嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)樊衛(wèi)華MSN:feather_nj@Email:weihuafan_nlg@feather_135@126.com南京理工大學(xué)自動(dòng)化系主要內(nèi)容課程簡介SBC－2410X開發(fā)板的介紹嵌入式系統(tǒng)的概述嵌入式系統(tǒng)的硬件嵌入式系統(tǒng)的軟件嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)自主性開放式實(shí)驗(yàn)?zāi)暇├砉ご髮W(xué)自動(dòng)化系課程簡介課程的時(shí)間安排：課堂教學(xué)（≤1學(xué)分）；自主性開放式實(shí)驗(yàn)（≥1學(xué)分）；課程目的：了解嵌入式系統(tǒng)的基本概念了解嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)經(jīng)歷一次真正的研發(fā)過程培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神南京理工大學(xué)自動(dòng)化系自主性開放式實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)對象：SBC－2410X開發(fā)板實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：根據(jù)開發(fā)板所提供的資源，自行擬制實(shí)驗(yàn)方式：分組、合作截至?xí)r間：現(xiàn)在－6月30日南京理工大學(xué)自動(dòng)化系檢查方式及內(nèi)容方案論證與可行性分析（報(bào)告及文檔）；軟件設(shè)計(jì)文檔及源程序；實(shí)驗(yàn)演示；結(jié)題報(bào)告；總結(jié)報(bào)告（個(gè)人承擔(dān)的工作，工作中遇到了什么問題，如何解決，個(gè)人工作的自我評估，對本課程教學(xué)的建議）。前4項(xiàng)每個(gè)小組遞交一份，須注明每人承擔(dān)的工作。第5項(xiàng)每人遞交一份。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系評分標(biāo)準(zhǔn)（初稿）首先根據(jù)每個(gè)組的項(xiàng)目完成情況進(jìn)行評分；組長對組員的工作進(jìn)行評價(jià)，給出建議分?jǐn)?shù)；按照每個(gè)人的工作總結(jié)進(jìn)行評分；上述三項(xiàng)結(jié)合后就是每個(gè)人的總成績。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系SBC－2410X開發(fā)板介紹南京理工大學(xué)自動(dòng)化系SBC－2410X開發(fā)板的介紹（1）SBC-2410X基于三星公司的ARM處理器S3C2410X，采用6層板設(shè)計(jì)。內(nèi)部集成ARM920T核，帶有全性能的MMU(內(nèi)存處理單元)，適用于設(shè)計(jì)移動(dòng)手持設(shè)備類產(chǎn)品，具有高性能、低功耗、接口豐富和體積小等優(yōu)良特性。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系SBC－2410X開發(fā)板的介紹（2）板上集成了64MSDRAM、64MNandFlash、1MBootFlash、RJ-45網(wǎng)卡、音頻輸入與輸出、USBHost、USBslave、標(biāo)準(zhǔn)串口、SD卡插座、用戶按鍵和一些用戶燈等設(shè)備接口，并且使用2.0mm插針槽引出CPU的大部分信號(hào)引腳。在軟件上，可使用嵌入式Arm-Linux和WinCE操作系統(tǒng)。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系SBC－2410X的標(biāo)準(zhǔn)硬件特性序號(hào)名稱描述1CPUSamsungS3C2410X，200MHz主頻，最高266Mhz 2ROM1MBAMDFlashROM64MSamsungNandFlashROM3RAM32Mx2SDRAM4LAN一個(gè)10MEthernet，RJ-45接口5Serial1個(gè)DB9標(biāo)準(zhǔn)串口6USB1個(gè)USB1.1HostA型接口1個(gè)USB1.1HostB型接口7Audio一個(gè)音頻接口，一個(gè)音頻輸入口南京理工大學(xué)自動(dòng)化系SBC－2410X的標(biāo)準(zhǔn)硬件特性（1）序號(hào)名稱描述8RTC 外接32.768KHz的晶振，帶有備份電池，可保持時(shí)鐘9JTAG20針標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口，主要用來下載，bootloader10SDCardSDCard插座11LED4個(gè)可編程用戶LED(帶驅(qū)動(dòng)程序)12Keypad4個(gè)可編程用戶按鍵(帶有驅(qū)動(dòng)程序)13Switch一個(gè)電源開關(guān)南京理工大學(xué)自動(dòng)化系SBC－2410X的標(biāo)準(zhǔn)硬件特性（3）序號(hào)名稱描述14Reset一個(gè)復(fù)位按鍵15POWER一個(gè)開關(guān)電源+5V供電16FixedHole6個(gè)定位孔(內(nèi)徑3mm，外徑5mm)17Boardsize120(L)x90(W)mm南京理工大學(xué)自動(dòng)化系SBC-2410X專有接口特性序號(hào)名稱描述1COM1-314針2.0mm間距接口直接引出CPU內(nèi)部三串口2KEYBOARD10針2.0mm間距接口引出I/O鍵盤3CON-LCDLCD/STN液晶屏接口(50針2.0mm間距)，可以接各種單色,偽彩,真彩液晶屏，含有觸摸屏接口4CON-GPIOGPIO等接口(36針2.0mm間距)，含有10個(gè)中斷引腳，6路AD輸入，1個(gè)SPI接口，I2C接口，2個(gè)時(shí)鐘輸出，2個(gè)GPIO口南京理工大學(xué)自動(dòng)化系SBC-2410X專有接口特性（1）序號(hào)名稱描述5BUSCON總線接口(44針地址數(shù)據(jù)線,14針控制線),帶有16位數(shù)據(jù)線,25位地址線等信號(hào)南京理工大學(xué)自動(dòng)化系SBC-2410X接口介紹可以擴(kuò)展三個(gè)COM（串口）南京理工大學(xué)自動(dòng)化系

