基于StrongARM芯片SA1110的擴(kuò)展接口的設(shè)計(jì)

　　1 芯片簡介

　　1.1 SA1110簡介

　　Intel公司的StrongARM芯片SA1110可以滿足便攜式、嵌入式應(yīng)用的要求，作為32位StrongARM RISC處理器，其最高運(yùn)行速度可達(dá)206 MHz;其內(nèi)部有強(qiáng)大的指令操作能力、高速緩沖能力、寄存器管理能力、讀/寫緩沖器能力。SA1110寄存器總線接口可與DRAM、SDRAM、ROM、SMROM、SRAM以及其它潛在的I/O器件共享數(shù)據(jù)信號(hào)，其寄存器與PCMCIA模塊支持4個(gè)快速頁操作模式(FPM)、擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出(EDO)、同步DRAM、6個(gè)靜態(tài)存儲(chǔ)器、6個(gè)ROM/SDRAM等。SA1110可提供系統(tǒng)支持邏輯、多個(gè)串行通信通道、1個(gè)彩色/灰度LCD控制器、2個(gè)PCMCIA插槽、28個(gè)GPIO口;內(nèi)部提供定時(shí)器、電源管理、指令控制、復(fù)位控制、時(shí)鐘產(chǎn)生、中斷控制等功能。SA1110電源管理提供正常、空閑、睡眠三種工作狀態(tài)，其內(nèi)部包含六通道的DMA控制器，用于支持串行通信過程中的數(shù)據(jù)高速運(yùn)動(dòng)，如串行通道與外部寄存器、DRAM、SRAM、Flash、ROM等之間的通信;此外，還有1個(gè)用于支持LCD控制器工作的獨(dú)立的DMA 控制器。SA1110有5個(gè)獨(dú)立的串行通道，可分別執(zhí)行半雙工被動(dòng)協(xié)議的通用串行總線(USB)通信、通用異步收發(fā)(UART)通信、紅外數(shù)據(jù)(IrDA)通信、 多媒體通信口/同步串行口(MCP/SSP)通信等。SA1110 通過指令和數(shù)據(jù)斷點(diǎn)提供調(diào)試支持，還提供JTAG口，用于進(jìn)行系統(tǒng)連續(xù)檢查。

　　1.2 SA1111簡介

　　Intel公司的StrongARM芯片SA1111支持SA1110開發(fā)平臺(tái)，可擴(kuò)展SA1110的開發(fā)環(huán)境，可以為手持式高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供所需的功能;其內(nèi)部除含有主動(dòng)式USB控制器外，可通過擴(kuò)展支持PCMCIA 接口、CompactFlash接口、2個(gè)PS/2接口、2個(gè)滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立的串行口、脈沖寬度調(diào)制(PWM)、全雙工SSP接口、全雙工串行音頻口以及其它的I/O中斷能力;利用其高性能的寄存器控制器，可以通過系統(tǒng)寄存器總線完成系統(tǒng)寄存器與DMA之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。

　　2 擴(kuò)展接口設(shè)計(jì)

　　由于所設(shè)計(jì)的平臺(tái)要求具有PCMCIA接口、CompactFlash接口、RS232接口、2個(gè)PS/2接口、2個(gè)USB接口、LCD接口、鍵盤接口等，因此，所設(shè)計(jì)的平臺(tái)是基于嵌入式CPU SA1110/SA1111而構(gòu)建的，其組成框圖及信號(hào)線連接關(guān)系如圖1所示。

