迅为i.MX6ULL开发板原理图分析介绍

只看该作者 · 2020-6-8 16:51

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i.MX6ULL终结者手册下载链接
https://pan.baidu.com/s/171NHz6_sVMGIQ3g7GcCqOQ 提取码：n3og

i.MX6ULL开发板是北京迅为电子推出的一款Cortex-A7架构的开发板。采用核心板+底板的方式，底板尺寸190mm*125mm，核心板尺寸42*38mm。

1 核心板接口

I.MX6ULL 终结者开发板采用核心板+底板的方式，核心板与底板硬件连接形式上采用的是邮票孔的方式，相比起连接器的方式此种方式具有连接性稳定，抗震动等优点。底板上相应的原理图如下图所示：

从上图我们可以看到邮票孔的封装一共引出了 146 个引脚，其中 i.MX6ULL 引出了 120 个 IO，另外还有电源，GND。考虑到信号完成性的要求，连接器上引出了尽可能多的 GND。

1.3.2 启动方式原理部分

I.MX6ULL 支持很多种启动方式，我们可以通过设置与启动方式有关的 IO 状态来选择启动方式，具体的原理如下图所示：

从上图我们可以看到，启动方式的 IO 中大多数的 IO 都是通过电阻下拉了，只有 8 位 IO 可以通过一个 8 位的拨码开关来选择对应的状态。具体的启动方式设置我们整理成了下面表格（关于启动方式更详细的说明，大家可以参考下 5.1 章节）：

1.3.3 系统电源接口

I.MX6ULL 开发板的电源供电部分原理如下图所示：

从上图我们可以看到电源部分使用了一个 DCDC 的电源芯片 U24，外部输入电源首先从 JACK1 输入，经过防反接二极管 D7 到达电源开关（J1），当我们按下电源开关（J1）的时候，电源会到达电源芯片（U24）的输入端，最终经过电源芯片会输出 5V 的电源给系统供电。由于我们使用的电源芯片 U24 是个宽电压芯片，允许输入的电压是 5V~16V 直流电源，所以我们可以很方便的就能找到一个与之匹配的电源适配器来使用，采用宽压电源芯片的优点是如果错接了 12V 的电源，板子也不会因为输入电压过高，而导致器件损坏（默认我们提供 5V 的电源适配器）。

1.3.4 复位电路

i.MX6ULL 终结者开发板的复位原理如下图所示：

从上图我们可以看到开发板是低电平产生复位。i.MX6ULL 终结者开发板通过专用的复位芯片来实现系统的复位。因为我们真正做产品的时候，有可能我们产品工作在环境非常恶略的环境下，比如电磁干扰之类的，复位引脚有可能在受到干扰的情况下，会发生瞬间的复位信号，如果这个信号直接接到处理器的复位引脚，处理器收到这个复位信号可能就会执行复位了，可是实际上我们并没有要求系统复位。因此我们可以使用专门的复位芯片，它能够排除瞬间的干扰，又可以防止系统在启动和关闭期间的误操作，保证系统的稳定。所以我们的终结者开发板不仅仅是一款学习板，而且也可以拿来作为参考，设计真真正的产品。

1.3.5 纽扣电池电路

i.MX6ULL 终结者开发板的纽扣电池用来给 i.MX6ULL 的 SNVS 模块供电，保证在系统电源断电的情况下给SNVS 模块提供持续的电源，原理图如下图所示：

在上图中 VDD_COIN_3V 是连接到核心板的，最终给 i.MX6ULL 的 SNVS 模块供电，DCDC_3.3V 和纽扣电池（BAT1）同事给 VDD_COIN_3V 提供电源。DCDC_3.3V 是系统电源 5V 转换出来的，当系统电源断开以后，DCDC_3.3V 电源就会停止输出，此时纽扣电池会继续给 VDD_COIN_3V 提供持续的电源，最终使得i.MX6ULL的 SNVS 模块有 3V 的电源，从而使得 RTC 时钟模块继续运行（RTC 时钟买模块属于 SNVS 模块）。

