第一篇 硬件设计篇

第1章 硬件系统概述

本章内容：

S5PV210微处理器的特点及其内部构造。

教学目标：

· 了解Smart210开发板的硬件资源；

· 掌握S5PV210处理器的内部构造。

1.1 硬件系统资源

本书硬件平台以广州友善之臂Smart210开发板为基础进行讲解，同时支持广州粤嵌教育GEC210与网蜂公司的WEBEE210等开发系统。Smart210开发板搭载三星公司出品的S5PV210处理器，配备512M DDR2内存和512M SLC NAND Flash，外部应用接口非常丰富，如板载WM8960音频芯片、miniHDMI高清输出、USB2.0接口、CMOS摄像头、矩阵键盘、电容屏触摸屏等。

Smart210开发板主要核心器件构成如下。

（1）核心板硬件

· SAMSUNG S5PV210处理器，ARMV7核，主频高达1GHz。

· 512MB SLC NAND FLASH（型号为K9K4G08UOB）。

· WM8960GEFL音频解码芯片。

· 512MB DDR2 SDRAM（型号为K4T1G084QQ）。

· 100M网口（型号为DM9000AEP）。

· JTAG接口。

· 4个贴片绿色发光LED。

（2）扩展底板硬件：

· 群创7寸电容触摸屏LCD（型号为AT070TN92）。

· 两个标准5线串行接口。

· 两个USB接口。

· EEPROM（型号为AT24C02）。

· 8个按键组成的独立式按键。

· AMS1086和RT9011电源管理芯片，支持1.8V、2.8V及3.3V电压输出。

1.2 S5PV210处理器

1.2.1 S5PV210微处理器概述

S5VP210是一款高效率、高性能、低功耗的32位RISC处理器，它集成了ARM Cortex-A8核心，实现了ARM架构V7并且支持众多外围设备。

S5PV210采用64位内部总线结构，为3G和3.5G通信服务保证最优化的硬件性能，并且提供了许多强大的硬件加速器，例如运动视频处理、显示控制及缩放等。它内部集成的多格式转码器支持MPEG-1/2/4、H.263和H.264等的编解码，硬件加速器支持视频会议和模拟电视输出，高清晰度多媒体接口提供NTSC和PAL模式的输出。

S5PV210具有多种外部存储器接口，能够承受大内存在高端通信服务所需的带宽，例如其DRAM控制器支持LPDDR1、DDR2或LPDDR2的存储器扩展，其FLASH/ROM接口支持NAND闪存、NOR闪存、OneNAND闪存、SRAM和ROM类型的外部存储器。

为了降低系统的总成本并且提高整体功能，S5PV210微处理器内部集成了众多外设，如TFT真彩LCD控制器、摄像头接口、MIPI DSI显示串行接口、电源管理、ATA接口、4个通用异步收发器、24通道的DMA、4个定时器、通用I/O端口、3个I2S、IIC接口、两个HS-SPI、USB Host2.0、高速运行的USB2.0 OTG、4个SD Host和高速多媒体接口等。

图1-1所示为S5PV210处理器的结构框图。

由图1-1可以看出，S5PV210处理器主要由6大部分组成，分别为CPU核心、系统外设、多媒体、电源管理、存储器接口和Connectivity模块。CPU和各个部分之间通过多层次AHB/AXI总线进行通信。

1.2.2 内部各模块介绍

下面我们对各模块内部组成及特点进行简要介绍。

1. CPU核心包括以下几点。

（1）Cortex A8处理器

· Cortex A8处理器是第一款基于ARMv7架构的应用处理器。

· 运行速度在600MHZ～1GHZ时，Cortex A8处理器符合功率优化的移动设备小于300mW状态下运行的要求，同时符合性能优化的消费类应用需要2000Dhrystone MIPS的要求。

