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ARM的嵌入式Linux移植體驗(yàn)之基本概念
引言 ARM是Advanced RISC Machines（高級(jí)精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)處理器）的縮寫，是ARM公司提供的一種微處理器知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）核。 ARM的應(yīng)用已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)?；贏RM 技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC 微處理器75％以上的市場(chǎng)份額。揭開你的手機(jī)、  
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有人的地方就有江湖（《武林外傳》），有嵌入式系統(tǒng)的地方就有ARM。
構(gòu)建一個(gè)復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，僅有
日前，筆者作為某嵌入式ARM（硬件）/Linux（軟件）系統(tǒng)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，帶領(lǐng)項(xiàng)目組成員進(jìn)行了下述工作：
(1)基于ARM920T內(nèi)核S3C2410A CPU的電路板
大部分應(yīng)用程序都在User模式下運(yùn)行。當(dāng)處理器處于User模式下時(shí)，執(zhí)行的程序無(wú)法訪問(wèn)一些被保護(hù)的系統(tǒng)資源，也不能改變模式，否則就會(huì)導(dǎo)致一次異常。對(duì)系統(tǒng)資源的使用由
操作系統(tǒng)來(lái)控制。
User模式之外的其它幾種模式也稱為特權(quán)模式，它們可以完全訪問(wèn)系統(tǒng)資源，可以自由地改變模式。其中的FIQ、IRQ、supervisor、Abort和undefined 5種模式也被稱為異常模式。在處理特定的異常時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入這幾種模式。這5種異常模式都有各自的額外的寄存器，用于避免在發(fā)生異常的時(shí)候與用戶模式下的程序發(fā)生沖突。
還有一種模式是system模式，任何異常都不會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入這一模式，而且它使用的寄存器和User模式下基本相同。它是一種特權(quán)模式，用于有訪問(wèn)系統(tǒng)資源請(qǐng)求而又需要避免使用額外的寄存器的
操作系統(tǒng)任務(wù)。
程序員可見的ARM寄存器共有37個(gè)：31個(gè)通用寄存器以及6個(gè)針對(duì)ARM處理器的不同工作模式所設(shè)立的專用狀態(tài)寄存器，如下圖：
3.2 SDRAM存儲(chǔ)器
SDRAM被用來(lái)存放
操作系統(tǒng)（從FLASH解壓縮拷入）以及存放各類動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，采用SAMSUNG公司的K4S561632，它是4Mxl6bitx4bank的同步DRAM，容量為32MB。用2片K4S561632實(shí)現(xiàn)位擴(kuò)展，使數(shù)據(jù)總線寬度達(dá)到32bit，總?cè)萘窟_(dá)到64MB，將其地址空間映射在S3C2410A的bank6。
SDRAM 所有的輸入和輸出都與系統(tǒng)時(shí)鐘CL K上升沿同步，由輸入信號(hào)RA S、CA S、WE組合產(chǎn)生SDRAM 控制命令，其基本的控制命令如下：
SDRAM 在具體操作之前首先必須通過(guò)MRS命令設(shè)置模式寄存器，以便確定SDRAM 的列地址延遲、突發(fā)類型、突發(fā)長(zhǎng)度等工作模式；再通過(guò)ACT命令激活對(duì)應(yīng)地址的組，同時(shí)輸入行地址；然后通過(guò)RD 或WR 命令輸入列地址，將相應(yīng)數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭雽?duì)應(yīng)的地址；操作完成后用PCH 命令或BT 命令中止讀或?qū)懖僮?。在沒有操作的時(shí)候，每隔一段時(shí)間必須用ARF命令刷新數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)丟失。
下圖給出了SDRAM的連接電路：
3.3 FLASH存儲(chǔ)器
NOR和NAND是現(xiàn)在市場(chǎng)上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。
NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP，Execute In Place)，即應(yīng)用程序可直接在Flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1~4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。
NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于Flash的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口，S3C2410A內(nèi)嵌了NAND FLASH控制器。
S3C2410A支持從GCS0上的NOR FLASH啟動(dòng)（16位或32位）或從NAND FLASH啟動(dòng)，需要通過(guò)OM0和OM1上電時(shí)的上下拉來(lái)設(shè)置：
在系統(tǒng)中分別采用了一片NOR FLASH(28F640)和NAND FLASH(K9S1208)，電路如下圖：
3.4串口
S3C2410內(nèi)部集成了UART控制器，實(shí)現(xiàn)了并串轉(zhuǎn)換。外部還需提供CMOS/TTL電平與RS232之間的轉(zhuǎn)換：
3.5以太網(wǎng)
以太網(wǎng)控制芯片采用CIRRUS LOGIC公司生產(chǎn)的CS8900A，其突出特點(diǎn)是使用靈活，其物理層接口、數(shù)據(jù)傳輸模式和工作模式等都能根據(jù)需要而動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過(guò)內(nèi)部寄存器的設(shè)置來(lái)適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。它符合IEEE803.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，帶有傳送、接收低通濾波的10Base-T連接端口，支持10Base2，10Base5和10Base-F的AUI接口，并能自動(dòng)生成報(bào)頭，自動(dòng)進(jìn)行CRC檢驗(yàn)，在沖突后自動(dòng)重發(fā)。
CS8900A支持的傳輸模式有I/O和Memory模式。當(dāng)CS8900A有硬件復(fù)位或軟件復(fù)位時(shí),它將默認(rèn)成為8位工作模式。因此，要使CS8900A工作于16位模式，系統(tǒng)必須在訪問(wèn)之前提供給總線高位使能管腳(/SBHE)一個(gè)由高到低、再由低到高變化的電平。
3.6 USB接口
USB 系統(tǒng)由USB 主機(jī)（USB Host）、USB集線器（USB Hub）和USB設(shè)備（USB Device）組成。USB 和主機(jī)系統(tǒng)的接口稱作主機(jī)控制器（Host Controller），它是由硬件和軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。根集線器是綜合于主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的，用以提供USB的連接點(diǎn)。USB的設(shè)備包括集線器（Hub）和功能器件（Function）。
S3C2410A集成了USB host和USB device，外部連接電路如下圖：
up監(jiān)控電路采用MAX708芯片，提供上電、掉電以及降壓情況下的復(fù)位輸出及低電平有效的人工復(fù)位輸出：
3.8其它 SN74LVTH62245A提供總線驅(qū)動(dòng)和緩沖能力：
S3C2410A集成LCD液晶顯示器控制電路，外部引出接口：
觸摸屏有電阻式、電容式等，其本質(zhì)是一種將手指在屏幕上的觸點(diǎn)位置轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的傳感器。手指觸到屏幕，引起觸點(diǎn)位置電阻或電容的變化，再通過(guò)檢測(cè)這一電性變化，從而獲得手指的坐標(biāo)位置。通過(guò)S3C2410A集成的AD功能，完成電信號(hào)向屏幕坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化，觸摸屏接口如下：
鍵盤則直接利用CPU的可 編程I/O口，若連接 mxn鍵盤，則需要m+n個(gè)可 編程I/O口，由軟件實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描，識(shí)別按鍵：
3.9整體架構(gòu) 下圖呈現(xiàn)了ARM處理器及外圍電路的整體設(shè)計(jì)框架：
4.小結(jié) 本章講解了基于S3C2410A ARM處理器電路板硬件設(shè)計(jì)的基本組成，為后續(xù)各章提供了總體性的準(zhǔn)備工作。
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