1.3.6 CAN 接口电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了两路 CAN 接口，原理图如下图所示：

CAN1 原理图

CAN2 原理图

i.MX6ULL 处理器芯片内部集成了两路 CAN 控制器，我们在底板上通过两个 CAN 的协议转换芯片（TJA1040T）分别引出了两路标准的 CAN 接口（H,L），其中R1031 和 R1032 分别是两路 CAN 的终端匹配电阻。另外我们分别在两路 CAN 的数据线上加了 TVS 保护器件（D77，D78，D79，D80），使其能够达到抗静电的效果。

1.3.7 RS485/TTL 串口选择电路

I.MX6ULL 终结者开发板板载了一个 RS485 接口，该 485 接口和 UART3 是复用的，因此我们增加了一个 RS485和 UART3 的选择接口，原理图如下图所示：

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从上图我们可以看到这个选择接口是用一个 2x3 的排针引出的，通过跳线帽可以选择是使用 RS485，还是使用 TTL 串口功能。例如，我们使用 RS485 功能，可以把上图中的 1 和 3、2 和 4 分别通过跳线帽短接起来；如果我们使用 TTL 串口功能，我们需要把 3 和 5、4 和 6 分别通过跳线帽短接起来。

1.3.8 GPIO 接口电路

为了便于功能扩展，i.MX6ULL 终结者开发板通过一个 20pin 的排座，引出了一个 GPIO 扩展接口，原理如下图所示：

从上图可以看出该接口引出了两路 ADC，一路 SPI，一路 TTL 串口，一路 I2C。5 个 GPIO。通过这些接口我们可以很容易的扩展其他外设。

1.3.9 RS485 电路

I.MX6ULL 终结者开发板板载了一路 RS485 接口，原理图如下图所示：

从上图我们可以看到 RS485 实际上是串口通过一个 485 协议转换芯片（SP3485EN）转换出来的，由于SP3485EN 这个芯片是半双工的（收发不能同时进行），所以需要一个收发方向的控制引脚（SP3485EN 芯片的 2、3 引脚），一般这两个收发方向控制的引脚会连接到 CPU 处理器，软件除了要操作串口的收发，还需要控制这两个引脚的状态，这样会增加软件的工作量。为了减少软件的工作量，我们的原理设计使用的是自收发的控制，参照我们的原理设计，我们的软件只需要实现串口的收发功能就可以，而不用去考虑设置SP3485EN 的收发控制引脚的状态了。为了提高 485 接口的抗静电能力，我们在 485 的数据总线上加了 TVS静电保护（D55，D76）电路。

1.3.10 USB 转串口电路

I.MX6ULL 终结者开发板板载了一个 USB 串口，原理图如下图所示：

USB 转串口我们使用的是 CH340G 芯片，该芯片是由南京沁恒微电子研发生产的一款国产芯片。CH340G的工作电压支持 3.3V、5V，甚至是 3V，从上图可以看到我们给 CH340G 的电压是 5V，并且是 Mini USB 接口提供的 5V 电源，与开发板上的电源是独立的，只要我们接上 USB 线 CH340G 就会上电。USB 转串口最终通过一个 Mini USB 座子（J49）引出。

1.3.11 LED 电路

I.MX6ULL 终结者开发板板载了两个 LED 发光二极管，原理图如下图所示：

其中上面的 LED1 是系统电源指示灯。LED2 是用户 LED 灯，正极通过 510 欧的电阻连接到 3.3V 电源上，负极连接到 i.MX6ULL 的 GPIO_IO03 引脚上。

1.3.12 按键电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个输入按键，原理如下图所示：

按键 KEY0 作为普通那件输入，一端接在 GND 上，另一端连接在 i.MX6ULL 的 UART1_CTS 引脚上，并且通过一个 10K 的电阻上拉到 3.3V。默认情况下 UART1_CTS 的引脚是高电平状态，按下按键的时候，UART1_CTS引脚和 GND 直接连在一起，电平就会变成低。

