北航《嵌入式系統(tǒng)》課件-第二章

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1、2C H A P T E R 嵌 入 式 硬 件 基 礎(chǔ) 本 節(jié) 提 要嵌入式系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境嵌入式系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)流程芯片封裝知識(shí)簡(jiǎn)介 嵌 入 式 系 統(tǒng) 硬 件 部 分嵌 入 式 系 統(tǒng) 軟 件 部 分 如 人 的 大 腦 ， 決 定 了 硬 件 的 操 作 模式 。 通 過(guò) 良 好 的 操 作 系 統(tǒng) 以 及 應(yīng) 用程 序 ， 把 硬 件 功 能 發(fā) 揮 到 極 至 。如 人 的 手 、 腳 、 神 經(jīng) 等 部 位 ， 決 定了 嵌 入 式 系 統(tǒng) 的 先 天 功 能 。 如 運(yùn) 算能 力 和 I/O接 口 等 。 n RISC和 CISCn 馮 諾 依 曼 體 系 結(jié) 構(gòu) 和

2、 哈 佛 體 系 結(jié) 構(gòu)n 流 水 線n 嵌 入 式 微 處 理 器 體 系 結(jié) 果n 總 線n 高 速 輸 入 輸 出 接 口n 輸 入 輸 出 設(shè) 備n 存 儲(chǔ) 器 嵌 入 式 系 統(tǒng) 硬 件 基 礎(chǔ) CISC和 RISCCISC： 復(fù) 雜 指 令 集 （ Complex Instruction Set Computer）具 有 大 量 的 指 令 和 尋 址 方 式 ， 指 令 長(zhǎng) 度 可 變8/2原 則 ： 80%的 程 序 只 使 用 20%的 指 令大 多 數(shù) 程 序 只 使 用 少 量 的 指 令 就 能 夠 運(yùn) 行 。RISC： 精 簡(jiǎn) 指 令 集 （ Reduced Inst

3、ruction Set Computer)只 包 含 最 有 用 的 指 令 ， 指 令 長(zhǎng) 度 固 定確 保 數(shù) 據(jù) 通 道 快 速 執(zhí) 行 每 一 條 指 令使 CPU硬 件 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 變 得 更 為 簡(jiǎn) 單 CISC與 RISC的 數(shù) 據(jù) 通 道IF ID REG ALU MEM開(kāi) 始 退 出IF ID ALU MEM REG微 操 作 通 道開(kāi) 始 退 出單 通 數(shù) 據(jù) 通 道RISC： Load/Store結(jié) 構(gòu)CISC： 尋 址 方 式 復(fù) 雜 CISC的 背 景 和 特 點(diǎn) n 背 景 : 存 儲(chǔ) 資 源 緊 缺 , 強(qiáng) 調(diào) 編 譯 優(yōu) 化n 增 強(qiáng) 指 令 功 能 ， 設(shè)

4、 置 一 些 功 能 復(fù) 雜 的 指 令 ，把 一 些 原 來(lái) 由 軟 件 實(shí) 現(xiàn) 的 、 常 用 的 功 能 改 用硬 件 的 （ 微 程 序 ） 指 令 系 統(tǒng) 來(lái) 實(shí) 現(xiàn)n 為 節(jié) 省 存 儲(chǔ) 空 間 ， 強(qiáng) 調(diào) 高 代 碼 密 度 ， 指 令 格式 不 固 定 ， 指 令 可 長(zhǎng) 可 短 ， 操 作 數(shù) 可 多 可 少n 尋 址 方 式 復(fù) 雜 多 樣 ， 操 作 數(shù) 可 來(lái) 自 寄 存 器 ，也 可 來(lái) 自 存 儲(chǔ) 器 n 采 用 微 程 序 控 制 ， 執(zhí) 行 每 條 指 令 均 需 完 成 一個(gè) 微 指 令 序 列n CPI ， 指 令 越 復(fù) 雜 ， CPI越 大 。 CISC

5、的 主 要 缺 點(diǎn)n 指 令 使 用 頻 度 不 均 衡 。n 高 頻 度 使 用 的 指 令 占 據(jù) 了 絕 大 部 分 的 執(zhí) 行 時(shí) 間 ， 擴(kuò) 充 的復(fù) 雜 指 令 往 往 是 低 頻 度 指 令 。n 大 量 復(fù) 雜 指 令 的 控 制 邏 輯 不 規(guī) 整 ， 不 適 于 VLSI工 藝n VLSI的 出 現(xiàn) ， 使 單 芯 片 處 理 機(jī) 希 望 采 用 規(guī) 整 的 硬 聯(lián) 邏 輯實(shí) 現(xiàn) ， 而 不 希 望 用 微 程 序 ， 因 為 微 程 序 的 使 用 反 而 制 約了 速 度 提 高 。 (微 碼 的 存 控 速 度 比 CPU慢 5-10倍 )。n 軟 硬 功 能 分 配

6、 n 復(fù) 雜 指 令 增 加 硬 件 的 復(fù) 雜 度 ， 使 指 令 執(zhí) 行 周 期 大 大 加 長(zhǎng) ，直 接 訪 存 次 數(shù) 增 多 ， 數(shù) 據(jù) 重 復(fù) 利 用 率 低 。n 不 利 于 先 進(jìn) 指 令 級(jí) 并 行 技 術(shù) 的 采 用n 流 水 線 技 術(shù) RISC基 本 設(shè) 計(jì) 思 想n 減 小 CPI: CPUtime=Instr_Count * CPI * Clock_cyclen 精 簡(jiǎn) 指 令 集 ： 保 留 最 基 本 的 ,去 掉 復(fù) 雜 、 使 用 頻度 不 高 的 指 令n 采 用 Load/Store結(jié) 構(gòu) ， 有 助 于 減 少 指 令 格 式 ， 統(tǒng)一 存 儲(chǔ) 器 訪

7、 問(wèn) 方 式 n 采 用 硬 接 線 控 制 代 替 微 程 序 控 制 RISC:減 少 指 令 平 均 執(zhí) 行 周 期 數(shù)n CPUtime= Instr_Count *CPI * Clock_cyclen ICRISC IC CISC, 30%-40%n CCRISC CCCISCn CPIRISC CPICISC ， 20%n 超 標(biāo) 量 、 超 流 水 線 、 VLIW等 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) ， 目標(biāo) 在 于 減 小 CPI， 可 使 CPI1 RISC的 提 出 與 發(fā) 展n Load/Store結(jié) 構(gòu) 提 出 ： CDC6600(1963)-CRAY1(1976)n RISC思 想

8、最 早 在 IBM公 司 提 出 ， 但 不 叫 RISC，IBM801處 理 器 是 公 認(rèn) 體 現(xiàn) RISC思 想 的 機(jī) 器 。n 1980年 ， Berkeley的 Patterson和 Dizel提 出 RISC名 詞 ，并 研 制 了 RISC-,實(shí) 驗(yàn) 樣 機(jī) 。n 1981年 Stenford的 Hennessy研 制 MIPS芯 片 。 n 85年 后 推 出 商 品 化 RISC: MIPS1(1986)和 SPARC V1(1987) 典 型 的 高 性 能 RISC處 理 器n SUN公 司 的 SPARC(1987)n MIPS公 司 的 SGI:MIPS(1986)

