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201709/06

基于嵌入式微处理器EP9315的二次开发技术

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  嵌入式系统已成为IT行业研发热点,但基于嵌入式系统的二次开发应用却存在很多难点,难以真正地将嵌入式系统投入到实际应用中。武汉中科院岩土力学所智能仪器室对基于ARM9的嵌入式系统进行二次开发,采用ARM9微处理器取代原有的51单片机实现对SY5声波检测仪[2]的控制。其中高速微处理器与现有低速设备接口及在配套的操作系统中就SY5声波检测仪原有功能设计相应驱动是本文研究的重点。同时提出了可行的硬件调试方法,为今后基于ARM9微处理器的硬件开发提供了思路。

  1 系统构成
  1.1 高性能的ARM9嵌入式微处理器
  本设计选择Cirrus Logic公司2004年7月推出的EP93XX系列中的高端产品EP9315。该微处理器是高度集成的片上系统处理器,拥有先进的200MHz ARM920T处理器并支持Linux、WindowsCE和其他许多嵌入式操作系统的存储器管理单元(MMU)。它具有ARM920T内核所有的优异性能。与其他ARM9微处理器相比,EP9315具有以下特性:MaverickCrunchTM数学运算引擎,支持浮点、整数和信号处理指令;丰富的集成外设接口,包括PCMCIA、接口图形加速器、可接两组设备的EIDE、1/10/100Mbps以太网MAC、3个2.0全速HOST USB、专用SDRAM通道的LCD接口、触摸屏接口、SPI串行外设接口、AC97接口、6通道I2S接口、8×8键盘扫描接口;支持4组32位SDRAM的无缝连接等。
  配合Windows CE.net嵌入式操作系统,系统开发效率高、运行稳定,为工业控制提供了可靠的系统平台。基于定制的WinCE操作系统实现工业控制中应用模块的专用驱动,提高了嵌入式系统的通用性。
  1.2 系统主体结构
  EP9315嵌入式系统总体结构如图1所示。整个系统分为嵌入式系统、应用模块(声波检测仪)和转换模块三部分。Cirrus logic公司为用户提供了基于该处理器的全功能开发板。该开发板扩展了EP9315的所有功能,并可根据实际需求将全功能开发板的硬件进行裁减,从而降低成本。该开发板预留了标准PC104接口,可方便用户开发应用。应用模块也预留标准PC104接口,其中的I/O控制信号、数据线、地址线与EP9315嵌入式系统的PC104接口一一对应。而系统中的转换模块可保证嵌入式系统和应用模块连接的稳定性。

图1 EP9315嵌入式系统总体结构图



  EP935嵌入式系统主要由电源、32MB/64MB内存、LCD接口、警示LED、主USB、面板按键、CF卡接口、以太网接口和标准PC104接口组成。其中电源提供5V、3.3V、1.8V三种电压输出,分别给应用模块、外设、CPU内核供电。内存为操作系统提供运行空间。其中嵌入式系统与应用模块的I/O控制信号、数据线和地址线都引到标准PC104插座上,经转换模块处理后相接。采用PC104总线标准实现了嵌入式系统的各种应用目标。液晶显示屏用于人机交互,警示LED直观地显示电源状况。主USB支持U盘和USB鼠标键盘,CF卡作为大容量存储器存放应用模块的数据,用户通过面板按键实现对整个系统的控制。
  1.3 嵌入式系统板与应用模块的连接方案
  系统外接的应用模块(SY5声波检测仪)采用51系列单片机控制数字模拟电路实现特殊功能。整个数字电路部分均为5V供电,模拟部分由5V及正负12V供电,采样数据通过RS232串口传给上位机进行数据处理。而EP9315、I/O口及外围电路均为3.3V供电,管脚承受的最大电压不超过3.6V。
  考虑到每个管脚的驱动能力有限,用电平转换驱动芯片74LVXC4245实现电平转换。其作用如下:
  (1)改善信号的质量。某些对时延比较敏感、且在系统内又相距较远或者较分散的信号,信号线的寄生电容会损害信号的特性。采用74LVXC4245驱动芯片进行隔离,会改善系统的性能。
  (2)抗干扰。增加74LVXC4245这样的有源缓冲器可以有效地减少干扰。
  (3)电平转换。3.3V到5V和5V到3.3V双向电平转换。
  74LVXC4245是8通道电压转换器,最大可提供200mA的驱动电流。与专用模块接口时,主要实现数据线、地址线、I/O信号、中断信号等的单/双向电平转换。
  地址线的电平转换方向设置为3.3V到5V。I/O、中断信号的电平转换方向可设置为单向转换,3.3V到5V或5V到3.3V片选可接地。
  数据线是双向信号,电平转换时要特别注意其方向信号和片选信号的设计。设计不合理会造成总线冲突,系统无法启动。数据线电平转换电路如图2所示。




  由图2可见,方向信号使用读信号的反向信号#RD,保证读操作时数据线由5V到3.3V,写操作时数据线由3.3V到5V,防止了总线冲突。使能信号OE可接地或接片选信号。

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