USBHOST使用PC上常見A型口，USBDEVICE使用B型口。

2個(gè)USB接口，一個(gè)作為Host(可配置為Slave模式)，一個(gè)是Slave。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系

SBC-2410X使用+5V直流電源供電，并在電源插座的旁邊標(biāo)明了插座的極性，使用電源開關(guān)S600可以控制板上電源系統(tǒng)的通斷。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系

BUSCTRL接口主要為系統(tǒng)總線控制信號(hào)，BUSCON主要為地址數(shù)據(jù)線等。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系

4個(gè)IO方式的用戶可編程按鍵，同時(shí)把這些IO口引出到一個(gè)插座上。序號(hào)定義序號(hào)定義1VDD33V2VDD33V3EINT74EINT15NC6EINT27NC8EINT39GND10GND南京理工大學(xué)自動(dòng)化系4個(gè)IO方式的用戶可編程LED燈(綠色）。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系

SBC-2410X引出了剩余資源的引腳供用戶擴(kuò)展之用。CON-GPIO包含10路中斷，6路A/D輸入，1組SPI接口等。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系嵌入式系統(tǒng)的概述嵌入式系統(tǒng)的基本概念嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展南京理工大學(xué)自動(dòng)化系嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用各種使用嵌入式技術(shù)的電子產(chǎn)品，如：MP3、PDA、手機(jī)、智能玩具，網(wǎng)絡(luò)家電、智能家電、車載電子設(shè)備等；南京理工大學(xué)自動(dòng)化系南京理工大學(xué)自動(dòng)化系工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域中大量嵌入式技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)控制、數(shù)控機(jī)床、智能工具、工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等各個(gè)行業(yè)，正在逐漸改變著傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)方式。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系消費(fèi)類電子—智能玩具、手持通訊的核心南京理工大學(xué)自動(dòng)化系智能玩具與機(jī)器人南京理工大學(xué)自動(dòng)化系嵌入式Internet應(yīng)用南京理工大學(xué)自動(dòng)化系軍事國防領(lǐng)域南京理工大學(xué)自動(dòng)化系航天領(lǐng)域南京理工大學(xué)自動(dòng)化系嵌入式系統(tǒng)無所不在嵌入式的應(yīng)用更是涉及金融、航天、電信、網(wǎng)絡(luò)、信息家電、醫(yī)療、工業(yè)控制、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，以致一些學(xué)者斷言嵌入式技術(shù)將成為后PC時(shí)代的主宰。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系什么是嵌入式系統(tǒng)根據(jù)IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義： 嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”（原文為devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。就是嵌入到對象體中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系一般定義嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，除處理器外還包括必要的外設(shè)，比如接口設(shè)備、甚至與其相關(guān)的機(jī)電設(shè)備等。一個(gè)嵌入式系統(tǒng)就是一個(gè)具有特定功能或用途的計(jì)算機(jī)軟硬件集合體。即以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)核小：嵌入式系統(tǒng)一般應(yīng)用于小型電子裝置，系統(tǒng)資源有限，因此內(nèi)核較傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多；專用性強(qiáng)：軟、硬件按對象要求裁剪，兩者結(jié)合緊密；軟件的編譯下載與系統(tǒng)相結(jié)合，“通用”、“升級”的概念一般不適用；系統(tǒng)精簡：沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的區(qū)分南京理工大學(xué)自動(dòng)化系嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境用戶對其中程序功能進(jìn)行修改必須一套開發(fā)工具和環(huán)境；開發(fā)工具一般基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種輔助儀器；主機(jī)：用于程序的開發(fā)；目標(biāo)機(jī)：最后的執(zhí)行機(jī)；開發(fā)是交替式的。