第4章 S3C44B0X硬件结构及功能.pdf
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1、第4章S3c44B0X硬件结构 及功能本章主要介绍了 S3c44B0X的体系结构及各种功能接口,主要包括以下内容:1.存储器管理2.系统总线及时钟3.中断管理4.DMA、I/。口、定时器、A/D、I2C、SPI等接口结构4.1 S3c44BOX 简介SAMSUNG公司推出的16/32位RISC处理器S3c44BOX为手持设备和一般应用提供了高性价比和高性能的微控制器解决方案。为了降低成本,S3c44BOX提供了丰富的内置部件,包括:8KBCache和内部SRAM,LCD控制器,带自动握手的2通道UART,4通道DMA,系统管理器(片选逻辑,FP/EDO/SDRAM控制器),带PWM功能的5通道
2、定时器和一个内部定时器,I/O端口,RTC,8通道 10位ADC,IIC BUS接口,IISBUS接口,同步SI。接口和PLL倍频器。S3c44BOX 是使用 ARM7TDMI 内 核,采用0.25.mCMOS工艺制造。它的 低功耗和全静态设计特别适用于对成本 和功耗敏感的应用。同样地,S3c44BOX还采用了一种 新的总线结构,即SAMBAH(三星 ARMCPU嵌入式微处理器总线结构)。S3c44BOX的杰出特性是它的CPU核,是由ARM公司设计的16/32位ARM7TDMI RISC处理器(66MHz)o它包括了Thumb代码压缩器,一个片上的ICE断点调试支持和一个32位的硬件乘法器。S
3、3c44BOX通过提供全面的、通用的焉上外设,大大减少了系统中除处理器以外的元器件配置,从而使系统的成本大为降低。S3c44BOX集成的各种片上功能如下:(1)2.5V ARM7TDMI内核,带有8KB Cache;(2)可选的内部SRAM;(3)LCD控制器(最大支持256色DSTN,LCD具有专用DMA);(4)2通道UART带有握手协议(支持IrDALO,具有 16-byte FIFO);(5)1 通道 SIO;(6)2个通用DMA;(7)2个外设用DMA,具有外部请求引脚;(8)外部存储控制器(片选逻辑,FP/EDO/SDRAM 控制器);(9)5个PWM定时器和1通道内部定时器;(1
4、0)看门狗定时器;(11)71 个通用 I/O 口;(12)8个外部中断源;(13)具有日历功能的RTC;(14)8通道 10位ADC;(15)1个多主IIC总线控制器;(16)1个通道IIS总线控制器;(17)片上PLL时钟产生器。1.S3c44BOX 的特性(1)体系结构。S3c44BOX R的体系结构特性如下:集成了手持设备和通用嵌入式系统应用的解决 方案;16/32位RISC体系结构和ARM7TDMI处理器内 核强大的指令体系;Thumb代码压缩机,最大化代码密度同时保持了 32位指令的性能;基于JTAG的片上集成ICE调方式支持解决方案;32X 8位硬件乘法器:实现低功耗SAMBAH
5、的新型总线结构。(2)系统管理器。S3c44BOX系统管理器特性如下:支持大/小方式;寻址空间:每Bank32MB(共256MB);支持每Bank可编程8/16/32位数据总线宽度;7个Bank具有固定的Bank起始地址和可编程Bank大小;1个Bank具有可编程的Bank起始地址和Bank大小。8个存储器Bank,包括6个ROM,SRAM存储器Bank和2个ROM/SRAM/DRAM(快速页面,EDO和同步 DRAM)存储器Bank;所有的存储器Bank具有可编程的操作周期;支持外部等待信号延长总线周期;支持掉电时DRAM/SDRAM的自刷新模式;支持均匀/非均匀的DRAM地址。(3)Cac
6、he存储器和内部SRAM。S3C44BOX的Cache存储器和内部SRAM特性如下:一体化的8KBeache;未用的Cache空间用来作为0/4/8KB的SRAM存储空间;支持LRU(近期最少使用)替换算法;采用保持主存储器与Cache内容一致性的策略;写存储器具有4线深度;当Cache错误发生时,采用“请求数据优 先填充”技术。(4)时钟和电源管理。S3c44BOS的时钟和电源管理特性如下。低功耗。片上PLL使处理器工作时钟最大达到66MHz。可以通过软件设置各功能模块的输入时钟。电源模式:正常、慢、空闲和停止模式。正常模式:正常、慢、空闲和停止模式。慢模式:不加PLL的低时钟频率模式;空闲
