基于S3C2410A的电子白板的设计

目录

第一章绪论 (2)

1.1 设计的背景 (2)

1.2设计的目的和意义 (2)

第二章系统开发环境 (3)

2.1 ADS1.2软件 (3)

2.2 JTAG 仿真调试器 (6)

第三章系统设计选型 (9)

3.1 ARM处理器选型 (9)

3.2 LCD选型 (15)

3.3 触摸屏选型 (16)

第四章系统测试结果与分析 (18)

4.1系统概述 (18)

4.2 软件运行截图 (18)

第五章课程设计总结 (21)

参考文献 (22)

第一章绪论

1.1 设计的背景

随着3C融合进程和我国传统产业结构升级的加速，人们对设备越来越高的应用需要已经无法满足当前和未来高性能的应用与发展需求。显然，嵌入式系统的软、硬件技术和开发手段，正日益受到重视，成为各领域技术创新的重要基础。

目前，嵌入式系统是近年来发展很快的计算机方面的学科方向，并迅速渗透到控制、自动化、仪器仪表等学科。嵌入式方向包括了软硬件协同设计、嵌入式体系结构、实时操作系统、嵌入式产品设计等方面的知识，大于当代大学生，更需要掌握嵌入式系统设计的典型开发工具和开发核心技术。

对于嵌入式市场的发展来说，中国市场的意义更加重大。中国市场对于嵌入式互联网这场革命来说非常关键。勃勃的生机，很好的产业互动，良好的协作精神，中国现在正在形成-个健康的嵌入式的发展模式和转型模式。中国可能是-个引发点，嵌入式市场先在中国蓬勃发展，然后辐射到全球其他地区。

1.2设计的目的和意义

1、全面系统地概述了嵌入式系统的发展过程和分类，及其在各个领域内的应用，以及嵌入式系统的发展方向；

2、基于嵌入式系统设计原理的嵌入式开发平台的设计的总体方案，从硬件和软件；两个方面讲述了嵌入式系统的设计思想和方法，及其可行性的论证；

3、嵌入式系统硬件平台的设计与调试，着重叙述了硬件平台的整体设计方案，包括模块的选型与接口电路的设计；

第二章系统开发环境

2.1 ADS1.2软件

ARM ADS 全称为ARM Developer Suite，是ARM公司推出的新一代ARM集成开发工具。现在ADS的最新版本是1.2,它取代了早期的ADS1.1和ADS1.0。它除了可以安装在WindowsNT4, Windows98和Windows95操作系统下,还支持Windows XP和Windows Me操作系统。

ADS由命令行开发工具,ARM时实库,GUI开发环境(Code Warrior 和AXD),实用程序和支持软件组成。现在重点介绍GUI 开发环境(Code Warrior 和AXD)。

CodeWarrior for ARM是一套完整的集成开发工具,充分发挥了ARM RISC 的优势,使产品开发人员能够很好的应用尖端的片上系统技术。该工具是专为基于ARM RISC的处理器而设计的，这可加速并简化嵌入式开发过程中的每一个环节,便得开发人员只需要通过一个集成软件开发环境就能研制出ARM产品,在整个开发周期中,开发人员无霜离开Code Warrior开发环境,因此节省了在操做工具上花的时间,使得开发人员有更多的精力投入到代码编写上来。

2.1.1 Code Warrior集成开发环境

Code Warrior集成开发环境(IDE)为管理和开发项目提供了简单多样化的图形用户界面。用户可以使用ADS的Code Warrior IDE为ARM 和Thumb处理器开发用C,C++,或ARM汇编语言的程序代码。通过提供下面的功能，Code Warrior IDE缩短了用户开发项目代码的周期。CodeWarrior IDE为用户提供下面的功能：1、源代码编辑器，它集成在Code Warrior IDER 浏览器中，能

够根据语法格式，使用不同的颜色显示代码；

2、源代码浏览器，它保存了在源码中定义的所有符号，能够使用户在源码中快速方便的跳转；

3、查找和替换功能，用户可以在多个文件中，利用字符串通配符，进行字符串的搜索和替换；

4、文件比较功能，可以使用户比较路径中的一同文本文件内容。

Code Warrior主要负责程序的编写和编译。软件的主界面如图2-1所示，

图2-1 Code Warrior主界面

在Code Warrior中，程序是通过工程管理的，每一个单独的工程中可以包含若干个程序文件，工程管理文件是以.cmp作为文件后缀的。所以首先得建一个工程文件，用来管理我们所要编写的程序文件，在主界面中，点击File->New,弹出如图2-2所示界面。