9、n HP公 司 的 PA-RISC,n IBM, Motorola公 司 的 PowerPCn DEC、 Compac公 司 的 Alpha AXP n IBM的 RS6000(1990)第 一 臺(tái) Superscalar RISC機(jī) CISC與 RISC的 對(duì) 比類 別 CISC RISC指 令 系 統(tǒng) 指 令 數(shù) 量 很 多 較 少 ， 通 常 少 于 100執(zhí) 行 時(shí) 間 有 些 指 令 執(zhí) 行 時(shí) 間 很 長(zhǎng) ， 如整 塊 的 存 儲(chǔ) 器 內(nèi) 容 拷 貝 ； 或?qū)?多 個(gè) 寄 存 器 的 內(nèi) 容 拷 貝 到存 貯 器 沒(méi) 有 較 長(zhǎng) 執(zhí) 行 時(shí) 間 的 指 令編 碼 長(zhǎng) 度 編 碼 長(zhǎng)

10、 度 可 變 ， 1-15字 節(jié) 編 碼 長(zhǎng) 度 固 定 ， 通 常 為 4個(gè) 字 節(jié)尋 址 方 式 尋 址 方 式 多 樣 簡(jiǎn) 單 尋 址操 作 可 以 對(duì) 存 儲(chǔ) 器 和 寄 存 器 進(jìn) 行算 術(shù) 和 邏 輯 操 作 只 能 對(duì) 寄 存 器 對(duì) 行 算 術(shù) 和 邏 輯操 作 ， Load/Store體 系 結(jié) 構(gòu) 編 譯 難 以 用 優(yōu) 化 編 譯 器 生 成 高 效的 目 標(biāo) 代 碼 程 序 采 用 優(yōu) 化 編 譯 技 術(shù) ， 生 成 高 效的 目 標(biāo) 代 碼 程 序 馮 諾 依 曼 體 系 結(jié) 構(gòu) 馮 諾 依 曼 體 系 結(jié) 構(gòu)指 令 寄 存 器控 制 器數(shù) 據(jù) 通 道 輸 入 輸 出

11、中 央 處 理 器 存 儲(chǔ) 器程 序指 令 0指 令 1指 令 2指 令 3指 令 4數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 0數(shù) 據(jù) 1數(shù) 據(jù) 2 哈 佛 體 系 結(jié) 構(gòu)指 令 寄 存 器控 制 器數(shù) 據(jù) 通 道 輸 入 輸 出CPU 程 序 存 儲(chǔ) 器指 令 0指 令 1指 令 2數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器數(shù) 據(jù) 0數(shù) 據(jù) 1數(shù) 據(jù) 2地 址指 令地 址數(shù) 據(jù) 流 水 線 技 術(shù)流 水 線 (Pipeline)技 術(shù) ： 幾 個(gè) 指 令 可 以 并 行 執(zhí) 行 提 高 了 CPU的 運(yùn) 行 效 率 內(nèi) 部 信 息 流 要 求 通 暢 流 動(dòng)譯 碼取 指 執(zhí) 行 add 譯 碼取 指 執(zhí) 行 sub譯 碼取 指 執(zhí) 行 cm

12、p時(shí) 間AddSubCmp 指 令 流 水 線 以 ARM為 例n 為 增 加 處 理 器 指 令 流 的 速 度 ， ARM7 系 列 使 用 3級(jí) 流 水 線 .n 允 許 多 個(gè) 操 作 同 時(shí) 處 理 ， 比 逐 條 指 令 執(zhí) 行 要 快 。 n PC指 向 正 被 取 指 的 指 令 ， 而 非 正 在 執(zhí) 行 的 指 令FetchDecodeExecute 從 存 儲(chǔ) 器 中 讀 取 指 令解 碼 指 令寄 存 器 讀 （ 從 寄 存 器 Bank）移 位 及 ALU操 作寄 存 器 寫 （ 到 寄 存 器 Bank ）PC PCPC - 4 PC-2PC - 8 PC - 4A

13、RM Thumb 最 佳 流 水 線 n 該 例 中 用 6個(gè) 時(shí) 鐘 周 期 執(zhí) 行 了 6條 指 令n 所 有 的 操 作 都 在 寄 存 器 中 （ 單 周 期 執(zhí) 行 ）n 指 令 周 期 數(shù) (CPI) = 1 操 作周 期 1 2 3 4 5 6 ADD SUB MOV AND ORR EOR CMP RSB Fetch Decode ExecuteFetch Decode ExecuteFetch Decode ExecuteFetch Decode ExecuteFetch Decode ExecuteDecode ExecuteFetch DecodeFetchFetch L

14、DR 流 水 線 舉 例 n 該 例 中 ， 用 6周 期 執(zhí) 行 了 4條 指 令n 指 令 周 期 數(shù) (CPI) = 1.5 周 期 操 作 1 2 3 4 5 6 ADD SUB LDR MOV AND ORR Fetch Decode ExecuteFetch Decode ExecuteFetch Decode Execute Data WritebackFetch Decode ExecuteFetch DecodeFetch 分 支 流 水 線 舉 例 n 流 水 線 被 阻 斷n 注 意 :內(nèi) 核 運(yùn) 行 在 ARM狀 態(tài)周 期 1 2 3 4 5 0 x8000 BL 0

15、x8004 X0 x8008 XX0 x8FEC ADD0 x8FF0 SUB0 x8FF4 MOV地 址 操 作 Fetch Decode ExecuteFetch Decode ExecuteFetch DecodeFetchFetch Decode Execute Linkret AdjustFetch DecodeFetch 超 標(biāo) 量 執(zhí) 行超 標(biāo) 量 (Superscalar)執(zhí) 行 ： 超 標(biāo) 量 CPU采 用 多 條 流 水 線 結(jié) 構(gòu) 執(zhí) 行 1取 指 指 令譯 碼 2譯 碼 1執(zhí) 行 2 執(zhí) 行 1取 指譯 碼 2譯 碼 1執(zhí) 行 2流水線1 流水線2數(shù) 據(jù) 回 寫 高 速

16、 緩 存 （ CACHE）1、 為 什 么 采 用 高 速 緩 存 微 處 理 器 的 時(shí) 鐘 頻 率 比 內(nèi) 存 速 度 提 高 快 得 多 ， 高 速 緩 存 可 以提 高 內(nèi) 存 的 平 均 性 能 。2、 高 速 緩 存 的 工 作 原 理 高 速 緩 存 是 一 種 小 型 、 快 速 的 存 儲(chǔ) 器 ， 它 保 存 部 分 主 存 內(nèi)容 的 拷 貝 。 CPU 高速緩存控制器 CACHE 主 存數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 地 址 總 線 和 總 線 橋CPU 低 速 設(shè) 備橋 數(shù) 據(jù)高 速 總 線 存 儲(chǔ) 器 高 速 設(shè) 備 鍵 盤 低 速 總 線ARM公 司 提 出 的 AMBA總 線 標(biāo) 準(zhǔn)

17、 嵌 入 式 處 理 器 體 系 結(jié) 構(gòu)n 按 體 系 結(jié) 構(gòu) 的 不 同 可 分 為 五 大 類n ARMn MIPSn POWER PCn X86 n SH系 列 n ARM 公 司 的 ARM RISC處 理 器n ARM 7 Thumb 家 族n ARM 9 Thumb 家 族n ARM 10 Thumb 家 族n ARM 11 Thumb 家 族 Intel StrongARMn StrongARM 110n StrongARM 1100n StrongARM 1110n StrongARM 1111 INTEL的 Xscale架 構(gòu) 處 理 器 基 于 ARM V5TE體 系 結(jié)

