整理嵌入式系统设计实训报告.docx
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整理嵌入式系统设计实训报告
嵌入式系统设计实训报告
编辑整理：
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上海海洋大学
嵌入式系统设计项目实训报告
（2016—2017第_1_学期）
专业：
______计算机科学与技术_________________
实训项目:
____嵌入式应用-—电子相册________
实训时间:
__2016_______年__12___月___26___日
实训成员：
_________孙嘉晨1351127____________
_________周力1351137______________
__________________________________
__________________________________
指导老师：
________池涛_____________________
计算机科学技术系
2015年11月制
一、实训目的
通过电子相册的制作，了解S3C2440芯片的构造，了解外围SDRAM及NANDFLASH的存储结构。
学会运用定时器中断及通过LCD显示图片，加强自身对嵌入式的理解,提升自身的实践能力。
二、实训内容
以S3C2440芯片为核心，通过外围SDRAM及NANDFLASH存储实现照片的存储，结合定时器中断,实现LCD显示图片，完成简易电子相册的设计。
三、实训设备
硬件：
mini2440硬件平台
软件：
bmp2h。
exe软件进行图片转换
CodeWarriorforARMDeveloperSuite软件
四、实训设计方案
（包括项目功能需求分析，方案设计，完成时间规划）
需求分析：
在上世纪末本世纪初,电子相册呈现迅速发展的势头，普及型数码相机的分辨率由200万象素增长到现在的800-1500万象素,价格也由300美元左右下降到现在的120美元左右。
随着数码相机的日益普及，作为一种以数字照片的保存、回放和浏览为核心功能的产品——电子相册自然迎合了消费者的需求。
方案设计：
软件设计：
代码包含2个模块,LCD模块包含两个文件，进行图片的显示与编辑；Timer模块包含6个文件，其中timer.c和timer。
h文件完成定时器的初始化，interrupt。
h和interrupt.c文件完成定时器中断函数的初始化,isrservice。
h和isrservice。
c文件完成定时器中断处理，pic。
c和pic.h等文件是由图片生产的C语言数组文件
硬件方面选择了S3C2440为核心的架构。
基于ARM的微处理器具有低功耗、低成本、高性能等特点，ARM采用RISC（精简指令集计算机）架构和流水线结构,使用了大量的寄存器，具有极高的工作效率。
其中,RISC架构具有如下特点:
固定长度的指令格式，指令归整、简单，基本寻址方式只有2~3种，使用单周期指令，便于流水线操作.因此选择此硬件方案的优势有如下：
（1）系统芯片功能强大，实现的功能多，对于新的多媒体格式支持性好，只需要安装更新的软件;
（2）硬件电路简单，可采用标准电路，不需耗费过多的资源（人力，资金等）；
（3）可以在硬件上增加模块，留作二次开发使用,极为方便；
（4）S3C2440是一个比较成熟的芯片,技术积累齐全；
（5）S3C2440支持丰富的存储卡接口。
完成时间规划:
第一天分析实训项目实现过程，完成软件方面内容，编写代码。
第二天实现硬件分析,完成硬件连接，对项目进行测试。
第三天完成实训内容，提交报告。
五、实训项目实现
代码结构逻辑：
S3C2440简介：
Samsung公司推出的32位RISC处理器S3C2440A，为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案.S3C2440为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。
采用272脚FPGA封装，内含一个ARM920T内核。
为了降低系统成本,S3C2440A提供了以下丰富的片内外围.
