mini2440开发板一些硬件介绍（PTC、定时器、串口、中断控制器、SDROAM、Norflash、Nandflash)

什么是mini2440？

mini2440开发板，是友善之臂公司基于三星公司的S3C2440A芯片，并结合了一系列的外围组件开发出来的一款嵌入式开发板。组件非常丰富，性能不错，也很常用，非常适合嵌入式系统的入门学习。如图为其逻辑视图：

 S3C2440A芯片

        S3C2440A基于ARM920T核心，ARM920T核心才是我们通常说的CPU、处理器，它支持16/32位精简指令集。它还实现了内存管理单元MMU。S3C2440A还提供了丰富的内部设备，为了组织和连接这些内部设备，它内部采用了先进的微控制总线构架AMBA。为了提高程序的执行速度，S3C2440A还采用了哈佛架构（高速缓冲体系结构），这一结构具有独立的16KB指令，高速缓存和16KB数据高速缓存，每个都是由具有8字长的行（line）组成的。如图为逻辑视图：

 

1.RTC

处理自然时间的，可以用备用电池供电维持时间。

具体功能：

1）时间：年、月、日、星期、时、分和秒，支持CPU以BCD数据的方式读写。

2）闰年发生器：支持实现和识别哪年是闰年。

3）闹钟功能：能产生闹钟定时中断或者从省电模式下唤醒开发板。

4）已经解决2000年是闰年的问题。

5）支持独立电源引脚也就是用备用电池供电的功能。

6）支持时钟节拍中断，如一秒钟内产生固定次数的中断。

2.定时器

        定时器最常用的一个情景：我们让定时器每隔1ms产生一次中断，然后在中断处理程序中检查一个进程已经运行了多长时间，分配给这个进程的时间它是否已经用完，如果已经用完，就调度其他进程运行。如果没有定时器，我们在应用软件中写入一个死循环代码，操作系统立马就会被这个应用软件锁死，因为系统已经没有任何手段从这个应用程序手里夺回CPU的使用权了。

        S3C2440A芯片内部有5个定时器，可以用于处理间隔时间，比如，一个进程要等待5ms后去访问硬件等。

        其中定时器0、1、2、3具有脉宽调制功能。定时器4是一个无输出引脚的内部定时器。定时器0还包含用于大电流驱动的死区发生器。        

这5个定时器所有的特性如下：

1）5个16位定时器。

2）2个8位预分频器和两个4位分频器。

3）可编程输出波形的占空比控制。

4）自动重载模式或单稳态脉冲模式。

5）死区发生。

3.串口

        用于和其他设备通信或者传输数据，比如，连接PC输出信息，并且S3C2440A芯片内部有三个相同的串口硬件。

• S3C2440A中每个串口单元都是可以基于中断或基于DMA模式操作的。
• S3C2440A的串口包括了可编程波特率，红外发送/接收，插入1个或2个停止位，5位、6位、7位或8位的数据宽度以及奇偶校验。
• 每个串口包含一个波特率发生器、发送器、接收器和一个控制单元。
• 每个串口发送数据是可编程的。由1个起始位、5~8个数据位、1个可选奇偶校验位以及1~2个停止位组成的帧，是由行控制寄存器指定的。发送器也可以产生单帧发送期间强制串行输出为逻辑0状态的断点状态。

串口设备通信过程：

 

4.中断控制器

        存在于S3C2440A芯片内部，是设备和CPU通信的重要机制，支持多达60个设备中断源，同时也支持中断优先级，哪些设备的中断要尽快发送给CPU内核进行处理，也可以屏蔽某个设备的中断信号。

         S3C2440A中的中断控制器采用了二级中断源，就是在一级中断的几根中断信号线上连接几个设备的中断信号线。所以当中断发生时，我们就不能单纯地认为是一个设备发生了中断，而是要进一步根据次级中断的相关信息确定是哪个设备发生了中断，如图

5.SDRAM

        常说的内存，mini2440开发板用了两片32MBSDRAM芯片并接在一起，一共64MB，SDRAM开始的物理地址是0x30000000。操作系统内核和各个应用软件都是放在这个里面运行的。