　　擴(kuò)展接口由SA1110、SA1111、CPLD、HUB、TPS2149、TPS2015、SN75240以及標(biāo)準(zhǔn)的PCMCIA插槽、CompactFlash插槽、USB接口、PS/2接口等構(gòu)成。其中SA1110為平臺(tái)CPU，SA1111與SA1110共同為構(gòu)建系統(tǒng)平臺(tái)，以減少系統(tǒng)器件數(shù)量、降低功耗、提高性能;CPLD用于完成LCD所需控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換、RS232信號(hào)的協(xié)調(diào)及控制、按鍵控制信號(hào)的編碼等;TS2015、TS2194用于產(chǎn)生USB接口所需的5 V電壓，它受SA1111輸出的USB_PWR_SENSE和USB_PWRCNTL信號(hào)控制;TUSB2040用于完成USB信號(hào)集線器功能(HUB);SN75240用于滿足對(duì)PS/2端口ESD的要求;各種標(biāo)準(zhǔn)插槽與接口用來實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)的插卡及接口的標(biāo)準(zhǔn)連接。

　　3 擴(kuò)展接口信號(hào)定義

　　在擴(kuò)展接口設(shè)計(jì)中，涉及到較多的信號(hào)，包括地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)、各種控制信號(hào)，各種信號(hào)的連接關(guān)系如圖1所示。其中，在SA1110與SA1111接口之間，包括32根數(shù)據(jù)線、26根地址線、10根控制線;在SA1111與PCMCIA插槽之間，包含16根數(shù)據(jù)線、26根地址線、17根控制線;在SA1111與CompactFlash 插槽之間，包含16根數(shù)據(jù)線、11根地址線、17根控制線;在SA1111與PS/2接口之間，包含4根信號(hào)線;在SA1111與USB接口之間，包含2根信號(hào)線、2根控制線;在CPLD與SA1110之間，有8根數(shù)據(jù)線、9根控制線;在CPLD與LCD模塊LC94323A之間，有8根數(shù)據(jù)線、4根控制線，LCD 采用SHARP 公司的LC94323A被動(dòng)LCD矩陣模塊;在CPLD與RS232接口之間，有7根控制線;在CPLD與按鍵之間，有11根控制線。各種信號(hào)的定義如表1所列。

　　4 心電圖機(jī)的平臺(tái)應(yīng)用

　　所設(shè)計(jì)的擴(kuò)展接口是為了滿足具有遠(yuǎn)程通信能力的心電圖機(jī)硬件平臺(tái)的需要。該平臺(tái)的要求是能實(shí)時(shí)采集、處理、存儲(chǔ)、顯示、打印、傳輸所采集到的心電數(shù)據(jù)。平臺(tái)由專用心電數(shù)據(jù)采集模塊、SA1110/SA1111構(gòu)成的CPU及擴(kuò)展接口、Flash、DRAM、CPLD等構(gòu)成。下面簡要介紹平臺(tái)對(duì)擴(kuò)展接口的要求及功用：

　　(1)具有PCMCIA和Compact Flash接口，以便于安裝PCMCIA和CompactFlash插卡，用于實(shí)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ);

　　(2)具有RS232接口，以便于和計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)程序的下載和升級(jí);

　　(3)具有兩個(gè)PS/2接口，一個(gè)用于和條形碼掃描儀相接，實(shí)現(xiàn)病人數(shù)據(jù)的錄入，另一個(gè)用于和鼠標(biāo)相連，實(shí)現(xiàn)功能選擇;

　　(4)具有兩個(gè)USB接口，一個(gè)用于和打印機(jī)相接，實(shí)現(xiàn)輸出打印，另一個(gè)用于和網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸;

　　(5)具有一個(gè)LCD接口，用于和LCD模塊相接，實(shí)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示;

　　(6)具有一個(gè)鍵盤接口，用于將心電圖機(jī)面板上的按鍵，通過CPLD轉(zhuǎn)換成所需的PC/AT鍵盤信號(hào)。

　　5 結(jié)論

　　本文介紹的擴(kuò)展接口已用于實(shí)際設(shè)備設(shè)計(jì)中，并取得了滿意的效果。擴(kuò)展接口設(shè)計(jì)中，由于充分利用了SA1110和SA1111的嵌入式功能和CPLD，達(dá)到了簡化電路結(jié)構(gòu)、完善功能的目的。