StrongARM及其嵌入式应用平台

       在满足专用嵌入式平台设计中，要求所设计的平台具有PCMCIA接口、CompactFlash接口、RS232 接口、2个PS/2接口、2个USB接口、LCD接口、键盘接口等，使所设计的平台满足数据的采集、处理、存储、显示、打印、传输等功能。为此，选用Intel公司的StrongARM芯片SA1110和SA1111作为平台CPU与接口扩展器件，通过与其它接口芯片配合来完成扩展接口的设计任务。
 
       1 芯片简介 
       1.1 SA1110简介 
       Intel公司的StrongARM芯片SA1110可以满足便携式、嵌入式应用的要求，作为32位StrongARM RISC处理器，其最高运行速度可达206 MHz；其内部有强大的指令操作能力、高速缓冲能力、寄存器管理能力、读/写缓冲器能力。SA1110寄存器总线接口可与DRAM、SDRAM、ROM、SMROM、SRAM以及其它潜在的I/O器件共享数据信号，其寄存器与PCMCIA模块支持4个快速页操作模式(FPM)、扩展数据输出(EDO)、同步DRAM、6个静态存储器、6个ROM/SDRAM等。SA1110可提供系统支持逻辑、多个串行通信通道、1个彩色/灰度LCD控制器、2个PCMCIA插槽、28个GPIO口；内部提供定时器、电源管理、指令控制、复位控制、时钟产生、中断控制等功能。SA1110电源管理提供正常、空闲、睡眠三种工作状态，其内部包含六通道的DMA控制器，用于支持串行通信过程中的数据高速运动，如串行通道与外部寄存器、DRAM、SRAM、Flash、ROM等之间的通信；此外，还有1个用于支持LCD控制器工作的独立的DMA 控制器。SA1110有5个独立的串行通道，可分别执行半双工被动协议的通用串行总线(USB)通信、通用异步收发(UART)通信、红外数据(IrDA)通信、 多媒体通信口/同步串行口(MCP/SSP)通信等。SA1110 通过指令和数据断点提供调试支持，还提供JTAG口，用于进行系统连续检查。
 
       1.2 SA1111简介 
       Intel公司的StrongARM芯片SA1111支持SA1110开发平台，可扩展SA1110的开发环境，可以为手持式高性能的计算机系统提供所需的功能；其内部除含有主动式USB控制器外，可通过扩展支持PCMCIA 接口、CompactFlash接口、2个PS/2接口、2个满足工业标准的独立的串行口、脉冲宽度调制(PWM)、全双工SSP接口、全双工串行音频口以及其它的I/O中断能力；利用其高性能的寄存器控制器，可以通过系统寄存器总线完成系统寄存器与DMA之间的数据转移。
 
       2 扩展接口设计 
       由于所设计的平台要求具有PCMCIA接口、CompactFlash接口、RS232接口、2个PS/2接口、2个USB接口、LCD接口、键盘接口等，因此，所设计的平台是基于嵌入式CPU SA1110/SA1111而构建的，其组成框图及信号线连接关系如图1所示。
 
       扩展接口由SA1110、SA1111、CPLD、HUB、TPS2149、TPS2015、SN75240以及标准的PCMCIA插槽、CompactFlash插槽、USB接口、PS/2接口等构成。其中SA1110为平台CPU，SA1111与SA1110共同为构建系统平台，以减少系统器件数量、降低功耗、提高性能；CPLD用于完成LCD所需控制信号的转换、RS232信号的协调及控制、按键控制信号的编码等；TS2015、TS2194用于产生USB接口所需的5 V电压，它受SA1111输出的USB_PWR_SENSE和USB_PWRCNTL信号控制；TUSB2040用于完成USB信号集线器功能(HUB)；SN75240用于满足对PS/2端口ESD的要求；各种标准插槽与接口用来实现与标准的插卡及接口的标准连接。
 
       3 扩展接口信号定













义  
       在扩展接口设计中，涉及到较多的信号，包括地址信号、数据信号、各种控制信号，各种信号的连接关系如图1所示。其中，在SA1110与SA1111接口之间，包括32根数据线、26根地址线、10根控制线；在SA1111与PCMCIA插槽之间，包含16根数据线、26根地址线、17根控制线；在SA1111与CompactFlash 插槽之间，包含16根数据线、11根地址线、17根控制线；在SA1111与PS/2接口之间，包含4根信号线；在SA1111与USB接口之间，包含2根信号线、2根控制线；在CPLD与SA1110之间，有8根数据线、9根控制线；在CPLD与LCD模块LC94323A之间，有8根数据线、4根控制线，LCD 采用SHARP 公司的LC94323A被动LCD矩阵模块；在CPLD与RS232接口之间，有7根控制线；在CPLD与按键之间，有11根控制线。各种信号的定义如表1所列。
       4 心电图机的平台应用 
       所设计的扩展接口是为了满足具有远程通信能力的心电图机硬件平台的需要。该平台的要求是能实时采集、处理、存储、显示、打印、传输所采集到的心电数据。平台由专用心电数据采集模块、SA1110/SA1111构成的CPU及扩展接口、Flash、DRAM、CPLD等构成。下面简要介绍平台对扩展接口的要求及功用：
 
       具有PCMCIA和Compact Flash接口，以便于安装PCMCIA和CompactFlash插卡，用于实现心电数据的采集和存储；
 
       具有RS232接口，以便于和计算机通信，实现程序的下载和升级；
 
       具有两个PS/2接口，一个用于和条形码扫描仪相接，实现病人数据的录入，另一个用于和鼠标相连，实现功能选择；
 
       具有两个USB接口，一个用于和打印机相接，实现输出打印，另一个用于和网络相连，实现心电数据的远程传输；
 
       具有一个LCD接口，用于和LCD模块相接，实现心电数据的实时显示；
 
       具有一个键盘接口，用于将心电图机面板上的按键，通过CPLD转换成所需的PC/AT键盘信号。
 
       5 结论
       本文介绍的扩展接口已用于实际设备设计中，并取得了满意的效果。扩展接口设计中，由于充分利用了SA1110和SA1111的嵌入式功能和CPLD，达到了简化电路结构、完善功能的目的。