0 引言
嵌入式系统具有可靠性高，实时性强，系统内核小和系统配置要求低等特点，使其在工业过程控制、信息家电、交通管理以及机器人制造等研究生产领域中得到了广泛应用。与8/16位单片机相比，32位ARM微控制器具有更高的性价比，更低的功耗，执行速度更快，性能更高等优点[1，4]。本文采用Atmel公司的ARM920T内核的32位ARM微控制器AT91RM9200，在外围扩展了64MB（32MB*2）32位SDRAM存储器，16MB 16位NOR FLASH存储器，并实现其初始化；通过DEBUG USART和JTAG两个调试口，实现此应用系统的调试与仿真。
1 AT91RM9200
Atmel公司生产的AT91RM9200，是完全围绕ARM920T内核构建的系统。采用RISC架构，支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件[1，3]；它有丰富的系统与应用外设的标准接口，包括总线接口(EBI)：EBI支持 SDRAM、 BurstFlash 及静态存储器的控制器，并设计了专用的电路以方便与SmartMedia、CompactFlash 及NandFlash连接；USB 2.0主机和设备端口[1]；UART串口、SPI、调试通道(DBGU)。
此外，还有高级中断控制器(AIC) ，外设数据控制器(PDC) ，JTAG-ICE口：支持所有数字引脚实现IEEE 1149.1 JTAG边界扫描[1]；内置的10/100 Base-T 以太网媒体访问控制器(MAC) ：可实现系统主机与PHY（OSI参考模型物理层）的数据交换[5]。
2 扩展NOR FLASH的硬件设计与软件初始化
FLASH存储器作为一种非易失性存储器，在系统中通常用于存放程序代码，常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等[3]。本文NOR FLASH存储芯片使用的是INTEL公司的16位FLASH存储器TE28F128J3C150（16MB）。该芯片工作电压仅为3V，通过配置其内部命令寄存器，可对FLASH进行编程（烧写），擦除以及其它操作。
2.1 硬件设计
ARM微控制器系统支持8/16/32位的存储器系统，32位的存储器系统具有较高的性能，而16位的存储器系统则在成本及功耗等方面占有很大优势[3]，本设计NOR FLASH存储器的配置系统采用16位存储器系统。其硬件连线为， DQ0-DQ15接数据线D0-D15；A1-A24接地址线A1-A24，A0接地；输出使能OE，写使能WE分别接ARM控制信号CFOE-NOE-NRD，和CFWE-NEW-NER0；擦除/编程/块时钟使能VPEN和复位/掉电引脚RP#一并接NRST，片选使能信号CE0接BFCS-NCS0。
2.2 软件实现，初始化NOR FLASH
初始化NOR FLASH，要求配置EBI接口的片选任务寄存器EBI_CSA，和EBI配置寄存器EBI_CFGR。使其片选寄存器EBI_CSA配置为CS0=FLASH。配置完成时，还要通过配置SMC（静态存储控制器）的片选寄存器0（SMC_CS0）来启动FLASH。
3 扩展SDRAM的硬件设计与软件初始化
与FLASH存储器相比较，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但其存储速度大大的高于FLASH存储器，且具有读写属性，因此SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间，数据及堆栈区。同时，系统及用户堆栈，运行数据也都在SDRAM中。
3.1 硬件设计：
本文SDRAM存储器采用的是MICRON公司的16位MT48LC16M16A2（32MB）；两片MT48LC16M16A2（32MB*2）并联构建32位的SDRAM存储器系统。其中一片为高16位，另一片为低16位，系统将这两片MT48LC16M16A2作为一个整体配置到片选线NCS1。两片地址复用，A0-A9接地址线A2-A11，A10接SDA10，A11，A12分别接地址线A13，A14，BA0，BA1接A16，A17；SDRAM的时钟CLK和时钟使能CKE接ARM控制信号SDCK和SDCKE。DQM的高低控制线DQML和DQMH，用来区分高，低16位；低16位芯片DQML接地址线A0，DQMH接CFIOR-NBS1-NER1；高16位芯片DQML接地址线A1，DQMH接CFIOW-NBS3-NER3；低16位芯片DQ0-15接数据线D0-D15，高16位DQ0-15接数据线D16-D31。
3.2 软件实现，初始化SDRAM
初始化SDRAM，NOR FLASH都要求配置EBI接口的片选任务寄存器EBI_CSA，还要配置EBI配置寄存器EBI_CFGR，不同之处是在与SDRAM为动态RAM，而FLASH为静态存储器，配置这两个寄存器的参数是不同的。同时，SDRAM配置模式寄存器MR时，要发送“刷新”命令；而在发送“刷新”命令之前要首先发送“所有组预充电”命令，此后发送“载入模式寄存器命令”；在配置刷新定时寄存器时要根据所选的SDRAM的型号定义刷新频率。
