|
作者：王茜 來(lái)源：微型機與應用2012年第22期 摘要：為了給學(xué)生搭建專(zhuān)業(yè)實(shí)踐的平臺，設計了基于ARM的平板電腦硬件平臺系統，供學(xué)生開(kāi)發(fā)各種應用軟件。該系統以三星公司的ARM處理器S5PV210為控制核心，采用核心板加擴展板的設計方案，結合各種外圍設備完成了相關(guān)的設計。目前，該平臺上已成功運行了Android操作系統，并交由學(xué)生進(jìn)行應用軟件的開(kāi)發(fā)。 2010年1月,蘋(píng)果公司發(fā)布了iPad平板電腦，從此為IT行業(yè)帶來(lái)了一個(gè)全新的產(chǎn)業(yè)[1]。平板電腦在性能方面介于手機和筆記本電腦兩者之間，兼顧二者的優(yōu)點(diǎn)，給人們提供了一款操作簡(jiǎn)單、視覺(jué)優(yōu)良、上網(wǎng)快速、視頻流暢、游戲豐富的便于隨身攜帶的電子本。鑒于平板電腦的流行性和前沿性，可將它搭建為實(shí)踐平臺，讓學(xué)生在這個(gè)平臺上自由地開(kāi)發(fā)各種應用軟件，從而達到學(xué)習與實(shí)踐的目的。 平板電腦的特色決定了它必須具有體積小和功耗低的特性，但如果采用以往的分立式元件來(lái)設計，勢必無(wú)法實(shí)現這兩點(diǎn)。然而，得益于集成電路的高速發(fā)展，以前需要很多電路才可以完成的功能現在都被高度整合到了片上系統(SoC)之中，ARM處理器就是其中的佼佼者。由于A(yíng)RM建立起了良好的軟硬件生態(tài)環(huán)境，所以目前市場(chǎng)上絕大多數移動(dòng)設備都采用了ARM處理器。本文提出的平板電腦的設計架構，其CPU采用基于A(yíng)RM公司的CortexTM-A8系列處理器，在A(yíng)ndroid操作系統環(huán)境下完成了應用軟件的開(kāi)發(fā)及交叉編譯[2]。 1 硬件電路的系統設計 為降低系統開(kāi)發(fā)難度，方便二次開(kāi)發(fā)，系統采用核心板加擴展板的設計方案，核心板和擴展板之間通過(guò)連接器相連，這樣可以在核心板不變動(dòng)的情況下，更改擴展板的功能組成，以適應不同的需求。 系統硬件電路中的核心板電路主要包括系統的控制中心CPU(S5PV210）、存儲設備Flash和SDRAM(DDRⅡ)、電源、時(shí)鐘(1 GHz)、復位、RTC等電路；擴展板電路則包括USB(USB Host和USB OTG)控制器、串行口(UART)、SD卡/MMC卡控制器、攝像頭接口、LCD控制器、鍵盤(pán)控制器、觸摸屏控制、HDMI、WIFI、音頻等電路[3]，如圖1所示。 
其中最核心的芯片是三星公司的S5PV210，其內核為最適宜于消費產(chǎn)品使用的ARM CortexTM-A8[4]，指令集為ARM V7，主頻可達1 GHz，具有64/32 bit內部總線(xiàn)結構、32/32 KB數據/指令一級緩存、512 KB二級緩存，可以實(shí)現200 DMIPS(每秒運算2億條指令集)的高性能運算能力[5]。S5PV210提供了豐富的外圍接口，本設計使用了其中的串行、LCD、DMA、USB、WIFI、HDMI等接口。 考慮到系統設計的復雜性，本文重點(diǎn)介紹了電源系統和LCD屏的硬件設計。 1.1 電源系統的分配 由于本設計外擴了許多功能，各部分所使用的電壓不盡相同，同時(shí)為了提高電源驅動(dòng)能力，在設計中對整個(gè)系統進(jìn)行了電源系統的分配，如圖2所示。
