基于ＡＲＭ芯片的ＰＤＡ系統中硬件設計實現

胡　劍　李　偉　章琳琳

摘 要：嵌入式PDA系統廣泛應用于各個領域，為了設計一個高性能低成本的PDA系統，該設計利用ADS1.2開發環境開發基于ARM芯片的PDA系統，采用STR710芯片設計PDA硬件電路系統，利用壞塊管理技術實現NAND_FLASH的存儲管理，提高系統的整體性能，以及其在整體電路系統設計中外圍芯片與CPU連接方式的可行性探討，通過該設計很好地實現了預期目的，證實了系統采用ST公司的STR710芯片設計一套嵌入式PDA的可行性。

關鍵詞：ARM；嵌入式PDA；驅動程序；NAND_FLASH

中圖分類號：TP368.1文獻標識碼：B

文章編號：1004 373X(2009)02 048 03

Realization of Hardware Design in PDA Based on ARM

HU Jian,LI Wei,ZHANG Linlin

(Zhejiang Industry Polytechnic College,Shaoxing,312000,China)

Abstract：Embedded PDA system is applied in many fields widely.In order to design a high performance low cost PDA system.The design uses ADS1.2 integrated development environment to design a PDA system based on ARM core.An embedded PDA hardware system is designed by adopting STR710 chip.NAND_FLASH memory manage is realized by bad block management to improve system′s performance,connection feasibility of CPU to periphery chip is discussed.Anticipated goal is completed through the design.It confirms that using STR710 CPU to realize LCD&NAND;_FLASH function is possible and discusses the future work at last.

Keywords：ARM;embedded PDA;driver program;NAND_FLASH

0 引 言

隨著CPU技術的進一步發展，基于ARM平臺的32位嵌入式PDA技術也得到了很大的發展。PDA已經從原來簡單意義上的個人數字助理，變成了人們離不開的隨身工具。該設計基于ARM平臺的STR710 CPU，主要完成了其硬件電路的設計及實現并通過編程實現液晶顯示器、NANAD_FLASH的驅動的設計并在此基礎實現PDA的圖形操作。

1 系統設計及功能模塊

設計中主要采用ARM平臺的32位處理器STR710，NAND512W3，MAX4468語音數據采集芯片以及LCD液晶顯示器，在完成硬件電路的基礎上編寫程序實現LED顯示器及NAND_FLASH驅動。系統采用STR710單片機設計實現PDA系統具有很高的性價比和可靠性特別是在A/D采集上具有12位的精度非常適合工業和手持設備使用。

1.1 STR710及NAND512W3主要芯片功能介紹

ST ARM微控制器集成了常用的各種外設，彌補了其他許多ARM微控制器的不足，可以大大簡化系統硬件設計。在設計中采用NAND_FLASH是由于在PDA系統中一般需要存放大量代碼及數據而NAND512W3系列芯片［1］正好具有很高的存儲密度、可擦寫性能好、穩定性好等優點很適合作PDA的存儲芯片，而且具有很高的性價比。

1.2 STR710與各芯片的功能模塊及接口電路設計

在系統中PDA主要有以下功能［2,3］：通過CPU的控制實現LCD顯示屏的顯示控制，NAND_FLASH的存儲操作、并實現數據的FAT16格式存儲，數據ADC采集， USB接口的識別及控制鍵操作等功能模塊主要功能模塊如圖1所示。

1.3 STR710與主要外圍芯片接口電路

1.3.1 NAND_FLASH接口電路

設計采用STR芯片［3－5］的BANK3作為NAND_FLASH的外部存儲I/O口［1，6，7］，主要引腳ALE，CLE引腳與處理器的P2.5，P2.6連接作為地址和命令鎖寸引腳的I/O口；讀、寫使能RE，WE引腳與nRD和nWE連接；I/O口與處理器的D₀~D₇連接用于數據傳輸。圖2為NAND_FLASH與STR710的典型接口連接圖。

在設計NAND_FLASH與STR710的接口電路圖時不能將電路設計為ALE，CLE，WP，R/B全部連接到STR710的地址線上。這樣在寫入命令或地址時會引起CLE和ALE（對應MCU的地址線）在寫信號WE的上升沿鎖存時保持時間至少應達到10 ns，而MCU的芯片說明中寫信號WE發出之后，地址線在WE的上升沿后的保持時間只有3 ns，這樣兩者之間會造成時序的不匹配，無法正確操作NAND_FLASH 。在設計時需采用將上述引腳與CPU的GPIO引腳連。

