基于PXA255 的嵌入式实验装置的设计与实现[J].docxVIP

第 28 卷 第 8 期计算机工程与设计2007 年 4 月Vol. 28No. 8Computer Engineering and DesignApr. 2007基于 PXA255 的嵌入式实验装置的设计与实现郑宁汉(清华大学 计算机科学与技术系，北京 100084)摘要：为适应嵌入式系统课程的教学需要，设计并实现了一个基于 XSCALE 处理器的嵌入式实验装置。采用 INTEL 公司的高性能 PXA255 处理器，提供了丰富的接口电路。最后给出了基本实验以及复杂的大型实验的一般方法。关键词：嵌入式系统 ; ARM; PXA255中图法分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1000-7024 (2007) 08-1882-03Design and implementation of embedded educational device based on PXA255ZHENG Ning-han(Department of Computer Science and Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract：To adapt to the teaching of embedded system course, an embedded educational device based on the XSCALE processor isdesigened and implemented. The high-performance processor of INTEL-PXA255 is adopted, so the plentiful interface circuits is provided.The methods of basic and complex experiments are introduced.Key words：embedded system; ARM; PXA2550引言设计，然后给出学生实验的一般流程。32 位嵌入式实验装置的开发是一项有实际应用价值的研发课题。随着计算机技术的发展，嵌入式技术在工程领域11.1硬件设计总体设计的应用范围越来越广泛，传统的以 8 位 51 单片机为核心的应用已不能适应时代的发展，与此同时以 ARM 为代表的 32 位嵌入式处理器逐渐得到推广。我们应该适时的将 32 位嵌入式系统的教学引入到高校教育中来，嵌入式系统涉及到计算机组成原理、微机接口技术以及操作系统等多门专业基础课的知识，因此在本科 4 年级开设这门课程，可以培养学生综合运用大学所学知识的能力。为了与课内教学相配套，我们开设了相应的实验，并设计了相应的实验装置。嵌入式实验装置的开发与普通的嵌入式应用开发有许多不同之处： 应用开发根据实际的应用需求，裁剪及配置硬件和软件，最终形成一个功能确定的产品；而实验装置应该提供完备的体系结构和丰富的接口使学生能够完成多层次的、难易不同的实验； 嵌入式实验装置的重点是让学生学会裁剪及配置硬件和软件的方法，而不是简单地形成一个便携的低功耗产品；而实验装置往往固定在实验室的工作台上，有稳定的电源供应，有丰富的输入输出设备 (如鼠标、键盘、液晶屏等)，有各种各样的编程和调试手段。因此实验装置的设计应该强调低成本、坚固耐用、便于操作，而不必考虑提高精密度、降低功耗等，应尽量采用通用的芯片和接口。目前 32 位嵌入式微处理器有多种架构，使用最普遍的是英国 ARM 公司技术授权的 ARM 系列处理器，运用于实验装置开发的一般是 ARM7 和 ARM9 系列产品。本文采用 Intel 公司推出的 Xscale PXA255[1,2]处理器，与 ARM7 和 ARM9 系列相比，具有运行速度快、性能全、性价比高等的优点。PXA255 内置 MMU、LCD 控制器、USB 设备控制器、串口控制器、蓝牙串口控制器、SD 卡控制器、CF 卡控制器、红外线接口以及 AC97 接口。在实验装置的设计中，我们可以直接将以上部分引出，此外还需要 Flash、SDRAM 芯片、网络控制器、USB 主控制器、电源管理部分以及相关的控制逻辑 [3]。嵌入式实验装置的总体结构如图 1 所示，将实验板划分为核心板和接口板两部分。核心板包括 XSCALE 处理器和存储器；接口板包括网络接口、USB 接口等外围接口电路以及必要的控制逻辑和板级支撑电路。基于以下两点划分为两部分：①出于成本考虑，核心板中各芯片连接线运行频率较高(达100 MHz)，对电磁干扰要求比较高，须采用 6 层板布线以增加系统运行的稳定性，而接口板内芯片运行频率较低，可采用两层板布线以降低成本；②出于功能扩展和升级的考虑，核心板与接口板的功能划分比较明确，可以