关于嵌入式系统导论考核计划

关于《嵌入式系统导论》课程的考核计划引言嵌入式系统是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。

嵌入式系统用在一些特定专用设备上，通常这些设备的硬件资源(如处理器、存储器等)非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应要求很高等。

特别是随着消费家电的智能化，嵌入式更显重要。

像我们平常常见到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DVD/MP3 Player、数字相机(DC)、数字摄像机(DV)、U-Disk、机顶盒(Set Top Box)、高清电视(HDTV)、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等等都是典型的嵌入式系统。

嵌入式系统是软硬结合的东西，搞嵌入式开发的人有两类。

一类是学电子工程、通信工程等偏硬件专业出身的人，他们主要是搞硬件设计，这是嵌入式人才发展方向之一。

有时要开发一些与硬件关系最密切的最底层软件，如BootLoader、Board Support Package(像PC 的BIOS一样，往下驱动硬件，往上支持操作系统)，最初级的硬件驱动程序等。

他们的优势是对硬件原理非常清楚，不足是他们更擅长定义各种硬件接口，但对复杂软件系统往往力不从心(例如嵌入式操作系统原理和复杂应用软件等)。

另一类是学软件、计算机专业出身的人，主要从事嵌入式操作系统和应用软件的开发。

如果我们学软件的人对硬件原理和接口有较好的掌握，我们完全也可写BSP和硬件驱动程序。

嵌入式硬件设计完后，各种功能就全靠软件来实现了，嵌入式设备的增值很大程度上取决于嵌入式软件，这占了嵌入式系统的最主要工作(目前有很多公司将硬件设计包给了专门的硬件公司，稍复杂的硬件都交给台湾或国外公司设计，国内的硬件设计力量很弱，很多嵌入式公司自己只负责开发软件，因为公司都知道，嵌入式产品的差异很大程度在软件上)，所以越是智能设备越是复杂系统，软件越起关键作用，而且这是目前的趋势。

目前国内外这方面的人都很稀缺。

一方面，是因为这一领域入门门槛较高，不仅要懂较底层软件(例如操作系统级、驱动程序级软件)，对软件专业水平要求较高(嵌入式系统对软件设计的时间和空间效率要求较高)，而且必须懂得硬件的工作原理，所以非专业IT人员很难切入这一领域；另一方面，是因为这一领域较新，目前发展太快，很多软硬件技术出现时间不长或正在出现(如ARM处理器、嵌入式操作系统、MPEG技术、无线通信协议等)，掌握这些新技术的人当然很难找。

嵌入式人才稀缺，身价自然就高，越有经验价格就越高。

考核原则本课程的考核重点在大家的动手能力和实战水平，同时兼顾其他同学的其他方面兴趣的要求，指定如下考核方案。

考核方案原则上最多只能三个同学组成一个小组，完成一项作品，也可以是个人独立一个小组。

作品可以是论文，也可以是论文加实物，老师根据难易程度和工作质量，给予不同等级成绩。

作品内容1.创意设计：创意设计里面应当包含了嵌入式技术的应用。

说明书应当图文并茂，而且该产品应当体现创意，不能是对已经存在的产品做一个简单复制。

创意设计可以参考创意网站“点名时间”。

该类作品成绩评定最高为良好。

2.整理资料完成某些新的嵌入式技术的应用和新的嵌入式开发方法。

比如STM32新的开发工具STM32CubeMX是如何使用的，其应用在哪些系列的芯片上，详细描述使用方法。

又比如微软在嵌入式方面有没有新的开发工具，其是如何应用的，请给出详细的使用方法。

又比如基于Android 手机应用方面的。

又比如树莓派电脑应用领域或者创想一下可能应用的领域。

该类作品成绩评定最高为良好。

3.对ＳＴＭ３２的技术细节进行深入讨论，类似老师给大家的文档ＳＴＭ３２笔记，里面就涉及到技术细节。

简单来讲就是学习笔记，但是这些笔记对别人是有价值的。

所以鼓励大家针对某些问题写自己的学习笔记，该类作品的成绩评定最高是良好。

4.鼓励有实物作品的同学，能够展示实物，而且能够针对某些问题，写出有价值的文档，优秀成绩从这里择优产生。

只有参与该作品工作的同学才能共享一个作品，不能够滥竽充数。

该作品的小组成员应当有勇气接受老师的提问，直到得到老师认可。

否则不能选择该题目，以免引起不必要的麻烦，因为这个是为了成绩评定为优秀的同学而设立的。

作品涉及范围广泛，不局限于STM32，只要是跟嵌入式技术有关即可。

不拘一格是为了让更多优秀人才脱颖而出。

课程论文<基于ARM音频系统的设计> 课程嵌入式系统导论课程号16552110学生姓名刘永杰陈勇莫岱潮所在学院信息学院所在班级自动1111任课教师陈海生提交时间 2014年 6 月 6 日仅供参考，不要拘泥某种形式，只要把问题讲清楚即可。

