StrongARM及其嵌入式應用平臺

在簡要介紹嵌入式CPU SA1110/SA1111的基礎上,著重從硬件方面介紹其接口的擴展方法及擴展信號定義,可滿足平臺設計中對所需接口的要求。

關鍵詞 嵌入式 接口 Strong ARM

　　在滿足專用嵌入式平臺設計中,要求所設計的平臺具有PCMCIA接口、CompactFlash接口、RS232 接口、2個PS/2接口、2個USB接口、LCD接口、鍵盤接口等,使所設計的平臺滿足數據的采集、處理、存儲、顯示、打印、傳輸等功能。為此,選用Intel公司的StrongARM芯片SA1110和SA1111作為平臺CPU與接口擴展器件,通過與其它接口芯片配合來完成擴展接口的設計任務。

1? 芯片簡介

1.1 SA1110簡介

　　Intel公司的StrongARM芯片SA1110可以滿足便攜式、嵌入式應用的要求,作為32位StrongARM RISC處理器,其最高運行速度可達206 MHz;其內部有強大的指令操作能力、高速緩沖能力、寄存器管理能力、讀/寫緩沖器能力。SA1110寄存器總線接口可與DRAM、SDRAM、ROM、SMROM、SRAM以及其它潛在的I/O器件共享數據信號,其寄存器與PCMCIA模塊支持4個快速頁操作模式（FPM）、擴展數據輸出（EDO）、同步DRAM、6個靜態存儲器、6個ROM/SDRAM等。SA1110可提供系統支持邏輯、多個串行通信通道、1個彩色/灰度LCD控制器、2個PCMCIA插槽、28個GPIO口;內部提供定時器、電源管理、指令控制、復位控制、時鐘產生、中斷控制等功能。SA1110電源管理提供正常、空閑、睡眠三種工作狀態,其內部包含六通道的DMA控制器,用于支持串行通信過程中的數據高速運動,如串行通道與外部寄存器、DRAM、SRAM、Flash、ROM等之間的通信;此外,還有1個用于支持LCD控制器工作的獨立的DMA 控制器。SA1110有5個獨立的串行通道,可分別執行半雙工被動協議的通用串行總線(USB)通信、通用異步收發(UART)通信、紅外數據(IrDA)通信、 多媒體通信口/同步串行口(MCP/SSP)通信等。SA1110 通過指令和數據斷點提供調試支持,還提供JTAG口,用于進行系統連續檢查。

1.2 SA1111簡介

　　Intel公司的StrongARM芯片SA1111支持SA1110開發平臺,可擴展SA1110的開發環境,可以為手持式高性能的計算機系統提供所需的功能;其內部除含有主動式USB控制器外,可通過擴展支持PCMCIA 接口、CompactFlash接口、2個PS/2接口、2個滿足工業標準的獨立的串行口、脈沖寬度調制(PWM)、全雙工SSP接口、全雙工串行音頻口以及其它的I/O中斷能力;利用其高性能的寄存器控制器,可以通過系統寄存器總線完成系統寄存器與DMA之間的數據轉移。

2 擴展接口設計

　　由于所設計的平臺要求具有PCMCIA接口、CompactFlash接口、RS232接口、2個PS/2接口、2個USB接口、LCD接口、鍵盤接口等,因此,所設計的平臺是基于嵌入式CPU SA1110/SA1111而構建的,其組成框圖及信號線連接關系如圖1所示。

圖1? 擴展接口框圖

　　擴展接口由SA1110、SA1111、CPLD、HUB、TPS2149、TPS2015、SN75240以及標準的PCMCIA插槽、CompactFlash插槽、USB接口、PS/2接口等構成。其中SA1110為平臺CPU,SA1111與SA1110共同為構建系統平臺,以減少系統器件數量、降低功耗、提高性能;CPLD用于完成LCD所需控制信號的轉換、RS232信號的協調及控制、按鍵控制信號的編碼等;TS2015、TS2194用于產生USB接口所需的5 V電壓,它受SA1111輸出的USB_PWR_SENSE和USB_PWRCNTL信號控制;TUSB2040用于完成USB信號集線器功能（HUB）;SN75240用于滿足對PS/2端口ESD的要求;各種標準插槽與接口用來實現與標準的插卡及接口的標準連接。

3? 擴展接口信號定義

　　在擴展接口設計中,涉及到較多的信號,包括地址信號、數據信號、各種控制信號,各種信號的連接關系如圖1所示。其中,在SA1110與SA1111接口之間,包括32根數據線、26根地址線、10根控制線;在SA1111與PCMCIA插槽之間,包含16根數據線、26根地址線、17根控制線;在SA1111與CompactFlash 插槽之間,包含16根數據線、11根地址線、17根控制線;在SA1111與PS/2接口之間,包含4根信號線;在SA1111與USB接口之間,包含2根信號線、2根控制線;在CPLD與SA1110之間,有8根數據線、9根控制線;在CPLD與LCD模塊LC94323A之間,有8根數據線、4根控制線,LCD 采用SHARP 公司的LC94323A被動LCD矩陣模塊;在CPLD與RS232接口之間,有7根控制線;在CPLD與按鍵之間,有11根控制線。各種信號的定義如表1所列。

表1

4? 心電圖機的平臺應用

　　所設計的擴展接口是為了滿足具有遠程通信能力的心電圖機硬件平臺的需要。該平臺的要求是能實時采集、處理、存儲、顯示、打印、傳輸所采集到的心電數據。平臺由專用心電數據采集模塊、SA1110/SA1111構成的CPU及擴展接口、Flash、DRAM、CPLD等構成。下面簡要介紹平臺對擴展接口的要求及功用：

　　◇ 具有PCMCIA和Compact Flash接口,以便于安裝PCMCIA和CompactFlash插卡,用于實現心電數據的采集和存儲;

　　◇ 具有RS232接口,以便于和計算機通信,實現程序的下載和升級;

　　◇ 具有兩個PS/2接口,一個用于和條形碼掃描儀相接,實現病人數據的錄入,另一個用于和鼠標相連,實現功能選擇;

　　◇ 具有兩個USB接口,一個用于和打印機相接,實現輸出打印,另一個用于和網絡相連,實現心電數據的遠程傳輸;

　　◇ 具有一個LCD接口,用于和LCD模塊相接,實現心電數據的實時顯示;

　　◇ 具有一個鍵盤接口,用于將心電圖機面板上的按鍵,通過CPLD轉換成所需的PC/AT鍵盤信號。

5? 結論

　　本文介紹的擴展接口已用于實際設備設計中,并取得了滿意的效果。擴展接口設計中,由于充分利用了SA1110和SA1111的嵌入式功能和CPLD,達到了簡化電路結構、完善功能的目的。