第 4 章 s3c2440 基本特性與嵌入式系統設計

嵌入式系統概論 - 以 S3C2440 核心為架構第 4 章 S3C2440 基本特性與

嵌入式系統設計

P-2/79嵌入式系統概論 - 以 S3C2440 核心為架構 copyright @ 許永和

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4.1 S3C2440 基本特性4.2 S3C2440 硬體資源4.3 S3C2440 記憶體與位置空間分配4.4 以 S3C2440 為核心之嵌入式系統設計4.5 結論


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4.1 S3C2440 基本特性

S3C2440 微處理機是 Samsung 公司以 ARM 為架構所推出的 ARM920T 的微處理器核心。

其基本特性包含下列各點：擁有 16K 的資料快取和 16K 的指令快取， MMU 快取固定的 32-bits 運算碼寬度，降低編碼數量所產生的消耗，減輕解碼和管線化的負擔

大多均為一個時脈週期執行強大的索引定址模式精簡，且快速的 2-priority-level 中斷子系統，具有可切換的暫存器組

支援 ARM 處理器 16-bit (Thumb) 指令模式


4.1 S3C2440 基本特性

S3C2440 的優點： 32-bit ARM920T 核心，工作頻率為 499MHz （最高工作頻率： 533MHz ）

系統時脈：內部 PLL 產生 400~533MHz CPU 內核工作頻率，外部匯流排頻率： 100~133MHz

核心電壓為 1.3V ，低功率消耗採用 AMBA （ Advanced Microcontroller Bus Architectur

e ），使用 0.13μm 的 CMOS 製造技術和記憶體編譯器（ Memory Compiler ）製造。

可適用於 PDA 、攜帶型媒體播放器、衛星導航等產品


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4.2 S3C2440 硬體資源

圖 4.3 ARM920T 內部架構圖


4.2 S3C2440 硬體資源

ARM920T 內核是由 ARM9TDMI ，記憶體管理單元（ MMU ）和 Cache 記憶體三部分組成。

ARM920T ：有兩個輔助運算器： CP14 和 CP15 。

CP14 用於除錯控制。 CP15 用於記憶體系統控制以及測試控制。

MMU ：其功能管理虛擬記憶體，

快取記憶體：是由獨立的 16KB 位址和 16KB 資料高速 Cache 組成。


4.2 S3C2440 硬體資源

圖 4.4 S3C2440 硬體方塊架構示意圖


4.2 S3C2440 硬體資源

S3C2440 內部資源 (1) ：內部大約是 1.2V ， 1.8V/2.5V/3.3V 記憶體， 3.3V 外部 I/

O 微處理器，其包含 16KB I-Cache/16KB DCache/MMU 外部記憶體控制器 (SDRAM 控制與晶片選擇邏輯 ) 具備獨立專用 DMA 的 LCD 控制器 ( 高達 4K 色彩 STN與 256K 色彩 TFT)

具備外部請求接腳的 4-ch DMA 控制器 3-ch UART (IrDA1.0 ， 64-Byte Tx FIFO 以及 64-Byte Rx

FIFO) 2-ch SPl IIC 匯流排介面 ( 支援多主控端架構 ) IIS 語音 CODEC 介面


4.2 S3C2440 硬體資源

S3C2440 內部資源 (2) ： AC97 CODEC 介面相容 SD 主機介面版本 1.0 與 MMC 協定版本 2.11 2-ch USB 主機控制器 / 1-ch USB 裝置控制器 (ver 1.1) 4-ch PWM 計時器 / 1-ch 內部計時器 / 看門狗計時器 8-ch 10-bit ADC 以及觸控螢幕介面具備萬年曆功能的 RTC Camera 介面 ( 最高可支援 4096 x 4096 像素輸入。可支援縮放功能的 2048 x 2048 像素輸入 )

130 個泛用 I/O 埠 / 24-ch 外部中斷來源電源控制：正常，低功率消耗，中止以及睡眠模式具備 PLL 的內建時脈產生器


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4.3 S3C2440 記憶體與位置空間分配

圖 4.5 S3C2440 記憶體映射分配圖



S3C2440 將系統的記憶體空間分為 8 個區 (Bank) 每個區塊的大小是 128MB ，因此總共是 1GB 。 Bank0 到 Bank5 的開始位址是固定的，用於 ROM或 SR

AM 。 Bank 6 和 Bank 7 用於 ROM ， SRAM或 SDRAM ，這兩個組是可以程式規劃，且大小相同。



S3C2440 支援由 NAND FLASH啟動。 NAND FLASH 具有容量大，比 NOR Flash價格低等特點。系統同時採用 NAND Flash 與 SDRAM整合方式來設計的話，可獲得非常好的系統執行效能。

由於 Bank0 是以啟動 ROM 區塊 ( 映射至 0x0000_0000)

工作，因此必須配置 Bnak0 （ nGCS0 ）的資料匯流排寬度。寬度分為 16-bit 與 32-bit 。可以根據 OM[1 ： 0]在重置時的邏輯準位來決定。



OM[1:0 所決定的啟動方式 OM[1 ： 0]=00 時，處理器從 NAND Flash啟動 OM[1 ： 0]=01 時，處理器從 16 位元寬度的 ROM啟動 OM[1 ： 0]=10 時，處理器從 32 位元寬度的 ROM啟動。 OM[1 ： 0]=11 時，處理器從 Test Mode啟動。

