王立彬,周 衡

(1.總裝備部武漢軍代局駐3303廠代表室,湖北武漢430200;2.中國兵器裝備集團(tuán)武漢濱湖電子有限公司,湖北武漢430077)

S3C2440開發(fā)板在某型雷達(dá)中的應(yīng)用

王立彬1,周 衡2

(1.總裝備部武漢軍代局駐3303廠代表室,湖北武漢430200;2.中國兵器裝備集團(tuán)武漢濱湖電子有限公司,湖北武漢430077)

介紹了S3C2440開發(fā)板搭載某型號(hào)內(nèi)存在XXX-HA雷達(dá)開發(fā)中的應(yīng)用,并對(duì)該型號(hào)開發(fā)板內(nèi)存初始化過程進(jìn)行了研究,提出了該系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)置方案。

雷達(dá);S3C2440;內(nèi)存;初始化

通訊系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)是雷達(dá)的關(guān)鍵組成部分之一。通訊分系統(tǒng)由兩個(gè)通訊分機(jī)和通訊電纜組成。每個(gè)通訊分機(jī)均由三塊通訊板組成。通訊板是較為容易出現(xiàn)問題的部分。其主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸中,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)延時(shí),傳輸誤碼率高,通訊板死機(jī)的情況偏多等。主要原因是:1)CPU和內(nèi)存選型不合理,在通訊分系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理量大時(shí),系統(tǒng)運(yùn)行在高負(fù)荷狀態(tài)下,發(fā)熱量大,易導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)或死機(jī)。2)通訊板工作在強(qiáng)電磁環(huán)境下,由于前期設(shè)計(jì)時(shí)未能對(duì)硬件進(jìn)行充分優(yōu)化,導(dǎo)致通訊板受外界干擾時(shí)易發(fā)生故障。

XXX-HA設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理量為同系列上一代產(chǎn)品的4倍以上,對(duì)通訊板的要求更加苛刻。因此,在對(duì)通訊板的開發(fā)方面,可從系統(tǒng)成熟度和性能方面綜合考慮,選擇了S3C2440嵌入式平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

S3C2440采用了較先進(jìn)的ARM 920T內(nèi)核,集成了通訊所需要的網(wǎng)卡接口與CAN總線接口。此CPU上能運(yùn)行Linux2.6嵌入式操作系統(tǒng),這樣避免了使用非開源系統(tǒng)造成的系統(tǒng)安全性和保密性方面的擔(dān)憂。程序的編譯,使用的是自行研制的嵌入式交叉編譯工具,而并沒有使用現(xiàn)成的交叉編譯工具,這樣能夠更進(jìn)一步的保證系統(tǒng)的安全與可靠性。

采用海天雄電子生產(chǎn)的成品S3C2440嵌入式開發(fā)板作為程序開發(fā)的平臺(tái),確定程序版本穩(wěn)定之后,對(duì)電路進(jìn)行了相應(yīng)裁剪,只留下保障系統(tǒng)運(yùn)行的基本部分,這樣能使系統(tǒng)消耗的資源最少,功耗盡可能的低。

在系統(tǒng)的Bootloader選擇方面,使用 uboot-1.1.6。選擇U-Boot的理由主要有:1)開放源碼。2)完善的支持Linux嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核。3)支持ARM處理器系列。4)較高的可靠性和穩(wěn)定性。5)高度靈活的功能設(shè)置,適合 UBoot調(diào)試、操作系統(tǒng)不同引導(dǎo)要求、產(chǎn)品發(fā)布等。6)豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)源碼,如串口、以太網(wǎng)、SDRAM、FLASH、LCD、NVRAM、EEPROM、RTC、鍵盤等。7)較為豐富的開發(fā)調(diào)試文檔與強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持。

在內(nèi)存的選型方面,由于該成品S3C2440開發(fā)板上所使用的內(nèi)存型號(hào)為K4S561632E-UC7,工作溫度為0～70℃。而根據(jù)XXX-HA研制任務(wù)書要求,該通訊板工作溫度為-40～100℃,因此選用可以滿足該標(biāo)準(zhǔn)的XX公司生產(chǎn)的XXX-BU型軍用級(jí)內(nèi)存芯片。

由于更換了內(nèi)存芯片,內(nèi)存芯片的更改導(dǎo)致了電氣特性如內(nèi)存工作時(shí)序上相關(guān)時(shí)間特性的變化。為了進(jìn)一步分析硬件的工作方式,使其既發(fā)揮了應(yīng)有的性能,又工作在穩(wěn)定可靠的狀態(tài)。對(duì)這套系統(tǒng)內(nèi)存初始化的代碼進(jìn)行了一系列研究。

