第講實(shí)驗(yàn)硬件電路及調(diào)試技術(shù)

1、第五(d w)講 實(shí)驗(yàn)硬件電路及調(diào)試技術(shù)授課(shuk)教師：李英祥電郵地址：共六十三頁內(nèi)容(nirng)提綱1. MagicARM2410實(shí)驗(yàn)箱硬件電路介紹2. 嵌入式軟件的交叉(jioch)開發(fā)2022/7/192共六十三頁1. MagicARM2410實(shí)驗(yàn)箱硬件(yn jin)電路介紹MagicARM2410實(shí)驗(yàn)(shyn)箱是一款A(yù)RM9教學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺MagicARM2410實(shí)驗(yàn)箱采用ARM920T內(nèi)核的S3C2410A微處理器擴(kuò)展有充足的存儲資源（SDRAM,NAND Flash，NOP Flash和E2PROM等)2022/7/193共六十三頁有10/100M以太網(wǎng)接口、USB

2、HOST接口、USB Device接口、PCMCIA存儲卡接口、IDE硬盤接口、CF卡接口、SD卡接口、IrDA接口、IIS數(shù)字音頻接口、8英寸640480真彩TFT液晶屏（帶觸摸屏）可使用JTAG仿真(fn zhn)調(diào)試2022/7/194共六十三頁MagicARM2410實(shí)驗(yàn)(shyn)箱2022/7/195共六十三頁DeviceARM2410核心(hxn)板2022/7/196共六十三頁VGA PACK板2022/7/197共六十三頁JTAG接口(ji ku)2022/7/198共六十三頁IDE硬盤接口(ji ku)2022/7/199共六十三頁P(yáng)CMCIA接口(ji ku)2022/7

3、/1910共六十三頁CF卡接口(ji ku)2022/7/1911共六十三頁外設(shè)PACK接口(ji ku)2022/7/1912共六十三頁以太網(wǎng)接口(ji ku)2022/7/1913共六十三頁USB HOST接口(ji ku)USB Device接口(ji ku)USB HOST接口2022/7/1914共六十三頁RS232接口(ji ku)(UART1)RS232接口(ji ku)(UART0)2022/7/1915共六十三頁RS485接口(ji ku)2022/7/1916共六十三頁CAN接口(ji ku)2022/7/1917共六十三頁SD/MMC卡接口(ji ku)2022/7/19

4、18共六十三頁IrDA模塊(m kui)2022/7/1919共六十三頁GPRS模塊(m kui)2022/7/1920共六十三頁ADC測量(cling)電壓調(diào)整2022/7/1921共六十三頁直流電機(jī)步進(jìn)電機(jī)(dinj)2022/7/1922共六十三頁復(fù)位(f wi)按鍵獨(dú)立(dl)按鍵2022/7/1923共六十三頁LED數(shù)碼管16鍵小鍵盤2022/7/1924共六十三頁IIS音頻輸入/輸出(shch)接口小喇叭(2個)喇叭音量(ynling)調(diào)節(jié)2022/7/1925共六十三頁觸摸(ch m)筆8寸640 x480 TFT液晶屏 (帶觸摸屏)2022/7/1926共六十三頁功能(gngn

5、ng)框圖2022/7/1927共六十三頁MagicARM2410實(shí)驗(yàn)(shyn)箱結(jié)構(gòu)核心板（6層板）處理器：S3C2410A處理器SDRAM：HY57V651620，64MBNOR FLASH： SST39VF1601，2MBNAND FLASH： K9F1208，64MB晶振：12MHz，CPU內(nèi)部倍頻至203MHz電源：單3.3V電源供電(n din)，板內(nèi)自帶1.8V LDO芯片接口：SODIMM200標(biāo)準(zhǔn)接口，200個引腳輸出實(shí)驗(yàn)箱主板各種外圍支持電路和接口電路2022/7/1928共六十三頁核心(hxn)板應(yīng)用電路框圖2022/7/1929共六十三頁電源(dinyun)電路VDD