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系嵌入式系統(tǒng)的分類按表現(xiàn)形式分（硬件范疇）：芯片級嵌入（含程序或算法的處理器）模塊級嵌入（系統(tǒng)中的某個(gè)核心模塊）系統(tǒng)級嵌入按實(shí)時(shí)性要求分（軟件范疇）：非實(shí)時(shí)系統(tǒng)（PDA）軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)（消費(fèi)類產(chǎn)品）硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（工業(yè)和軍工系統(tǒng)）南京理工大學(xué)自動(dòng)化系嵌入式處理器的分類嵌入式微處理器（EMPU）微控制器（MCU）數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）片上系統(tǒng)（SOC）南京理工大學(xué)自動(dòng)化系EmbeddedMicroprocessorUnit來自于通用處理器（MCU），核心只保留了與嵌入式應(yīng)用有關(guān)的功能，并在功耗、功能配置、封裝形式、可靠性等方面進(jìn)行改進(jìn)；優(yōu)點(diǎn)：體積小、功耗低、成本低、可靠性高；缺點(diǎn)：片內(nèi)周片電路不足，必須配備ROM，RAM，總線接口，各種外設(shè)接口等；代表：AM186/88、386EX、PowerPC、ARM系列南京理工大學(xué)自動(dòng)化系MicroControllerUnit又稱單片機(jī)，即將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要硬件集成到一塊芯片中。一般以某一種微處理器的CPU為核心，芯片內(nèi)集成了ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)接口，也可集成A/D、D/A轉(zhuǎn)換接口。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系特點(diǎn)：單片化、體積小、功耗和成本低、可靠性高；缺點(diǎn)：MCU微控制器，總線寬度一般為4位、8位或16位，處理速度有限，一般在幾個(gè)MIPS，進(jìn)行一些復(fù)雜的應(yīng)用很困難，運(yùn)行操作系統(tǒng)就更難。代表：MCS51、MCS96、S1C33、MSP430等。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系DigitalSignalProcessorDSP處理器是專門用于信號(hào)處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，在數(shù)字濾波、FFT、頻譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。特點(diǎn)：在信號(hào)處理方面有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢；缺點(diǎn)：DSP是運(yùn)算密集處理器，一般用在快速執(zhí)行算法，做控制比較困難。為了追求高執(zhí)行效率，不適合運(yùn)行操作系統(tǒng)，核心代碼使用匯編。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系發(fā)展方向：DSP處理器經(jīng)過單片化、EMC改造、增加片上外設(shè)而成嵌入式DSP處理器；在通用單片機(jī)或SOC中增加DSP協(xié)處理器；代表：TMS320系列。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系SystemOnChip一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)；SOC可分為通用和專用兩類；通用：TriCore、M-core、某些ARM；專用：SmartXA（Philips）。SOC（片上系統(tǒng)）的優(yōu)勢：可通過改變內(nèi)部工作電壓，降低芯片功耗；減少了芯片的外管腳數(shù)，簡化了制造過程；減少了外圍驅(qū)動(dòng)接口單元及電路板之間的信號(hào)傳遞，加快了微處理器的數(shù)據(jù)處理速度；增強(qiáng)了抗干擾能力。南京理工大學(xué)自動(dòng)化系典型的嵌入式微處理器（EMPU）ARM/StrongARMARM（advancedRISCMachines）是16/32位RISC微處理器；ARM公司通過轉(zhuǎn)讓RISC微處理器、外圍和系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與合作伙伴共贏；ARM公司已成為移動(dòng)通信、手持設(shè)備、多媒體數(shù)字消費(fèi)嵌入式解決方案的RISC標(biāo)準(zhǔn)ARM處理器的特點(diǎn)：體積小、功耗低、成本低、性能高；16/32位雙指令集；南京理工大學(xué)自動(dòng)化系南京理工大學(xué)自動(dòng)化系南京理工大學(xué)自動(dòng)化系2.PowerPCPowerPC既有通用的處理器（IBM的一些服務(wù)器，Apple的PC），又有嵌入式控制器和內(nèi)核，應(yīng)用的范圍非常廣泛。原因：PowerPC構(gòu)架的可伸縮性好。典型產(chǎn)品：IBM的PowerPC405GP（EMPU）Mo