7、模式:只停止CPU的时钟;停止模式:停止所有的时钟。通过日NT 7:0或RTC报警中断从停止模式唤醒。(5)中断控制器。S3c44BOX的中断控制器特性如下:30个中断源(看门狗定时器,6个定时器,6 个定时器,6个UART,8个外部中断,4个 DMA,2WH RTC,1 个ADC,1 个IIC,1 个 SIO);采用向量化的IRQ中断模式以减少中断的延迟;电平/边沿模式触发外部中断;电平/边沿模式具有可编程的优先级;支持FIQ为紧急的中断请求进行服务。(6)定时器和PWM(脉宽调制)oS3c44BOX定时器和PWM特性如下:通道16位具有PWM功能的定时器,1通道 16位内部定时器(可进行基
8、于DMA或中断的 操作);可编程的占空比周期,频率,和优先级;产生死区;支持外部时钟源。(7)PTC(实时时钟)oS3C44BOX RTC特性如下:充分的时钟特性:毫秒、秒、分钟、小时、日、星期、月、年;32.768kHz时钟;定时警报,可用于唤醒CPU;时钟节拍中断。(8)通用 I/O 口。S3C44BOX通用I/O 口特性如下:8个外部中断口;71个多功能输入输出口。(9)UART(通用异步串行通信)。S3C44BOX UART特性如下:2通道UART,可进行基于DMA可中断的操作;支持5位,6位,7位或8位串行数据传输/接收;支持硬件握手功能;可编程的波特率;支持IrDALO(115.2
9、Kb/s);支持用于测试的回馈模式;每个通道具有2个内部32B的FIFO分别用于输 入输出。(10)DMA(直接存储器操作)控制器。S3C44BOX DMA控制器特性如下2通道通用DMA控制器(不需要CPU干预)。2通道DMA桥(外设DMA)控制器。支持I/O到存储器,存储器到I/。,I/O到I/O的6种 DMA请求:软件,4个内部功能模块(UART,SIO,定时器,HS)和外部引脚。在同时发生的多个DMA之间具有可编程的优先级采用触发式的传输模式以提高FPDAM,EDODRAM和SDRAM的数据传输速率。支持在外部设备到存储器和存储器到外部设备之间 采用flyby模式。(11)A/D转换器。
10、S3c44BOX的A/D转换器特性如下:8通道的ADC;最大100KSPS/10位。(12)LCD控制器。S3c44BOX的LCD控制器特性如下:支持彩色/黑白/灰度LCD屏;支持单路扫描和双路扫描;支持虚拟显示屏功能;系统存储器用来作为显示存储器;用专门的DMA从系统存储器中获得图像数据;可编程的屏幕大小;灰度等级:16级灰度;256种颜色。(13)看门狗定时器。S3c44BOX的看门狗定时器特性如下:16位的看门狗定时器;在定时器溢出时发出中断请求或系统复位;(14)HC总线接口。S3c44BOX的HC总线接口特性如下:1通道多主HC总线,可进行基于中断的操作模式:可进行串行,8位,双向数
11、据传输,标准模式速度 达到100Kb/s,快速模式达到400kb。(15)HS总线接口。S3c44BOX的IIS总线接口特性如下:1通道章频HS总线接口,可进行基于DMA的操作;串行,每通道8/16位数据传输;支持MSBjustified数据格式。(16)SI0(同步串行I/O)oS3c44BOX的SI。特性如下:1通道SIO,可进行基于DMA或中断的操作;可编程的波特率;支持8位串行数据的传输和接收操作。(17)工作电压范围。S3c44BOX的工作电压范如下:内核2.5V,l/oq:3.03.6Vo(18)工作频率。S3c44BOX的最大工作频率为:66MHz。(19)封装。S3c44BOX
12、的封装形式为:2,体系结构图体系结构图S3c44BOX结构如图表41所示。图41 S3c44BOX结构图引脚介幺S3c44BOX弓|脚分布如图42所示。图42 S3c44BOX策处理器管脚定义图引脚信号描述如表4=1所示。4.2存储器管理4.2.1 S3c44BOX存储系统的特征S3c44BOX的存储系统具有以下一些主要特性:费矍大、小端选择(通过外部引脚进行选择);有 地址空间具有8个存储体,每个存储体可达32 MB,总共可达 到2 56MB;对所有存储体的访问大小均可进行改变(8位6位/32位),总线宽度可编程;8个存储器中,BankOBank5可支持ROM、SRAM;Bank6 Bank
