基于PXA270的嵌入式系統設計

0 引言

隨著嵌入式系統的發展，產品功能與功耗越來越成為系統設計所要考慮的重要方面。僅僅實現了豐富的功能而電量消耗大的產品并不能滿足人們的需求。基于Intel XScale架構的PXA270處理器，集成了存儲單元控制器、時鐘和電源控制器、DMA控制器、LCD控制器、AC97控制器、I2S控制器、快速紅外線通信 (FIR)控制器等外圍控制器，可以實現豐富的外圍接口功能。其低電源運行模式以及動態電源管理技術可以有效的降低電源的功耗。基于這些優點，使得PXA270廣泛的應用于智能手機、PDA、Web記事本、遠程通信、醫療器械等領域。

1 PXA270處理器簡介

PXA270是Intel公司開發的基于XScale架構的處理器，內核采用ARMv5TE，外圍控制器眾多。內置了Intel的無線MMX技術，能夠顯著的提升多媒體性能，此外PXA270也包含了Intel的SpeedStep技術，能夠根據需要動態調節CPU的性能，真正實現了低功耗，高性能。同其他XScale處理器一樣，支持多種嵌入式操作系統，如Linux、Windows、WinCE、Nucleus、Palm OS、VxWorks、Java等。

2 系統硬件組成

整個系統以PXA270處理器為核心，以音頻輸入輸出接口，紅外接口，10/100M自適應以太網口，觸摸屏接口等為外圍接口，通過寬溫高亮度LCD實現視頻輸出。系統框圖如圖1所示。

2.1 Intel XScale PXA270處理器的系統存儲器接口

Intel XSclae PXA270處理器集成了存儲單元控制器，其外部的存儲總線接口支持：SDRAM、FLASH、ROM、SRAM、PC卡等。

2.1.1 SDRAM電路的設計

SDRAM選用Hynix的HY57V561620C，其組織形式為4 Banks x 4M x 16Bit，單片容量

圖1 系統硬件組成框圖

為32MB，采用3.30.3V單電源供電，封裝形式為標準54引腳TSOP-II，屬于16位的數據總線寬度，選用兩片并聯的方式，使SDRAM的總線寬度達到32位。兩片SDRAM的32條數據線分別連到PXA270的高16位地址和低16位地址上。HY57V561620C的時鐘頻率分了100MHz~166MHz四個檔，這里選用133MHz這一檔的芯片。

2.1.2 FLASH電路的設計

嵌入式應用程序一般直接存在板子上的Flash芯片中，根據應用的不同可選用不同容量和速度的芯片，在這里選用的是Intel的同步FLASH 28F256L18，單片容量為32MB，采用1.8V 單電源供電，封裝形式為標準79腳的VF BGA，選用兩片并聯的方式，使FLASH的總線寬度達到32位。兩片FLASH的32條數據線分別連到PXA270的高16位地址和低16位地址上。

2.2 系統電源設計

系統采用TPS65020為PXA270供電，此解決方案除了高效率之外還可以提供業界最佳的瞬態響應，且不會影響靜態電源電流和效率，是便攜設備處理器電源的理想解決方案。

2.2.1 TPS65020芯片簡介

TPS65020是德州儀器推出的一款電源轉換芯片，該器件可以滿足基于XScale的多媒體設備的電源需要。TPS65020電源管理單元集成了高性能模擬構建塊，可幫助由單節鋰離子(Li-ion)電池供電的應用支持多種電壓。該器件帶有三個具備集成FET的同步降壓DC/DC轉換器、三個線性穩壓器(LDO)以及一個I2C通信接口，可實現全面的可編程性與內核電壓的動態縮放。

2.2.2 TPS65020供電原理

TPS65020包含的三個同步降壓轉換器在大負載電流時，一般運行在1.5MHZ固定頻率的脈寬調制。在輕負載電流時，轉換器自動進入電源省電模式，并運行在脈沖頻率調制。VDCDC1轉換器能傳送1.2A的輸出電流，VDCDC2轉換器能傳送1A的電流，VDCDC3轉換器能傳送800mA的電流。三個轉換器的輸出電壓是由DEFDCDC1，DEFDCDC2，DEFDCDC3三個管腳分別來設置。本設計中將DEFDCDC1,DEFDCDC2,DEFDCDC3一并連接到VCC上，所以，VDCDC1,VDCDC2,VDCDC3的電壓分別為3.3V，2.5V，和1.55V。

LDO1默認設置電壓是1.3V，LDO2默認設置電壓是1.1V。它們分別為PXA270處理器的VCC-PLL和VCC-SRAM管腳提供電壓。PXA270處理器供電的典型配置如圖2所示。