6、33引腳系統(tǒng)(xtng)電源輸入，直流3301V，電流為400mA以上Spx1117為LDO芯片（低電壓電源芯片）將5伏轉(zhuǎn)換成3.3VSpx1117為一個低功耗正向電壓調(diào)節(jié)器，其可用在一些高效率，小封裝的低功耗設(shè)計中2022/7/1930共六十三頁RTC POWER(時鐘(shzhng)電源）VDDRTC引腳,RTC電源輸入引腳，直流1.8V0.15V時鐘(shzhng)電源是一個獨(dú)立電源供電，使用一個3v的電池2022/7/1931共六十三頁JTAG調(diào)試(dio sh)口JTAG接口J29上的信號nTRST連接到S3C2410A芯片的TRST引腳，達(dá)到控制(kngzh)S3C2410A復(fù)位的

7、目的；根據(jù)S3C2410A數(shù)據(jù)手冊說明，nTRST, TDI, TMS和TCK引腳上需要連接一個10K歐姆的上拉電阻；2022/7/1932共六十三頁A/D測量(cling)（ADC)直流電壓測量電路（利用A/D測量）可調(diào)電阻 W1,W2用于調(diào)整ADC的輸入電壓用戶可以在VIN1,VIN2測試點(diǎn)檢查(jinch)當(dāng)前電壓值2022/7/1933共六十三頁VREF(ADC參考(cnko)電壓）Vref引腳ADC參考電源輸入，直流3.3V，參考電源的精度和穩(wěn)定性會直接影響A/D結(jié)果A/D轉(zhuǎn)換中需要一個參考電壓(diny)值Vref電路中3.3V的電壓引入，經(jīng)過 一個濾波網(wǎng)絡(luò)，獲得一個較穩(wěn)定的ADC

8、參考電壓2022/7/1934共六十三頁RESET（復(fù)位(f wi)）nRSTIN引腳手動復(fù)位控制輸入端當(dāng)nRSTIN為低電平時系統(tǒng)復(fù)位此引腳可以懸空，這樣(zhyng)系統(tǒng)只使用上電復(fù)位2022/7/1935共六十三頁啟動方式(fngsh)選擇電路OMO引腳啟動方式選擇輸入(shr)當(dāng)OMO為低電平時，NAND Flash啟動方式(即核心板上的K9F1208UOB)當(dāng)OMO為高電平或懸空時，NOR Flash啟動方式(即核心板上的SST39VFl601) 2022/7/1936共六十三頁LED電路(dinl)2410芯片端口GPE11,GPE12,GPE4,GPE6分別控制三極管的開關(guān)(ki

9、gun)狀態(tài)，最終控制LED的亮和滅當(dāng)輸出為高電平時，LED燈亮。輸出低電平時，LED燈熄滅2022/7/1937共六十三頁蜂鳴器電路(dinl)由GPH10口電平變化(binhu)導(dǎo)致三極管通斷，從而BUZZER（蜂鳴器）發(fā)聲2022/7/1938共六十三頁鍵盤及LED數(shù)碼管顯示(xinsh)電路2022/7/1939共六十三頁MagicARM2410實(shí)驗(yàn)(shyn)箱主板上具有8位動態(tài)LED數(shù)碼管和16個按鍵，使用了鍵盤與LED驅(qū)動芯片ZLG7290進(jìn)行控制；ZLG7290是一款功能強(qiáng)大的鍵盤與LED驅(qū)動芯片，最大支持64個按鍵及8位共陰LED數(shù)碼管；ZLG7290的電源采用3.3V，使用

10、Device ARM 2410核心板的nRSTOUT信號控制ZLG7290復(fù)位，在系統(tǒng)復(fù)位時將同時復(fù)位ZLG7290；ZLG7290的鍵盤中斷輸出信號與S3C2410A的中斷引腳EINT4相連，當(dāng)有按鍵按下時，ZLG7290將會輸出中斷信號通知S3C2410A；2022/7/1940共六十三頁獨(dú)立(dl)按鍵KEY1電路與S3C2410A的中斷引腳EINT4相連當(dāng)KEY1斷開(dun ki)時，引腳EINT4為高電平。當(dāng)KEY1按下時，引腳EINT4為低電平，引發(fā)中斷2022/7/1941共六十三頁RS232串口電路(dinl)由于系統(tǒng)是3.3V系統(tǒng)所以使用了SP3232E進(jìn)行RS232電平轉(zhuǎn)