18、構(gòu) 兼 容 ARM V5TE ISA指 令 集 （ 不 支 持 浮 點(diǎn)指 令 集 ） 在 處 理 器 內(nèi) 核 周 圍 提 供 了 指 令 和 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 管 理 單 元 指 令 、 數(shù) 據(jù) 和 微 小 數(shù) 據(jù) 緩 存 寫 緩 沖 、 掛 起 緩 沖 和 分 支 目 標(biāo) 緩 沖 器 電 源 管 理 性 能 監(jiān) 控 調(diào) 試 JTAG單 元 以 及 協(xié) 處 理 器 接 口 MAC協(xié) 處 理 器 內(nèi) 核 存 儲(chǔ) 總 線 MIPSn 從 1986年 推 出 R2000處 理 器 以 來(lái) ， MIPS陸 續(xù) 推 出R3000、 R4000、 R8000等 。n 之 后 ,MIPS公 司 的 戰(zhàn) 略

19、 發(fā) 生 變 化 ， 把 重 點(diǎn) 放 在 嵌 入式 系 統(tǒng) 。n 1999年 ， MIPS公 司 發(fā) 布 了 MIPS32和 MIPS64體 系 結(jié)構(gòu) 標(biāo) 準(zhǔn) ， 集 成 了 原 來(lái) 所 有 的 MIPS指 令 集 ， 并 且 增加 了 許 多 更 強(qiáng) 大 的 功 能 。 n 此 后 MIPS公 司 又 陸 續(xù) 開(kāi) 發(fā) 了 高 性 能 、 低 功 耗 的 32位 和 64位 處 理 器 內(nèi) 核 。 MIPS RISC MIPSn 在 MIPS的 32位 內(nèi) 核 中n 4K系 列 對(duì) 應(yīng) 于 SOC應(yīng) 用 設(shè) 計(jì) ；n M4K系 列 內(nèi) 核 是 為 在 下 一 代 消 費(fèi) 電 子 、 網(wǎng) 絡(luò) 、

20、 寬 帶 應(yīng) 用 中 越來(lái) 越 受 歡 迎 的 多 CPU SOC所 設(shè) 計(jì) ；n 4KE系 列 具 有 目 前 32位 通 用 嵌 入 式 處 理 器 中 最 高 的 DMIPS/MHz性 能 指 標(biāo) ； n 4KS系 列 由 于 采 用 了 特 殊 的 SmartMIPS體 系 結(jié) 構(gòu) ， 特 別 適 用 于需 要 安 全 數(shù) 據(jù) 傳 輸 的 領(lǐng) 域 ， 比 如 網(wǎng) 絡(luò) 、 智 能 卡 等 ；n 5K和 20Kc系 列 屬 于 MIPS的 64位 內(nèi) 核n 5K能 提 供 1.4DMIPS/MHz的 性 能 以 及 最 低 350MHz的 運(yùn) 行 速 率 。n 20Kc是 當(dāng) 今 最 快

21、的 可 授 權(quán) 嵌 入 式 處 理 器 內(nèi) 核 。 一 般 運(yùn) 行 在600MHz， 具 有 7段 流 水 線 的 20Kc內(nèi) 核 ， 能 提 供 1.2GFLOPS的 峰值 浮 點(diǎn) 運(yùn) 算 能 力 。 MIPSn 在 嵌 入 式 處 理 器 市 場(chǎng) 中 ， 基 于 MIPS內(nèi) 核 的 處 理 器占 據(jù) 了 相 當(dāng) 大 的 數(shù) 量n 2002年 ， 一 共 付 運(yùn) 了 8700萬(wàn) 片 采 用 MIPS內(nèi) 核 的 嵌入 式 處 理 器 ， 份 額 僅 次 于 ARM位 居 全 球 第 二 。n 在 目 前 快 速 增 長(zhǎng) 的 比 如 Cable Modem、 DSL Modem、DVD錄 像 機(jī)

22、 等 領(lǐng) 域 內(nèi) ， MIPS的 市 場(chǎng) 份 額 位 居 第 一 。n MIPS的 合 作 伙 伴 包 括 了 AMD， IDT， NEC， TI，SONY等 眾 多 廠 商 PowerPC體 系 結(jié) 構(gòu) n Motorola半 導(dǎo) 體 （ 現(xiàn) Freescale半 導(dǎo) 體 ） 聯(lián) 合IBM以 及 蘋 果 電 腦 n IBMn PowerPC750 n PowerPCG3 n Motorola n MPC n MC X86體 系 結(jié) 構(gòu) n Intel X86體 系 結(jié) 構(gòu)n AMD最 新 的 X86體 系 結(jié) 構(gòu) 嵌 入 式 處 理 器 產(chǎn) 品為 Geode 系 列 處 理 器 n CISC

23、指 令 集 SH體 系 結(jié) 構(gòu)n SH(SuperH)系 列 是 由 前 日 立 半 導(dǎo) 體 公 司 （ 現(xiàn)Renesas公 司 ） 推 出 的 嵌 入 式 處 理 器 n SH系 列 的 CPU指 令 格 式 是 固 定 的 ， 只 有 一 個(gè)字 長(zhǎng) ， 絕 大 多 數(shù) 指 令 是 單 周 期 完 成 的 ， 即 使是 復(fù) 雜 的 乘 加 指 令 也 僅 需 2個(gè) 時(shí) 鐘 周 期 n 為 了 克 服 內(nèi) 存 訪 問(wèn) 的 瓶 頸 ， SH的 CPU簡(jiǎn) 化 尋址 方 式 ， 采 用 Load/Store(裝 載 /存 儲(chǔ) )結(jié) 構(gòu) ， 并且 在 片 內(nèi) 設(shè) 置 高 速 緩 存 ， 以 減 少 訪

24、 問(wèn) 內(nèi) 存 的時(shí) 間 n 1999年 底 ， SH系 列 累 計(jì) 生 產(chǎn) 達(dá) 1.18億 片 。n SH系 列 投 入 市 場(chǎng) 后 ， 用 量 最 多 的 是 工 業(yè) ， 占 總 量的 36%， 第 二 位 是 辦 公 自 動(dòng) 化 ， 占 總 量 的 26%； 第三 位 是 消 費(fèi) 領(lǐng) 域 ； 再 其 次 的 是 通 信 領(lǐng) 域 。n 此 外 ， 汽 車 導(dǎo) 航 、 定 位 、 控 制 系 統(tǒng) ， 也 是 SH系 列不 小 的 一 個(gè) 市 場(chǎng) 。n 在 美 國(guó) ， SH系 列 占 有 較 大 的 市 場(chǎng) 份 額 n 型 號(hào) n SH1-4（ 32位 ） n SH5(64位 ) 總 線n 總

25、線 的 主 要 參 數(shù) 有n 總 線 的 帶 寬n 總 線 的 位 寬n 總 線 的 工 作 時(shí) 鐘 頻 率 總 線 機(jī) 制n 微 處 理 器 （ CPU） 是 嵌 入 式 系 統(tǒng) 硬 件 平 臺(tái) 的核 心 構(gòu) 件 ， 但 不 是 全 部 。 按 照 馮 諾 依 曼 體 系結(jié) 構(gòu) 思 想 ， 計(jì) 算 機(jī) 的 硬 件 是 由 CPU、 存 儲(chǔ) 器和 I/O設(shè) 備 三 部 分 組 成 的 。 總 線 是 把 CPU與 存儲(chǔ) 器 、 I/O設(shè) 備 相 連 接 的 信 息 通 道 ， 但 總 線 并不 僅 僅 指 的 是 一 束 信 號(hào) 線 ， 而 應(yīng) 包 含 相 應(yīng) 的通 信 協(xié) 議 。 按 照 使

