图9-3核心板SDRAM部分的原理电路图
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4）核心板电源 图 9-4 是核心板电源部分的原理电路图。图中，采用 MIC5207电源芯片将来自系统板的 3.3V电压转换为两 组1.8V电压供给处理器内核使用。核心板上还有一些辅 助电路，包括上拉电阻，滤波电容，以及供处理器使用 的主时钟晶振，供外设适用的辅助时钟晶振等，它们一 起 构 成 了 ARM 的 最 小 硬 件 系 统 板 。 系 统 所 使 用 的 S3C2410处理器是一款FBGA封装的高速处理器，运行 时钟频率为203MHz，这种FBGA封装的高速处理器需 要使用多层电路板设计。本系统核心板工作在高速信号 下，为了布线方便，减少干扰，采用了六层电路板设计， 第二层为接地面，四层为电源面，其他各层为信号层。 核心板通过标准144芯SIMM插座与母板连接。核心板 是一个最小的ARM9硬件系统板，具有较好的通用性， 可以作为不同产品开发设计的基础。 12
图 9-8 串行接口电路
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本系统中所用的设备较多，其中很多设备需要复 位信号来保证正常可靠的复位。为此，在系统板 上设计了复位信号模块，该模块采用电阻、电容 和二极管构成一个简单适用的复位电路，在此基 础上采用74HC17芯片进行波形调整、信号取反 继而生成符合设备需要的高、低电平两组复位信 号，供整个系统使用。复位电路的原理图见图99所示 。 S3C2410处理器片内集成有USB接口，故系 统板只是简单的将此信号引出。
第9章开发应用实例
9.1 概述 随着现代物流业仓储、超市等行业的快速发展，物品流 动的速度越来越快，仓储库存周期也越来越短。这样物流 仓储盘点行业的压力也越来越大，传统的人工盘点方式已 经不能适应现代物流的发展。为了解决这一问题，国际上 一些物流先进国家已经采用专业的盘点设备——盘点机， 用于物流盘点。 我们在设计时采用了目前流行的嵌入式微处理器作为系 统核心部件。其微处理器选型是采用韩国三星公司生产的 S3C2410 微 处 理 器 ， 操 作 系 统 采 用 了 Windows CE .NET 4.2嵌入式操作系统。整个系统的硬件部分主要 分为三个大的模块：核心板、系统板和专用键盘及 LCD 1 显示器。
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图9.6 CS8900网络接口原理图。
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系统采用了一款专用显示器——192×64型LCD 显示器。该显示器是一种图形点阵液晶显示器， 它主要由行驱动器、列驱动器及192×64全点阵 液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示 12×4个( 16×16点阵 )汉字，采用3.3V电源供 电，与处理器接口采用 8位并行输入输出数据总 线和 8 条控制线。 S3C2410 处理器内部集成了 LCD控制器，但是该控制器不支持用户选定的显 示器，只能采用其他方式接入该款显示器，实际 采用的是直接挂接到处理器的通用 I/O 口上的方 式。
系统板上的网络接口芯片采用 CS8900 网络 接口芯片。 CS8900 芯片是 Cirrus Logic 公司 生产的一种局域网处理芯片，它的封装是100pin TQFP，内部集成了在片RAM、10BASET收发滤波器，并且提供8位和16位两种接口。 本系统中采用16位接口方式。以太网接口原理 图如图9-6 所示，图中HR601627是一种脉冲 变压器，在 CS8900 的前端对网络信号进行脉 冲波形变换。
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S3C2410中集成了3.3V TTL 电平的串行接口， 可以直接使用。为了与标准RS232C串行设备通 信，采用了一块SP3243芯片用于电平的转换， 构成了一个比较完整的串口。 在盘点机的实际应用中，需要外接串行口的条 形码扫描仪，该扫描仪采用标准串口9针D型插 座，工作时需要通过串口第九针外接5V电源。 为了方便使用该款扫描仪，设计时对串行接口进 行了改进，在串口第九针上采用电子开关叠加可 控的5V电源。在作为标准串口使用时，5V电源 和第九针断开。当外接扫描仪时第九针接入5V 电源，驱动扫描仪正常工作。串口第九针是否接 入5V电源在串口驱动程序中实现，应用程序通 过串口设置系统调用函数来控制，接口电路如图 18 9-8 所示。
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图9.8 复位电路原理图
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盘点机的输入信号则采用外接的串口键盘手动输入和 串口条形码扫描仪读入方式。串口键盘为自行设计的， 适合盘点业需要的专用键盘，键盘采用了一款16位低功 耗单片机——MSP430进行管理。 使用盘点机的目的是为了提高盘点效率，对于盘点人 员而言，使用最多的就是扫描仪和键盘。扫描仪上只有 一个按键，使用简单。由于键盘的效率对于提高盘点的 效率非常重要，所以在盘点机系统中设计一款最合适盘 点使用的键盘是提高盘点效率的重要一环。盘点机是一 款便携式设备，键盘不可能做得很大，另一方面为了便 于盘点人员实现盲打，按键的大小不能太小，特别是频 繁使用的按键还应该比计算机标准键盘略大。在这种情 况下，按键的个数就有所限制，经过大量实践，最终的 键盘设计采用了31键的方案。其中字母和数据键在一般 情况下作为数字键使用，配合Shift按键输入字母，图 22 9-10为键盘部分的框图。
9.2.3专用键盘的设计