ARM9—S3C2440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，高速缓存由独立的16KB地址和16KB数据高速Cache组成。
ARM92T0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.总的资源如下：
・内核工作电压为1.2V,内存工作电压兼容1.8V/2.5V/3。
3V,外围I/O口使用3。
3V，集成16KB的指令缓存和16KB的数据缓存,带MMU（MemoryManagementUnit），支持SRAM和SDRAM等内存。
・LCD控制器接口（最高支持4K色的STN和256K色的TFT）
・4通道DMA控制器
・3通道UART
・2通道SPI接口
・IIC总线接口
・IIS音频编解码数据接口
・AC97音频接口
・MMC/SD存储卡接口
・2通道USB传输接口和1个复用的USB设备接口
・4通道PWM（脉宽调制）定时器和1个看门狗定时器
・8通道10位ADC和一个触控屏接口
・实时时钟
・130个GPIO口和24通道外部中断源接口
・片上PLL时钟发生锁相环
硬件系统框图如下：
SDRAM存储接口原理图:
SDRAM:
同步动态随机存储器，同步是指Memory工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失;随机是指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据读写. SDRAM从发展到现在已经经历了四代，分别是：
第一代SDRSDRAM，第二代DDRSDRAM，第三代DDR2SDRAM，第四代DDR3SDRAM.（显卡上的DDR已经发展到DDR5）第一代SDRAM采用单端（Single-Ended）时钟信号,第二代、第三代与第四代由于工作频率比较快,所以采用可降低干扰的差分时钟信号作为同步时钟。
SDRAM之所以成为DRARM就是因为它要不断进行刷新（Refresh）才能保留住数据，因此它是DRAM最重要的操作。
那么要隔多长时间重复一次刷新，目前公认的标准是，存储体中电容的数据有效保存期上限是64ms（毫秒,1/1000秒），也就是说每一行刷新的循环周期是64ms。
这样刷新速度就是:
行数量/64ms。
我们在看内存规格时，经常会看到4096RefreshCycles/64ms或8192RefreshCycles/64ms的标识,这里的4096与8192就代表这个芯片中每个Bank的行数.刷新命令一次对一行有效，发送间隔也是随总行数而变化，4096行时为15。
625μs（微秒，1/1000毫秒），8192行时就为7。
8125μs.HY57V561620为8192refreshcycles/64ms。
本设计采用32M的HY57V56162来设计SDRAM存储电路，它的单片内存规格为256Mbit4M＊16bit＊4Banks，即容量为32MB的16位SDRAM。
使用S3C2410的nGCS6片选信号HY57V56162的数据总线与上S3C2410的低16位相连。
操作地址的最小值变为0x00000004，所以将S3C2410的ADDR2-ADDR14顺序与HY57V56162的A0-A12相连。
为了能够正确访问HY57V56162高/低位字节数据，又将HY57V56162的LDQM和UDQM分别与nBE0：
nWBE0：
DQM0和nBE1:
nWBE1:
DQM1相连,HY57V56162的BA0、BA1是SDRAM内部BANK选择地址线，代表着SDRAM内存的最高地址，因为两片HY57V56162组成了64M的内存，也就是说要26根地址线来实现寻址，所以将BA0、BA1分别与S3C2410的ADDR24和ADDR25引脚相连。
原理图如下图所示：
实验代码：
NANDFLASH存储接口原理图：
Nand—flash内存是flash内存的一种,其内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。
Nand—flash存储器具有容量较大，改写速度快等优点,适用于大量数据的存储,因而在业界得到了越来越广泛的应用，如嵌入式产品中包括数码相机、MP3随身听记忆卡、体积小巧的U盘等。
NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。
Intel于1988年首先开发出NORflash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。
紧接着，1989年,东芝公司发表了NANDflash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级.但是经过了十多年之后，仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。
许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处，因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码，这时NOR闪存更适合一些.而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。
NANDflash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半，由于生产过程更为简单，NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量，也就相应地降低了价格。
NandFlash读和写操作采用512字节的块，这一点有点像硬盘管理此类操作，很自然地，基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。