1.3.13 蜂鸣器电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个有源蜂鸣器，原理如下图所示：

蜂鸣器有两种：有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。有源蜂鸣器内部自带了震荡电路，只需要接上电源，就会震荡发声；无源蜂鸣器需要外接一个定频（2~5KHz）的驱动信号，才会发声。为了电路设计简单，方便大家使用，我们使用的是有源蜂鸣器。蜂鸣器的开关通过控制三极管的通断来实现，我们使用 i.MX6ULL 的SNVS_TAMPER1 这个 IO 来控制三极管的通断。

1.3.14 TF 卡电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个 TF 卡接口，原理如下吐所示：

开发板采用标准的 TF 卡插座，采用 USDHC 驱动，SD1_DATA0、SD1_DATA1、SD1_DATA2、SD1_DATA3是 4 位数据总线，分别连接到 i.MX6ULL 的SD1_DATA0~SD1_DATA03 引脚上面。SD1_CMD 和 SD1_CLK 分别是 USDHC 的命令和时钟线，分别接到了 i.MX6ULL 的 SD1_CMD 和 SD1_CLK 引脚上了。SD1_CD 是 TF 卡的插拔检测引脚，通过该引脚状态可以检测是不是有 TF 卡连接。

1.3.15 EEPROM 电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个 EEPROM 存储芯片，原理如下图所示：

EEPROM 存储芯片我们使用的是 AT24C02 芯片，该芯片的容量是 2K bit，它与 i.MX6ULL 通过 I2C 总线进行通信。

1.3.16 音频电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个音频编解码芯片 WM8960，原理如下图所示：

WM8960 是一款低功耗、立体声编解码芯片，内部集成了 24 位高性能的 DAC/ADC，并且支持 3D 音效等功能。采用 D 类扬声器驱动器，为 8Ω负载提供每通道 1W 功率。集成完整的麦克风接口和立体声耳机驱动器。由于无需单独的麦克风、扬声器或耳机放大器，因此显著降低了外部元件的需求。高级片上数字信号处理功能为麦克风或线路输入执行自动电平控制。

图中的 WM8960 的 SPK+和 SPK-分别通过两组排针引出，方便用户连接 8Ω 1W 的喇叭。J16（Mic In）是通过 3.5mm 的耳机接口实现立体声录音。J17（SPEAKER）是 3.5mm 的耳机接口，用来实现音频的输出。

WM8960 芯片与 i.MX6ULL 通过 SAI 接口连接，图中的 SAI2_MCLK、SAI2_BCLK、SAI2_SYNC、SAI2_TXD、

SAI2_RXD 分别接在 i.MX6ULL 的 JTAG_TMS、JTAG_TDI、JTAG_TDO、JTAG_TRST、JTAG_TCK 引脚上。

WM8960 还通过 I2C 连接到 i.MX6ULL 的 I2C2 总线上了，在使用 WM8960 之前，我们需要通过这个 I2C 接口对他进行配置。

1.3.17 RGB 屏幕电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一路 RGB 屏幕接口，如下图所示：

上图中 CN1 是 RGB 的屏幕接口，通过一个 40pin 的 FPC 座子引出，同时也支持触摸屏。该接口仅支持 RGB 接口的屏幕，目前迅为电子的 RGB 接口屏幕有 4.3 寸（480*272），5 寸（800*600），7 寸（1024*600）。

上图中的 BLT_PWM 是控制屏幕背光的引脚，他连接到了 i.MX6ULL 的 GPIO1_IO08 引脚。SNVS_TAMPER9 是控制触摸芯片复位的，它连接到了 i.MX6ULL 的SNVS_TAMPER9 引脚上面。GPIO_9 是触摸的中断引脚，它连接到了 i.MX6ULL 的 GPIO1_IO09 引脚上面。I2C2_SDA 和 I2C2_SCL 是用于和触摸芯片通信的，他们分别连到了 i.MX6ULL 的 UART5_RX_DATA 和 UART5_TX_DATA 的引脚上面。

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1.3.18 LVDS 屏幕接口

I.MX6ULL 开发板板载了两种不同接口形式的 LVDS 接口，原理如下图所示：

从上图我们可以看到 LVDS 接口是 RGB 信号通过芯片 GM8285C（U13）转换出来的，GM8285C 最大支持将28 位并行数据转换为 4 对串行 LVDS 差分信号，同时并行输出 1 路 LVDS 差分时钟信号。I/O 电压支持1.8V/3.3V。