26、 用 場(chǎng) 合 的 不 同 ， 總 線 分 成芯 片 級(jí) 總 線 （ CPU總 線 ） 、 板 卡 級(jí) 總 線 （ 內(nèi)總 線 ） 和 系 統(tǒng) 級(jí) 總 線 （ 外 總 線 ） 。 ISAn IBM 公 司 于 1981 年 推 出 的 基 于 8 位 機(jī) PC/XT 的 總線 ， 稱 為 PC 總 線 。n IBM 公 司 于 1984 年 推 出 了 16 位 PC 機(jī) PC/AT， 其 總線 稱 為 AT 總 線 。 然 而 IBM 公 司 從 未 公 布 過(guò) 他 們 的AT總 線 規(guī) 格 。n 由 Intel 公 司 ， IEEE 和 EISA 集 團(tuán) 聯(lián) 合 開(kāi) 發(fā) 了 與IBM/AT 原

27、 裝 機(jī) 總 線 意 義 相 近 的 ISA 總 線 ， 即 8/16 位 的 “ 工 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) 結(jié) 構(gòu) ” (ISA-Industry Standard Architecture)總 線 。 n 6.66MHZ至 26.66MHZ ， 典 型 8MHzn EISA總 線 ， 32位 PCIn 1991 年 下 半 年 ， Intel 公 司 首 先 提 出 了 PCI 的 概 念 。n Intel聯(lián) 合 IBM、 Compaq、 AST、 HP、 DEC 等 100 多 家 公 司 成 立 了 PCI 集 團(tuán) ， 其 英 文 全 稱 為 ：Peripheral Component Inte

28、rconnect Special Interest Group(外 圍 部 件 互 連 專 業(yè) 組 )， 簡(jiǎn) 稱 PCISIG。n 93年 發(fā) 布 PCI2.0， 32位 ， 33MHz。 5個(gè) 以 上 PCI插 槽n AGP（ 圖 形 加 速 處 理 ） n 90年 代 后 期 ， PCI-X， 64位 /66MHz PCI 力 不 從 心n 南 橋 /北 橋n Intel 440系 列 以 后n PCI地 位 大 大 降 低 3GIO-PCI Expressn PCI VS. PCI Express PCIPCI Express CPCIn CPCI（ Compact PCI）n PICM

29、G協(xié) 會(huì) 于 1994提 出 來(lái) 的 一 種 總 線 接 口 標(biāo) 準(zhǔn) ，面 向 嵌 入 式 設(shè) 備n 解 決 了 VME與 PCI總 線 不 兼 容 問(wèn) 題 ， 與 PCI完 全兼 容 n 高 可 靠 性 （ 99.999%） 、 低 價(jià) 位n 熱 插 拔 （ hot swap） PC104n PC104是 一 種 專 門 為 嵌 入 式 控 制 而 定 義 的 工業(yè) 控 制 總 線 ， 實(shí) 質(zhì) 上 就 是 一 種 緊 湊 型 的IEEE-P996（ ISA） 。n PC104 有 兩 個(gè) 版 本 ， 8 位 和 16 位 ， 分 別 與PC 和 PC/AT 相 對(duì) 應(yīng) 。 PC104PLUS

30、 則 與 PCI總線 相 對(duì) 應(yīng) 。 I2Cn PHILIPS 開(kāi) 發(fā) 了 一 種 用 于 內(nèi) 部 IC控 制 的 簡(jiǎn) 單 的 雙 向 兩 線串 行 總 線 I2C(Inter-Integrated Circuit )n 最 高 速 率 100Kbps， 25英 尺 ， 最 多 可 支 持 40個(gè) 設(shè) 備數(shù) 據(jù) 線時(shí) 鐘 線 CAN（ Controller Area Network）n 80年 代 末 ， 由 德 國(guó) Bosch公 司 最 先 提 出n 被 設(shè) 計(jì) 作 為 汽 車 環(huán) 境 中 的 微 控 制 器 通 訊 ， 在 車 載 各電 子 控 制 裝 置 ECU 之 間 交 換 信 息

31、， 形 成 汽 車 電 子控 制 網(wǎng) 絡(luò) 。n 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 管 理 系 統(tǒng) 、 變 速 箱 控 制 器 、 儀 表 裝 備 、 電 子主 干 系 統(tǒng) 中 ， 均 嵌 入 CAN 控 制 裝 置 。n 使 用 CSMA/CD協(xié) 議 n 40米 以 內(nèi) ， 1Mbps； 10Km， 5Kbps； 理 論 上 可 以 支持 無(wú) 限 多 個(gè) 設(shè) 備n 可 靠 性 高 ， 誤 碼 率 為 10-11n 抗 電 磁 干 擾 性 強(qiáng) 高 速 輸 入 與 輸 出 接 口n IrDA/FastIrDA（ Infrared Data Association ）n 紅 外 線 發(fā) 光 二 極 管n 發(fā) 射n 硅 晶

32、 PIN光 檢 二 極 管 n 接 受n 控 制 電 路n IrDA 1.0和 1.1裝 置 的 通 訊 距 離 可 達(dá) 1公 尺 ， 誤 碼率 為 10-9， 光 源 外 圍 的 最 大 亮 度 為 10klux （ 勒 克斯 ） 紅 外 傳 輸 特 點(diǎn)n 距 離n 小 于 一 米n 低 速n 9.6115K bpsn 高 速 n 14M bpsn 工 業(yè) 高 速n 16M bps 紅 外 芯 片 接 口 Bluetooth 接 口n 功 耗 低n 100M， 100mWn 10M， 2.5mWn 1M， 1mWn 2.4-2.4835 GHz (使 用 ISM頻 段 )n 優(yōu) 勢(shì) : 世

33、界 范 圍 內(nèi) 可 用 n 劣 勢(shì) : 與 IEEE 802.11b產(chǎn) 品 相 互 干 擾n 聲 音 和 數(shù) 據(jù) 傳 輸 ， 總 帶 寬 為 1Mbpsn 成 本 低n 低 于 US$5/藍(lán) 牙 芯 片 藍(lán) 牙 和 紅 外 線 的 比 較 ：籃 牙 接 口 紅 外 接 口傳 輸 距 離 10米 1米傳 輸 特 性 可 以 以 任 何 角 度 傳 輸 只 能 在 一 定 角 度 (15度 )內(nèi) 進(jìn) 行 傳 輸安 全 機(jī) 制 具 有 完 整 安 全 機(jī) 制 安 全 性 底移 動(dòng) 性 可 以 在 嵌 入 式 系 統(tǒng) 移 動(dòng) 時(shí)進(jìn) 行 傳 輸 需 要 在 靜 止 狀 態(tài) 下進(jìn) 行 傳 輸傳 輸 速 率

34、 1Mbps 4Mbps 價(jià) 格 5美 元 1 2美 元 USB（ Universal Serial Bus ）n IBM、 Compaq、 Nortel、 NEC、 Intel以 及Microsoft聯(lián) 合n 距 離 5 米 ， Hub30米n 樹(shù) 拓 撲 結(jié) 構(gòu) ， 127個(gè) 點(diǎn) ， 4線 （ 2根 電 源 線 ， 2根 數(shù) 據(jù) 線 ）n 低 速 USB1.1， 1.5 M bpsn USB 2.0 速 率 高 達(dá) 480Mbps n 支 持 熱 插 拔 和 即 插 即 用 Ethernet/Fast Ethernetn 802.3n 10M/100M Ethernetn 100m， RJ

35、45接 口n MAC層 協(xié) 議n CSMA/CD IEEE1394n 起 源 于 APPLE公 司 1986年 提 出 的 FireWiren MPU與 多 媒 體 設(shè) 備 連 接 接 口n 20400M bps， 高 速 串 行 總 線n P1394b 1.6Gbps, 100米n 支 持 63個(gè) 器 件 ， 長(zhǎng) 度 4.5米n 熱 插 拔 ， 即 插 即 用 n Sony： iLink； TI： Lynx Apple： FireWire LCD顯 示 器n Liquid Crystal Display， 液 晶 顯 示 器n 液 晶 介 于 固 態(tài) 和 液 態(tài)n 液 晶 棒 狀 分 子 在