NORflash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而NANDflash只是用在8～128MB的产品当中，这也说明NOR主要应用在代码存储介质中，NAND适合于数据存储，NAND在CompactFlash、SecureDigital、PCCards和MMC存储卡市场上所占份额最大。
当前NORFLASH价格比较昂贵，考虑到成本问题，本设计采用了64M的K9F1208U0BNandFlash作为介质存储电路，将K9F1208U0B的I/O［0-7］与上S3C2410的数据总线DATA[0-7]相连，实现数据的读写.S3C2410中NandFlash控制器的R/nB与K9F1208U0B的R/nB相连，可以检查nFCE/GPA22、nFRE/GPA20、nFWE/GPA19分别与K9F1208U0B的CLE、nCE、nRE、new是否相连。
分别可以控制K9F1208U0B的地址锁存使能、命令锁存使能、片选使能、读使能和写使能。
原理图如下图所示：
LCD电路模块:
LCD的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片,通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向,从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的.现在LCD已经替代CRT成为主流，价格也已经下降了很多，并已充分的普及。
LCD制造时选用的控制IC、滤光片和定向膜等配件，与面板的对比度有关，一般而言，对比度能够达到350：
1就足够了，但在专业领域这样的对比度平还不够。
相对CRT显示器轻易达到500:
1甚至更高的对比度而言，只有高档液晶显示器才能达到这样如此程度。
LCD是一种介于固态与液态之间的物质，本身是不能发光的，需借助要额外的光源才行。
最早的液晶显示器只有上下两个灯管，发展到现在，普及型的最低也是四灯，高端的是六灯。
四灯管设计分为三种摆放形式：
一种是四个边各有一个灯管,但缺点是中间会出现黑影，解决的方法就是由上到下四个灯管平排列的方式,最后一种是U型的摆放形式，其实是两灯变相产生的两根灯管。
六灯管设计实际使用的是三根灯管，将三根灯管都弯成U型，然后平行放置,以达到六根灯管的效果。
下2图是S3C2410X芯片内部集成的LCD控制器的外部管脚图和内部方框图，其中内部的寄存器作用如下：
REGBANK有17个可编程寄存器组和256＊16的调色板存储器,用来设定LCD控制器。
LCDCDMA是一个专用DMA，自动从帧存储器传输视频数据到LCD控制器,用这个特殊的DMA,视频数据可不经过CPU干涉就显示在屏幕上。
VIDPRCS接受从LCDCDMA来的视频数据，并在将其改变到合适数据格式后，经VD［23:
0]将之送到LCD驱动器，如4/8单扫描或4双扫描显示模式。
TIMEGEN由可编程逻辑组成，以支持不同LCD驱动器的接口时序和速率的不同要求.TIMEGEN产生VFRAME、VLINE、VCLK、VM信号等.数据流描述如下：
FIFO存储器位于LCDCDMA。
当FIFO空或部分空时，LCDCDMA要求从基于突发传输模式的帧存储器中获取数据，存入要显示的图像数据，而这个帧存储器是LCD控制器在RAM中开辟的一片缓冲区。
当这个传输请求被存储控制器中的总线仲裁器接收到后，从系统存储器到内部FIFO就会成功传输4个字。
由于S3C2410内部集成的LCD控制器如上所以设计的外接LCD电路模块如下图：
软件代码：
Main。
c文件：
＃include"timer。
h"
#include”isrservice.h"
＃include"uart.h”
＃include"lcd。
h”
#include”pic。
h”
＃include"pic1。
h”
#include”pic2。
h”
＃include”pic3。
h”
#include”pic4。
h"
＃include"led。
h”
voidIO_Init（void）；
unsignedintflag=0;
intMain（void）
{
IO_Init（）；
while
（1）
｛
switch（flag）
｛
case1：
Paint_Bmp（pic）；
break;
case2：
Paint_Bmp（pic1）;
break；
case3:
Paint_Bmp（pic2）;
break;
case4:
Paint_Bmp（pic3）；
break;
case5：
Paint_Bmp（pic4）；
break；
default:
break;
｝
}
return0;
｝
voidIO_Init（void）
｛
Timer0_Init（）;
Timer0_Interrupt_Init（）;
Isr_Init（）;
Lcd_Init（）；
}
Lcd.c文件：
＃include"2440addr。
h"
#include”lcd.h"
#defineLOW21BITS（n）（（n）&0x1fffff）//Togetlower21bits
#defineLcd_Enable（）rLCDCON1|=1
volatileunsignedshortLCD_BUFFER[240］[320]；
externunsignedchar__CHS［］;
staticvoidLcd_Config（void）
{
rGPCCON=0xaaaa02a9；
rGPDCON=0xaaaaaaaa；
rLCDCON1=（CLKVAL_TFT〈〈8）｜（3<〈5）|（BPPMODE_TFT〈〈1）；
rLCDCON2=（VBPD<〈24）|（LINEVAL_TFT〈<14）|（VFPD〈<6）｜（VSPW）；
rLCDCON3=（HBPD〈<19）|（HOZVAL_TFT〈〈8）|（HFPD）；
rLCDCON4=（HSPW）；
