基于LPC2368嵌入式實驗平臺的構(gòu)建

1 前 言

嵌入式系統(tǒng)是先進的計算機技術、半導體技術、電子技術與各個行業(yè)的具體應用相結(jié)合后的產(chǎn)物, 它是硬件與軟件是緊密捆綁在一起的系統(tǒng), 這一特點就決定了它必然是一個技術密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。目前的嵌入式系統(tǒng)人才多數(shù)是在工作崗位上培養(yǎng)起來的, 國內(nèi)高校還很少設立嵌入式系統(tǒng)這個本科專業(yè), 只是為了適應社會的需要, 對某些專業(yè)的學生開設了相關課程, 學習。嵌入式系統(tǒng)設計是一門實踐性非常強的課程, 其理論還在不斷的發(fā)展當中, 如果沒有很好的實踐平臺, 嵌入式系統(tǒng)技術很難掌握, 學生的技能就得不到提高, 培養(yǎng)的學生就不能適應市場的需要。

現(xiàn)有的一些嵌入式系統(tǒng)實驗平臺已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)品也覆蓋了ARM7至ARM9的各大公司芯片。這些平臺在一塊實驗板上，不僅實現(xiàn)了ARM芯片的全部功能，而且進行了相關擴展，在實驗板上提供了幾乎所有的接口，使得學生能夠充分接觸到類型的接口的編程，能夠很好的在實驗板上進行各種軟件的實驗和開發(fā)。但是，這類平臺也存在相當?shù)牟蛔?。學生在其提供的實驗平臺上，只能完成軟件部分的練習，對于硬件部分的分析和設計卻不能得到很好的鍛煉。ARM開發(fā)是一項軟硬件相結(jié)合的技術，在ARM硬件設計方面，學生普遍還存在相當?shù)牟蛔?，而在這方面的教育資源目前比較匱乏，需要一個合適的ARM實驗平臺來全面提高學生的軟硬件水平。本設計關于ARM實驗平臺的構(gòu)建提出一些參考意見。

2 LPC2368嵌入式實驗平臺的硬件實現(xiàn)

為了能讓學生充分接觸到ARM板的硬件設計，更好的實現(xiàn)教學目的，該實驗平臺采用核心板和擴展板硬件分離設計（如圖1所示）。核心板上只設計一個ARM最小系統(tǒng)，并且引出端口以便擴展，而在擴展板上根據(jù)需要擴展相關接口。這樣化繁為簡，使得學生在實驗時，不僅能夠?qū)唵蔚腁RM最小系統(tǒng)有比較深入的理解，也能動手設計出外圍擴展電路，最后進行編程，軟件和硬件的能力同時得到提高，加深學習的印象和興趣。

根據(jù)方案設計，考慮到教學要求、成本問題和開發(fā)的難易程度等，本系統(tǒng)采用NXP公司（原PHILIPS半導體公司）出品的基于ARM7TDMI處理器核的 32位處理器LPC2368。它內(nèi)嵌高達512KB的ISP/IAP Flash和高達58KB的SRAM，能夠在不擴展存儲和內(nèi)存的條件下運行uclinux和uc/OS-II，在滿足實驗平臺要求的前提下簡化設計，降低成本。同時LPC2368還支10/100 Ethernet、全速（12Mbps）USB 2.0和CAN 2.0B、多個串行通信接口（3個II C、1個IIS、4個UART和3個SPI/SSP）增強了設計的靈活性，提供了更大的緩沖區(qū)，并且具有更高的處理能力；10位A/D和D/A轉(zhuǎn)換器和一個IRC振蕩器，還帶有SD存儲卡接口可供選擇。 功能強大，接口豐富，非常適合用來構(gòu)建實驗平臺。

2.1 核心板的設計

要使一個嵌入式處理器工作起來，必須要有電源部分，必須加上時鐘信號，并提供復位信號。如果芯片沒有片內(nèi)存儲器或者內(nèi)部存儲器容量不夠，則還需要加上存儲器系統(tǒng)，然后嵌入式處理器芯片才能正常工作。這些提供嵌入式處理器運行所必須的條件的電路與芯片一起構(gòu)成了最小系統(tǒng)。核心板中將LPC2368的I/O接口全部引出，以方便在主板上進行硬件擴展和接口設計。所以，這次設計的核心板部分包括ARM芯片，電源，時鐘，復位，以及I/O引出口。

2.2擴展板設計

擴展板在該實驗平臺中，主要通過學生自行設計相關外圍接口硬件，來提高學生的硬件動手能力。主板的I/O口通過插槽引出，可以方便的在擴展電路設計實驗所需要的外圍硬件接口。LPC2368功能強大，接口非常豐富，自身就帶有多個串行通信接口，USB設備，網(wǎng)絡接口和SD卡接口。

本次設計只完成部分硬件單元電路，學生可以根據(jù)實際情況，自行設計好每個接口部分的硬件電路，然后畫圖PCB并制版，通過反復驗正至成功。這樣可以提高學生的實際動手能力，防止了紙上談兵，在硬件電路的設計流程，以及具體的設計細節(jié)方便得到很好的煅練機會。然后可以將自己設計的外圍接口與I/O口相連，移植操作系統(tǒng)至主板上，并學習編寫驅(qū)動程序來驅(qū)動外部電路。硬件設計和軟件編程同時得到鞏固和提高。

2.2.1 UART串口設計

LPC2368具有四個串行接口。除標準的數(shù)據(jù)傳輸和接受外，UART1還提供全modem控制握手信號。UART3還具有紅外模式，可用來進行紅外通訊。

本次設計采用RS232的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，實現(xiàn)UART0的串口通信。URAT1采用SP3243ECA轉(zhuǎn)換芯片將信號轉(zhuǎn)換成RS232電平，即可與MODEM連接，控制MODEM撥號、通信等。電路圖如圖2所示。