圖2 Intel PXA270處理器供電的典型配置

2.3 系統音頻輸入輸出設計

UCB1400是飛利浦半導體公司推出的專為液晶顯示器手持設備開發的混合信號音頻解碼/編碼芯片。在一個芯片上集成了音頻解碼/編碼功能、一個觸屏控制器和功率管理接口，UCB1400與英特爾音頻解碼/編碼器97 (AC'97) 元件規格2.1版本完全兼容，可與眾多嵌入式處理器的AC-Link主機控制器通信，如英特爾基于XScale微結構的各系列處理器。

　　本系統采用PHILIPS公司生產的編/解碼芯片UCB1400與PXA270通過AC-LINK連接，輸出的信號通過芯片LM4800放大，再通過耳機實現音頻輸出設計。

2.4 系統10/100M自適應網口設計

采用SMSC公司的LAN91C111自適應以太網控制器芯片與PXA270通過控制總線，地址總線，和數據總線相連。

LAN91C111是專為嵌入式系統設計的，其外圍相對比較簡單，它與PXA270以及電磁耦合變壓器 TG110-S050N2、 RJ-45接口構成嵌入式以太網，實現10/100M自適應網口設計。

2.5 系統觸摸屏設計

采用PHILIPS公司生產的UCB1400芯片與PXA270的AC97控制器連接，即可實現觸摸屏功能。

基于ARM核的 Intel XScale微體系結構的處理器 PXA270中的AC97控制器與UCB1400通訊，可以實現觸摸屏上筆觸點數據的采集。PXA270對UCB1400寄存器的地址進行了映射，這樣可以通過PXA270的地址直接訪問 UCB1400的寄存器，讀取存在其中的筆觸點的各類數據值，整個實現過程簡單、方便。

2.6 系統紅外接口設計

PXA270的標準UART口集成有符合IrDA 1.0協議的紅外編、解碼器，將其與安捷倫SIR標準型紅外收發器HSDL-3600連接便可組成串口紅外通信系統。

2.7 系統視頻輸出設計

PXA270內部集成了功能較強的LCD控制器，、驅動器及入出緩沖。支持STN或TFT顯示，支持單色或幾種彩色像素格式，支持單或雙掃描面板顯示，支持每象素點18位、19位、24位和25位（bpp）。推薦的最大顯示分辨率是800x600。可編程決定插入等待狀態是在行首或者行末，可在52MHz－25.4KHz范圍內編程顯示每象素點的時鐘頻率，也可編程設置幀時鐘、行時鐘和使能信號的極性。當LCD功能不使能時，所有的輸入輸出管腳都可做為普通的I/O口來使用。

本系統通過寬溫高亮度LCD實現視頻輸出，把液晶屏的數據線與CPU的相應引腳相連即可。采用北京技博科技有限公司生產的6.4寸寬溫高亮液晶顯示器（嵌入式）。分辨率：VGA（640480），亮度：1200nits，工作溫度－40―70℃。

3 軟件實現

PXA270支持多種嵌入式操作系統，如Linux、Palm OS、Windows CE等。其中Windows CE是一個全新開發的模塊化的圖形用戶界面。支持多任務操作，支持多種 CPU，擁有良好通信能力。是一款高性能、高效率的實時操作系統。

Windows CE.net的開發主要包括兩個重要的方面，一個是內核定制，一個是應用程序的開發，Microsoft 公司提供了Microsoft Windows CE Platform Builder作為嵌入式操作系統定制的集成開發環境。Platform Builder集成開發環境（IDE）提供了所有進行設計、創建、編譯、測試和調試Windows CE.net操作系統平臺的工具。它運行在桌面Windows下，本系統所用的CPU為PXA270，選擇Platform Builder 5.0來開發。先通過交互式的環境來設計和定制內核、選擇系統特性，然后進行編譯和調試。也可以用Platform Builder來進行驅動程序開發和應用程序項目的開發等。Windows CE.net操作系統的開發步驟如下圖3所示。

圖3 Windows CE.net操作系統的開發步驟

4 結論

基于Intel XScale PXA270處理器與寬溫高亮度LCD技術相結合的嵌入式系統，運行速度快，性能穩定，功能擴展方便，功耗低。

本文創新點：1.采用寬溫高亮度LCD實現嵌入式系統的視頻輸出，可以廣泛應用于工業自動控制、航空、航海等領域以及超低溫等惡劣環境。2．系統采用TI的TPS65020電源管理芯片為處理器供電，完全解決了PXA270的供電問題，是嵌入式處理器電源的理想解決方案之一。

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