13、7可支持ROM、SRAM和FP/EDO/SDRAM等,Bank6和 Bank7存贮蓉量大小相同;7个存储器的起始地址固定,1个存储器的起始地址可变。(即 第8个可变)的地,Bank6/Bank7存储器1、存储器的大/小端模式ENDIAN第一存储器的大/小端模式,当ENDIAN为L 时则使用大端模式,大/小端模式之所以存在是因为当在 存储器中存储不同字长的数据时,大/小端模式定义了不 同长度的数据类型的对齐方式。因为Bank。是系统自举ROM存储体,所以必须在访 问ROM之前定义Bank。的总线宽度见表日。其他存储体的总线宽度只能在系统复位后由程序进行设定,由地址为0 x01c8000的特殊寄存
14、器BWSCON的相应位决定。2、存储器(SROM,DRAM,SDRAM)地址引脚连接存储器地址引脚连接如表y所示。由于作用 16位数据总线,所以将存储器的A0与S3c44BOX的 A1对应连接在一起。存储地址引脚8位数据总线下的 S3c44B0X 地址16位数据总线下的 S3c44B0X 地址32位数据总线下的 S3c44B0X 地址A0A0A1A2A1A1A2A3A2A2A3A4A3A3A4A5!3、典型系统中存储器的分配情况典型系统中存储器分配情况如表45所示。只要将CPU上的相应Bank连线接到外设芯片的片选 引脚上,便可以根据相应的地址进行存储器或外设操作了在本系统中,存储器的配髻依照
15、PC的结构:使用Bank。上的两片512KBX 2存储器来放置系统 BIOS,系统上电以后,PC指针自动指向Bank。的第一个 单元,开始进行系统自举。系统自举完成以后,矍从硬盘中将系统文件和用户应 用程序复制到&DRAM内存中执行。Bankl上接16MB非线性Flash,当作系统硬盘使用,可以构造文件系统,存放海量数据。用SDRAM当作系统内存,只有Bank6/Bank7能支持SDRAM,所以将SDRAM接在Bank6H 0如果同时使用Bank6/Bank7,则要求连接相同容量的存储器,而且其地地址空间在物理上是连续的。4.2.2寄存器定义(1)BWSC0N总线宽度和等待状态寄存器。BWSC
16、ON寄存器主要用来设置外接存储器的总线宽 度和等待状态。在BWX CON中,除了Bank。,对其他7个Bank都各 对应有4个相关位的设置,分别为STx,WSx,DWX o STx位决定SRAM映射在Bankx时是否采用UB/LB。0:不采用,1:采用。WSx位决定Bank上等待的状态。0:禁止等待,1:使能号待。DWx中的确位决定Bankx上的总线宽度。00:8位,01:16位,10:32位。DW0位对应Bank。的总线宽度,但这里它是只读的,其中00=8位,01=16位,10=32位。设置是通过OM0:脚电平决定总线宽度。(2)BANKCONoS3c44BOX具有8个BANKCONn寄存器
17、,分别对应着BankBANCONn寄存器针对操作时序进行设置,如表46所示。由于Bank6Bank7可以作为 FP/EDO/SDRAM 等类型存储器的映射空间,因此BANKCON6和 BANKCON7与其他Bank的相应寄存器有所不同。其中MT位定义了存储器的类型,如表47所示。MT的取值定义了该寄存器余下几位的作用。例如当MT=11,余下几位定义如表48所示。(3)REFRESHoREFRESH是DRAM/SDRAM的刷新控制器。位定义如表49所示。刷新的周期计算公式:Refresh_Period=(211-refresh_count+1)/MCLK如果刷新周期是15.6和MCLK是60MH
18、z,refres h_co u n t如下计算:refresh count=211+1-60 X 15.6=1113(4)BANKSIAE 和 MRSR。BANKSIAE寄存器定义了 Bank的大小,如表410所小oMRSR是SDRAM模式设置寄存器定义如 表4-11所示。4.3时钟和功耗管理4.3.1 概述S3C44B0X的时钟产生器可以为CPU 产生要求的时钟信号,同样也为外设提供了 时钟信号。时钟产生器可以通过软件来控制 是否为每个外部设备模块提供时钟信号,或 者切断与外部设备的联系,以减少功耗。同样在软件的控制下,S3c44B0X提供 各种功耗管理办法来为各种应用提供最优化 的功耗方案
19、。S3C44B0X的时钟源可以用外部晶体来产生,也可以直接输入外部时钟,这由OM3:2的状态决 定。M3:2的状态在nRESET的上升沿由OM3和 0 M2脚的电平决定。M3:2=00 Crystal clock M3:2=01 外部时 钟。其它测试模式在复位后PLL启动,但在用S/W 指令设置PLLCON为有效的值之前,PLL OUTPUT(FOUT)不能使用,这时FOUT直接输出Crystal clock或外部时钟。如果S3c44B0X的PLL的时钟源使用晶体,这 时EX TCLK能作为Timer 5的时钟源TCLK。S3C44B0X中的功耗管理提供5种模式:1.正常模式正常模式下,时钟发