11、換SP3232E是3.3V工作(gngzu)電源的RS232轉(zhuǎn)換芯片2022/7/1942共六十三頁RS485接口(ji ku)電路由于(yuy)系統(tǒng)是3.3V系統(tǒng)，所以使用了SP3485進(jìn)行RS485電平轉(zhuǎn)換SP3485是3.3V 工作電源的半雙 工RS485收發(fā)器2022/7/1943共六十三頁2. 嵌入式軟件的交叉(jioch)開發(fā)交叉開發(fā)工具：一般包括文本編輯器、交叉編譯器、交叉調(diào)試器、仿真器、下載器等工具交叉開發(fā)環(huán)境由宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)組成，宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間在物理連接的基礎(chǔ)上建立起邏輯連接宿主機(jī)（Host）：是用于開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的計算機(jī)，一般為PC機(jī)（或者工作站），具備豐富的軟硬件資源

12、，為嵌入式軟件的開發(fā)提供全過程支持；目標(biāo)機(jī)（Target）：即所開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)，是嵌入式軟件的運(yùn)行環(huán)境，其硬件軟件是為特定應(yīng)用定制的；在開發(fā)過程中，目標(biāo)機(jī)端需接收和執(zhí)行宿主機(jī)發(fā)出的各種命令如設(shè)置斷點(diǎn)(dun din)、讀內(nèi)存、寫內(nèi)存等，將結(jié)果返回給宿主機(jī)，配合宿主機(jī)各方面的工作2022/7/1944共六十三頁嵌入式軟件交叉編譯即在宿主機(jī)上編譯生成(shn chn)另一種CPU（目標(biāo)機(jī)，嵌入式微處理器）上的二進(jìn)制程序；嵌入式軟件的調(diào)試交叉調(diào)試方式Crash and Burn Rom Monitor Rom Emulator In Circuit Emulator On Chip Debuggi

13、ngSimulator方式（非交叉）2022/7/1945共六十三頁Crash and Burn最早的嵌入式應(yīng)用軟件調(diào)試方法在宿主機(jī)上編寫代碼反復(fù)檢查(jinch)代碼直到編譯通過，生成可執(zhí)行程序?qū)⒊绦蚬袒侥繕?biāo)機(jī)的非易失性存儲器（E2PROM、FLASH等）中啟動目標(biāo)機(jī)運(yùn)行，觀察程序是否正常工作如果程序不能正常工作,則在宿主機(jī)上反復(fù)檢查代碼，查找問題根源改寫代碼 重復(fù)36，直到程序正常工作2022/7/1946共六十三頁ROM MonitorROM Monitor是被固化且運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的一段程序，負(fù)責(zé)監(jiān)控目標(biāo)機(jī)上被調(diào)試程序的運(yùn)行，與宿主機(jī)端的調(diào)試器一起完成對應(yīng)用程序的調(diào)試調(diào)試器與ROM M

14、onitor之間的通信遵循(zn xn)遠(yuǎn)程調(diào)試協(xié)議2022/7/1947共六十三頁物理連接(linji)和邏輯連接(linji)物理連接是指宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)通過(tnggu)物理線路連接在一起，連接方式主要有三種：串口以太網(wǎng)口OCD（On Chip Debug）方式如JTAG、BDM等邏輯連接指宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)間按某種通信協(xié)議建立起來的通信連接，目前逐步形成了一些通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)物理連接是邏輯連接的基礎(chǔ)2022/7/1948共六十三頁ROM Monitor執(zhí)行(zhxng)過程在目標(biāo)機(jī)上電或復(fù)位后首先執(zhí)行的就是ROM Monitor，它對目標(biāo)機(jī)進(jìn)行一些必要的初始化初始化要求的外圍設(shè)備，如最基本的串

15、口和用于內(nèi)存刷新的系統(tǒng)計時器芯片初始化用于下載映像的內(nèi)存系統(tǒng)初始化中斷(zhngdun)控制器和安裝中斷(zhngdun)處理程序2022/7/1949共六十三頁ROM Monitor功能(gngnng)程序映像下載對目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存的讀寫 對寄存器的讀寫設(shè)置和清除不同類型(lixng)的斷點(diǎn)單步執(zhí)行指令復(fù)位系統(tǒng)其它一些調(diào)試功能2022/7/1950共六十三頁ROM Monitor調(diào)試(dio sh)過程 啟動目標(biāo)機(jī)，監(jiān)控器掌握對目標(biāo)機(jī)的控制，等待和調(diào)試器建立連接啟動調(diào)試器，并和監(jiān)控器建立起通信連接使用調(diào)試器將應(yīng)用程序下載(xi zi)到目標(biāo)機(jī)上的RAM空間中2022/7/1951共六十三頁使用

