基于PXA270的嵌入式计算机的设计应用Word文件下载.docx
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关键词：
嵌入式ARMPXA270WindowsCE驱动程序
摘要I
1.嵌入式系统的现状和发展1
1.1嵌入式系统的现状1
1.2嵌入式系统的发展趋势1
2.嵌入式处理器2
2.1嵌入式微处理器（EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU）2
2.2嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontrollerUnit，EMCU）3
2.3嵌入式DSP处理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP）3
3.基于PXA27x的嵌入式硬件开发平台4
3.1基于PXA27x的嵌入式开发板4
3.2PXA270芯片4
4.嵌入式计算机的硬件开发5
4.1嵌入式计算机原理图设计5
4.2SDRAM的原理图设计5
4.3FLASH电路的设计5
4.4电源电路的设计5
4.5时钟电路的设计6
4.6LCD接口电路的设计6
4.7CF接口电路的设计6
4.8音频及放大电路的设计6
5.编写WindowsCE.net的驱动程序8
5.1WindowsCE.net驱动模型8
5.2SRAM驱动程序开发9
5.3IC卡驱动程序开发10
5.4编写WindowsCE.net的应用程序11
5.4.1应用软件开发工具简介11
5.4.2软件开发工具包（SDK）12
5.4.3软件仿真器—Emulator12
结论13
参考文献14
1.嵌入式系统的现状和发展
1.1嵌入式系统的现状
目前，嵌入式系统已经拥有了很大的市场。
在当今世界范围内嵌入式系统带来的工业年产值已超过了1万亿美元。
目前从事嵌入式开发的软件企业超过30％。
国内嵌入式市场的发展重点在于对应用范围的拓展，而手持设备，信息家电和工业控制则是近期市场的三大热点。
近年来微电子技术迅速发展，处理器增长速度加快，嵌入式领域也发生了翻天覆地的变化。
尤其是SOC技术的迅猛发展使得嵌入式处理器在性能、功耗、体积等方面有了很大的进步，另外Internet技术与嵌入式技术的结合大大增强了嵌入式系统多方面的实用性。
1.2嵌入式系统的发展趋势
信息时代、数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展机遇，为嵌入式市场展现了美好的前景，同时也对嵌入式生产厂商提出了新的挑战。
从中可以看出未来嵌入式系统的几大发展趋势：
1.嵌入式产品将与互联网应用相互促进，快速发展，嵌入式产品将成为互联网的主要终端之一，网上将出现大量的服务于嵌入式产品的软件，并有专门服务于嵌入式产品的内容。
网络互联成为必然趋势。
2,随着微电子技术的快速发展，芯片功能更加强大，SOC（SystemonChip）将成为发展趋势，这不仅能降低成本，缩小产品体积，还将增强产品的可靠性。
同时，软件硬件的紧密结合，嵌入式软件与硬件界线更加模糊，嵌入式软件时常以硬件形态存在，这种方式可提高实时性，增强可维护性。
3、无线通讯产品将成为嵌入式软件的重要应用领域，一方面，已有无线产品将借助芯片技术和嵌入式软件来提高性能，另一方面当前许多嵌入式产品都将增加无线通讯功能。
因此，未来几年，蓝牙等相关技术会与嵌入式软件相互促进，共同发展，使更多的产品具有通讯功能，使更多的通讯产品更好地为用户服务。
4,嵌入式操作系统会与嵌入应用软件协同发展。
嵌入式系统中的重要角色包括嵌入式应用软件，嵌入式系统应用领域千差万别，只有充分重视应用软件的发展，才能满足丰富多彩的应用要求。
5,嵌入式操作系统是在多种硬件平台上发展起来的，随着嵌入式系统的广泛应用，信息交换、资源共享机会增多。
由此相关的标准问题也将日渐突出，如何建立相关标准成为业界关注的问题。
2.嵌入式处理器
嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器。
嵌入式处理器就像系统的控制神经中枢，通过数据线，地址线和控制信号线等神经网络与各种神经末梢，如RS-232接口、USB接口、LCD接口等相连。
新一代嵌入式设备还需要具备IEEEl394,USB,CAN,Bluetooth或IrDA通信接口，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。
为了支持应用软件的特定编程模式，如Web或无线Web编程模式，还需要相应的浏览器，如HTML,XML等。
现在几乎每个半导体制造商都生产自己的嵌入式处理器。
越来越多的公司如Intel,WINBOND,Motorola,ARM,SEIKOEPSON等，都有自己的处理器，比如用户熟知的嵌入式处理器Intel公司的SA1110,Xscale,Motorala公司的MC68302,MPC860,MPC8260.嵌入式处理器的寻址空间一般为64K256MB，处理器速度为0.1MIPS-2000MIPS，其常用封装的引脚数从8个到几百个。
根据现状，嵌入式处理器可以分成以下几类。
2.1嵌入式微处理器（EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU）
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。