图2-2 新建工程界面

有时根据需要，我们还要对工程进行一定的设置，这时就需要点Edit->Debug Settings,将会弹出如图2-3的界面，我们通过此进行必要的设置。

图2-3 Debug 设置界面

2.1.2 AXD Debugger

AXD（ARM eXtended Debugger）是ADS软件中独立于CodeWarrior的IDE的图形软件，用来仿真调试ARM组件，即作为一种常用的调试工具。可以直接点击AXD Debugger图标，打开AXD软件，默认是打开的目标是ARMulatoar；也可以选择CodeWarrior中的Project->Debug,并可以直接调用AXD Debugger并将当前编译的镜像文件加载到AXD Debugger中。通常先要对AXD进行一定的设置，Options-〉Configure Interface，会弹出图2-4所示的对话框。然后选择Session File选项，进行ARM2410文件配置,如图2-5所示：

图2-4 Configure Interface界面

图2-5 Session File配置界面

然后再对目标调试器进行配置，即点击Options-〉Configure Target，会弹出如图2-6所示的对话框，选择H-JTAG,点击OK 即可。

图2-6 Configure Target配置界面

2.2 JTAG 仿真调试器

2.2.1 JTAG仿真器介绍

JTAG,英文名为Joint Test Action Group，即为联合测试行动组，它是一种边界扫描标准，由于集成电路的集成度不断提高，芯片的引脚不断增加，常规的在线仿真方式已经不能满足需要，而JTAG只需要5根引脚就可以实现在线仿真的功能，该标准被批准为IEEE-1149.1标准，它不但能测试各种集成电路芯片，也

能测试芯片内各类宏单元，还能测试相应的印刷电路板。而且JTAG 仿真器比较便宜，连接比较方便，通过现有的 JTAG 边界扫描口与 ARM CPU 核通信，属于完全非插入式 ( 即不使用片上资源 ) 调试，它无需目标存储器，不占用目标系统的任何端口，而这些是驻留监控软件所必需的。另外，由于 JTAG 调试的目标程序是在目标板上执行，仿真更接近于目标硬件，因此，许多接口问题，如高频操作限制、 AC 和 DC 参数不匹配，电线长度的限制等被最小化了。使用集成开发环境配合 JTAG 仿真器进行开发是目前采用最多的一种调试方式。

我们采用的JTAG 电路如图2-7所示。在图中，JTAG 接口U8

上的信号nTRST 连接到S3C2410A 芯片的TRST 引脚，达到控制S3C2410A 内部JTAG 接口电路复位的目的。根据S3C2410A 数据手册中说明，Ntrst 、TDI 、TMS 和TCK 引脚上需要连接一个10K 的上拉电阻。 12345678910111213141516171819

20U8JTAG

4.7K R22

10K R1610K 1

2

3

4

5

6

7

8

161514131211109RP3

VDD33

J1-Port nTRST TDI TMS TCK nTRST TDI TMS TCK TDO nTRST VDD33VDD33VDD33RTCK

图2-7 JTAG 电路图

2.2.2 JTAG仿真器设置

首先点击桌面图标如图2-8所示.然后将会弹出如图2-9对话框,

图2-8 H-JTAG图

如果此时没有连接好实验箱与仿真器,点击检查标志时,将会弹出如图2-10所示对话框,如果连接无误,将会弹出如图2-11对话框,表明连接到的处理器的内核及型号。

图2-9 H-JTAG 连接正确提示框

第三章系统设计选型

3.1 ARM处理器选型

3.1.1处理器分类

如前文所述ARM 微处理器目前包括下面ARM7, ARM9, ARM9E, ARM10E,

SecurCore, Xscale, StrongARM 等几个系列. 鉴于当前电子市场上的情况,在此我主要讨论一下ARM7 与ARM9 这两种主流处理器的特点及应用领域。

（1）ARM7 微处理器系列

ARM7 系列微处理器为低功耗的32 位RISC 处理器，最适合用于对价位和功耗要求较高的消费类应用。ARM7 微处理器系列具有如下特点：

－具有嵌入式ICE－RT 逻辑，调试开发方便。

－极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。

－能够提供0.9MIPS/MHz 的三级流水线结构。

－代码密度高并兼容16 位的Thumb 指令集。

－对操作系统的支持广泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS 等。

－指令系统与ARM9 系列、ARM9E 系列和ARM10E 系列兼容，便于用户的产品升级换代。

－主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应用。

ARM7 系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、Internet 设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。ARM7 系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI 是目前使用最