1.3.2 LCD接口電路

該設計采用160×160像素LCD液晶顯示器，R₁₈是一個滑動變阻器可用于液晶顯示器進行灰度的調節，LCD片選信號與處理器的P2.0引腳連接，圖3為LCD顯示的典型接口電路。

2 PDA系統功能的實現

完成硬件電路設計并調試通過后主要針對以下3方面的軟件編程功能實現：

對硬件電路（CPU及主要外圍電路）的初始化，NAND_FLASH驅動程序和LCD驅動程序的編寫及實現。

2.1 系統的初始化

初始化硬件電路［8］主要完成STR710各寄存器的配置及內存映射和中斷向量配置、處理器與外芯片的初始化以及功能庫函數加載等。其主要步驟是首先調用71x_init.s源文件完成CPU各寄存器的初始化配置后中斷異常的處理實現及中斷優先級設置、系統堆棧和變量的初始化最后完成初始化后使用BL 語句跳轉至MAIN功能函數：IMPORT main;B main;main為C語言主函數入口。初始化流程圖如圖4所示。

2.2 NAND_FLASH驅動程序

NAND_FLASH的驅動［9，10］主要包括芯片的復位，ID的正確讀取，塊的擦除，和頁的寫入和讀取幾個操作。此外NAND_FLASH允許要2%的壞塊，在編寫驅動時要做好NANDFLASH的壞塊的統計與管理，壞塊的識別主要是讀取塊中第一頁的第6字節的1個WORD是否為FF來判斷塊的好壞。為了便于統計壞塊和存儲管理須在調用NAND_FLASH內存管理函數時建立壞塊統計表，系統不斷使用會增加壞塊的數量，在每次系統啟動時都可以通過調用內存管理函數來更新壞塊表實現對內存的最優管理以提高系統的性能。壞塊管理流程如圖5所示。

NAND_FLASH驅動主要步驟：

（1） 向指令寄存器寫入0xFF使芯片復位；

（2） 調用 Unsigned int check_Flash_Id(void) 函數讀取芯片ID：

For(i=0;i＜10;i++); id=Nand_IO＜＜8; id+=Nand_IO;//讀出2個字節 即芯片ID

（3） 調用NAND_manage()函數做壞塊管理；

（4） 調用Unsigned int Erase_Block(unsigned int block)實現塊的擦除；

（5） 調用int Write_page()和int Read_page()寫入和讀出頁數據。

2.3 LCD驅動程序設計

在系統中LCD驅動程序主要是對屏幕顯示的初始化包括字符顯示高度和寬度、行字符顯示數、顯示頻率的設置以及顯示點位移設置、顯示合成設置、休眠模式設置、光標形狀設置、光標指針設置等操作。

LCD驅動LCD_Initialize(void)主要步驟：

(1) 調用LCD_WriteCommand(SYSTEM_SET);用于系統初始化。

(2) 調用LCD_WriteCommand(SCROLL);用于顯示域設置。

(3) 調用LCD_WriteCommand(HDOT_SCR);用于光標點位移設置。

(4) 調用LCD_WriteCommand(OVLAY);用于顯示合成設置。

(5) 調用LCD_WriteCommand(CSRFORM);

LCD_WriteData(0x07); LCD_WriteData(0x87);用于初始化光標形狀。

設計好驅動后利用ADS1.2編譯器將程序燒至RAM進行調試,可根據屏幕顯示字符尺寸大小及適宜程度再做修改驅動程序直至滿意。

3 系統調試

當設計好硬件系統后，要對電路板進行整體調試看各功能模塊是否正常，值得注意的是在設計NAND_FLASH接口電路時不能將ALE，CLE，WP，R/B 全部連接到STR710的地址線上否則會引起兩者間的時序不匹配。在設計NAND_FLASH文件系統時采用F16系統可根據系統需要修改ST公司提供的F16文件系統代碼。

4 結 語

該設計是基于ARM芯片的STR710嵌入式PDA系統，很好實現了硬件系統的設計以及LCD顯示器、NAND_FLASH的驅動程序、基于F16文件系統在NAND_FLASH大容量數據的文件存儲管理。隨著信息化、智能化、網絡化的快速發展，嵌入式PDA技術也將獲得廣闊的發展空間。

參考文獻

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［9］ST公司.NAND512w3a_DATASHEET.PDF,2001(6):1－46.

［10］胥靜.嵌入式系統系統設計開發實例詳解［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2005.

作者簡介 胡 劍 男,1984年出生，浙江紹興人，浙江工業職業技術學院，教師。研究方向為嵌入式系統及通信網。