在上图我们看到有两种 LVDS 屏幕接口：J18（30pin 的 FPC 座子）和 CON3（HDMI 座子）。这两个接口实际上是一路 LVDS 信号，只是对外引出的方式不一样，因为迅为电子的 LVDS 屏幕有两种接口（30pin FPC座子和 HDMI 接口），所以为了适配迅为电子屏幕的接口，i.MX6ULL 终结者底板引出了这两种接口。（大家一定要注意下：CON3（HDMI 座子）只能用来连接迅为电子的 LCD 屏幕，不能用来连接电脑显示器！！！）。

1.3.19 USB OTG 电路

I.MX6ULL 终结者开发板板载了一路 USB OTG 接口，原理如下图所示：

上图中 USB OTG 接口的 USB_OTG1_DN 和 USB_OTG1_DP 分别接到了 i.MX6ULL 的 USB_OTG1_DN 和USB_OTG1_DP 引脚上了。USB OTG 接口通过一个Mini USB 座子引出，我们可以通过此接口给开发板烧写镜像。

1.3.20 USB HOST 接口

i.MX6ULL 终结者开发板提供两路 USB HOST 接口，原理如下图所示：

从图中我们可以看到两路 USB HOST 是 i.MX6ULL 的 USB OTG2 接口（USB_OTG2_DP，USB_OTG2_DN）通过一个芯片 FE1.1S（U15）扩展出的。FE1.1S 是一款高性能，低功耗的 USB HUB 芯片，他支持 USB2.0 协议，可以把一路 USB HOST，能扩展出 4 路 USB HOST 接口。

上图中的 J20 和 J21 是 FE1.1 扩展出的其中两路 USB HOST，通过这两个 USB 接口我们可以链接 USB Device （例如：U 盘，鼠标，键盘等等）。

1.3.21 CSI 摄像头接口电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一路 CSI 的摄像头接口，原理如下图所示：

图中的 J22 接口可以用来连接迅为电子的 500w 摄像头模块。其中的 CSI_MCLK、CSI_PIXCLK、CSI_HSYNC、CSI_VSYNC、CSI_DATA0、CSI_DATA1、CSI_DATA2、CSI_DATA3、CSI_DATA4、CSI_DATA5、CSI_DATA6、CSI_DATA7这些信号连接到 i.MX6ULL 摄像头模块相应的引脚上。

图中的 I2C2_SDA 和 I2C2_SCL 连接到 i.MX6ULL 的 I2C2 总线上，摄像头模块需要 i.MX6ULL 通过 I2C 初始化配置以后才能正常工作。GPIO_2控制摄像头模块的复位，它连接到i.MX6ULL的GPIO1_IO02引脚上。GPIO_4控制摄像头模块的开关使能，它连接到 i.MX6ULL 的 GPIO1_IO04 引脚上。

1.3.22 WIFI/蓝牙电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个 WIFI/蓝牙二合一的模块，原理如下图所示：

我们使用的 WIFI/蓝牙二合一模块型号是 RTL8723，这个模块的电路非常简单，使用 3.3V 电源，与i.MX6ULL 通过 USB 总线传输数据，对外引出了 ipex 的天线接口（U58）。

1.3.23 PCIE 4G 模块电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个 Mini PCIE 的 4G 模块接口，原理如下图所示：

上图中 U25 是 Mini PCIE 座子，可以用来连接 Mini PCIE 的 4G 模块，比如移远的 EC20 模块，**兴的ME3630 模块。虽然我们使用的是 Mini PCIE 接口，实际上传输数据用到的是 USB 接口（使用的 FE1.1S 扩展出来的一路 USB 接口）。上图中的 CON5 是 SIM 卡插座，使用 4G 模块联网，我们必须要插入 SIM 卡。