36、 外 加 電 場(chǎng) 的 作 用 下 排 列 狀 態(tài)發(fā) 生 變 化 ， 使 得 通 過(guò) 液 晶 顯 示 器 件 的 光 被 調(diào)制 ， 從 而 在 顯 示 屏 上 呈 現(xiàn) 出 不 同 顏 色 。 每 個(gè)顯 示 象 素 都 可 以 單 獨(dú) 被 電 場(chǎng) 控 制 。n 適 用 于 低 壓 、 微 功 耗 電 路 n 段 式 液 晶n 常 見(jiàn) 段 式 液 晶 的 每 字 為 8 段 組 成 ， 即 8 字 和 一 點(diǎn) ，只 能 顯 示 數(shù) 字 和 部 分 字 母 。n 字 符 型 液 晶n 字 符 型 液 晶 是 用 于 顯 示 字 符 和 數(shù) 字 的n 圖 形 點(diǎn) 陣 式 液 晶n 又 將 其 分 為 T

37、N、 STN（ DSTN） 、 TFT 等 幾 類LCD顯 示 器 類 型 觸 摸 屏 n 嵌 入 式 系 統(tǒng) 中 的 觸 摸 屏 分 為 電 阻 式 、 電 容 式 和 電 感式 三 種 n 其 中 電 阻 式 觸 摸 屏 最 為 常 用 n 電 阻 觸 摸 屏 的 工 作 部 分 一 般 由 三 部 分 組 成 ， 兩 層 透 明 的阻 性 導(dǎo) 體 層 、 兩 層 導(dǎo) 體 之 間 的 隔 離 層 、 電 極 n 觸 摸 屏 工 作 時(shí) ， 上 下 導(dǎo) 體 層 相 當(dāng) 于 電 阻 網(wǎng) 絡(luò) ， 當(dāng) 某 一 層電 極 加 上 電 壓 時(shí) ， 會(huì) 在 該 網(wǎng) 絡(luò) 上 形 成 電 壓 梯 度 。n

38、如 有 外 力 使 得 上 下 兩 層 在 某 一 點(diǎn) 接 觸 ， 則 在 電 極 未 加 電壓 的 另 一 層 可 以 測(cè) 得 接 觸 點(diǎn) 處 的 電 壓 ， 從 而 知 道 接 觸 點(diǎn)處 的 坐 標(biāo) 。 電 容 式 觸 摸 屏n 電 容 式 觸 摸 屏 是 一 塊 四 層 復(fù) 合 玻 璃 屏 ， 玻 璃 屏 的 內(nèi)表 面 和 夾 層 各 涂 一 層 ITO （ 氧 化 銦 錫 ） ， 四 個(gè) 角 引出 四 個(gè) 電 極 。n 當(dāng) 用 戶 觸 摸 電 容 屏 時(shí) ， 由 于 人 體 電 場(chǎng) ， 用 戶 手 指 和工 作 面 形 成 一 個(gè) 耦 合 電 容 ，n 因 為 工 作 面 上 接 有

39、高 頻 信 號(hào) ， 于 是 手 指 會(huì) 吸 收 一 個(gè)很 小 的 電 流 ， 這 個(gè) 電 流 分 別 從 屏 的 四 個(gè) 角 上 的 電 極中 流 出 ， n 理 論 上 流 經(jīng) 四 個(gè) 電 極 的 電 流 與 手 指 頭 到 四 角 的 距 離成 比 例 ， 控 制 器 通 過(guò) 對(duì) 四 個(gè) 電 流 比 例 的 精 密 計(jì) 算 ，得 出 位 置 電 感 式 觸 摸 屏 n 電 感 式 觸 摸 屏 的 工 作 原 理 是 在 觸 摸 筆 中 安 裝LC 諧 振 線 圈n 通 過(guò) 改 變 與 安 裝 有 激 勵(lì) 線 圈 及 感 應(yīng) 線 圈 的 觸摸 屏 之 間 的 空 間 距 離 ， 使 電 磁

40、場(chǎng) 發(fā) 生 變 化 從而 計(jì) 算 出 觸 點(diǎn) 的 位 置 存 儲(chǔ) 器 系 統(tǒng)寄 存 器高 速 緩 存SRAM主 存 儲(chǔ) 器DRAM本 地 存 儲(chǔ) 器 Flash、ROM、 磁 盤網(wǎng) 絡(luò) 存 儲(chǔ) 器 Flash、 ROM、 磁 盤 時(shí)鐘周期 01105010020000000分 層 結(jié) 構(gòu) 存 儲(chǔ) 器 種 類RAM： 隨 機(jī) 存 取 存 儲(chǔ) 器 ， SRAM： 靜 態(tài) 隨 機(jī) 存 儲(chǔ) 器 ， DRAM：動(dòng) 態(tài) 隨 機(jī) 存 儲(chǔ) 器 1） SRAM比 DRAM快 2） SRAM比 DRAM耗 電 多 3） DRAM存 儲(chǔ) 密 度 比 SRAM高 得 多 4） DRM需 要 周 期 性 刷 新ROM：

41、 只 讀 存 儲(chǔ) 器EPROMEEPROM FLASH： 閃 存 閃 速 存 儲(chǔ) 器 (FLASH) n 相 對(duì) 傳 統(tǒng) 的 EPROM芯 片 ， 這 種 芯 片 可 以 用 電氣 的 方 法 快 速 地 擦 寫 n 由 于 快 擦 寫 存 儲(chǔ) 器 不 需 要 存 儲(chǔ) 電 容 器 ， 故 其集 成 度 更 高 ， 制 造 成 本 低 于 DRAM n 它 使 用 方 便 ， 既 具 有 SRAM讀 寫 的 靈 活 性 和較 快 的 訪 問(wèn) 速 度 ， 又 具 有 ROM在 斷 電 后 可 不丟 失 信 息 的 特 點(diǎn) ， 所 以 快 擦 寫 存 儲(chǔ) 器 技 術(shù) 發(fā)展 十 分 迅 速 NOR技

42、術(shù)n NOR技 術(shù) 閃 速 存 儲(chǔ) 器 是 最 早 出 現(xiàn) 的 Flash Memory， 目 前 仍 是多 數(shù) 供 應(yīng) 商 支 持 的 技 術(shù) 架 構(gòu) ， 它 源 于 傳 統(tǒng) 的 EPROM器 件 。n 與 其 它 Flash Memory技 術(shù) 相 比 ， 具 有 可 靠 性 高 、 隨 機(jī) 讀 取速 度 快 的 優(yōu) 勢(shì) 。n 在 擦 除 和 編 程 操 作 較 少 而 直 接 執(zhí) 行 代 碼 的 場(chǎng) 合 ， 尤 其 是 代碼 （ 指 令 ） 存 儲(chǔ) 的 應(yīng) 用 中 廣 泛 使 用 。 n 由 于 NOR技 術(shù) Flash Memory的 擦 除 和 編 程 速 度 較 慢 ， 而 塊 尺