一、设计内容<基于ARM音频系统的设计>二、设计过程嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。

它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。

硬件包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和I／O端口、图形控制器等。

软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。

有时设计人员把这两种软件组合在一起。

应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。

嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点：1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。

2）具有功能很强的存储区保护功能。

这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化。

3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理。

4）低功耗，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。

相对通用计算机系统而言，嵌入式系统主要是面向特定应用额设计的。

系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化。

同时嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。

另外，嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。

数字音频系统的应用随着计算机技术、电子技术和通信技术的迅猛发展,嵌入式系统已经成为通讯和消费产品的共同发展方向，广泛应用在人们工作生活的各个方面。

在嵌入式技术快速发展的同时，数字音频技术发展的速度也相当惊人，数字音频技术在我们社会生活中的应用也己经非常广泛，受到越来越多消费者的青睐。

W A V、MPEG 和WMA 相继出现的同时，MP3、MP4 也正如暴风雪一般横扫整个音乐界，可见数字音频领域的研究有着非常广阔的前景。

在MP3、手机等消费类电子产品中，人们对于这些个人终端的要求早已不限于单纯通话和简单的文字处理，高质量的音效和实时的音频定制是当前发展的重要趋势。

三、系统测试录音是对模拟信号的一种量化，对模拟信号进行采样，对振幅进行量化（AD ）如图1放音就是将数字信号转变成模拟的音频信号（DA ），推动耳机，功放等模拟音响设备图1：数字音频的产生过程S3C2410的IIS 总线简介IIS 总线是飞利浦公司提出的音频总线协议，全称是数字音频集成电力通信协议，它是一种串行的数字音频总线协议。

IIS 总线只处理声音数据，其他信号(比如控制信号)必须单独传输。

IIS 只使用了3根串行总线，以尽量减少引出管脚，这3根线分别是：时分复用功能的数据线，字选择线，时钟信号线。

图1 IIS 总线示意图IIS 音频传输模式(a)正常传输模式：此模式基于 FIFO 寄存器。

该模式下 CPU 将通过轮询方式访问FIFO 寄存器，通过IISCON 寄存器的第七位控制FIFO 。

(b)DMA 模式：此模式是一种外部设备控制方式，它使用窃取总线控制权的方法使外部设备与主存数据，从而提高系统的吞吐能力。

在三星公司的 ARM 芯片中有 4个通道DMA 控制器用于控制各种外部设备，其中 IS 与其他串行外设共用两个桥联 DMA(BDMA)类型DM 通道。

通过设置 CPU 的IISFCON 寄存器可以使IIS 接口工作在DMA 模式下。

此模式下FIFO 寄存器组的控制权掌握在DMA 控制器上。

当 FIFO 满时，由 DMA 控制器对FIFO 中的数据进行处理。

DMA 模式的选择由 IISCON 寄存器的第四和第五位控制。

在本文所设计的系统中就采用的这种模式进行数据传输。

IIS 音频串行接口格式IIS 总线一般具有4根信号线，如图1所示，包括串行数据输入(IISDI)、串行数据输信号 抽样时钟采样系统 量化编码出(IISD0)、左／右声道选择(IISLRCK)和串行数据时钟(IISCLK)；产生IISLRCK和IISCLK 的是主设备。

串行数据总是以偶数个数据且高位在先发送。

这样发送器就没有必要了解接收器能够处理多少位数据，接收器也不需了解多少位数据正在被发送。

被发送器发出的串行数据可以依据始终信号的下降沿或者上升沿来同步。

但是，串行数据必须在上升沿出锁入接收器。

左右声道选择决定被传输的通道。

IISCRCK可以在下降沿或者上升沿出改变。

它不要求是均匀的，在从设备端，这个信号在上升沿处被锁定。

IISLRCK 信号线改变到MSB发送之间有一个时钟周期的时间。

图2 IIS数据传输模式音频芯片UDA1341本文采用的音频设备是生产的低功耗、全双工UDA1341TS 芯片。

该芯片集成了Philips公ADC(Analog-to-DigitalConverter)DAC(Digital-to-AnalogConverter)、编程增益控GA)和数字自动增益控制(AGC)，UDA1341TS 支持IIS 总线格式，数据传输字长可为16、18、20 位，采样率32、44.1或48KHz。

由于IIS 总线只处理音频数据，所以UDA1341TS内置了用于传输控制信号的L3 总线接口。

L3 接口相当于混音器控制接口，可以控制声音的重音、音量、高音以及静音，在声音回放的时候具有DSP 功能。

同时该芯片采用 3.3V电压供电，与S3C2410 的I/O电压完全兼容，使设计变得更加容易。

UDA1341TS 芯片主要应用于立体声的磁盘系统和便携式的各种设备中，如MD/CD 机、笔记本电脑和数码相机等。