1 時(shí)鐘頻率的分析

由于內(nèi)存對(duì)時(shí)鐘的頻率有一定要求,時(shí)鐘頻率對(duì)內(nèi)存產(chǎn)生直接影響。因此在對(duì)內(nèi)存進(jìn)行初始化之前,u-boot-1.1.6在start.S處對(duì)時(shí)鐘頻率進(jìn)行了一個(gè)比例上的初始化,相關(guān)語句如下:

/＊FCL K∶HCL K∶PCL K=1∶2∶4 ＊/

/＊ default FCL K is 120 M Hz!＊/

ldr r0,=CL KD IVN

mov r1,#3

str r1,[r0]

CLKD IVN寄存器存放了 FCL K,HCL K,PCL K三個(gè)不同時(shí)鐘頻率之間的關(guān)系。這個(gè)寄存器被設(shè)為3時(shí),查詢相關(guān)手冊(cè)[1]可得到,UCL K=UPLL,HCL K=FCL K/2,PCL K=HCL K/2,即FCL K∶HCL K∶PCL K=1∶2∶4(見表1)。

表1 不同時(shí)鐘頻率之間的關(guān)系

通過查CL KD IVN值的初始值表得知,初始值全部為0,進(jìn)一步查上表,得出 FCL K∶HCL K∶PCL K=1∶1∶1。更換開發(fā)板上的內(nèi)存組件后,開始進(jìn)行試驗(yàn)板的制板。在晶振的選型時(shí),由于開發(fā)板自帶晶振為12M Hz,但源代碼中的一句注釋"/＊ default FCL K is 120 M Hz!＊/"對(duì)fclk的描述給元器件選型工作帶來了疑問。

在S3C2440手冊(cè)上提示:“大家都清楚,在開啟電池與重起的過程中,PLL是不穩(wěn)定的,所以這個(gè)時(shí)候,實(shí)際上是由Fin這個(gè)時(shí)鐘代替了M p ll,給FCL K提供了時(shí)鐘頻率。一直到有軟件重新設(shè)置PLLCON 寄存器?！盵1]因此 ,可以看出 ,默認(rèn)的FCL K是頻率,是與Fin頻率是一致的,直到有軟件重新設(shè)置了 PCCLON寄存器。如果這里 Fin的頻率是 120M Hz,那么就應(yīng)該選用頻率為120M Hz的晶振。

但實(shí)際上,CPU的頻率是由MPLL來生成的,而 M PLL又是由 Fin、MD IV、PD IV、SD IV 計(jì)算出來的。這里的值,都有一個(gè)范圍,并不是僅滿足相應(yīng)的公式就可以,為了減少計(jì)算的麻煩,S3C2440手冊(cè)[1]給出了一個(gè)可供參考的各個(gè)數(shù)值的大小的列表(表2),即推薦使用的值。

表2 參考數(shù)值

從表2中可看出,當(dāng)輸出的時(shí)鐘頻率為405.00M Hz的時(shí)候,Fin為12M Hz。這里的值,就是Fin的頻率值,也即默認(rèn)的FCL K值。由于:

1)S3C2440以ARM 920T為核心,可以運(yùn)行在200M Hz至533M Hz之間,但是400M Hz左右是保證其穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)速度最快并且發(fā)熱量可控的結(jié)合點(diǎn),所以一般將CPU的頻率定在405M Hz。

2)Fin的頻率越低,所實(shí)現(xiàn)這個(gè)Fin的代價(jià)就最小,消耗的能量就最少。

根據(jù)以上兩點(diǎn),可以判斷:使用這組數(shù)值為設(shè)置該系統(tǒng)的最佳方案,也是最常用的方案。

這里默認(rèn)的FCL K的值為12M Hz。因此,可以采用頻率為12M Hz的晶振。

2 內(nèi)存時(shí)序的分析

u-boo t-1.1.6中內(nèi)存時(shí)序的設(shè)置是在low level_init.S中進(jìn)行的。為了正確設(shè)置XXXBU型內(nèi)存,首先對(duì)開發(fā)板自帶的 K4S561632EUC7內(nèi)存進(jìn)行分析。

根據(jù)S3C2440手冊(cè)中第5章內(nèi)存控制的說明[1],可以看出,內(nèi)存是被映射在0x30000000-0x40000000的位置,即 bank6與 bank7。在內(nèi)存時(shí)序設(shè)置時(shí),主要關(guān)注bank6與bank7。

當(dāng)M T的值為0x3(11bin)時(shí),表示使用的是SDRAM,所以B6_M T與B7_M T的值為0x3。

當(dāng)bank6與bank7為 SDRAM的時(shí)候,只需要設(shè)置 Trcd與SCAN的值。

1)Trcd值的確定。

通過查閱手冊(cè)得知FCL K最大的頻率值為400M Hz,HCL K最大為133M Hz,PCL K最大為67M Hz,而內(nèi)存方面,是由 HCL K來控制的。那么經(jīng)過簡單的計(jì)算就可以知道,內(nèi)存的一個(gè)時(shí)鐘周期,最短為7.519ns。