在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，然后在电路板上配备一些必要的扩展外围电路，如存储器的扩展电路、1/O的扩展电路和一些专门的接口电路等，这样就可基本完成嵌入式系统的一些功能。
有时为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上与标准微处理器基本相同，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种加强。
与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具备体积小，重量轻，成本低，可靠性高等优点。
但在电路板上必须包括ROM,RAM,Flash、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。
嵌入式微处理器目前主要有Am186/88,386EX,SC-400,PowerPC,68000,MIPS,ARM系列等。
嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心，一般具有以下几个特点：
1．对实时多任务具有很强的支持能力。
处理器内部具有精确的晶振电路、丰富的定时器资源，从而具有较强的实时处理能力。
处理能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码长度和实时内核的执行时间减少到最低限度。
2．具有功能很强的存储区保护功能。
这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。
3．采用可扩展的处理器结构。
一般在处理器内部都留有很多扩展接口，以方便对应用的扩展。
如I'
C,HDLC,MAC,UAR"
I，等。
4．提供丰富的调试功能。
嵌入式系统的开发很多在交叉调试中进行，丰富的调试接口会更方便对嵌入式系统的开发。
在嵌入式系统开发中，基本的开发模型就是在宿主机上进行目标机的开发。
一方面要求宿主机上有相应的开发工具，另一方面要求目标机上的微处理器提供必要的调试接口以方便用户开发。
一般的调试方式有硬件仿真调试、软件仿真调试、模拟调试等。
常见的硬件调试接口有JTAG,BDM方式等。
5．低功耗。
许多嵌入式处理器提供几种工作模式，如正常工作模式、备用模式、省电
模式等。
这些工作模式为嵌入式系统提供了灵活性，满足了嵌入式系统对低功耗的要求。
信息社会是以网络以及移动计算和通信设备为基础的，在这样的一些设备中的嵌入式微处理器必须消耗非常低的功耗。
因此，便携式和无线应用中靠电池操作的嵌入式微处理器设计的最重要的指标是低功耗而不是性能。
2.2嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontrollerUnit，EMCU）
嵌入式微控制器又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。
嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM,RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog,I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D,D/A,FlashRAM,EEPROM等各种必要功能和外设。
为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。
这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。
与嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点式单片化、体积小，从而使功耗和成本下降，可靠性提高。
微控制器使目前嵌入式系统1_业中的主流产品。
微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。
但随着对嵌入式系统功能上的要求越来越高，如能接入Internet、支持触摸屏、能够管理数据等。
由于8/16位单片机的速度不够快以及内存不够大，较难满足嵌入式设备的这些要求。
现在，它的主流地位已经渐渐让位于32位的RISC嵌入式微处理器。
2.3嵌入式DSP处理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP）
DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较快。
在数字滤波、FFT、频谱分析等方面，DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器。
嵌入式DSP处理器有两个发展来源，一是DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器，TI的TMS320C2000/C5000等属于此范畴；
二是在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器，例如Intel的MCS-296和Infrneon（Siemens）的TriCore。
现在，嵌入式DSP处理器已得到快速的发展与应用，特别在嵌入式的智能化系统中，例如，各种带智能逻辑的消费类产品、生物信息识别终端、带加密解密算法的键盘、ADSL接入、实时语音压缩解压系统、虚拟现实显示等。