程序流程图，如图1所示
图1 初始化SDRAM程序流程图
4 最小应用系统的硬件设计与软件实现
4.1 最小应用系统的硬件设计
AT91RM9200支持JTAG-ICE仿真，DEBUG USART调试，在芯片外部设计了20针的JTAG接口，与USART兼容的一个调试信道DEBUG USART口。供电电源；内核为1.8V，外围IO为3.3V；提供时钟为慢时钟32.768KHz，和主时钟18.432MHz（由内部PLL倍频至209MHz）。其系统硬件结构图，如图2所示；
图2系统硬件结构图
4.2，系统的初始化程序
1），初始化时钟，包括主时钟，PLLA时钟，PLLB时钟：
程序流程为，首先检测主时钟，检查PLLA，PLLB两个时钟是否在正确的范围内。在定义时钟时，配置PMC的时钟发生器PLLA和PLLB寄存器，即CKGR_PLLAR ，CKGR_PLLBR ，定义PLLA，PLLB两个时钟。通过配置PMC主时钟寄存器PMC_MCKR，定义主时钟。特别注意的是在定义主时钟频率，即在配制主时钟寄存器PMC_MCKR时，要先写一个慢时钟的参数，再在下一步写主时钟的参数。
2), 初始化程序，包括初始化时钟，初始化SDRAM，NOR FLASH，初始化DEBUG USART。
图3 系统主程序流程图
5 最小应用系统的调试与仿真
仿真和调试工具的选择
ADS（ARM Developer Support）是ARM公司推出的集成编辑，编译和调试工具，ADS主要包括三个部分组成：Multi-ice Server（配置工具，用于配置ARM内核）；CodeWarrior（集成编辑，编译和链接工具）和AXD（调试工具）[2,3]。Magic-ICE是一个硬件仿真器，一端是并口，连接主机；另一端是JTAG接口，连接目标板[2,3]。
5.2 系统调试与仿真
本文在不采用嵌入式操作系统的情况下，利用ADS1.2和Magic-ICE仿真调试该系统。连接好系统的调试信道DEBUG USART与主机的串口COM1，打开主机的超级终端，设置串口参数如下：波特率设置为115200；位数据位为8；无奇偶校验位；1位停止位；数据流控制选择无，然后点击“确定”。
上电目标板，在远程终端输出字符“C”，运行系统初始化程序，在串口程序中输出相应的字符。在ADS环境下，运行系统初始化程序，调试各个扩展芯片，待初始化完毕。
此时，基于AT91RM9200的最小应用系统已经实现。
6 结束语
随着信息电子技术的迅猛发展，8位单片机无论是在速度，功能以及功耗上都与32位的ARM微控制器无法比拟。而本文采用Atmel公司的32位ARM微控制器AT91RM9200，核心供电电压为1.8V，工作频率在180MHz时可达200MIPS，比8/16位单片机更具优越性。通过外扩SDRAM，NOR FLASH，扩展了ARM芯片的存储单元，实现其最小应用系统的硬件设计及软件开发，对32位微控制器的开发与应用都具有重要的意义。
参考文献：
[1] ARM920TTM based Microcontroller AT91RM9200 data sheet www.atmel.com/literature 2005.
[2] Andrew Sloss. ARM嵌入式系统开发：软件设计与优化[M].沈建华, 等译. 北京: 北京航天航空大学出版社, 2005.
[3] 李驹光. ARM应用系统开发详解——基于S3C4510B的系统设计[M]. 北京:清华大学出版社, 2003.
[4] 桂肖敏等 嵌入式操作系统VxWorks在ARM芯片上的应用[J]. 微计算机信息,2006年第3-2期, P101-103
[5] 周立功. ARM嵌入式系统基础教程[M]. 北京: 北京北京航天航空大学出版社, 2005.
本文作者创新点：
现在流行的嵌入式系统仍然是以8/16位单片机为主流，但是随着功耗，性能，运算速度等要求， 32位ARM微控制器具有更高的性价比，更低的功耗，执行速度更快，性能更高等特点。本文采用Atmel公司的ARM920T内核的32位ARM微控制器AT91RM9200，实现其最小应用系统的硬件设计及软件开发；并且完成该系统的调试和仿真。此设计降低了系统的功耗，提高了系统的运行速度，对以后嵌入式系统向32位微处理器发展提供了一定的技术支持。
本文拟投稿在：《微计算机信息》的《嵌入式与SOC片上系统》专题
分类号：TP302.1 文献标示码：A
项目资助: 项目基金号：3ZS042-B25-024 2005甘肃省自然科学基金项目 自筹经费
基金资助名称：计算机控制系统工业总线星型光通信系统研究
作者联系方式：
桑兴民： 兰州交通大学508号信箱，兰州交通大学自动控制研究所桑兴民收，
邮编：730070,
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来源：微计算机信息
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