43、寸 又 較 大 ， 因 此 擦 除 和 編 程 操 作 所 花 費(fèi) 的 時(shí) 間 很 長(zhǎng) ， 在 純數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 和 文 件 存 儲(chǔ) 的 應(yīng) 用 中 ， NOR技 術(shù) 顯 得 力 不 從 心 。 NAND技 術(shù)n NAND技 術(shù) Flash Memory具 有 以 下 特 點(diǎn) ：n 以 頁(yè) 為 單 位 進(jìn) 行 讀 和 編 程 操 作 ， 1頁(yè) 為 256或 512字 節(jié) ； 以塊 為 單 位 進(jìn) 行 擦 除 操 作 ， 1塊 為 4K、 8K或 16K字 節(jié) 。 具有 快 編 程 和 快 擦 除 的 功 能 ， 其 塊 擦 除 時(shí) 間 是 2ms； 而NOR技 術(shù) 的 塊 擦 除 時(shí) 間 達(dá)

44、到 幾 百 ms。n 數(shù) 據(jù) 、 地 址 采 用 同 一 總 線 ， 實(shí) 現(xiàn) 串 行 讀 取 。 隨 機(jī) 讀 取 速度 慢 且 不 能 按 字 節(jié) 隨 機(jī) 編 程 。 n 芯 片 尺 寸 小 ， 引 腳 少 ， 是 位 成 本 (bit cost)最 低 的 固 態(tài) 存 儲(chǔ)器 ， 突 破 了 每 兆 字 節(jié) 1元 的 價(jià) 格 限 制 。n 芯 片 包 含 有 失 效 塊 ， 其 數(shù) 目 最 大 可 達(dá) 到 335塊 （ 取 決 于存 儲(chǔ) 器 密 度 ） 。 失 效 塊 不 會(huì) 影 響 有 效 塊 的 性 能 ， 但 設(shè) 計(jì)者 需 要 將 失 效 塊 在 地 址 映 射 表 中 屏 蔽 起 來(lái)

45、。n 基 于 NAND的 存 儲(chǔ) 器 可 以 取 代 硬 盤 或 其 它 塊 設(shè) 備 。 常 見(jiàn) 的 存 儲(chǔ) 器 擴(kuò) 充 裝 置n CF擴(kuò) 充 裝 Compact Flashn 所 有 Windows CE 支 持 常 見(jiàn) 的 存 儲(chǔ) 器 擴(kuò) 充 裝 置n SD擴(kuò) 充 裝 置 （ Secure Digital）n Panasonic Scandisk Toshiba 常 見(jiàn) 的 存 儲(chǔ) 器 擴(kuò) 充 裝 置n Memory Stickn Sony 本 節(jié) 提 要嵌入式系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境嵌入式系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)流程芯片封裝知識(shí)簡(jiǎn)介 嵌 入 式 系 統(tǒng) 的 開(kāi) 發(fā) 流 程需 求 分 析 及 規(guī)

46、 格 說(shuō) 明 選 擇 主 要 芯 片確 定 編 程 語(yǔ) 言選 擇 開(kāi) 發(fā) 環(huán) 境RTOS的 使 用選 擇 開(kāi) 發(fā) 方 案設(shè) 計(jì) 與 調(diào) 試測(cè) 試 與 集 成 測(cè) 試 工 具 與 其 他輔 助 設(shè) 備產(chǎn) 品 嵌 入 式 系 統(tǒng) 的 開(kāi) 發(fā) 設(shè) 計(jì) 與 調(diào) 試設(shè)計(jì) 生產(chǎn)編 譯 器 鏈 接 器 調(diào) 試 器IDE 操 作 系 統(tǒng) 軟 件 開(kāi) 發(fā) 與測(cè) 試評(píng) 估 板 仿 真 器 邏 輯 分 析 儀 邊 界 掃 描 測(cè) 試 儀示 波 器 開(kāi) 發(fā) 環(huán) 境n 什 么 是 嵌 入 式 開(kāi) 發(fā) 環(huán) 境 ： 源 程 序 編 譯 器目 標(biāo) 文 件 鏈 接 器 可 重 定 位 程 序 定 位 器可 執(zhí) 行 文 件u編

47、譯 器 /匯 編 器 /鏈 接 定 位 器u調(diào) 試 器 /仿 真 器u主 機(jī) （ Host） 及 其 工 作 平 臺(tái)u實(shí) 時(shí) 操 作 系 統(tǒng) （ 可 選 ）u目 標(biāo) 評(píng) 估 系 統(tǒng) （ 可 選 ）u測(cè) 試 工 具 （ 軟 件 /硬 件 /協(xié) 議 等 ， 可 選 ）u其 他 輔 助 設(shè) 備 （ 可 選 ）n 典 型 的 開(kāi) 發(fā) 環(huán) 境 ARM的 編 譯 器 （ 1）n ADS1.2n ARM公 司 出 品n IDE環(huán) 境 ， 包 括n ARM/Thumb匯 編 器 ： armasm n ANSI C 編 譯 器 - armcc 和 tccn ISO / Embedded C+ 編 譯 器 - a

48、rmcpp and tcppn 鏈 接 器 armlinkn Windows 集 成 開(kāi) 發(fā) 環(huán) 境 CodeWarriorn 格 式 轉(zhuǎn) 換 器 fromelfn 庫(kù) 管 理 器 - armarn 調(diào) 試 器 n 模 擬 調(diào) 試 器 ： ARMulatorn JTAG調(diào) 試 ： AXD（ 與 Multi-ICE配 合 ）n 支 持 所 有 ARM內(nèi) 核 ， 最 新 版 本 ： RealView2.0 ARM的 編 譯 器 （ 2）n EW-ARMn 瑞 典 IRA公 司 出 品n 著 名 的 嵌 入 式 工 具 提 供 商 ， 以 提 供 編 譯 器 /協(xié) 議 棧 /統(tǒng) 一 建 模 工 具

49、著稱n 主 要 產(chǎn) 品 ： Embeded Workbench（ EW） 、 Make APP、 Visual State等n EW-ARM： 針 對(duì) ARM的 集 成 開(kāi) 發(fā) 環(huán) 境 ： n C/C+編 譯 器n C-SPY 模 擬 調(diào) 試 器n ROM-Monitorn 多 種 級(jí) 別 代 碼 優(yōu) 化 方 法 ， 滿 足 用 戶 在 速 度 、 文 件 大 小 方 面 的 要 求n 內(nèi) 建 ARM特 性 優(yōu) 化 器n 支 持 多 種 斷 點(diǎn) 模 式n 支 持 Nucleus, VxWorks等 RTOSn Greenhillsn GNU 嵌 入 式 系 統(tǒng) 的 調(diào) 試 （ 1）n嵌 入 式

50、 系 統(tǒng) 的 調(diào) 試 有 四 種 基 本 方 法n 模 擬 調(diào) 試 （ Simulator）n 軟 件 調(diào) 試 （ Debugger）n BDM/JTAG調(diào) 試 （ BDM/JTAG Debugger）n 全 仿 真 調(diào) 試 （ Emulator） 嵌 入 式 系 統(tǒng) 的 調(diào) 試 （ 2）n 模 擬 調(diào) 試 （ Simulator） 調(diào) 試 工 具 和 待 調(diào) 試 的 嵌 入 式 軟 件 都 在 主 機(jī)上 運(yùn) 行 ， 由 主 機(jī) 提 供 一 個(gè) 模 擬 的 目 標(biāo) 運(yùn) 行 環(huán)境 ， 可 以 進(jìn) 行 語(yǔ) 法 和 邏 輯 上 的 調(diào) 試 。n 優(yōu) 點(diǎn) ： 簡(jiǎn) 單 方 便 ， 不 需 要 目 標(biāo) 板

