智能家居控制板开发控制器硬件结构和核心模块设计

智能家居智能控制器采用嵌入式系统设计方法。在硬件设计上尽量选择通用性、模块化的设备，按照系统的设备对硬件功能进行划分，统一接口，这样增加各个模块的通用性以及实用性，方便系统的维护和升级，下面由合肥控制板开发芯思微智能科技有限公司张工讲解如下二大点：

一、智能家居系统控制器的硬件结构  
按照硬件设备功能的不同，智能家居智能控制器的硬件大致可以分为微处理器、保障系统正常工作的外围电路、输入输出设备、通信模块等。其中，智能家居控制器的微处理器采用旨在为智能终端提供低成本解决方案的三星S3C6410ARM处理器，同时搭载电源模块等外围电路保障其工作。输入输出设备选用普遍应用于智能终端产品的触摸显示屏。通信模块包括以太网接口模块、蓝牙模块、串行通信模块。系统最重要的部分是扩展了低功耗蓝牙模块，使控制器能够通过蓝牙通信的方式实现对智能家居设备实施控制。智能家居控制器的硬件系统结构如图4-1所示。  
二、智能家居控制器的核心模块设计  
智能家居控制器的核心模块是以S3C610处理器位中心，配备一些必要的外围电路，如电源模块、时钟及复位模块等，构成控制器运行的最小系统。并且扩展了存储器模块以及用来系统调试的JTAG接口模块。  

2.1电源模块  
电源模块是整个控制器系统工作的基础，有着非常重要的地位，但也是被众多开发者经常忽略的部分。本方案采用的外部电源为5V，经过电源电路的管理得到微处理器需要的1.2V电压；DDR SDRAM等需要的1.8V电压；蓝牙模块、USB、串口的需要的3.3V电压；触摸显示器需要的5V电压。图4-2和4-3分别为1.2V电源电路和1.8V电源电路的设计。 
 
其中，XC9216A12CMR是同步整流的降压DC/DC转换器，内置0.6Ω的P-Channel MOSFET开关以及0.7Ω的N-Channel MOSFET开关。XC9216A12CMR具有很高的工作频率使得电路能够使用很小的电感和电容。通常利用两个陶瓷电容和一个电感就能构建成一个达到500mA的输出线路。  
2.2时钟复位模块  
(1)时钟模块：时钟信号一般由石英晶体振荡器产生，根据需要进行配置，就可以得到需要的时钟信号。S3C6410具有时钟震荡电路，在芯片的XUSBTI和XUSBXTO引脚之间接入一个48MHz晶体震荡器就能使其正常工作。在1.2V电压下，其工作频率可以达到667MHz。如果系统需要更高的工作频率，可以利用S3C6410提供的PPL，理论上工作频率可以倍频到1.6GHz。  

(2)复位模块：嵌入式微处理器在刚上电开始工作时的工作状态通常不稳定，这就影响微处理器使其不能正常工作。为了使微处理器能够随时恢复到一个确定的工作状态，需要为其设计一个复位电路。复位的控制信号应该根据微处理器的引脚的输入输出电压为参考，S3C6410的引脚电压范围为3.0V~3.6V，所以一般控制信号的门槛电压小于3.0V。电路提供物理按键，这样系统就能实现上电复位及系统工作时人为的进行按键复位的功能。图4-4展示了该系统的复位电路设计。
 
复位电路用到了MAX811芯片。MAX811是一款可靠并且成本低廉的数字系统电源监控芯片。其工作电压为5V或3V，电源阀值为2.93V。这些特性能够满足本系统的需要。  
2.3存储模块  
(1)SDRAM接口电路：SDRAM工作需要同步时钟，并且为实现不丢失数据要持续刷新存储器阵列。一旦掉电，存储的数据将丢失。由于S3C6410支持32位数据总线的移动SDRAM接口，所以本系统采用两个型号为K4XIG163PC-FGC6的移动DDRSDRAM。移动DDR SDRAM的K4XIG163PC-FGC6的供电电源为1.8V，功耗比较低，并且支持睡眠功能、工作不需要上拉电阻，设计简单方便。K4XIG163PC-FGC6具有四个Bank，每一个Bank对应32字节（16Mbit X 16）。所以系统总的SDRAM大小为256M。 
 
(2)NAND-Flash接口电路：NAND-Flash属于Flash存储器的一种，其实现模式利用非线性的宏单元方案，是为固态大容量内存提供了低成本的解决方案。S3C6410支持8位数据总线的NAND-Flash接口，本方案的NAND-Flash采用K9F2G08。K9F2G08的存储容量为1 Gbit，位宽为8位。其页的大小为1 028×4 bit，每块由64页构成，共有2048块。K9F2G08的工作电压为2.7V~3.6V。S3C6410的XSELNAND引脚与VDD_IO直接相接，高电平表示Flash的选择类型为NAND-Flash。 
 
2.4 JTAG接口模块  
JTAG的全称为“Joint Test Action Group”，是一种标准的测试协议，广泛应用于芯片的内部测试以及进行系统仿真调试。一般FPGA、ARM、DSP等芯片都支持JTAG。本系统提供JTAG模块，方便开对系统进行开发和调试。