基于ARM处理器的 PC／1 04处理器模块的开发

作者：时间：2012-12-29来源：网络收藏

　　PC／104是一种专门为嵌入式应用而定义的总线，lEEE会将它定义IEEE—P996 1，信号定义和PC／AT基本一致，但气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构嵌入式系统。基于PC／104结构的模块由于开发方便、品种富、结构简单等优势在工业控制领域有着广泛的应用。

　　ARM(Advanced RISC Machine)公司成立于 1990年月，是苹果电脑，Acorn电脑集团和 VLSI Technology的合资业。ARM首创了CHlPLESS的模式，该公司只设计出高效ARM内核，通过将 ARM内核授权给半导体公司，由半导体公根据实际的应用情况加上各种外围的功能比如Flash、串RTC等构成一块完整的芯片。

　　本文主要介绍基于ARM的 PC／104模块的结构，并给出总线模拟、串行通讯接口以及驱动程序的相关内容。

　　1 PC／104处理器模块的要求

　　在工业控制和数据采集中，PC／104模块的总线、串口功是必不可少的，而硬盘接口、并行口、键盘口等 lO 口却很少用，因此在选用另外的CPU代替x86作为PC／104模块的处器首先要求能够兼容原有的 PC／104总线，使得符合PC／规范的数字量输入／输出模块、模拟量输入／输出模块以及针PC／104系统开发的各个系统能够正常使用；其次该处理器须具有 2个串行接口，以适应大部分场合的串行通讯需要三，必须具有可以满足足够的程序空间和RAM空间为用户的序和数据使用；第四，必须具有 RTC(Real Time Clock)，并能断电时保持系统时间不变；第五，友好的开发环境，以适应现系统开发的需要。

　　2 基于 Inte1386SX的 PC／104模块的缺点

　　首先，基于386SX 的 PC／104处理器模块的成本比较386SX／40的控制模块的价格在千元以上；第二，功耗较大瓦的功耗给电源供应、散热的设计带来一系列的问题，并且不合某些低功耗要求的环境中应用；第三：程序烧写繁琐，基x86的PC／104的理器模块一般采用 DOC (Disk On Ch或者 DOM(Disk On Module)作为程序存储器，由于DOC用烧写工具比较昂贵，所以实际生产时多采用人工烧录方法括格式化、复制多个步骤，每烧一块芯片需要断电、重新启动器数次，效率低下、操作繁琐；第四，系统启动速度慢，从上电开始执行用户程序一般需要 2—5秒时间，WDT溢出时恢复时间较长，容易遗漏一些重要的事件。第五，开发环境不够友好，基于386SX 的 PC／104处理器模块的程序一般在 DOS环境下开发，开发工具一般为TURBO C或者BORLAND C，开发环境比较落后，编程、调试非常的不方便。

　　3 ARM处理器的特点

　　首先速度快，ARM是一种基于 RISC架构的处理器，运行在44MHz的ARM的处理器的处理能力可大40MlPS，远大于基于CISC架构 386SX／40的13MIPS；其次，功耗非常低，例 LPC2129的内核耗电仅为 30mA (供电电压为 1．8V，时钟为 60MHz)，功耗为 54mW，不到 386SX的十分之一；第三，集成度高、功能强大，很多世界著名的半导体厂家都购买了 ARM的内核，并根据市场的需要推出了集成丰富外围功能包括 SRAM、 RTC，CAN接口、串行口、以太网接口等等的芯片，在很多应用场合，一块ARM芯片可以满足所有的需要；第四，价格低廉，ARM芯片生产厂家很多，在工业控制和民用产品中的应用也非常广泛，芯片价格非常低廉，带128KFLASH的PHILIPS LPC2104的市场价格仅为50元人民币。

　　4 CPU的选择

　　经过80186、X51、ARM、DSP等多种CPU 比较后最终确定采用ARM作为 PC104处理器模块的替代处理器，为了兼容原有的基于 PC／104设计的板卡。经过多家 ARM产品的比较，最终确定采用 PHILIPS LPC2129作为本次开发的 PC／104处理器模块的 CPU。LPC2129是基于一个支持实时仿真和跟踪的 16／32位 ARM7TDMl—S CPU，并内置 256K字节(KB)的高速 Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32位代码能够在最大时钟速率(60MHz)下运行。LPC2129采用很小的 TQFP一64封装、具有极低的功耗、2个串口、多个 32 位定时器、4路10位ADC、2路CAN、PWM通道、46个 GPlO 以及多达 9个外部中断使它特别适用于工业控制领域CPU模块的开发。

　　5 系统结构

　　基于ARM的PC／104系统主要由处理器、总线接口、 Flash、实时时钟、复位电路、通讯接口、调试接口、电源几个部分组成，如图 1所示。