S3C2440A芯片内的存储器控制器包含以下特性：

1）可通过软件选择大端、小端。

2）总共8个存储器Bank，每个Bank有128MB，总共1GB地址空间。

3）除了Bank0（16/32位），其他全部Bank都可编程访问宽度（8/16/32位）。

4）6个存储器Bank为ROM、SRAM等。其余2个存储器Bank为ROM、SRAM、SDRAM等。

5）7个固定的存储器Bank起始地址，1个可变的存储器Bank起始地址，并且Bank大小可编程。

6）所有存储器Bank的访问周期可编程。

7）支持外部等待扩展总线周期。

8）支持SDRAM自刷新和掉电模式。

S3C2440A的存储地址空间

SDRAM芯片结构

 内存逻辑视图

6.Norflash

        Flash存储器称为闪存，它结合了ROM和RAM的特点，不仅具备电子可擦除、可编程的特点，还可以快速读写数据，而且数据不会因为断电而丢失。这种特性使它可以用于U盘、MP3、智能手机等众多移动智能设备上。

        就像是掉电不会丢失数据的内存，支持在其上运行程序。mini2440开发板上有2MB的Norflash芯片，连接在S3C2440A芯片的存储控制器的Bank0上，并能通过跳线开关控制。这个芯片里烧写了一个叫superVIVI的开发板引导程序，相当于PC上的BIOS程序，它负责初始化开发板的时钟和SDRAM等其他设备，然后加载操作系统内核。

mini2440开发板上的Norflash芯片特性如下：

• 1）有22根地址信号线和16根数据信号线。
• 2）掉电不会丢失数据。
• 3）支持“片上运行”。

7.Nandflash

        它需要专门设计的控制器来进行读写，一次读写最少是1页，1页最少是528B，512B数据加16B的校验信息，32页组成一个块。我们的开发板上这个芯片是64MB。可以用于操作系统构建文件系统，在其上存放用户数据、应用软件、操作系统等。它也支持系统引导，S3C2440A芯片自动把它的前4KB空间的数据读到一个内部4KB的SRAM中，把那个SRAM的首地址映射为0，S3C2440A芯片内部的CPU内核就从内部4KB的SRAM中开始运行了。

        Nandflash芯片的数据是以位的方式保存在存储单元中的，一般来说，一个存储单元中只能存储一个位。这些存储单元以8个或者16个为单位，连接成位行，这些位行会再组成页，这些页面会再组成块。Nandflash芯片有多种结构，其中K9F1208芯片是这样的：每页528B，其中512B用于存放数据，还有16B存放这个页面的数据的校验信息，每32个页面形成一个块，块大小为32×528B。具体一片Flash上有多少个块是根据需要决定的。K9F1208的Nandflash芯片具有4096个块，故总容量为4096×（32×528B）一共是66MB，但是其中的2MB是用来保存ECC校验码等额外数据的，故实际中可使用的空间为64MB，如图

 

        Nandflash芯片以页为单位读写数据，所以一次读写最少为512B的数据，不能像Norflash芯片一样可以以字为单位读写数据。而Nandflash芯片是以块为单位擦除数据的。按照这样的组织方式可以形成所谓的三类地址：

1）列地址。

2）页地址。

3）块地址。

        由于Nandflash芯片的工艺不能保证存储单元在其生命周期中保持性能的可靠，所以在Nandflash芯片的生产及使用过程中会产生坏块。为了检测其可靠性，在应用Nandflash芯片的系统中一般都会采用一定的坏区管理策略，而管理坏区的前提是能比较可靠地进行坏区检测。如果操作时序和电路稳定性不存在问题，Nandflash芯片出错的时候一般不会造成整个块或页面不能读取或全部出错，而是整个页面（如512B）中只有一位或几位出错。对数据的校验常用的有奇偶校验、CRC校验等，而在Nandflash芯片处理中，一般使用一种比较专业的ECC校验。ECC能纠正单比特错误和检测双比特错误，而且计算速度很快

摘自《深度探索嵌入式操作系统：从零开始设计、架构和开发 (Linux/Unix技术丛书)》