16、調(diào)試器進(jìn)行調(diào)試，發(fā)出各種調(diào)試命令，監(jiān)控器解釋并執(zhí)行這些命令，通過目標(biāo)機(jī)上的各種異常來獲取對目標(biāo)機(jī)的控制，將命令執(zhí)行結(jié)果回傳給調(diào)試器如果程序有問題，在調(diào)試器的幫助下定位錯誤；修改之后再重新編譯鏈接并下載(xi zi)程序，開始新的調(diào)試，如此反復(fù)直至程序正確運(yùn)行為止2022/7/1952共六十三頁優(yōu)點(diǎn) 提高調(diào)試程序的效率 ，縮短開發(fā)周期，降低成本簡單、方便可擴(kuò)展性強(qiáng)，可支持許多高級調(diào)試功能 成本低廉，不需專門的調(diào)試硬件支持 幾乎(jh)所有的交叉調(diào)試器都支持這種方式 2022/7/1953共六十三頁缺點(diǎn)Debug Monitor需要用Crash and Burn方法開發(fā)。當(dāng)ROM Monitor占

17、用CPU時，應(yīng)用程序不響應(yīng)(xingyng)外部的中斷，因此不便調(diào)試有時間特性的程序。某些調(diào)試功能依賴于CPU硬件的支持（如硬件斷點(diǎn)功能）ROM Monitor要占用目標(biāo)機(jī)一定數(shù)量的資源，如CPU、RAM、ROM和通信設(shè)備等資源調(diào)試環(huán)境不同于實(shí)際目標(biāo)環(huán)境2022/7/1954共六十三頁ROM EmulatorROM Emulator是一種用于替代目標(biāo)機(jī)上的ROM芯片的設(shè)備，即ROM仿真器利用(lyng)這種設(shè)備，目標(biāo)機(jī)可以沒有ROM芯片，但目標(biāo)機(jī)的CPU可以讀取ROM Emulator設(shè)備上RAM芯片的內(nèi)容ROM Emulator設(shè)備上的RAM芯片的地址可以實(shí)時地映射到目標(biāo)機(jī)的ROM地址空間，

18、從而仿真（Emulation）目標(biāo)機(jī)的ROM 2022/7/1955共六十三頁優(yōu)點(diǎn)目標(biāo)機(jī)可以沒有ROM芯片、可以使用ROM Emulator提供的RAM空間且不需要(xyo)用別的工具來寫RAM缺點(diǎn)目標(biāo)機(jī)必須能支持外部ROM存儲空間，而且由于其通常要和ROM Monitor配合使用，因此它擁有ROM Monitor的所有缺點(diǎn)2022/7/1956共六十三頁ICE（In-Circuit Emulator）ICE（In-Circuit Emulator）是一種(y zhn)用于替代目標(biāo)機(jī)上CPU的設(shè)備，即在線仿真器它比一般的CPU有更多的引出線，能夠?qū)?nèi)部的信號輸出到被控制的目標(biāo)機(jī)ICE上的Mem

19、ory也可以被映射到用戶的程序空間，這樣即使目標(biāo)機(jī)不存在的情形下也可以進(jìn)行代碼的調(diào)試2022/7/1957共六十三頁連接ICE和目標(biāo)機(jī)時，一般是將目標(biāo)機(jī)的CPU取下，而將ICE的CPU引出線接到目標(biāo)機(jī)的CPU插槽用ICE進(jìn)行調(diào)試(dio sh)時，在Host端運(yùn)行的調(diào)試器通過ICE來控制目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的程序2022/7/1958共六十三頁適用于調(diào)試實(shí)時的應(yīng)用系統(tǒng) 調(diào)試設(shè)備驅(qū)動程序 對硬件進(jìn)行功能和性能的測試(csh) 實(shí)時性能分析 缺點(diǎn)價格太昂貴，不利于團(tuán)隊(duì)開發(fā)所仿CPU有限2022/7/1959共六十三頁OCD (On Chip Debugging)OCD（On Chip Debugging）是CPU芯片提供(tgng)的一種調(diào)試功能（片上調(diào)試），可以認(rèn)為是一種廉價的ICE功能OCD的價格