这类只能化算法一般运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是DSP处理器的优势所在。
3.基于PXA27x的嵌入式硬件开发平台
3.1基于PXA27x的嵌入式开发板
本论文中所用的开发环境由开发套件和开发主机组成。
开发套件是由Intel公司设计的基于PXA27x处理器的嵌入式开发套件。
开发主机为普通PC，操作系统是WindowsXP。
所有程序都在主机上开发调试，经过交叉编译后再烧制到开发套件上试运行。
IntelPXA27x开发套件主要由核心主板、子卡、CPU卡、电源卡和音频模块五大部分组成，核心主板上可以接插其它板卡，具有32MFLASH，还提供了非常丰富的外设接口：
两个PCMCIA接口、一个MMC接口、一个LCD接口、两个USB接口、一个RS232接口、一个记忆棒接口、一个键盘接口、一个以太网接口、一个红外接口等；
子卡包含2MSRAM、JTAG、CPLD等；
CPU卡包含一颗PXA270芯片、32MFLASH、32MSDRAM和系统时钟源；
电源卡提供了系统所需的核心电压，其电平可由软件在0.899V~1.5V范围可调，构成一个完整的嵌入式开发系统。
SDRAM用来运行操作系统、应用程序以及文件系统，FLASH用来存储内核镜像文件和文件系统。
该系统具操作方便、功耗低、处理能力强、网络功能强等特点，能够装载和运行WindowsCE、嵌入式Linux等操作系统。
用户可以在这个系统平台上进行专用的软硬件开发，并对PXA27x芯片进行测试和评估，通过对底板的更改或缩减来设计自己的嵌入式应用系统。
3.2PXA270芯片
PXA27x是INTEL于2004年4月份在北京的英特尔春季信息技术峰会上发布的一款XScale架构的处理器，内核采用ARMV5TE，外围控制器众多，是一款高集成度高性能的优秀嵌入式处理器。
PXA27x处理器家族包含3种器件PXA270、PXA271、PXA272，其中PXA270是单独的处理器芯片，PXA271比PXA270增加了32MBFLASH和32MBSDRAM，PXA272比PXA270增加了64MBFLASH。
PXA270内置了Intel的无线MMX技术，能够显著的提升多媒体性能，此外PXA270也包含了Intel的SpeedStep技术，能够根据需要动态调节CPU的性能，同其他XScale处理器一样，支持多种嵌入式操作系统，如Linux、Windows、WinCE、Nucleus、PalmOS、VxWorks、Java等，广泛应用于智能手机、PDA、Web记事本、远程通信、医疗器械等领域。
Intel同时还发表了配合PXA270使用的图形协处理器——2700G多媒体加速器。
这颗芯片可以以每秒30帧,的速度播放MPEG4或WMV的图像，使PXA270的多媒体性能达到极大提升。
PXA270的系统框图如图2.1所示，主要由时钟和电源管理模块、内部存贮器模块、DMA控制器、中断控制器、PWM控制器、LCD控制器等部分组成。
4.嵌入式计算机的硬件开发
4.1嵌入式计算机原理图设计
嵌入式计算机的原理框图
嵌入式计算机的硬件由很多部分组成，主要分为核心电路和外围电路两大类，核心电路是由微处理器PXA270和Flash/SDRAM存储器构成的，加上必要的电源和时钟电路，就可以组成一个最小系统意义上的嵌入式计算机了，所以说，核心电路的设计是整个嵌入式计算机硬件设计的基础。
外围电路主要由电源、时钟、LCD、RS232、USB、IRDA、CF、音频及放大电路、
电平转换电路、IC卡电路、SRAM电路等。
4.2SDRAM的原理图设计
一般的嵌入式应用中，SDRAM是与CPU之间传输数据最快的外部芯片，处围与选用韩国Hynix的HY57V561620C，其组织形式为4Banksx4Mx16Bit，单片容量为32MB，采用3.3±
0.3V单电源供电，封装形式为标准54引脚TSOP-II，属于16位的数据总线宽度，因为PXA270是32位的，所以选用两片并联的方式，使SDRAM的总线宽度也达到32位，这样，SDRAM的总容量就是64MB。
如图3.2是其中一片SDRAM的原理图，另一片的连线把16条数据线连到PXA270的高16位地址上，其余的与这一片是一样的。
HY57V561620C的时钟频率分了100MHz~166MHz四个档，这里选用133MHz这一档的芯片。
4.3FLASH电路的设计
嵌入式应用的程序一般不存在普通计算机的硬盘、电子盘等存贮部件上，而是直接存在板子上的Flash芯片中，根据应用的不同可选用不同容量和速度的芯片，在这里选用的是Intel的同步FLASH28F256L18，单片容量为32MB，采用1.8V单电源供电，封装形式为标准79脚的VFBGA，数据总线宽度为16位，每块的最小擦写次数为10万次。
为配合PXA270的32位总线宽度，也选用两片并联的方式，使FLASH的总线宽度达到32位，这样，FLASH的总容量就是64MB。
4.4电源电路的设计
嵌入式系统的电源设计是一个较为复杂的事情，一方面，嵌入式系统中的各个部分工作电平不一致，比如有1.8V、2.5V、3V、3.3V、5V等；
另一方面，嵌入式系统一般既能用外接交流适配器供电，也能用锂电池供电，二者都存在时，交流适配器还能给锂电池进行充电。
为了能实时检测供电锂电池的容量、温度等信息，选用了7.2V2Ah的智能锂电池为整机供电，智能锂电池具有SMbus总线，是Intel开发出的一种串行总线，因为PXA270没有SMbus总线，利用PXA270的两个GPIO引脚与该总线相连，一条作为时钟线，另一条作为