51、 ， 成 本 低 n 缺 點(diǎn) ： 功 能 非 常 有 限 ， 無(wú) 法 實(shí) 時(shí) 調(diào) 試大 多 數(shù) 調(diào) 試 工 具 都 提 供 Simulator功 能 嵌 入 式 系 統(tǒng) 的 調(diào) 試 （ 3）n 軟 件 調(diào) 試 （ Debugger） 主 機(jī) 和 目 標(biāo) 板 通 過(guò) 某 種 接 口 （ 通 常 是 串 口 ） 連 接 ， 主 機(jī) 上 提供 調(diào) 試 界 面 ， 待 調(diào) 試 軟 件 下 載 到 目 標(biāo) 板 上 運(yùn) 行 。 這 種 方 式 的 先 決 條 件 是 要 在 Host和 Target之 間 建 立 起 通 信 聯(lián)系 （ 目 標(biāo) 板 上 稱 為 監(jiān) 控 程 序 Monitor） n 優(yōu) 點(diǎn)

52、： 純 軟 件 ， 價(jià) 格 較 低 ， 簡(jiǎn) 單 ， 軟 件 調(diào) 試 能 力 較 強(qiáng)n 缺 點(diǎn) ： 需 要 事 先 燒 制 Monitor（ 往 往 需 多 次 試 驗(yàn) 才 能 成 功 ）且 目 標(biāo) 板 工 作 正 常 ， 功 能 有 限 ， 特 別 是 硬 件 調(diào) 試 能 力 較差 。 PC TargetMonitor串口 嵌 入 式 系 統(tǒng) 的 調(diào) 試 （ 4）n BDM/JTAG調(diào) 試 這 種 方 式 有 一 個(gè) 硬 件 調(diào) 試 體 。 該 硬 件 調(diào) 試 體 與 目 標(biāo) 板 通 過(guò)BDM、 JTAG等 調(diào) 試 接 口 相 連 ， 與 主 機(jī) 通 過(guò) 串 口 、 并 口 、 網(wǎng)口 或 US

53、B口 相 連 。 待 調(diào) 試 軟 件 通 過(guò) BDM/JTAG調(diào) 試 器 下 載 到目 標(biāo) 板 上 運(yùn) 行 。n 優(yōu) 點(diǎn) ： 方 便 、 簡(jiǎn) 單 ， 無(wú) 須 制 作 Monitor， 軟 硬 件 均 可 調(diào) 試 n 缺 點(diǎn) ： 需 要 目 標(biāo) 板 ， 且 目 標(biāo) 板 工 作 基 本 正 常 （ 至 少 MCU工 作 正 常 ） ， 僅 適 用 于 有 調(diào) 試 接 口 的 芯 片 TargetPC 接口 BDM/JTAG Debugger 嵌 入 式 系 統(tǒng) 的 調(diào) 試 （ 5）n 全 仿 真 調(diào) 試 （ Emulator） 這 種 方 式 用 仿 真 器 完 全 取 代 目 標(biāo) 板 上 的 M

54、CU， 因 而 目 標(biāo) 系統(tǒng) 對(duì) 開(kāi) 發(fā) 者 來(lái) 說(shuō) 完 全 是 透 明 的 、 可 控 的 。 仿 真 器 與 目 標(biāo) 板 通過(guò) 仿 真 頭 連 接 ， 與 主 機(jī) 有 串 口 、 并 口 、 網(wǎng) 口 或 USB口 等 連 接方 式 。 由 于 仿 真 器 自 成 體 系 ， 調(diào) 試 時(shí) 既 可 以 連 接 目 標(biāo) 板 ， 也可 以 不 連 接 目 標(biāo) 板 （ Stand alone） 。 n 優(yōu) 點(diǎn) ： 功 能 非 常 強(qiáng) 大 ， 軟 硬 件 均 可 做 到 完 全 實(shí) 時(shí) 在 線 調(diào)試n 缺 點(diǎn) ： 價(jià) 格 昂 貴 。 ARM的 調(diào) 試 方 式n 模 擬 調(diào) 試n SDT2.52: AR

55、Mulatorn ADS1.2： ARMulatorn Trace32： Simulatorn EW-ARM： C-spyn 軟 件 調(diào) 試 n ADS1.2： Angel（ 串 口 ）n SDT2.52 Angel（ 串 口 ）n JTAG調(diào) 試n ARM： Multi-ICE,簡(jiǎn) 易 型 仿 真 器n Trace32-ICD for ARMn Hitex： Tanto for ARMn 全 仿 真 調(diào) 試 n Trace32-FIRE/ICE ARM調(diào) 試 工 具n Multi-ICEn ARM公 司 出 品n 與 ADS配 套 使 用n 支 持 不 同 的 ARM內(nèi) 核n 另 有 Mul

56、ti-trace模 塊 可 選 選 擇 實(shí) 時(shí) 操 作 系 統(tǒng) RTOSn 對(duì) 于 復(fù) 雜 的 嵌 入 式 系 統(tǒng) 應(yīng) 考 慮 使 用 RTOSn RTOS的 作 用 ：n 提 供 API（ 應(yīng) 用 編 程 接 口 ） ： 操 作 系 統(tǒng) 為 應(yīng) 用 程 序 員 提 供可 供 調(diào) 用 的 API， 允 許 程 序 員 致 力 于 應(yīng) 用 程 序 的 開(kāi) 發(fā) n 簡(jiǎn) 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) ： 實(shí) 時(shí) 嵌 入 式 系 統(tǒng) 比 非 實(shí) 時(shí) 系 統(tǒng) 更 難 設(shè) 計(jì) . 使 用 實(shí) 時(shí) 多 任 務(wù) 的 內(nèi) 核 能 簡(jiǎn) 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) ， 可 將 復(fù) 雜 的 應(yīng)用 程 序 分 為 幾 個(gè) 不 同 的 任

57、 務(wù) ， 由 內(nèi) 核 去 對(duì) 他 們 協(xié) 調(diào) 處 理n 實(shí) 驗(yàn) 平 臺(tái) 如 下 支 持 ARM的 實(shí) 時(shí) 操 作 系 統(tǒng) ： n uC/OSn Linux 嵌 入 式 系 統(tǒng) 編 程 語(yǔ) 言n Data from Japan ITRON survey for new embedded systems Type of Processors 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 4-bits 8-bits 16-bits 32-bits 64-bits Special 1998-99 1999-00 2000-01 Programming Languages 0% 10%

58、20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% Assemble language C language C+ Java Others 1998-99 1999-00 2000-01 本 節(jié) 提 要嵌入式系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境嵌入式系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)流程芯片封裝知識(shí)簡(jiǎn)介 嵌 入 式 系 統(tǒng) 硬 件 方 案 分 析 與 設(shè) 計(jì)n 三 個(gè) 階 段 ：n 系 統(tǒng) 方 案 分 析 與 設(shè) 計(jì)n PCB的 仿 真 設(shè) 計(jì)n PCB的 調(diào) 試 與 測(cè) 試 系 統(tǒng) 方 案 分 析 與 設(shè) 計(jì) 階 段 n 根 據(jù) 系 統(tǒng) 所 要 完 成 的 功 能 ， 選 擇 合 適 的 處 理器 和 外

59、圍 器 件 ， 完 成 系 統(tǒng) 的 功 能 框 圖 設(shè) 計(jì) 和原 理 圖 設(shè) 計(jì) PCB仿 真 設(shè) 計(jì) 階 段n 需 要 在 EDA仿 真 設(shè) 計(jì) 平 臺(tái) 下 ， 對(duì) PCB板 上 的信 號(hào) 完 整 性 、 EMI等 進(jìn) 行 仿 真 ， 根 據(jù) 仿 真 結(jié)果 來(lái) 對(duì) PCB進(jìn) 行 合 理 的 布 局 布 線 ， 完 成 PCB的 設(shè) 計(jì) PCB的 加 工n 對(duì) 加 工 完 成 的 PCB進(jìn) 行 調(diào) 試 和 測(cè) 試 ， 完 成 整個(gè) 系 統(tǒng) 硬 件 的 設(shè) 計(jì) n 以 一 個(gè) 便 攜 式 GPS導(dǎo) 航 系 統(tǒng) 的 開(kāi) 發(fā) 實(shí) 例 來(lái) 說(shuō)明 整 個(gè) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 的 流 程 需 求n 便 攜 式