· 支持第一个超标量处理器，用于增强代码密度和性能。支持JazelleRCT技术用于超前和即时编译的Java和其他字节语言。

· 13级主整数流水线。

（2）NEON：CortexA8处理器内部集成的可以实现复杂算法的模块，比如图像的智能分析、数学上的运算等可以通过NEON来实现。

（3）32KB I/D缓存、512KB L2 Cache。

2．系统外设包括以下几点。

（1）RTC实时时钟

· 提供完整的时钟功能：秒、分、小时、日、月、年。

· 使用32.768KHZ时钟基准。

· 提供报警中断。

· 提供定时器时钟节拍中断。

（2）PLL锁相环

· 芯片具有4个锁相环（PLL），分别为ALL/MPL/EPL/VPLL。

· APLL产生ARM核心和MSYS时钟。

· EPLL生成特殊的时钟。

· VPLL为视频接口生成时钟。

（3）具有脉宽调制功能的定时器

· 4通道32位内部定时器。

· 3通道带脉宽调制功能。

· 可编程工作周期、频率和极性。

· 具有死区产生功能。

· 支持外部时钟源。

（4）看门狗定时器——16位看门狗定时器。

（5）DMA

· 特定的指令集提供DMA传输的灵活性。

· 内置增强型8通道的DMA。

· 内存到内存转换DMA多达16组，外设到内存转换DMA支持多达8组。

（6）Keypad

· 支持14×8矩阵键盘。

· 提供内部消抖功能。

（7）ADC转换器

· 10通道多路复用ADC。

· 支持最大500K采样率和12位的分辨率。

3．多媒体包括以下几点。

（1）摄像头接口

· 支持多输入包括ITU-R BT601/656模式、DMA模式和MIPI模式。

· 支持多输出包括DMA模式和直接FIFO模式。

· 支持数码变焦功能。

· 支持图像镜像和旋转功能。

· 支持生成各种图像格式。

· 支持捕捉画面管理。

· 支持图像效果。

（2）多格式视频编解码器

· ITU-TH.264、ISO/IEC 14496-10即解码支持基线/主/High Profile的4.0级，编码支持基线/主/高属性。

· ITU-TH.263 Profile level3即解码支持Profile3，限制SD分辨率每秒30帧，支持基线配置文件的编码。

· 编码支持MPEG-4简单类/高级简单类。

· ISO/IEC 13818-2 MPEG-2即解码支持主要的轮廓高度，解码支持MPEG-1。

（3）JPEG编码器

· 支持压缩/解压到65536x65536分辨率。

· 支持的压缩格式即输入原始图像为YCbCr422或RGB565，输出JPEG文件为基线JPEG格式的YCbCr422或YCbCr420。

· 支持的解压缩格式即输入JPEG文件为基线YCbCr444或YCbCr420或YCbCr422格式、JPEG或灰色，输出原始图像的YCbCr422或YCbCr420格式。