广泛的32 位嵌入式RISC 处理器，属低端ARM 处理器核。

（2）ARM9 微处理器系列

ARM9 系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特点：

－ 5 级整数流水线，指令执行效率更高。

－提供1.1MIPS/MHz 的哈佛结构。

－支持32 位ARM 指令集和16 位Thumb 指令集。

－支持32 位的高速AMBA 总线接口。

－全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS 等多种主流嵌入式操作系统。

－ MPU 支持实时操作系统。

－支持数据Cache 和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。

ARM9 系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。ARM9 系列微处理器包含ARM920T、ARM922T 和ARM940T 三种类型.由此可见, ARM9 对于Linux 操作系统的支持性明显强于ARM7。因此, 本系统采用的核心微处理器是SAMSUNG S3C2410 (以ARM920T 为内核)。

3.1.2 S3C2410系统资源

3.1.2.1 S3C2410概述

S3C2410是SAMSUNG 公司推出的16/32 位RISC 处理器（ARM920内核），适用于手持设备、POS机、数字多媒体播放设备等等，具有低价格、低功耗、高性能小等特点。为了降低整个系统的成本，S3C2410 提供了一下丰富的内部设备：分开的16KB 的指令Cache 和16KB 数据Cache, MMU 虚拟存储器管理, LCD 控制器，支持NAND Flash 系统引导，系统管理（片选逻辑和SDRAM 控制器），3 通道UART，4 通道DMA，4 通道PWM 定时器，I/O 端口，RTC，

8 通道10 位ADC 和触摸屏接口，IIC-BUS 接口，USB 主机，USB 设备，SD 主卡和MMC 卡接口，2 通道的SPI 以及内部PLL 时钟倍频器。

S3C2410采用了ARM920T 内核， 0.18um 工艺的CMOS 标准宏单元和存储单元。它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。同样它还采用了一种叫做Advanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA)新型总线结构。

S3C2410 的显著特性是它的CPU 核心，是一个由Advanced RISC

Machines(ARM) 有限公司设计的16/32 位ARM920T RISC 处理器。ARM920T 核由ARM9TDMI、存储管理单元（MMU）和高速缓存三部分组成。其中，MMU 可以管理虚拟内存。ARM920T 实现了MMU，AMBA BUS 和Harvard 高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB 指令Cache 和16KB 数据Cache，每个都是由8 字长的行构成。ARM920T 有两个内部协处理器：CP14 和CP15。CP14 用于调试控制，CP15 用于存储系统控制以及测试控制。

在时钟方面S3C2410 也有突出的特点，该芯片集成了一个具有日历功能的RTC 和具有PLL(MPLL 和UPLL)的芯片时钟发生器。MPLL 产生主时钟，能够使处理器工作频率高达203MHz。这个频率能够使处理器轻松运行Windows CE、Linux等操作系统以及进行较为复杂的处理信息。UPLL 产生实现主从USB 功能时钟。 S3C2410 对于片内的各个部件采用了独立的电源供给方式：（1）内核采用1.8V 供电；

