基于ARM和uClinux的家庭網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)

以S3C44B0X為核心的基本硬件平臺(tái)基本系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示，各部分的功能與接口電路分析如下。

圖2 家庭網(wǎng)關(guān)基本硬件平臺(tái)框圖

ARM微處理器S3C44B0X：S3C44B0X是三星公司生產(chǎn)的ARM7內(nèi)核的SoC，通過在ARM7TDMI內(nèi)容基礎(chǔ)上擴(kuò)展一系列完整的通用外圍器件，令其很適合手持式設(shè)備和普通嵌入式的應(yīng)用。

Flash存儲(chǔ)器接口電路：Flash芯片用來存儲(chǔ)家庭網(wǎng)關(guān)中的嵌入式操作系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、CGI網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序以及支持各種服務(wù)所需的文件系統(tǒng)。在系統(tǒng)中采用一片HY29LV160構(gòu)建16位的Flash存儲(chǔ)器系統(tǒng)，其存儲(chǔ)容量為2MB。系統(tǒng)上電或復(fù)位后從此獲取指令并開始執(zhí)行，因此將Flash存儲(chǔ)器配置到ROM/SRAM/FLASH Bank0。

SDRAM接口電路：嵌入式操作系統(tǒng)的存在需要有一定量的動(dòng)態(tài)RAM，解壓縮后的操作系統(tǒng)將從Flash搬移至SDRAM，駐留內(nèi)存;同時(shí)，用戶堆棧、運(yùn)行數(shù)據(jù)也都會(huì)放在SDRAM中。S3C44B0X芯片提供的8K緩存遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求?？紤]到實(shí)際應(yīng)用的需求，設(shè)計(jì)中選擇了三星的K4S281632D，它的數(shù)據(jù)寬度是16 位,由4 個(gè)Bank 組成，存儲(chǔ)容量為16 MB。S3C44B0X的Bank6和Bank7 支持SDRAM，因此可以方便連接。在總線寬度控制寄存器BWSCON 中設(shè)置Bank6 的數(shù)據(jù)寬度為16 位，在Bank6 控制寄存器BANKCON6中設(shè)置MT = 0x3， Trcd= 0x0，SCAN = 0x01，在存儲(chǔ)容量寄存器BANKSIZE中設(shè)置BK76MAP = 0x110 即可。

10/100M以太網(wǎng)接口電路：S3C44B0X內(nèi)部已包含了以太網(wǎng)MAC控制，但并未提供物理層接口，因此，需外接一片物理層芯片以提供以太網(wǎng)的接入通道。在本設(shè)計(jì)中選用的是RTL8201。由于S3C44B0X片內(nèi)已有帶MII接口的MAC控制器，而RTL8201也提供了MII接口，各種信號(hào)的定義也很明確，因此RTL8201與S3C44B0X的連接比較簡(jiǎn)單，在連接時(shí)只需將兩塊芯片的相應(yīng)引腳互連即可。值得注意的是，使用CMOS工藝的RTL8201不能直接與RJ45接口相連，由于電平信號(hào)的不同以及網(wǎng)絡(luò)沖擊信號(hào)的存在，兩者之間需要隔離及電平信號(hào)轉(zhuǎn)換的元件，本設(shè)計(jì)中選用了網(wǎng)絡(luò)變壓器HR61H58L。

串行接口電路：為完成和家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的藍(lán)牙通信模塊、紅外發(fā)射與接收模塊以及電話語音控制模塊的通信，家庭網(wǎng)關(guān)需要有異步串行通信接口，由于S3C44B0X只有兩個(gè)異步串口，因此需要對(duì)串口進(jìn)行擴(kuò)展。本設(shè)計(jì)中選用一片ST16C554 芯片進(jìn)行串口擴(kuò)展。由于S3C44B0X系統(tǒng)的LVTTL電路所定義的高、低電平信號(hào)與RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)所定義的高、低電平信號(hào)不同，兩者間要進(jìn)行通信必須經(jīng)過信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換。在這里采用MAX202將串口數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL電平，再通過ST16C554輸出中斷請(qǐng)求。4個(gè)串口的中斷請(qǐng)求進(jìn)行或運(yùn)算，產(chǎn)生IRQ信號(hào)INTREQ，經(jīng)CPLD再與CPU的終端控制器相連。

IIC接口電路：S3C44B0X內(nèi)含一個(gè)IIC總線主控器，可方便地與各種帶有IIC接口的器件相連。在該系統(tǒng)中，外擴(kuò)一片AT24C01作為IIC存儲(chǔ)器。AT24C01提供128字節(jié)的EEPROM存儲(chǔ)空間，可用于存放少量在系統(tǒng)掉電時(shí)需要保存的數(shù)據(jù)，比如家庭網(wǎng)關(guān)的參數(shù)設(shè)置和用戶身份驗(yàn)證碼等。

LCD顯示模塊：該模塊可采用夏普公司生產(chǎn)的LM057QC1T01，它是圖形點(diǎn)陣256色STN液晶模塊，分辨率為320×240。由于S3C44B0X和LM057QC1T01都具有很強(qiáng)的通用性，因此易于連接，但需要在控制器和LCD接口之間加裝能實(shí)現(xiàn)電壓偏轉(zhuǎn)功能的電路，來實(shí)現(xiàn)輸出LCD顯示所需的27V偏轉(zhuǎn)電壓。

鍵盤接口電路：用8個(gè)通用I/O口組成4×4鍵盤。

S3C44B0X所需的其他外圍電路：JTAG接口電路(用于JTAG調(diào)試)、復(fù)位電路和電源電路。

其他功能模塊藍(lán)牙模塊：在本方案中，藍(lán)牙硬件芯片采用愛立信公司的ROK 101008 模塊。家庭網(wǎng)關(guān)采用在Clinux操作系統(tǒng)下安裝BlueZ以配合藍(lán)牙模塊，并基于L2CAP層建立相關(guān)協(xié)議的方式進(jìn)行開發(fā)。

電話語音控制模塊：采用雙音頻撥號(hào)芯片DTMF8870、語音合成芯片ISD1420、鈴流檢測(cè)芯片電路以及89C51等來組成電話語音控制模塊。

紅外遙控模塊：系統(tǒng)中增加了紅外接收模塊和紅外發(fā)射模塊。紅外接收模塊選用BA5302，紅外信號(hào)從其頂部輸入，經(jīng)過放大、整形、解調(diào)后，被轉(zhuǎn)換成TTL電平的數(shù)字信號(hào);紅外發(fā)射模塊將剛才學(xué)習(xí)到的紅外原碼進(jìn)行調(diào)制并發(fā)送出去，在這里采用軟件編碼的方法產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，因此電路很簡(jiǎn)單。