基于cortex—m3为内核开发板设计及制作

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1、基于Cortex一m3为内核开发板设计及制作摘要：为了实现以CortexM3为内核制作一个实验开发板,用于教学、竞赛、工控开发，通过一系列的模拟仿真和研究分析，设计了开发板的电路原理图，分析了以太网的结构、原理、初始化过程，USBOTG的设计思路、电路原理图和初始化过程以及SD卡驱动电路的设计过程，并制作了可实际使用的电路板。整个开发板主要能够为学生的课程设计、毕业设计、创新活动提供良好平台。关键词：CortexM3；LPC1768；以太网驱动电路；USBOTG驱动电路；SD卡驱动电路中图分类号:TN91934文献标识码:A文章编号:1004373X(2012)

2、18001903ARMCortexM3处理器是一款具有极高运算能力和中断响应能力的处理器内核，能够实现8位和16位处理器级数的代码存储密度。该内核体积很小，从而使它的封装更为小型,成本更为低廉，应用更为广泛。NXP(恩智浦半导体)公司的LPC1700系列ARM是基于CortexM3内核的微控制器，是为嵌入式系统应用而设计的高性能、低功耗的32位微处理器，适用于仪器仪表、工业通信、电机控制、灯光控制、报警系统等领域。它的操作频率高达120MHz,采用3级流水线和哈佛结构，带独立的本地指令和数据总线，代码执行速度高达1.25MIPS/MHz,同时包含1个支持随机跳转

3、的内部预取指单元［1］o本文设计了以LPC1768为控制器核心的开发板,完成了以太网、USBOTG、SD卡驱动等控制电路设计及程序驱动设计。1以太网驱动电路的设计以太网模块包含一个功能齐全的10Mb/s或lOOMb/s以太网MAC（媒体访问控制），以太网MAC通过使用DMA硬件加速功能来优化其性能。以太网模块具有大量的控制寄存器组，可以提供：半双工/全双工操作、流控制、控制帧、重发硬件加速、接收包过滤以及LAN上的唤醒等。利用分散集中式（ScatterGather）DMA进行自动的帧发送和接收操作，减轻了CPU的工作量［2］。以太网模块是一个AHB主机，驱动AH

4、B总线矩阵。通过矩阵，它可以访问片上所有的RAM存储器。建议以太网使用RAM的方法是专门使用其中一个RAM模块来处理以太网通信。那么该模块只能由以太网和CPU,或许GPDMA进行访问，从而获取以太网功能的最大带宽［3］。以太网模块使用简化的媒体独立接口（RMII）协议和片上媒体独立接口管理（MIIM）串行总线、还有管理数据输入/输出（MDIO）来实现与片外以太网PHY之间的连接。本设计以太网PHY所采用的芯片是KSZ8041TL［4］。在以太网模块的初始化过程中，软件需完成：(1)将软件复位条件从MAC中移除；(1)通过MAC的MIIM接口配置PHY；(2)选择

5、RMII模式；(3)配置发送和接收DMA引擎，包括描述符数组；(4)配置MAC中的主机寄存器(MAC1,MAC2等等)；(5)使能接收和发送数据通道［5］。软件通过对MAC的MCFG,MCMD,MADR寄存器进行编程来读写PHY寄存器。写数据应该写入MWTD寄存器，读数据和状态信息可以从MRDD和MIND寄存器中读取。以太网模块支持RMIIPHYo在初始化过程中，软件必须通过对命令寄存器进行设置来选择RMII模式［7］。在切换到RMII模式之前，默认的软件复位(MAC1寄存器的位15)必须失效。在该操作过程中需要运行phy_ref_clk,且将其内部连接上。设备

6、驱动软件通过分配存储器中的“描述符数组”和“状态数组”来完成对发送和接收DMA引擎的初始化。发送和接收功能各自都有专门的描述符和状态数组。这些数组的基址需在TxDescriptor/TxStatus和RxDescriptor/RxStatus寄存器中编程。数组中描述符的数目要与数组中状态的数目相等［8］。以太网控制器的初始化代码如下：2USB0TG驱动电路设计对于OTG功能，必须将OTG收发器连接到LPC1700系列CortexM3微控制器设备，使用USB信号的内部USB收发器，并仅使用OTG功能的外部OTG收发器(见图1)。该选项在VP/VM模式下使用内部收发

7、器。电路给出了构建OTG功能时需要在基础USB外设上添加的电路，电路中的通用串行总线控制器可以是LPC1768和USBSIE(串口引擎)；为总线提供电源的外部设备需要一路3.3V稳压输出供电电压，以便为逻辑电路和连接在D+,D—引脚的1500Q电阻提供电源。通过D+,D—引脚上的上拉电阻可向主机发出设备已连接的信号，并指示设备的工作速度。电阻上拉至D+表示全速运行，电阻上拉至D—表示低速运行。其他端点(包括D+和D—的15kQ下拉电阻)用于检测上拉电阻的状态。由于USB设计需要提供热插拔功能。因此，其ESD保护电路主要用于为D+,D—和VBUS引脚提供保护⑻。以

8、下是OTG设备控制器的初