60、 GPS導(dǎo) 航 系 統(tǒng) 是 一 個(gè) 手 持 的 電 池 供電 系 統(tǒng) ， 需 要 完 成 以 下 功 能 n 能 夠 存 儲(chǔ) 電 子 地 圖 信 息 并 在 LCD顯 示 屏 上 顯示n 能 夠 接 收 GPS信 號(hào) ， 根 據(jù) GPS收 到 的 信 息 可以 確 定 當(dāng) 前 在 地 圖 中 所 處 的 位 置 n 給 定 起 點(diǎn) 和 終 點(diǎn) 可 以 計(jì) 算 出 合 理 的 行 進(jìn) 路 線n 可 以 通 過(guò) 以 太 網(wǎng) 下 載 更 新 電 子 地 圖 或 系 統(tǒng) 軟件n 有 USB主 端 接 口 ， 滿 足 USB1.1規(guī) 范 ， 可 以 掛接 鍵 盤 、 鼠 標(biāo) 和 存 儲(chǔ) 設(shè) 備 等 分

61、析n 根 據(jù) 系 統(tǒng) 功 能 ， 可 以 確 定 該 系 統(tǒng) 需 要 有 以 下 的 內(nèi) 存和 功 能 接 口 n 32MB Flash存 儲(chǔ) 器 ， 用 于 存 儲(chǔ) 電 子 地 圖 信 息n 4MB Flash存 儲(chǔ) 器 ， 用 于 存 儲(chǔ) 系 統(tǒng) 軟 件n 64MB SDRAM， 用 作 系 統(tǒng) 運(yùn) 行 內(nèi) 存n TFT-LCD接 口 ， 支 持 16位 顏 色 ， 6.4英 寸 TFT-LCD顯 示屏 n RS232接 口 ， 用 于 與 GPS模 塊 通 訊n 10M以 太 網(wǎng) 接 口n USB主 端 接 口n 支 持 6.4英 寸 四 線 電 阻 式 觸 摸 屏 處 理 器 的 選

62、擇n 嵌 入 式 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 的 差 異 性 極 大 ， 因 此 選 擇 是 多 樣 化 的 n 選 擇 ：n PXA255是 Intel 公 司 采 用 XScale微 體 系 結(jié) 構(gòu) 開(kāi) 發(fā) 的 一 款 嵌 入 式 處理 器 ， 主 要 面 向 手 持 多 媒 體 應(yīng) 用 n 特 性 n 高 性 能 、 低 功 耗 的 XScale處 理 器 核 ， 時(shí) 鐘 頻 率 按 不 同 型 號(hào) 分 為200MHz、 300MHz和 400MHzn 系 統(tǒng) 總 線 速 度 比 PXA250提 高 一 倍 ， 當(dāng) 內(nèi) 核 工 作 在 400MHz時(shí) 系統(tǒng) 總 線 頻 率 為 200MHzn 采 用

63、 0.18微 米 工 藝 制 造 ， 17 mm x 17 mm x 1.75mm， 256腳 PBGA封 裝n 采 用 Intel多 媒 體 處 理 技 術(shù)n 增 強(qiáng) 型 存 儲(chǔ) 器 控 制 器 ， 支 持 2.5V 3.3V、 16 32位 的 存 儲(chǔ) 器 n 支 持 MMC SD卡 和 PCMCIA CF卡n 提 供 920Kbps藍(lán) 牙 接 口 n 外 圍 部 件 n 存 儲(chǔ) 器 控 制 器 。 可 為 多 種 存 儲(chǔ) 器 芯 片 提 供 可 編 程 的 控 制信 號(hào) 。 支 持 4個(gè) SDRAM分 區(qū) ， 6個(gè) SRAM、 SSRAM、FLASH、 ROM、 SROM靜 態(tài) 片 選

64、和 2個(gè) PCMCIA或COMPACT FLASH槽n 時(shí) 鐘 和 電 源 控 制 器 。 時(shí) 鐘 可 由 3.6864MHz和 一 個(gè) 可 選 的32.768KHz兩 種 晶 體 驅(qū) 動(dòng) 。 3.6864MHz晶 體 驅(qū) 動(dòng) 一 個(gè) 核 心鎖 相 環(huán) 和 一 個(gè) 外 圍 鎖 相 環(huán) 。 32.768KHz晶 體 產(chǎn) 生 一 個(gè) 硬件 復(fù) 位 后 選 定 的 可 選 時(shí) 鐘 源 ， 用 于 驅(qū) 動(dòng) 實(shí) 時(shí) 時(shí) 鐘 (RTC)、電 源 管 理 控 制 器 和 中 斷 控 制 器n USB從 端 設(shè) 備 控 制 器 。 支 持 多 達(dá) 16個(gè) 終 結(jié) 點(diǎn) ， 提 供 一 個(gè)內(nèi) 部 產(chǎn) 生 的 48

65、MHz時(shí) 鐘 n DMA控 制 器 。 提 供 16個(gè) 優(yōu) 先 級(jí) 不 同 的 通 道 ， 用 于 響 應(yīng) 來(lái)自 片 內(nèi) 外 圍 部 件 和 片 外 設(shè) 備 的 數(shù) 據(jù) 傳 輸 請(qǐng) 求n 液 晶 控 制 器 。 提 供 支 持 雙 掃 描 無(wú) 源 陣 列 彩 顯 （ DSTN， 俗稱 偽 彩 ） 或 有 源 陣 列 彩 顯 （ TFT， 俗 稱 真 彩 ） 屏 的 接 口 。最 大 支 持 顯 示 分 辨 率 為 1024 1024像 素 n AC97控 制 器 。 支 持 AC97 2.0修 訂 版 本 的 多 媒 體 數(shù) 字 信 號(hào)編 解 碼 器 ， 為 立 體 PCM輸 入 輸 出 、

66、Modem輸 入 輸 出 和 單一 的 麥 克 風(fēng) 輸 入 都 提 供 了 單 獨(dú) 的 16位 通 道n I2S控 制 器 。 為 標(biāo) 準(zhǔn) I2S多 媒 體 數(shù) 字 信 號(hào) 編 解 碼 器 提 供 了串 行 連 接 。 I2S控 制 器 引 腳 與 AC97控 制 器 引 腳 復(fù) 用n MMC控 制 器 。 提 供 到 標(biāo) 準(zhǔn) 存 儲(chǔ) 卡 的 串 行 接 口 ,數(shù) 據(jù) 傳 輸速 率 最 高 可 達(dá) 20Mbpsn 高 速 紅 外 (FIR) 通 訊 端 口 。 基 于 4Mbps的 紅 外 數(shù) 據(jù) 協(xié) 會(huì) (IrDA) 規(guī) 格 ， 工 作 于 半 雙 工 模 式 下 n 同 步 串 行 協(xié) 議 端 口 (SSP) 控 制 器 。 提 供 7.2Kbps到1.84Mbps的 全 雙 工 同 步 串 行 接 口 。 SSP接 口 支 持 National Semiconductor 的 Microwire協(xié) 議 、 Texas Instruments的 同步 串 行 協(xié) 議 （ SSP） 和 Motorola 的 SPI協(xié) 議 n I2C總 線 接 口 單 元 。 提 供 2個(gè) 引 腳 的