想到的领域。数字核心板是整个嵌入式系统的核心，为用户板的良好运行提供支持。本身的低功耗、小型化设计使它可以与嵌入式仪器良好结合，从而应用于各种嵌入式仪器中。 本设计的核心板为基于 ARM9-S3C2410 的嵌入式系统提供了良好的硬件平台，其核心为 CPU 采用三星公司 S3C2410 ARM920T，主频 203 MHz，还有 SDRAM、NAND Flash、 NOR Flash等。它以基于 S3C210 的最小系统为基础对外提供丰富的外围 I/O 接口，通过这些核心板接口（尤其是 GPIO 口），我们可以很方便地在开发板上进行扩展电路实验以及根据一些特定的需要进行嵌入式系统的设计和开
18、发。 该核心板既可以应用与各种仪器设备实现连接，也能利用引出的 I/O 接口自行设计实现各种功能，还可作为学生的开发平台和教学实验仪，特别适合于具有自主知识产权产品的开发，具有较为广阔的应用前景。 1.2.2 课题内容 嵌入式系统的硬件是以嵌入式微处理器为核心的数字核心板，主要由嵌入式微处理器、总线、存储器 、输入 /输出接口和设备组成。本课题正是要设计出基于当前较好的嵌入式微处理器 S3C2410 的数字核心板，以便为自行设计的嵌入式仪器提供核心板，从而组成完整的嵌入式系统，开发出自己的嵌入式仪器。 本课题的主要内容如下： （ 1） 嵌入式微处理器 S3C2410 的整体概况及相关详细参数；
19、 （ 2） 数字核心板各模块所选的芯片的具体参数，芯片与 S3C2410 的连接原理； （ 3） 辅助设计软件 Protel99SE的使用，数字核心板的各个功能模块的设计； （ 4） 数字核心板的调试 。 东华理工大学毕业设计（论文） 基于 ARM9-S3C2410 的最小系统 4 2基于 ARM9-S3C2410的最小系统 2.1 S3C210概述 2.1.1 S3C210芯片简介 S3C2410 是三星公司推出的 16/32 位 RISC 处理器（ ARM920T 内核），适用于手持设备、 POS 机、数字多媒体播放设备等等，具有价格低、低功耗、高性能等特点。 S3C2410采用了 ARM
20、920T内核， 0.18um工艺的 CMOS标准宏单元和存储单元。它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。同样它还采用了 Advanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA)新型总线结构 3。 S3C2410 提供了一系列完整的系统外围设备，消除了为系统配置额外器件的需要，大大减少了整个系统的成本。 S3C2410 主要的特征如下： （ 1） 203Mhz的 ARM920T内核，支持 JTAG 仿真调试； （ 2） 16KB的 I-Cache 和 16KB的 D-Cache； （ 3） 具有 MMU,支持 WinCE、 EP
21、OC32、 Linux等操作系统； （ 4） 外部存储器控制器，共分 8 个 Bank，每个 Bank 可访问 128MB空间； （ 5） 片内 4KB SRAM，可用作 NAND Flash系统引导的缓冲区； （ 6） LCD 控制器（最大支持 4K 色 STN 和 256 色 TFT）， 1 通道 LCD 专用 DMA； （ 7） 4 通道 DMA，有外部请求引脚； （ 8） 3 个 UART（ IrDA1.0， 16 字节 TxFIFO， 16 字节 RxFIFO）； （ 9） 2 个 SPI 总线接口； （ 10） 1 个多主 I2 C 总线接口； 1 个 IIS 总线接口； （ 11
22、） 兼容 SD主接口协议 1.0 版和 MMC 卡协议 2.11 兼容版； （ 12） NAND Flash/SM 卡接口，支持 NAND Flash系统引导； （ 13） 2 个 USB主机接口， 1 个 USB设备接口（ V1.1）； （ 14） 4 个 PWM 定时器和 1 个内部定时器； （ 15） 看门狗定时器； （ 16） 117 个通用 I/O 口； 东华理工大学毕业设计（论文） 基于 ARM9-S3C2410 的最小系统 5 （ 17） 24 个外部中断； （ 18） 8 通道 10 位 ADC 和触摸屏接口； （ 19） 具有日历和时钟功能的 RTC； （ 20） 1.8V 内核供电， 3.3V 存储器供电， 3.3V 外部 I/O 供电； （ 21） 功耗控制模式：普通，慢速，空闲和掉电模式； （ 22） 具有片内 PLL时钟发生器。 如图 2-1 所示为 S3C2410 芯片内部结构框图。 图 2-1 S3C2410 芯片内部结构图