（2）存储单元采用3.3V 独立供电；

（3） I/O 采用独立3.3V 供电

S3C2410 的内部结构图如图3-1 所示：

图 3-1 S3C2410 内部结构图

S3C2410提供了一系列完整的系统外围设备，消除了为系统配置额外器件的需要，大大减少了整个系统的成本。S3C2410主要的特征如下：

●203MHz的ARM920内核，支持JTAG仿真调试；

●16KB的I-Cache和16KB的D-Cache；

●具有MMU，支持WinCE、EPOC32、Linux等操作系统；

●外部存储器控制器（SDRAM控制和片选逻辑），共分8

个Bank，每个Bank可访问128KB空间；

●片内4KB SRAM，可用作NAND Flask系统引导的缓冲区；

●LCD控制器（最大支持4K色STN和256K色TFT），1通

道LCD专用DMA；

●4通道DMA，有外部请求引脚；

●3个UART（IrDA1.0，16字节Rx FIFO）；

●2个SPI总线接口；

●1个多主I2C总线接口；

● 1 个IIS总路线接口；

●兼容SD主接口协议1.0版和MMC卡协议2.11兼容版；

●NAND Flask/SM卡接口，支持NAND Flask系统引导；

●2个USB主要接口，1个USB设备接口（V1.1）；

●4个PWM定时器和1个内部定时器；

●看门狗定时器；

●117年通用I/O口；

●24个外部中断；

●8通道10位ADC和触摸屏接口；

●具有日历和时钟功能的RTC；

● 1.8V内核供电，3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电；

●功耗控制模式：普通，慢速，空闲和掉电模式；

●具有片内ＰＬＬ时钟发生器。

在本系统设计过程中，我们主要用到了S3C2410A的处理器的最小系统，即时钟和电源管理、LCD控制器、A/D转换与触摸屏接口等，现对其做一介绍。

3.1.2.2 S3C2410的时钟与电源管理

时钟和电源管理模块包括三部分：时钟控制、USB控制和电源控制。

S3C24210中的时钟控制逻辑能够产生CPU所需的FCLK时钟信号、AHB

总线外围设备所需的HCLK时钟信号，以及APB总线外围设备所需的PCLK时钟信号。S3C24210有两个锁相环PLL：一个用于FCLK、HCLK和PCLK，另一个专门用于USB模块。时钟控制逻辑可以在不需要PLL的情况下慢速时钟，并且可以通过软件来控制时钟与每一个外围模块是连接还是断开，从而降低功耗。

对于电源控制逻辑，S3C24210具有多种电源管理方案，从而使每个给定的任务都具有最优的功耗。S3C24210中的电源管理模块可

以激活4种模式：正常模式、慢速模式、空闲模式和掉电模式。其中,正常模式，即电源管理模块为CPU和S3C24210中的所有外围设备都提供时钟；慢速模式，又称无PLL模式，即不使用PLL；空闲模式，电源管理模块只断开CPU内核的时钟（FCLK），但仍为所有其他外围设备提供时钟；掉电模式，电源管理模块断开内部电源。

3.1.2.3 S3C2410的I/O口管理

S3C24210共有117个多功能复用输入输出口，分为8组，即PORTA-PORTH,8组I\O口按照其位数的不同，可分为：

●1个23位输出口（PORTA）

●2个11位I\O口（PORTB、PORTH）

●4个16位I\O口（PORTC、PORTD、PORTE、PORTG）

●1个8位I\O口（PORTF）

为了满足不同系统设计的需求，可以很容易地通过软件对这些I/O口进行配置。每个引脚的功能必须在启动主程序之前进行定义。如果一个引脚没有复用功能，那么它可以配置为I/O。PORTA 除了用作功能口，只作为输出口使用；其余的PORTB-PORTH都可以作为I\O使用。

在S3C24210中，大部分引脚都是复用的，所以需要对每一个引脚定义其功能。为了使用I/O，首先也要定义引脚的功能。配置这些端口，是通过设置一系列寄存器来实现的。与配置I/O 口相关的寄存器包括：端口控制寄存器（GPACON-CPHCON）、端口数据寄存器（GPADAT-GPHDAT）、端口上拉寄存器(GPBUP-GPHUP)、杂项控制寄存器以及外部中断寄存器(EXTINTN)等。所有GPIO寄存器的值在掉电模式下都会被保存。

端口控制寄存器用于定义每个引脚的功能。如果GPF0-GPF7和GPG0-GPG7用作掉电模式下的唤醒信号，那么这些端口必须在中断模式下配置。如果将端口配置为输出口，数据可以写入到端

口数据寄存器的相应位读出数据。端口上拉寄存器用于控制每组端口的上拉电阻为禁止还是使能。如果相应位设置为0，则表示该引脚的上拉电阻使能；为1，则表示上拉电阻禁止。如果使能了端口上拉寄存器，则不论引脚配置为那种情况，上拉电阻都会起作用。杂项控制寄存器用于控制数据端口的上拉电阻、高阻状态、USB Pad和CLKOUT的选择。24个外部中断通过不同的信号被请求。EXTINTn寄存器用于配置这些信号对于外部中断请求采用的是低电平触发、高电平触发、下降沿触发、上升沿触发还是双边沿触发。

3.2 LCD选型

LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。

3.2.1 LCD分类

目前市场上的LCD液晶显示器主要有两种：STN（Super Twisted Nematic，超扭曲向列型）和TFT（Thin Film Transistor，薄膜晶体管型）, STN与TFT的主要区别在于：从工作原理上看，STN主要是增大液晶分子的扭曲角，而TFT为每个像素点设置一个开关电路，做到完全独立地控制每个像素点。从品质上看，STN 的亮度较暗，画面的质量较差，颜色不够丰富，播放动画时有拖尾现象，耗电量小，价格便宜；而TFT亮度高，画面质量高，颜色丰富，播放动画时清晰，耗电量大，价格高。

常用的LCD显示模块有两种：一种是带有驱动电路的LCD显示模块，一种是一带驱动电路的LCD显示屏。大部分ARM处理器中都集成了LCD控制器，所以对于采用ARM处理器的系统，一般使用不带驱动电路的LCD显示屏。

