随着电子行业的不断进步，对设备的功能要求不断提升，普通单片机的性能已经不能够满足需要。在这种情况下，32位处理器就渐渐成为处理器的主流。同时，又因为高性能、低价位、高集成等特点更加使得32位处理器在国内有着突飞猛进的发展。大多数的32位处理器都采用了ARM公司提供的内核。在本文中，以SHARP LH7A400为例来简要地介绍一下嵌入式系统的硬件基本构成。

1  CPU简介

　　SHARP LH7A400是一款以ARM9为内核的嵌入式处理器，是一个高集成的32位ARM922T RISC精简指令集的处理器核。它恰当地提供了很多I/O功能，配合很少量的外围逻辑就可以集成一个小型计算机系统。以下简要介绍该处理器的主要特征：

　　◆ 3个串行口、同步串行口（SSP）、1个IrDA红外口;
　　◆ PCMCIA/CF控制器 ;
　　◆ AC97 Codec 接口控制器;
　　◆ 可编程LCD控制器;
　　◆ USB控制器;
　　◆ 2个DC-DC 转换器;
　　◆ SMART CARD 接口;
　　◆ MultiMediaCard接口;
　　◆ 60个通用可编程口;
　　◆ JTAG 编程接口;
　　◆ 3个串口;
　　◆ 实时时钟;
　　◆ 看门狗时钟。

2  硬件实现

　　根据CPU的主要外围接口，我们对其进行功能的划分并以结构图的方式展示给大家，如图1所示。

图1  SHARP7A400处理器外围设备结构框图

(1)  存储器

　　存储器是系统最重要的组成部分，根据CPU外围总线的要求，这里采用接口速度为100M的Flash和SDRAM。

　　根据不同的需要和工艺，工程师可以采用不同位宽度和速度的存储芯片。而这里，我们采用2片16位的Flash（32MB）和2片16位SDRAM（32MB）来构成32位宽的高速存储器结构，这样的结构能够满足大多数系统工作的要求。

　　LH7A400系统最多能够有32位地址总线，这样就可以寻址最大到4G。实际系统并没有完全使用。系统将存储器又细分成了很多个块。其中，4个块分配给同步存储控制器;8个分配给异步存储控制器，还有一部分保留给嵌入SRAM和AHB、APB控制器，其它的则做特殊使用。LH7A400可以从任何一个同步、异步ROM/Flash进行引导启动。这个可以根据设计者的需要，通过CPU内部寄存器的设置来确定系统引导地址。

(2)  LCD

　　LH7A400的可编程LCD控制器最大支持1024×768点，支持 STN、Color STN、HR-TFT、TFT方式，可达64000种颜色和15级灰度。可以看到它的接口设计比较完善。由于LCD提供给人们最直接的视觉特征，因此也是重要的人机交流界面。市面上有相当多的不同大小、分辨率、色彩的LCD供选择，这里我们采用Sharp公司的一款，接口如图2所示。

图2  LCD接口原理图

　　CPU提供的色彩位为5∶6∶5，因此接口数据要连接各个色彩数据口的高位已达到平衡。同时背光亮度、显示的坐标起点等可以在设计中进行任意调节。

(3)  电源

　　电源是一个关系到系统能否正常工作的基础，因此格外重要。这里我们大量应用电压调节器和小型的LDO。电压调节器用来提供较大的电流，而LDO给局部电路提供小额的电流。同时，相应的电压调节器和小型的LDO芯片还具有电流输出使能引脚，这样就大大方便了电源管理。当相关设备不工作时，就切断其电源供应，这样就很好地控制了系统的整体功耗，如图3所示。

图3  电源管理框图

　　可以看到，这样设计电源是高效、节能的，而且对系统电源管理是很重要的。

(4)  网络接口

　　网络接口是一个重要的通信接口，根据设计需要，在软件上的编写可以实现软件下载，数据通信等等功能。目前，使用比较成熟的例如8019AS、DM9000等，它们都是应用比较成熟的网络接口适配器，功能强大、性能稳定。可根据使用熟悉程度选用。

(5)  音频接口

　　音频处理器是好多设备必备的，SHARP7A400集成了Codec接口控制器，可以通过它和目前市面上流行的大部分Codec语音处理器进行连接。支持16位的立体声音频记录以及回放，同时还支持线入、线出、MIC输入等，接口如图4所示。

图4  音频接口原理图

(6)  串行口

　　串行口是一个重要的数据通信口。由于信号的不同，在信号通路中间加上一片MAX3244，这样就起到信号的变换作用，同时起到滤波的作用。串行口原理图如图5所示。

图5  串行口原理图

(7)  CMOS接口

　　CMOS在目前的PDA、手机等多种通信设备中有着广泛的应用，因此我们考虑将之引入。一般的CMOS都由数据线和时钟线组成I2C通信口，通过CPU的GPIO来模拟或者以串行口来实现之间的数据通信和命令控制。CMOS接口原理如图6所示。

图6  CMOS接口原理图

结语

　　本文仅对LH7A400的几个重要外围结构进行了简要概述，而其它例如SMART CARD、MultiMediaCard、IrDA等很多部分都没有介绍。工程师们在设计中可以参考相关的具体说明书。目前，嵌入式系统在多个领域有着广阔的应用前景。通过以SHARP LH7A400为处理器的硬件结构进行简要介绍，对嵌入式系统的整体外围功能架构有了一个初步的了解。可以看到，基于ARM9 CPU的功能非常强大、应用非常广泛。

　　北京旋极信息技术有限公司目前在嵌入式领域方面处于技术先进行列。同时在税控、PDA、GPS、视/音频技术、工业自动控制等多个行业都有非常成熟的应用方案。希望广大对嵌入式系统有兴趣的公司个人来函来电进行商务交流。同时希望通过本文的简要介绍，能够对工程师们在今后的嵌入式系统设计提供帮助。

参考文献

1  tec_users_guide_lh7a400.pdf
2  tec_datasheet_lh7a400.pdf
3  ARM Architecture Reference Manual
4  北京旋极信息技术有限公司. LH7A400处理器嵌入式开发板硬件用户手册