同时，为了使用方便，键盘上还设置了系统休眠、唤 醒按键，与键盘接口一起通过排线接入系统板。键盘所 用的控制器为 MSP430F149 ，这是 TI 公司推出的一种 具有 16 位 RISC 结构、超低功耗的工业级混合信号控制 器。这些控制器被设计为可用电池工作，而且可以有很 长使用时间的应用。 CPU 中的 16 个寄存器和常数发生 器使MSP430微控制器能达到最高的代码效率，灵活的 时钟源可以使器件达到最低的功率消耗，数字控制的振 荡器（ DCO ）可使器件从低功耗模式迅速唤醒，在少 于 6µs 的时间内激活到活跃的工作方式。程序中使用 MSP430F149的外部中断I/O口作为键盘扫描的信号线， 经过编码后，通过片内内置的串口输出到系统板。该芯 片在1.8-3.6V电压，1MHz的时钟条件下运行，耗电电 流在 0.1-400µA 之间（因不同的工作模式而不同）。 CPU平时至于节电模式，按键时触发中断信号，CPU立 即被唤醒，处理完键盘事件后，CPU再次进入省电模式。
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实物图片
便携式盘点设备外观
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9.2 硬件平台的设计
嵌入式设备的硬件架构一般都是以嵌入式微处理器 为核心，通过处理器接口扩展以及系统硬件的支持， 把众多的外设单元集成到整个系统中，并通过CPLD 等逻辑转换器件和其它硬件电路完成对外设模块进行 读写和控制操作。 物流盘点机系统硬件原理框图如图9-1abc所示，硬 件部分主要包含有核心板，系统板和专用键盘及 LCD 显示器三个部分。 1）系统核心板简介 核心板是整个系统的核心，集成了盘点机系统的微 处理器、SDRAM单元、NAND Flash单元以及它们 所需要的辅助部件，如晶体振荡器（12MHZ和 32KHZ两组），电源模块等等。核心板图和PCB板图 4 如图9.1b,c所示。
图9.1b 核心板部分的示意图
核心板是整个系统的核心，集成了盘点机 系统的处理器，SDRAM单元，NAND Flash单元以及它们所需要的辅助部件
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图9.1c 核心板PCB图（6层）
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图9-2 NAND FlashROM的原理图
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3) SDRAM随机存储器 SDRAM被用来运行操作系统以及各类数据的 缓存，图9-3是核心板 SDRAM 接口部分的原理 图，系统采用两片HY57V561620 16M×16Bit SDRAM芯片，共同组成32Bit数据宽度， 64MB内存。 HY57V561620是一款4Banks×4M×16Bit的 SDRAM芯片，采用3.3V电源供电，比较适合嵌 入式系统。SDRAM与其它的RAM相比，有许 多独特的优点，容量大，功耗低，速度快，最快 可以工作在166MHz频率下，通常存储时间为 10ns。在高速存储系统中SDRAM是必不可少 10 的外部存储设备。SDRAM通过S3C2410片内
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图9-10为键盘部分的框图
4＊８矩 阵键盘
MSP430 F149
串行键 盘接口
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系统 板图
10M以太网 网卡CS8900
条形码扫描仪 RS232接口
网络传输 RJ45接口
电源模块 MAX603
JTAG调试 接口
键盘 RS232接口
LCD显示器 接口
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系统的软件系统主要包括嵌入式操作系统选型、定制及裁减、 硬件驱动程序和用户应用程序方面。 9.3.1操作系统的定制与实现 Window CE 具有良好的图形交互界面，便于开发调试上层图形 应用程序，所以本便携式盘点机的操作系统选用了Windows CE。 Microsoft Windows CE .NET 是支持多平台的、可定制的32 位嵌入式操作系统。支持多线程、完全抢占执行和多任务。不仅 适用于工业上的嵌入式设备，同时支持高度便携性的个人计算设 备，如掌上电脑、PDA 和移动通信设备等。Windows CE .NET在设计上采用完全的模块化结构，可以根据硬件平台和 应用目的灵活的进行定制。对于应用程序的开发者来说， Windows CE .NET 提供了同 Windows 环境相似的各种开发 环境。Microsoft Win32 API、ActiveX 控件、消息队列、 COM 接口、ATL 和MFC，这对于提高编程者的效率和从其他 Windows 平台上移植成功的应用程序很有好处。Windows CE .NET 内建了对多媒体、通信（TCP/IP、SNMP、TAPI 等） 和安全的支持，并且提供了Windows 用户熟悉的常用的应用程 26 序。Windows CE 通过 ActiveSync 实现了目标设备同台式计
· 图9.1a硬件平台示意图
扫描仪 RS232 USB
Audio S3C2410 以太网网卡 CS8900
SDRAM NAND FLASH CF Card
LCD显示器
键盘
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2） FlashROM程序存储器 在核心板中，微处理器采用的是基于ARM920T核的 S3C2410微处理器。系统的程序存储器采用的是 NAND Flash，芯片的型号是Samsung公司的 K9F1208，容量为64MB，NAND FlashROM 接口电 路原理如图9-2所示。 它按页进行自动编程，每一页大小为528（512+16） 字节，编程的典型时间为200µs。擦除则按照块进行， 每一块的大小为16K字节，典型的擦除时间为2ms。它 在页面中读取单个数据的时间为50ns。K9F1208总共 有48个引脚，起作用的只有8根I／O口线、读写控制线 和电源线等。I／O口是地址、命令输入和数据输出／输 入的复用端口。K9F1208还提供了ECC错误纠正码， 实现坏区检测以及实时映射，这样它具有高达10万次的 编程／擦除周期，数据保存长达10年。在S3C2410内 部集成有NAND Flash控制器，可以在硬件上直接与 6 NAND Flash相连。在盘点4 电源原理图