K4S561632E-UC75數(shù)據(jù)手冊(cè)[2]中 Trcd的內(nèi)存最少需要20ns。如果Trcd為2clk,則時(shí)間不夠,所以只能為3clk。如果最短的時(shí)間都能滿足,那么當(dāng)內(nèi)存工作在比133M Hz低的情況下,就更加能夠滿足,所以這里的 Trcd為3clk。

2)SCAN的值的確定。

K4S561632E-UC75內(nèi)存,地址組織形式為16M x 16,這個(gè)形式的內(nèi)存地址的Co lum n A ddress為(CA 0～ CA 8),即9bit,內(nèi)存參數(shù)[2]見表3,所以值為0x1。

以上各項(xiàng)參數(shù)都設(shè)置完成后,SDRAM的內(nèi)存就能夠被正確初始化。

從整個(gè)內(nèi)存初始化的過程可以看出,系統(tǒng)在初始化內(nèi)存的時(shí)候,盡可能的利用了內(nèi)存的硬件性能,把延時(shí)做到了盡可能地小,這種設(shè)置方式下,內(nèi)存可以在完全被有效地利用,保持在較為穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

表3 O rderintg Info rmation

3)對(duì)XXX-BU型內(nèi)存的設(shè)置。

在了解了 K4S561632E-UC7內(nèi)存的初始化原理與步驟后,根據(jù)XXX-BU型內(nèi)存的用戶手冊(cè),對(duì)內(nèi)存進(jìn)行合理地初始化,并設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)。

XXX-BU型內(nèi)存 Trcd值為0x00,SCAN 0x01的值不變。由此可見新型號(hào)內(nèi)存響應(yīng)速度更快 ,為 2clk。

其相關(guān)設(shè)置源代碼為:

#define B6_M T 0x3/＊ SDRAM ＊/

#define B6_Trcd 0x0

#define B6_SCAN 0x1/＊9bit＊/

#define B7_M T 0x3/＊ SDRAM ＊/

#define B7_Trcd 0x0/＊ 2clk ＊/

#define B7_SCAN 0x1/＊9bit＊/

3 優(yōu)化設(shè)置后開發(fā)板的可靠性驗(yàn)證

完成上述初始化后,我們根據(jù)開發(fā)板制作了通訊板試驗(yàn)樣機(jī)。根據(jù)《研制任務(wù)書》和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證,并與上代產(chǎn)品進(jìn)行了縱向比較,其結(jié)果如下。

1)常溫狀態(tài)下滿負(fù)荷工作。在環(huán)境溫度19℃,相對(duì)濕度52%的條件下相關(guān)試驗(yàn)見表4。

表4 常溫狀態(tài)下滿負(fù)荷工作

2)高溫狀態(tài)下滿負(fù)荷工作。在環(huán)境溫度60℃,相對(duì)濕度11%的條件下相關(guān)試驗(yàn)見表5。

表5 高溫狀態(tài)下滿負(fù)荷工作

3)常溫狀態(tài)下傳輸誤碼率測(cè)試。在環(huán)境溫度60℃,相對(duì)濕度11%,運(yùn)行12小時(shí)的條件下相關(guān)試驗(yàn)見表6。

表6 常溫狀態(tài)下傳輸誤碼率測(cè)試

比較分析以上3個(gè)測(cè)試,可以看出進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和內(nèi)存初始化配置的S3C2440實(shí)驗(yàn)板,在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性方面,有著很大提升;同比上代產(chǎn)品,也有明顯進(jìn)步。

[1] S3C2440中文手冊(cè)[ED/OL].[2010-03-25].http://wenku.baidu.com/view/2baafb1ea76e58fafab00357.htm l.

[2] K4S561632E-UC75[ED/OL].[2010-03-25].http://wenku.baidu.com/view/ee0d5f75a417866-fb84a8e25.htm l.

Application of S3C2440 in a Radar System

Wang Libin1,Zhou Heng2
(1.Military Representative Office of Factory 3303,Wuhan Military Delegate Bureau of Genera l Armament Ministry,Wuhan,Hubei 430200,China;2.Wuhan Binhu Electronics Co.,Ltd.,China South Industries Group Corporation,Wuhan,Hubei 430077,China)

This paper introduced the application of memory chip of S3C2440 evaluation board in XXXHA radar system,analyzed the memory initialization process,and proposed a best initialization solution.

radar;S3C2440;memory chip;initialization

TP333

A

1671-2544(2010)06-0058-04

2010-05-14

王立彬(1983— ),男,湖北廣水人,總裝備部武漢軍代局駐3303廠代表室工程師。周 衡(1980— ),男,湖北廣水人,中國兵器裝備集團(tuán)武漢濱湖電子有限公司工程師。

(責(zé)任編輯:陳錦華)