基于ARM芯片的PDA系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

摘 要：嵌入式PDA系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，為了設(shè)計(jì)一個(gè)高性能低成本的PDA系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)利用ADSl．2開發(fā)環(huán)境開發(fā)基于ARM芯片的PDA系統(tǒng)，采用STR710芯片設(shè)計(jì)PDA硬件電路系統(tǒng)，利用壞塊管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)NAND_FLASH的存儲(chǔ)管理，提高系統(tǒng)的整體性能，以及其在整體電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中外圍芯片與CPU連接方式的可行性探討，通過該設(shè)計(jì)很好地實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的，證實(shí)了系統(tǒng)采用ST公司的STR710芯片設(shè)計(jì)一套嵌入式PDA的可行性。
關(guān)鍵詞：ARM；嵌入式PDA；驅(qū)動(dòng)程序；NAND_FLASH

0 引 言
    隨著CPU技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，基于ARM平臺(tái)的32位嵌入式PDA技術(shù)也得到了很大的發(fā)展。PDA已經(jīng)從原來簡(jiǎn)單意義上的個(gè)人數(shù)字助理，變成了人們離不開的隨身工具。該設(shè)計(jì)基于ARM平臺(tái)的STR710CPU。主要完成了其硬件電路的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)并通過編程實(shí)現(xiàn)液晶顯示器、NANAD_FLASH的驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)并在此基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)PDA的圖形操作。

l 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能模塊
    設(shè)計(jì)中主要采用ARM平臺(tái)的32位處理器STR710，NAND512W3，MAX4468語(yǔ)音數(shù)據(jù)采集芯片以及LCD液晶顯示器，在完成硬件電路的基礎(chǔ)上編寫程序?qū)崿F(xiàn)LED顯示器及NAND_FLASH驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)采用STR710單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)PDA系統(tǒng)具有很高的性價(jià)比和可靠性特別是在A／D采集上具有12位的精度非常適合工業(yè)和手持設(shè)備使用。
1．1 STR710及NAND512W3主要芯片功能介紹
    ST ARM微控制器集成了常用的各種外設(shè)，彌補(bǔ)了其他許多ARM微控制器的不足，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中采用NAND_FLASH是由于在PDA系統(tǒng)中一般需要存放大量代碼及數(shù)據(jù)而NAND512W3系列芯片正好具有很高的存儲(chǔ)密度、可擦寫性能好、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)很適合作PDA的存儲(chǔ)芯片，而且具有很高的性價(jià)比。
1．2 STR710與各芯片的功能模塊及接口電路設(shè)計(jì)
    在系統(tǒng)中PDA主要有以下功能：通過CPU的控制實(shí)現(xiàn)LCD顯示屏的顯示控制，NAND_FLASH的存儲(chǔ)操作、并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的FATl6格式存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)ADC采集，USB接口的識(shí)別及控制鍵操作等功能模塊主要功能模塊如圖l所示。
1．3 STR710與主要外圍芯片接口電路
1．3．1 NAND_FLASH接口電路
    設(shè)計(jì)采用STR芯片的BANK3作為NAND_FLASH的外部存儲(chǔ)I／O口，主要引腳ALE，CLE引腳與處理器的P2．5，P2．6連接作為地址和命令鎖寸引腳的I／O口；讀、寫使能RE，WE引腳與nRD和nWE連接；I／O口與處理器的D0～D7連接用于數(shù)據(jù)傳輸。圖2為NAND_FLAsH與STR710的典型接口連接圖。

    在設(shè)計(jì)NAND_FLASH與STR710的接口電路圖時(shí)不能將電路設(shè)計(jì)為ALE，CLE，WP，R／B全部連接到STR710的地址線上。這樣在寫入命令或地址時(shí)會(huì)引起CLE和ALE(對(duì)應(yīng)MCU的地址線)在寫信號(hào)WE的上升沿鎖存時(shí)保持時(shí)間至少應(yīng)達(dá)到10 ns，而MCU的芯片說明中寫信號(hào)WE發(fā)出之后，地址線在WE的上升沿后的保持時(shí)間只有3 ns，這樣兩者之間會(huì)造成時(shí)序的不匹配，無法正確操作NAND_FLASH。在設(shè)計(jì)時(shí)需采用將上述引腳與CPU的GPIO引腳連。

1．3．2 LCD接口電路
    該設(shè)計(jì)采用160×160像素LCD液晶顯示器，R18是一個(gè)滑動(dòng)變阻器可用于液晶顯示器進(jìn)行灰度的調(diào)節(jié)，LCD片選信號(hào)與處理器的P2．O引腳連接，圖3為L(zhǎng)CD顯示的典型接口電路。