3.2.2 LQ080V3DG01液晶屏

LQ080V3DG01液晶屏，该液晶屏为夏普原装屏，质量非常稳定可靠，显示图像清析，属A级屏！是开发系统用屏中最优的一

解析度640(RGB)*480dots

点距0.2535*0.2535 mm

可视范围162.2*121.7mm

视角L/R/U/D:65/65/55/65 deg

信号系统Parallel RGB

影像讯号R.G.B

亮度380 Cd/m2

消耗功率 6.26 W

外观尺寸183*141*14mm

净重390

作业温度-25～+75℃

保存温度-25～+75℃

款！具体技术参数如表3-1所示：

该芯片分别由R、G和B三个端口共15个接口来控制驱动，CK为时钟接口，Hsync控制信号的帧行，Vsync控制信号的帧。还有一个ENAB全能端，控制显示屏的开关。

3.3 触摸屏选型

3.3.1 触摸屏简介

触控屏（Touch panel）又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。

触摸屏一般附着在显示器的表面，与显示器配合使用，如果能测量出触摸点在屏幕上的坐标位置，就可以根据显示屏上对应坐标点的显示内容或图符获知触摸者的意图。

3.3.2 触摸屏原理及选型

根据采用技术原理的不同，触摸屏可分为以下5类：矢量压力传感式、电阻式、电容式、红外线或、和表面声波式。其中电阻式触摸屏在嵌入式系统中用的比较多。

电阻触摸屏是一块4层的透明复合薄膜屏，最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层；最上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层；中间是两层金属导电层，分别位于基层之上和塑料层的内表面，在两导电层之间有许多细小的透明隔离点把它们隔开。当手指触摸屏幕时，两个导电层在触摸点处接触。

触摸屏的两个金属导电层是触摸民间的两个工作面，在每个工作面的两端各涂有一条银胶，称为该工作面的一对电极。若给一个工作面的电极对施加电压，则在该工作上就会形成均匀连续的平等电压分布。当给X方向的电极对施加一确定的电压，而Y 方向电极对不加电压时，在X平等电压场中，触点处的电压值可以在Y＋（或Y－）电极上反映出来，通过测量Y＋电极对地的电压大小，通过A｜D转换，便可得知触点的X坐标值。同理，当给Y电极对施加电压，而X电极对不加电压时，通过测量X＋电极的电压，和A｜D转换便可得知触点的Y坐标。

电阻式触摸屏有四线式和五线式两种，四线式触摸屏的X工作面和Y工作面分别加在两个导电层上，共有４根引出线：X＋、X－、Y＋、Y－分别连到触摸屏的X电极对和Y电极对上。五线式触摸屏把X工作面和Y工作面都加在玻璃基层的导电涂层上，但工作时，仍是分时加电压的，即让两个方向的电压场分时工作在同一工作面上，而外导电层则仅仅用来充当导体和电压测量电极。因此，五线式触摸屏需要引出5根线。

第四章系统测试结果与分析

4.1系统概述

该软件系统是在基于ARM920内核的三星公司S3C2410为处理器,通过外置触摸屏和LCD显示屏，可以把在触摸屏上画出的点线即各种图形符号，显示在LCD显示屏上，其主要可以实现以下几个功能：

●画图即可以在屏幕上画出各种图形的功能；

●清屏即当在屏幕上画的各种符号较多或需要重新画

图时，将屏幕清除的功能；

●取色即可以根据个人的需要，预先设定图形符号的颜

色的功能。

4.2 软件运行截图

4.1.1 系统软件运行流程图

系统软件运行具体流程图如图6-1所示，刚开始时，系统处在主菜单中，然后往复循环，判断是否启动画图面板，如果启动，则进入画图面板，在这个界面，我们有两种选择：画图选择和取色选择。如果选择取色功能，则将进入取色界面，在这里，我们提供了多种颜色，而且在这个界面，只能选择颜色，不可以进行画图，用户可以多次选择颜色，但以最后一次为准，当取完合适的颜色后，点击返回选项，系统将会自动返回画图界面，进行再次操作；否则一直将会停留在取色界面。如果选择画图功能，则打开画图面板，可以进行画图。在进行画图的过程中，用户可以

使用清屏选项，将屏幕上所有的痕迹清除掉，也可以使用取色选项，再次更换相应的颜色。

图4-1 系统软件流程图

4.1.2 软件运行截图

图 4-2 软件开始界面图

图 4-3 软件主界面图

图 4-4 软件取色界面图

图 4-5 软件画图效果界面图

图 4-6 软件清屏效果界面图