整個(gè)電源系統首先將外接電源9 V通過(guò)DC/DC轉換為5 V電壓；然后根據不同的設備需求，采用DC/DC或LDO進(jìn)行電壓轉換分配，本設計中DC/DC變換除了液晶的背光是升壓型的，其余都是降壓型的。LDO主要用于對紋波要求較小的外設電源。 圖3所示為9 V轉5 V的輸入電源電路,其中DC/DC變換采用美國芯源公司的MP1482芯片。首先開(kāi)機，按住 SW12(即電源鍵)，MOS 管 Q5 的柵級由高電平變?yōu)榈碗娖�，MOS 管導通，MP1482的使能腳EN被拉高，VDD_IN(9 V)變換為VDD_5V，即5 V電壓產(chǎn)生;隨后，依次將各路電壓打開(kāi)，程序開(kāi)始運行，在 bootloader [2]中將底板中網(wǎng)絡(luò )標號為 PWR_LOCK 的 GPIO 口拉高，這時(shí)三極管 Q6 導通，MOS 管 Q5 維持導通。至此，可以松開(kāi)電源按鍵，整個(gè)電源已經(jīng)置鎖。 如需要關(guān)機,再次按下電源鍵。因網(wǎng)絡(luò )標號為 ON/OFF_INT的GPIO口在程序中設置為中斷口,當電源按鍵按下后，則該中斷口有一個(gè)從高電平到低電平的跳變,觸發(fā)中斷產(chǎn)生；程序檢測到該中斷后，將 PWR_LOCK 腳拉低，實(shí)現關(guān)機。當然，還可以通過(guò)短按和長(cháng)按實(shí)現睡眠喚醒和關(guān)機。 1.2 LCD屏的硬件設計 S5PV210自帶顯示控制器，可以將總線(xiàn)上的圖像數據和視屏緩沖區里的數據傳輸到外部LCD接口上。它支持三種LCD接口類(lèi)型:RGB接口、間接I80接口和YUV接口，本設計采用RGB接口。三星9.7寸IPS屏LTN097X02是一個(gè)完整的具有LED背光系統的彩色有源矩陣液晶顯示器，采用了LVDS接口，以使整個(gè)模塊達到低功耗、高速且低EMI的要求。但由于S5PV210的顯示控制器不支持LVDS接口，所以外接電路需要實(shí)現RGB到LVDS的轉換電路。本設計選用DOESTEK DTC34LM85A做為L(cháng)VDS發(fā)送器，完成RGB接口到LVDS接口的時(shí)序轉換[6]，整個(gè)轉換過(guò)程如圖4所示。
在進(jìn)行PCB布局時(shí)，LVDS差分信號線(xiàn)在走線(xiàn)時(shí)的物理長(cháng)度要等長(cháng)并盡可能短；LVDS差分信號對的差分阻抗必須控制在接近100 ?贅；LVDS差分信號對的間隔至少保持兩個(gè)線(xiàn)寬的距離。 2 功耗測試 本設計在完成了基于A(yíng)RM的平板電腦硬件平臺的搭建后進(jìn)行了整機功耗測試，如表1所示。測試結果證明該設計具有很強的實(shí)用價(jià)值[7]。
目前，該平臺上已成功運行了Andriod操作系統，并交由學(xué)生進(jìn)行應用軟件的開(kāi)發(fā)。本設計的創(chuàng )新點(diǎn)是將目前流行的前沿科技引入到教學(xué)活動(dòng)中來(lái)，自主設計價(jià)廉物美的學(xué)習平臺。 參考文獻 [1] IT168評論. 聊聊iPad 從平板電腦現狀論后平板時(shí)代[EB/OL].(2011-01-12)[2012-09-01].http://tech.sina.com.cn//2011-01-12/01011629342.shtml. [2] 倪旭翔,計春雷.ARM Cortex-A8嵌入式系統開(kāi)發(fā)與實(shí)踐——WinCE與Android平臺[M]. 北京：中國水利水電出版社，2011. [3] 范書(shū)瑞, 高鐵成.ARM處理器與C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2008. [4] ARM公司.Cortex-A8 technical reference manual[Z].2010. [5] Samsung公司.User’s manual-S5PV210X[Z]. 2009. [6] DOESTEK公司.DTC34LM85A[Z].2003. [7] 佚名.32nm A5效果如何,蘋(píng)果新版iPAD2測試[EB/OL]. (2012-05-04)[2012-09-01].http://pad.pconline.com.cn/reviews/1205/2775602.html. |
