基于StrongARM芯片SA1110的擴展接口的設(shè)計

　　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，其最高運行速度可達206 MHz;其內(nèi)部有強大的指令操作能力、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，其寄存器與PCMCIA模塊支持4個快速頁操作模式(FPM)、擴展數(shù)據(jù)輸出(EDO)、同步DRAM、6個靜態(tài)存儲器、6個ROM/SDRAM等。SA1110可提供系統(tǒng)支持邏輯、多個串行通信通道、1個彩色/灰度LCD控制器、2個PCMCIA插槽、28個GPIO口;內(nèi)部提供定時器、電源管理、指令控制、復位控制、時鐘產(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)高速運動，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個用于支持LCD控制器工作的獨立的DMA 控制器。SA1110有5個獨立的串行通道，可分別執(zhí)行半雙工被動協(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)斷點提供調(diào)試支持，還提供JTAG口，用于進行系統(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，可擴展SA1110的開發(fā)環(huán)境，可以為手持式高性能的計算機系統(tǒng)提供所需的功能;其內(nèi)部除含有主動式USB控制器外，可通過擴展支持PCMCIA 接口、CompactFlash接口、2個PS/2接口、2個滿足工業(yè)標準的獨立的串行口、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 擴展接口設(shè)計

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

　　擴展接口由SA1110、SA1111、CPLD、HUB、TPS2149、TPS2015、SN75240以及標準的PCMCIA插槽、CompactFlash插槽、USB接口、PS/2接口等構(gòu)成。其中SA1110為平臺CPU，SA1111與SA1110共同為構(gòu)建系統(tǒng)平臺，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所需控制信號的轉(zhuǎn)換、RS232信號的協(xié)調(diào)及控制、按鍵控制信號的編碼等;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信號控制;TUSB2040用于完成USB信號集線器功能(HUB);SN75240用于滿足對PS/2端口ESD的要求;各種標準插槽與接口用來實現(xiàn)與標準的插卡及接口的標準連接。

　　3 擴展接口信號定義

　　在擴展接口設(shè)計中，涉及到較多的信號，包括地址信號、數(shù)據(jù)信號、各種控制信號，各種信號的連接關(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根信號線;在SA1111與USB接口之間，包含2根信號線、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。各種信號的定義如表1所列。

　　4 心電圖機的平臺應(yīng)用

　　所設(shè)計的擴展接口是為了滿足具有遠程通信能力的心電圖機硬件平臺的需要。該平臺的要求是能實時采集、處理、存儲、顯示、打印、傳輸所采集到的心電數(shù)據(jù)。平臺由專用心電數(shù)據(jù)采集模塊、SA1110/SA1111構(gòu)成的CPU及擴展接口、Flash、DRAM、CPLD等構(gòu)成。下面簡要介紹平臺對擴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，用于實現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的采集和存儲;

　　(2)具有RS232接口，以便于和計算機通信，實現(xiàn)程序的下載和升級;

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

　　(4)具有兩個USB接口，一個用于和打印機相接，實現(xiàn)輸出打印，另一個用于和網(wǎng)絡(luò)相連，實現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的遠程傳輸;

　　(5)具有一個LCD接口，用于和LCD模塊相接，實現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的實時顯示;

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

　　5 結(jié)論

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