圖 4.8 OM[1:0]決定啟動方式對映表


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4.4 以 S3C2440 為核心之嵌入式系統設計

根據使用者需求，設計出特定的嵌入式應用系統，是每一個嵌入式系統設計工程師應該達到的目標。

嵌入式應用系統的主要設計 : 硬體系統設計軟體系統設計

嵌入式應用系統的設計經常需要在硬體和軟體的設計之間進行權衡與折衝中。

嵌入式系統設計工程師具有較深厚的硬體和軟體基礎，並具有熟練應用的能力。



核心板中包含的電路元件或是模組：重置電路

系統接電電源重置和在系統工作時使用者按鍵重置。電源電路為 5V 到 3.3/2.8/1.8 V 的 DC-DC轉換器。

提供給 S3C2440 微處理器及其他需要 3.3/2.8/1.8V 電源的週邊電路供電之用。

透過外部 12MHz震盪器提供工作時脈，通過晶片內建的PLL 電路來倍頻至 400MHz ，作為微處理器的工作時脈。



針對核心板週邊資源，需要一顆 CPLD 來輔助解碼的功能。整合了一顆 XC9572XL CPLD （ XILINX ）中，以用來輔助複雜的週邊資源的解碼。

XC9572XL 採用 VQFP44 的小封裝，採用 3.3V 的低電壓供電。有 34-bit 輸入輸出 I/O 埠，所有 I/O 週邊埠都可以交換使用。

下列說明 S3C2440 開發平台各個週邊實驗模組的解碼位址。


4.4 以 S3C2440 為核心之嵌入式系統設計位址範圍說明晶片選擇信號

0x8000 1000 LED 8×8點陣的位址 nGCS1

0x4800 0000~0x6000 0000

SFR(特殊暫存器 )位址空間

0x4000 0000~0x4000 0FFF

NAND FLASH啟動模式下，該空間沒有被使用

非 NAND FLASH啟動模式下，該空間為 BootSRam

0x3800 1002 鍵盤位址 nGCS7，位址 1為高電位0x3800 1000 步進馬達的位址 nGCS7

0x3000 0000~0x3400 0000

SDRAM空間 nGCS6

0x20000020~0x2000002e之間的偶數位址

IDE相關暫存器的位址 nGCS4

0x19000300 CS8900的 IO位址表 4.1 S3C2440 開發平台週邊實驗模組電路解碼位址一覽表(1)


4.4 以 S3C2440 為核心之嵌入式系統設計根據 nGCS0 晶片選擇的空間在不同的啟動模式下，映射的晶片組是不一樣的。在 NAND FLASH啟動模式下，內部的 4K Bytes BootSRa

m 被映射到 nGCS0 晶片選擇的空間。

在 Nor Flash啟動模式（非 NAND FLASH啟動模式）下，與 nGCS0 相連的外部記憶體 Nor Flash就被映射到 nGCS0 晶片選擇的空間。


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4.5 結論

本章已經稍微介紹 S3C2440 的基本特性，以及如何利用微處理機來實現一個最基本的嵌入式系統的設計。

而目前市面上，也有許多以 S3C2440 所設計的產品如： PDA 、導航機、智慧型裝置等。

後面會大略介紹這些產品的一些特性。


4.5 結論廠牌產品名稱作業系統 CPU 螢幕記憶體

MITACMIO P350

PDA

Windows® Mobile™

5.0 for Pocket PC 中文版

Samsung S3C2440 400 MHz

3.5” 6 萬 5千色顯示高亮度液晶顯示面版，擁有 LED背光

模組

512 MBFlash

ROM+ 64 MBSDRAM

MITACMIO C310

GPS

Microsoft Windows

CE.NET4.2 CoreVersion 中文版

SamsungS3C2440 400MHz

3.5"(320*240) 6 萬 5千色 TFT面版 LED背光

模組

512MBFLASH +

64MBSDRAM

MITACMIO P550

Windows® Mobile™

5.0 for Pocket PC 中文版

SamsungS3C2440400MHz

3.5” 6 萬 5千色色彩顯示高亮度液晶顯示面版，擁有 LED背光

模組

512 MBFlash

ROM+ 64 MBSDRAM

表 4.3 S3C2440 為核心所設計的產品一覽表 (1)


4.5 結論廠牌產品名稱作業系統 CPU 螢幕記憶體

Panasonic GPS Windows CESamsung

S3C2440A 400MHZ

4.3”TFT營幕、480×272 像素、

65536 色

(Flash)32MB； (RAM靜態記憶體 )64MB；

MITACMIO C710 TMC GPS

Microsoft Windows CE.NE

T4.2 Core Vers

ion 中文版


3.5"(320*240) 6 萬 5千色 TFT 面版 LED背光模組

2GB FLASH +

64MB SDRAM

MITACMIO H610 手持式導航

GPS

Microsoft Windows CE.NE

T4.2 Core Vers

ion 中文版


2.7"(320*240) 6 萬 5千色 TFT 面版 LED背光模組

2GB FLASH +

64MB SDRAM

表 4.4 S3C2440 為核心所設計的產品一覽表 (2)


4.5 結論

HP IPAQ 4545 MIO C310 GPS

MIO C710 TMC GPS MIO H610 手持式導航 GPS

MiTAC Mio C720

Panasonic GPS


4.5 結論

相關的產品還包括了： Samsung S3C 2440 ：

Eten G500 (PDA手機 ) Eten M500 (PDA手機 ) Eten M550 (PDA手機 ) Eten M600 (PDA手機 ) Acer N300 (PDA)

Samsung SC3 2442 ： X500 (GPS PDA 手機 ) M700 (GPS PDA 手機 ) HP iPAQ rx4545 (PDA) HP iPAQ rx5765 (PDA) HP iPAQ rx1950 (PDA)

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