· 支持通用的色彩空间转换器。

（4）3D图形引擎

· 支持3D图形、矢量图形、视频编码和解码。

· 具有通用可扩展渲染引擎、多线程引擎和顶点着色器功能。

· 支持8000x8000的图像尺寸。

· 支持90/180/270度旋转。

· 支持16/24/35bpp，24位颜色格式。

（5）模拟电视接口

· 输出视频格式为NTSC/PAL。

· 支持的输入格式即ITU-R BT.601的YCbCr444。

· 支持480i/p和576i协议。

· 支持复合视频。

（6）液晶显示器接口

· 支持24/18/16 bpp的并行RGB接口的LCD。

· 支持8/6bpp串行RGB接口。

· 支持双i80接口的LCD。

· 支持典型的屏幕尺寸：1024x768、800x480、640x480、320x240和160x160。

· 虚拟图像达到16M像素。

· ITU-BT601/656格式输出。

4．电源管理包括以下几点。

（1）时钟门控功能。

（2）各种低功耗模式可供选择，如空闲、停止、深度空闲和睡眠模式。

（3）睡眠模式下唤醒源可以是外部中断、RTC报警、计时器节拍。

（4）停止和深度空闲模式唤醒源可以是触摸屏人机界面、系统定时器等。

5．存储器接口包括以下几点。

（1）SRAM/ROM/NOR接口

· 8位或16位的数据总线。

· 地址范围支持23位。

· 支持异步接口。

· 支持字节和半字访问。

（2）OneNAND闪存接口

· 16位的数据总线。

· 地址范围支持16位。

· 支持字节和半字访问。

· Flex OneNAND闪存支持2KB页面模式，OneNAND闪存支持4KB页面模式。

· 支持专用的DMA。

（3）NAND接口

· 支持行业标准的NAND接口。

· 8位的数据总线。

（4）LPDDR1接口

· 32位数据总线将支持400Mbps/针双数据速率。

· 1.8V接口电压。

· 每端口密度支持高达4GB（2CS）。

（5）DDR2接口

· 32位数据总线将支持400Mbps/引脚双数据速率。

· 1.8V接口电压。

· 每端口密度支持高达1GB（2CS,4BANK的DDR2）。

· 每端口密度支持高达4GB（1CS,8BANK的DDR2）。

（6）LPDDR2接口

· 32位数据总线将支持400Mbps/针双数据速率。

· 1.2V接口电压。

· 每端口密度支持高达4GB（2CS）。

6. Connectivity模块包括以下几点。

（1）音频接口

· AC97音频接口。

◆ 独立通道的立体声PCM输入、立体声PCM输出和单声道麦克风输入。

◆ 16位立体声音频。

◆ 可变采样率AC97编解码器接口。

◆ 支持AC97规格。

· PCM音频接口。

◆ 16位单声道音频接口。

◆ 仅工作在主控模式。

◆ 支持三种PCM端口。

· IIS总线接口。

◆ 基于DMA操作的三个I2S总线音频编解码器接口。

◆ 串行8位、16位、24位每通道的数据传输。

◆ 支持I2S、MSB、LSB对齐的数据格式。

◆ 支持PCM5.1声道。

◆ 支持不同比特时钟频率和编解码器的时钟频率。

◆ 支持一个5.1通道I2S的端口和两个2通道I2S端口。

· SPDIF接口。

◆ 线性PCM每个样本支持多达24位。

◆ 支持非线性PCM格式如AC3, MPEG1、MPEG2。

◆ 2x24位缓冲器交替地用数据填充。

（2）存储接口

· HS-MMC/SDIO接口。

◆ 兼容4.0多媒体卡协议版本（HS-MMC）。

◆ 兼容2.0版本SD卡存储卡协议。

◆ 基于128KBFIFO的TX/RX。

◆ 4个HS-MMC端口或4个SDIO端口。

· ATA控制器支持ATA/ATAPI-6接口。

（3）通用接口

· USB2.0 OTG。

◆ 符合USB2.0 OTG 1.0a版本。

◆ 支持高达480Mbps的传输速度。

◆ 具有USB芯片收发器。

· UART。

◆ 具有基于DMA和中断功能的4个UART。

◆ 支持5位、6位、7位、8位的串行数据发送和接收。

◆ 独立的256字节FIFO的UART0，64字节FIFO的UART1和16字节FIFO的UART2/3。

◆ 可编程的传输速率。

◆ 支持IrDA1.0 SIR模式。

◆ 支持回环模式测试。

· I2C总线接口。

◆ 3个多主控I2C总线。

◆ 8位串行面向比特的双向数据传输，在标准模式下可以达到100Kbps。

◆ 快速模式下高达400Kbps。

· SPI接口。

◆ 3个符合2.11版本串行外设接口协议的接口。

◆ 独立的64K字节FIFO的SPI0和16字节FIFO的SPI1。

◆ 支持基于DMA和中断操作。

· GPIO接口。

◆ 237个多功能输入/输出端口。

◆ 支持178个外部中断。