数据线，通过编写程序对电池进行管理，包括读取锂电池的电量、检测充电/放电电流、读取锂电池的温度等信息，实现对锂电池的监控和管理。
选用MAX1772作为锂电池的充电芯片，LTC3728作为大电流的3.3V和5V转换芯片，MAX8869作为较小电流的1.8V、2.5V和3V的DC-DC转换芯片，因篇幅的关系，就没把原理图附在此处。
4.5时钟电路的设计
PXA270内部有PLL锁相环电路，所以外围的晶体振荡频率可以做的很低，尽管外围的时钟电路相对简单，但在器件选型时，还是要注意晶体的精度、温漂等参数，必要时，还要把晶体的外壳接地，以保证晶体良好的起振效果。
4.6LCD接口电路的设计
因为体积的原因，这里选用320x240分辩率的3.8英寸液晶屏，PXA270具有功能较强的LCD控制器、驱动器及輸入輸出缓冲，把液晶屏的数据线与CPU的相应引脚相连即可，但具体的型号需要通过特殊功能寄存器进行设定。
4.7CF接口电路的设计
PXA270具有功能较强的PCMCIA控制器，既可以扩充PCMCIA接口，也可以扩展CF接口，基于嵌入式计算机的物性，这里扩展了CF接口，可以扩展基于CF的存贮卡、MODEM卡等。
CF接口属于对外接口，需要把PXA270的数据线进行缓冲才能接到CF座上，CF的控制线与CPU的相应引脚直接相连即可
4.8音频及放大电路的设计
因为嵌入式计算机的低温耗性能，音频功放不宜选的过大，这里选用200mW的放大器LM4481，其原理图如图所示：
5.编写WindowsCE.net的驱动程序
5.1WindowsCE.net驱动模型
和其他操作系统一样，WindowsCE.net也提供了驱动软件，这些软件的目的是驱动内部和外围的硬件设备，或者为它们提供接口。
驱动程序将操作系统和设备连接起来，使得操作系统能够识别设备并为应用程序提供设备服务。
WindowsCE.net提供本机设备驱动程序和流接口驱动程序两种模型。
不同的驱动模型只能通过它们支持的软件接口来区别，而不是它们所适用的设备，驱动程序模型决定了指定驱动程序输出的软件接口。
如果设备被映射到系统内存，那么设备驱动程序可以直接访问它们。
对于本机设备驱动程序，PlatformBuilder提供了一些驱动程序样本，并分为两类：
单片驱动程序和分层驱动程序，单片驱动程序基于单个码片，该码片直接把硬件设备的功能性传递给操作系统，与单片驱动程序相比，分层驱动程序由两个设置好的层组成，上层是模型设备驱动程序，下层是依赖平台的驱动程序，大多数的样本驱动程序都配置成分层的。
单片驱动和分层驱动在WindowsCE.net中的集成方式如图5.1所示：
5.2SRAM驱动程序开发
这里的SRAM驱动程序是与原理图中的SRAM部分对应的，主要是实现了WindowsCE.net下对SRAM的读写。
定义好初始变量，并在内存中开辟一片区域作为SRAM的内存映射地址，然后根据读写字（每字为4个字节）进行单字或多字读写，部分程序如下所示：
//ModuleName:
SRAMDrv.cpp
#include"
stdafx.h"
sramdrv.h"
#defineEX_SRAM_SIZE0x200000
#definepIoBaseAddress0x08000000
LPVOIDpSRAM_Addr00=NULL;
boolSRAM_Init（）
pSRAM_Addr00=VirtualAlloc（0,EX_SRAM_SIZE,MEM_RESERVE,PAGE_NOACCESS）;
if（!
VirtualCopy（（LPVOID）pSRAM_Addr00,
（LPVOID）（pIoBaseAddress>
>
8）,
EX_SRAM_SIZE,
PAGE_READWRITE|PAGE_NOCACHE|PAGE_PHYSICAL）
）
{
NKDbgPrintfW（TEXT（"
SRAMDisk:
VirtualCopyfailed!
\r\n"
））;
returnFALSE;
}
returnTRUE;
}
boolSRAM_Write（DWORDAddress,DWORD*pInData,DWORDdwLen）
{
UINTi;
for（i=0;
i<
dwLen;
i++）
*（DWORD*）（（DWORD）pSRAM_Addr00+Address+i*4）=*（pInData+i）;
returnTRUE;
boolSRAM_Read（DWORDAddress,DWORD*pOutData,DWORDdwLen）
*（pOutData+i）=*（DWORD*）（（DWORD）pSRAM_Addr00+Address+i*4）;
returnTRUE;
5.3IC卡驱动程序开发
这里的IC卡驱动程序是与原理图中的IC卡部分对应的，主要是实现了WindowsCE.net下对IC卡的读写。
因为此部分电路是用PXA270的GPIO实现的，所以需用两根GPIO引脚模拟I2C的方式进行读写，部分程序如下所示：
ICCardDrv.cpp
GpioDrv.h"
ICCardDrv.h"
unsignedcharbICCErr=0;
externvolatileGPIO_REGS*pGPIOReg;
boolCard_Init（void）
BOOLRet=TRUE;
GpioInit（）;
pGPIOReg->
GPCR_x|=GPIO_3;
//数据线置零
GPCR_x|=GPIO_10;
//时钟线置零
unsignedcharICC_Read_byte（UINTa
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