2 PDA系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)[!--empirenews.page--]
    完成硬件電路設(shè)計(jì)并調(diào)試通過后主要針對(duì)以下3方面的軟件編程功能實(shí)現(xiàn)：
    對(duì)硬件電路(CPU及主要外圍電路)的初始化，NAND_FLASH驅(qū)動(dòng)程序和LCD驅(qū)動(dòng)程序的編寫及實(shí)現(xiàn)。
2．1 系統(tǒng)的初始化
    初始化硬件電路主要完成STR7lO各寄存器的配置及內(nèi)存映射和中斷向量配置、處理器與外芯片的初始化以及功能庫(kù)函數(shù)加載等。其主要步驟是首先調(diào)用71x_init．s源文件完成CPU各寄存器的初始化配置后中斷異常的處理實(shí)現(xiàn)及中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置、系統(tǒng)堆棧和變量的初始化最后完成初始化后使用BL語(yǔ)句跳轉(zhuǎn)至MAIN功能函數(shù)：IMPORT main；B main；main為C語(yǔ)言主函數(shù)入口。初始化流程圖如圖4所示。

2．2 NAND_FLASH驅(qū)動(dòng)程序
    NAND_FLASH的驅(qū)動(dòng)主要包括芯片的復(fù)位，ID的正確讀取，塊的擦除，和頁(yè)的寫入和讀取幾個(gè)操作。此外NAND_FLASH允許要2％的壞塊，在編寫驅(qū)動(dòng)時(shí)要做好NANDFLASH的壞塊的統(tǒng)計(jì)與管理，壞塊的識(shí)別主要是讀取塊中第一頁(yè)的第6字節(jié)的1個(gè)WORD是否為FF來判斷塊的好壞。為了便于統(tǒng)計(jì)壞塊和存儲(chǔ)管理須在調(diào)用NAND_FLASH內(nèi)存管理函數(shù)時(shí)建立壞塊統(tǒng)計(jì)表，系統(tǒng)不斷使用會(huì)增加壞塊的數(shù)量，在每次系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)都可以通過調(diào)用內(nèi)存管理函數(shù)來更新壞塊表實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存的最優(yōu)管理以提高系統(tǒng)的性能。壞塊管理流程如圖5所示。

    NAND_FLASH驅(qū)動(dòng)主要步驟：
    (1)向指令寄存器寫入0xFF使芯片復(fù)位；
    (2)調(diào)用Unsigned int check_Flash_Id(void)函數(shù)讀取芯片ID：
For(i=0；i<10；i++)；id=Nand_IO<<8；id+=Nand_IO； ／／讀出2個(gè)字節(jié)即芯片ID
    (3)調(diào)用NAND_manage()函數(shù)做壞塊管理；
    (4)調(diào)用Unsigned int Erase_Block(unsigned intblock)實(shí)現(xiàn)塊的擦除；
    (5)調(diào)用int Write_page()和int Read_page()寫入和讀出頁(yè)數(shù)據(jù)。
2．3 LCD驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
    在系統(tǒng)中LCD驅(qū)動(dòng)程序主要是對(duì)屏幕顯示的初始化包括字符顯示高度和寬度、行字符顯示數(shù)、顯示頻率的設(shè)置以及顯示點(diǎn)位移設(shè)置、顯示合成設(shè)置、休眠模式設(shè)置、光標(biāo)形狀設(shè)置、光標(biāo)指針設(shè)置等操作。
    LCD驅(qū)動(dòng)LCD_Initialize(void)主要步驟：
    (1)調(diào)用LCD_WriteCommand(SYSTEM_SET)；用于系統(tǒng)初始化。
    (2)調(diào)用LCD_WriteCommand(SCROLL)；用于顯示域設(shè)置。
    (3)調(diào)用LCD_WriteCommand(HDOT_SCR)；用于光標(biāo)點(diǎn)位移設(shè)置。
    (4)調(diào)用LCD_WriteCommand(OVLAY)；用于顯示合成設(shè)置。
    (5)調(diào)用LCD_WriteCommand(CSRFORM)；
    LCD_WriteData(0x07)；LCD_WriteData(0x87)；用于初始化光標(biāo)形狀。
    設(shè)計(jì)好驅(qū)動(dòng)后利用ADSl．2編譯器將程序燒至RAM進(jìn)行調(diào)試，可根據(jù)屏幕顯示字符尺寸大小及適宜程度再做修改驅(qū)動(dòng)程序直至滿意。

3 系統(tǒng)調(diào)試
    當(dāng)設(shè)計(jì)好硬件系統(tǒng)后，要對(duì)電路板進(jìn)行整體調(diào)試看各功能模塊是否正常，值得注意的是在設(shè)計(jì)NAND_FLASH接口電路時(shí)不能將ALE，CLE，WP，R／B全部連接到STR710的地址線上否則會(huì)引起兩者間的時(shí)序不匹配。在設(shè)計(jì)NAND_FLASH文件系統(tǒng)時(shí)采用F16系統(tǒng)可根據(jù)系統(tǒng)需要修改ST公司提供的F16文件系統(tǒng)代碼。

4 結(jié) 語(yǔ)
    該設(shè)計(jì)是基于ARM芯片的STR710嵌入式PDA系統(tǒng)，很好實(shí)現(xiàn)了硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及LCD顯示器、NAND_FLASH的驅(qū)動(dòng)程序、基于F16文件系統(tǒng)在NAND_FLASH大容量數(shù)據(jù)的文件存儲(chǔ)管理。隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的快速發(fā)展，嵌入式PDA技術(shù)也將獲得廣闊的發(fā)展空間。