1.3.24 六轴传感器电路

i..MX6ULL 终结者开发板板载了一个 6 轴重力加速度计，原理如下图所示：

从上图我们可以看到 6 轴重力加速度计芯片是 MPU6050（U36），该芯片内部集成了：三轴加速度传感器和三轴陀螺仪。我们使用 I2C 来访问它。

I2C1_SCL 和 I2C1_SDA 分别连接到 i.MX6ULL 的 UART4_TX_DATA、 UART4_RX_DATA 这两个 IO 上面了。

1.3.25 光环境传感器电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个光环境传感器，如下图所示：

上图中的 U37 是光环境传感器 AP3216C，该芯片可以感应周围光线的强弱，接近距离和红外强度，使用的是 I2C 的接口，I2C1_SCL 和 I2C1_SDA 分别连接到i.MX6ULL 的 UART4_TX_DATA、UART4_RX_DATA 这两个 IO 上面了，GPIO_1 是 AP3216C 的中断输出引脚，连接在 i.MX6ULL 的 GPIO1_IO01 上面了。

1.3.26 温湿度传感器电路

I.MX6ULL 终结者开发板板载了温湿度传感器接口，原理如下图所示：

从上体可以看到该接口可以兼容 DHT11（温湿度采集模块）和 DS18B20（温度采集模块）。该接口的电路比较简单，3.3V 电源供电，一个数据引脚直接连到 i.MX6ULL 的 SNVS_TAMPER2 引脚上了。

1.3.27 ADC 电位器电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个电位器，原理如下图所示：

从上图可以看到电位器（R1036）的原理很简单，使用 3.3V 供电，输出引脚通过 GPIO_5 链接到 i.MX6ULL的 GPIO1_IO05 引脚上了。GPIO1_IO05 可以复用成ADC 功能，这样就能够实现电位器的电压采集了，我们调节电位器上的旋钮，ADC 采集到的电压会在 0~3.3V 范围内变化。

1.3.28 红外接收电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一个红外接收模块，原理如下图所示：

从上图可以看到红外接收模块（U38）使用的是 HS0038B 模块，该模块的原理很简单，使用 3.3V 供电，数据输出引脚 UART2_RXD 连接到 i.MX6ULL 的UART2_RX_DATA 引脚上面了。

1.3.29 HDMI 接口电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了一路 HDMI 接口，原理如下图所示：

I.MX6ULL 处理器本身是不支持 HDMI 接口的，从上图我们可以看到 HDMI 接口是 RGB 接口通过 Sil9022A （U43）转换出来的。Sil9022A 可以将 24 位的 RGB 数据转换成标准的 HDMI 信号，i.MX6ULL 的 RGB 模块相关的引脚与该芯片直接相连。另外该还需要通过 I2C（I2C2_SCL、I2C2_SDA）与 i.MX6ULL 进行连接，因为在使用之前，需要通过 I2C 对该芯片进行配置。CON22 是标准的 HDMI 接口，我们可以通过 HDMI 线，连接显示器到该接口。

1.3.30 以太网电路

i.MX6ULL 终结者开发板板载了两路以太网接口，分别是 ETHERNET1 和 ETHERNET2，其中 ETHERNET1 的原理如下图所示：

ETHERNET1 的原理如下图所示：

I.MX6ULL 内部集成了两个 MAC 控制器，每个 MAC 外接一个 PHY 芯片，就可以实现网络通信功能。我们使用的是 KSZ8081RNB 这个 PHY 芯片，该芯片一端与i.MX6ULL 通过 RGMI 接口连接，另一端连接到带网络变压器的 RJ45 接口，组成一个 10M/100M 自协商的网卡。

ETNERNET1 和 ETHERNET2 通过 MDIO 接口与 i.MX6ULL 连接在一起，通过 MDIO 接口 i.MX6ULL 可以读写 PHY 芯片的寄存器，从而可以对 PHY 芯片进行配置。MDIO 接口由两根线组成 ENET_MDIO 和 ENET_MDC。这两根线分别连接到了 i.MX6ULL 的 GPIO1_IO06 和 GPIO1_IO07 引脚上面了。另外ETHERNET1 和 ETHERNET2 分别有一个复位引脚，这两个复位引脚是 SNVS_TAMPER7 和 SNVS_TAMPER8，这两个引脚连接到 i.MX6ULL 的SNVS_TAMPER7 和 SNVS_TAMPER8 引脚上了。

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