20、生器提供时钟给CPU,并同时提供给s3c44B0X的外设。在这种情况下,当所有的外设都开启工作时,处理器所消耗的功 耗最大。用户可以通过软件来控制外事的操作模式。例如:如果定时器和DMA不需要时钟,则用户可以 断开定时器和DMA的时钟供给以降低功耗。2.慢速模式慢速模式是一种非倍频模式。与正常模式下不同,慢速模式直接采用外部时钟作为S3c44B0X的主工作时 钟,而不使用内部倍频器。在这种情况下,功耗的大小仅依据于外部时钟的频率的大小。PLL部件所消耗的功耗不用计算在内了。3.空闲模式空闲模式下仅断开对CPU内核的时钟供给,而保所有对于外部设备的时钟供给。在空闲模式下,CPU内核的功耗可以减去
21、。任何中 断请求都会使CPU从空闲模式中醒来。4.停止模式停止模式通过禁止PLL来冻结所有CPU内核、外设的时钟。这时的功耗大小仅由S3C44B0X内部的漏电流大小 决定,这个电流一般小于10uA。要使CPU从停止模式中醒来,可以通过外部中断实 现。5.LCD的SL空闲模式SL空闲模式的进入将导致LCD控制器开始工作。在这种情况下,除了 LCD控制器以外CPU内核和 其它外设的时钟都停止了。因此,SL空闲模式下的功耗 比空闲模式的功耗小。4.3.2寄存器定义1.PLL控制寄存器该寄存器设置PLL参数.PLL输出频率计算公式如下:Fpllo=(m*Fin)/(p*2s)其中m=(MDIV+8),
22、p=(PDIV+2),s=SDIV,Fpllo必须关于20MHz且少于66MHZ,Fpllo*2s必须少于170MHZ,Fin/p推荐为 1MHZ或大于,但小于2MHZ,其中MDIV、PDIV、SDIV定义如表442所示。PLLCON位描述初始 状态MDIV PDIVSDIV19:12 9:41:0主分频值 预分频值 后分频值0 x380 x080 x02.时钟控制寄存器时钟控制寄存器如表43所示o时钟控制寄存器表CLKCON位描述初始状态ns14控制IIS block的钟控 0=禁止1=允许1IICB控制IIC block的钟控 0=禁止1=允许1ADC12 控制ADC block的钟控 0
23、=禁止1=允许1RTC11控制RTC block的钟控,即使该位为0RTC定 时器仍工作。0=禁止1=允许1GPIO10控制GPIOblock的钟控,设置为1,允许使 用EINT4:7 的中断。0=禁止1=允许1UART19控制UART1 block的钟控。0=禁止1=允许1RARTO8控制UARTO block的钟控。0=禁止1=允许1BDMAO,1控制BDMA block的钟控,如果BDMA 关断,在外设总线上的外设不能存取。0=禁止1=允许1LCDC6控制LCDC block钟控0=暴止1=允许1SIO51 1控制SIO block钟控0=禁止1=允许1,4.4 CPU Wrapper和
24、总线特性4.4.1 概述处理器wrapper包括一个cache、写入缓冲器和 CPU内核。总线仲裁逻辑决定每个总线占用者的优先权。处理器wrapper有一个8k直接的内部存储器。内部存储器可以以3种方式采用。1.8k字节的存储空间作为8k字节的统一(指令或数据)cache(高速缓冲存储器)。2.内部存储器可以用作一个4k字节的统一 cache和一 个4k字节的内部SRAM。3.内部存储器可以整个地用作8k字节的内部SRAMO内部统一(指令或数据)cache采用4种方 式与某个4个字(16个字节)的行建立链接结构.它采用一种写穿式(witethough)的原则 保持数据的一致性。当在cache中
25、找不到相应的内容(称为 cache miss),4个字的存储内容从外部存储器 连续地取得。它采用一种LRU(最近使用最少)算法来提 升命中的比率。统一 cache通过有区别的方式来处理指令和 数据。内部SRAM主要用来减少ISR的执行时间。由于内部SRAM具有最短的操作时间,因此能够 减少ISR的执行时间。当然ISR在SRAM运行也是非常有效率的因为大多数的ISR代码都会引起cache miss。总线仲裁逻辑可以决定总线占用者的优先级.总线仲裁逻辑支持一种round-robin优先级模式和一种固定的优先级模式。同样 LCD_DMA,BDMA,ZDMA,nBREQ(外部总线控画器)之间的优先级可
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