摘要：基于Arm9内核的单片机，由于其低廉的价格与优越的性能，已经被广泛的应用于各种消费类电子产品中。掌握Arm9单片机的开发技能已经成为嵌入式系统开发者的迫切要求。但由于市面上的Arm9开发板价格不菲，使不少想学习Arm9开发技术的朋友望而却步，其中有一大部分是各大高校的学生。本文阐述了改造ipTIME的IP0422路由器，使其成为VxWorks和Linux的Arm9开发平台的过程。整个过程简单易行，同时花费在150元以内，是嵌入式系统开发爱好者不错的选择。
1 改造系统的选取
要动手改造Arm9开发系统，首先要选取一款进行改造的产品。现在基于Arm9内核的单片机被广泛的应用于家用路由器和手机当中，因而这两类产品可以作为我们寻找改造对象的范围。但由于手机总体的价格偏高，同时集成度比较高，电路系统复杂，因而不适合作为我们改造的对象。而路由器恰恰相反，现在100多元的路由器比比皆是，而且这些路由器基本使用单芯片，该芯片除了具有Arm9核心的控制功能外，还具有硬件上的路由算法支持，因而电路相对简单，便于改造，所以廉价的路由器就是改造Arm9开发板的合适对象。经过反复比较以后，最终选择了ipTIME的IP0422。该款路由器的市场价格在100元左右，主芯片为KS8695X，是高度集成化的网络通讯处理器，具有ARM922T内核。同时该路由器还具有2M Flash，8M SDRAM，同时还留有一个SDRAM焊位，可以方便的把SDRAM的容量扩充为16M，为我们运行操作系统提供了足够的空间。选择该款路由器的另一个主要原因时KS8695X芯片提供了完备的开发资料，可以方便的从Micrel公司的FTP上（ftp://www.micrel.com）下载获得（文中所涉及到的芯片相关资料都从该FTP下载）。开发资料中包括了供KS8695X DEMO板运行的Linux操作系统的源代码和VxWorks系统的BSP源代码包，虽然KS8695X DEMO与我们进行改造的路由器的硬件配置不同，但只要做少许移植工作，便可以让以上程序支持我们的开发板，大大简化了我们的改造过程。IP0422路由器改造完成的电路板和电路板版本号如图1所示。以下将从硬件改造与软件DEMO移植两方面，详细阐述对IP0422的改造过程。
图1 改造完成电路板与电路板版本号
2 硬件改造
2.1 串口
串口对一个嵌入式系统是致关重要的，通过串口可以与嵌入式系统进行交互。我们首先进行系统的串口改造。如图2所示，电路板上原本就将串口以4星条针的形式引出，估计是为了以后方便维修而设置的。经过分析发现，为了抗干扰，电路板上将主芯片串口的RX管脚进行了上拉，因而在一般使用中主芯片不会接收到任何的输入信号。所以我们对串口的改造分为两步：1、去掉RX管脚上的上拉电阻；2、自己搭建一个串口电平转换电路，使串口可以与PC机通信。串口各管脚定义与要去掉的电阻如图2所示。
图2 串口电路
串口电平转换电路负责单片机串口与PC机串口间电平的转换工作，使两者可以正常通信。串口电平转换电路使用最多的是MAXIM公司的产品，在这里可以使用MAX3232或MAX232，两者连接的电路原理图是相同的。由于MAX3232是使用3.3V进行供电的，所以可以直接与上图所示的4个管脚进行连接。若使用MAX232芯片，则要将芯片的供电管脚与电路板上输入电源5V相联。我使用的是MAX232芯片，5V电源端的连接如图3所示。MAX232、MAX3232连接原理图如图4所示：
图3 MAX232 5V连接端
图4 MAX232、MAX3232连接原理图
由于以上接口电路比较简单，假如没有现成的串口电路板，可以直接购买面包板，在上面搭建，以后所说的接口电路也可用此方法构建，不再赘述。将相应的电路连接好后，与PC机的串口相连，打开串口工具DNW（超级终端也可以），设置波特率为38400，数据位为8，奇偶校验为无，停止位为1，硬件流控制为0（后面使用的串口设置只有波特率不同，其他设置都按此设置）。连接开发板的电源后，可以看到路由器启动时的提示信息，如图5所示，说明串口改造成功。
图5 IP0422启动串口输出
2.2 JTAG接口
JTAG接口是作为开发板必须具备的。我们可以通过JTAG接口对板上的程序进行简单的调试，同时，还可以通过JTAG，将程序下载到板上的SDRAM中，对板上的Flash进行擦写操作。
对JTAG的改造要比串口困难，因为电路板上并没有为我们引出该接口，我们只有自己想办法做一个引出接口。如图6所示，图示位置将电路板的绝缘层用小刀刮掉，露出里面的铜箔，将一个2x10的条形插针一面的9个脚焊在该铜箔上，形成接地，这与我们将要使用的wiggle简易JTAG接口是一致的，同时还可以起到固定整个插座的作用。条针的2脚与串口接口中的3.3V电源端相连，作为简易JTAG接口的电源脚。然后将芯片上的与JTAG相关的各个管脚引出。如图6所示，绿色线一端连条针的第5脚，一端连芯片TDI上拉电阻R27的一端；橙色线一端连条针的第7脚，一端连芯片TMS上接电阻R28的一端；蓝色线一端连条针的第9脚，一端连芯片TCK上拉电阻R29的一端；白线一端连条针的第13脚，一端直接与芯片的TDO（113脚）相连。其中白色线与芯片的TDO（113脚）相连端是焊接的难点，由于芯片管脚太密，直接焊接很容易照成相邻管脚间的短路，所以建议将该管脚翘起来（如图6所示），然后再焊接，操作时要十分小心。
图6 JTAG接口与相应连线
图7 简易JTAG接口原理图
接口构造完成后，可以使用wiggle的简易JTAG口与计算机的并口相连。Wiggle的电路原理图如图7所示。从http://twentyone.bokee.com/网站，下载H-JTAG软件，进行安装后，启动H-JTAG软件，应该可以检测到连接的芯片是ARM922T的内核。再使用H-JTAG配合AXD调试软件对芯片的存储区域，寄存器进行读写，如读写正常，说明接口改造成功。在使用AXD时，可能会出现这样的现象，先连接PC机并口与板上的JTAG口，再给路由板上电，然后启动AXD时可能会报错。解决的方法是先给路由板上电，然后再将JTAG口插到PC机的并口上，最后再启动AXD，可以解决以上问题。