rLCDCON5=（FRM565_TFT<<11）｜（INVVCLK_TFT〈<10）|（INVVLINE_TFT〈<9）|（INVVFRAME_TFT〈〈8）｜（HWSWP）;
rLCDSADDR1=（（（unsignedint）LCD_BUFFER>〉22）<<21）|LOW21BITS（（unsignedint）LCD_BUFFER>〉1）；
rLCDSADDR2=LOW21BITS（（（unsignedint）LCD_BUFFER+（LCD_YSIZE_TFT＊LCD_XSIZE_TFT*2））>〉1）；
rLCDSADDR3=（0<〈11）|（LCD_XSIZE_TFT/1）；
}
voidLcd_PowerEnable（intpowerEnable）
{
rGPGCON=rGPGCON＆（～（3〈〈8））|（3〈<8）；
rGPGDAT=rGPGDAT｜（1〈<4）;
rLCDCON5=rLCDCON5&（～（1〈<3））｜（powerEnable〈<3）；
｝
voidPutPixel（unsignedintx,unsignedinty,unsignedshortc）
｛
if（（x〈320）＆&（y<240））
LCD_BUFFER[（y）］[（x）]=c;
}
voidPaint_Bmp（constunsignedcharbmp［］）
｛
intx,y;
unsignedshortc;
intp=0；
for（y=0;y<240;y++）
{
for（x=0；x〈320;x++）
{
c=bmp［p+1]|（bmp[p]<〈8）;
if（（x<320）＆&（y<240））
LCD_BUFFER[y]［x]=c;
p=p+2；
｝
}
}
voidLcd_Init（void）
{
Lcd_Config（）;
Lcd_Enable（）;
Lcd_PowerEnable
（1）；
｝
Lcd.h文件：
＃ifndef__LCD_H__
＃define__LCD_H__
＃defineMVAL（0）
＃defineINVVDEN
（1）//0=normal1=inverted
#defineHWSWP
（1）//Halfwordswapcontrol
＃definePNRMODE（3）//设置为TFT屏
#defineBPPMODE（12）//设置为16bpp模式
＃defineLCD_XSIZE_TFT（320）
#defineLCD_YSIZE_TFT（240）
＃defineCLKVAL_TFT（7）
#defineVBPD（14）
#defineVFPD（11）
＃defineVSPW
（2）
＃defineHBPD（37）
＃defineHFPD（19）
#defineHSPW（29）
＃defineHOZVAL_TFT（320—1）
#defineLINEVAL_TFT（240—1）
#defineBPPMODE_TFT（12）
＃defineFRM565_TFT
（1）
#defineINVVCLK_TFT
（1）
#defineINVVLINE_TFT
（1）
#defineINVVFRAME_TFT
（1）
＃defineINVVD_TFT（0）
#defineINVVDEN_TFT（0）
＃definePWREN_TFT（0）
externvoidLcd_Init（void）；
externvoidLcd_PowerEnable（intpowerEnable）;
externvoidPaint_Bmp（constunsignedcharbmp[］）;
＃endif
Timer。
h文件：
＃ifndef_TIMER0_H_
#define_TIMER0_H_
voidTimer0_Init（void）；
#endif
Timer。
c文件:
＃include"timer。
h”
＃include"2440addr.h”
voidTimer0_Init（void）
{
rTCFG0&=～（0xff）;
rTCFG0|=99；
rTCFG1&=~（0xf）；
rTCFG1|=0X02;
rTCNTB0=62500;//1s中断一次
rTCON｜=（1<<1）；//手动更新
rTCON=0x09；//自动加载，清除手动更新位，启动定时器
｝
Interrupt.c文件:
#include”2440addr.h”
voidTimer0_Interrupt_Init（void）
{
rINTMSK＆=~（1〈<10）；
}
Interrupt。
h文件：
#ifndef__INTERRUPT_H__
#define__INTERRUPT_H__
voidTimer0_Interrupt_Init（void）;
#endif
Isrservice。
c文件:
#include”config.h”
#include"isrservice.h”
externunsignedintflag;
voidIsr_Init（void）
｛
pISR_TIMER0=（U32）Timer0_Isr；
}
void__irqTimer0_Isr（void）
{
flag++；
flag％=5;
rSRCPND|=1<〈10；
rINTPND｜=1〈〈10;
｝
Isrservice。
h文件：
#ifndef__ISRSERVICE_h__
#define__ISRSERVICE_h__
voidIsr_Init（void）；
void__irqTimer0_Isr（void）;
＃endif
六、实训小结
经历了几天的实训，通过老师的帮助和网上的资料查找，我们终于完成了这次实训项目，通过对arm的使用让我们领略到了arm的强大功能，也让我们知道了arm的复杂性以及我在arm方面知识的不足.这也激发了我们对arm的学习兴趣，相信这次实训项目的成功,对将来我们在arm方面的学习也有巨大的帮助.
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