嵌入式系统的软硬件设计-2
(完整)一个典型的嵌入式系统设计和实现
关键字：嵌入式系统设计ARM FPGA多功能车辆总线Multifunction Vehicle Bus 在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时，嵌入式系统开发技术也取得迅速发展,嵌入式技术应用范围的急剧扩大.本文介绍了一种基于ARM和FPGA,从软件到硬件完全自主开发多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus）MVB??B嵌入式系统的设计和实现。
系统设计和实现通常来说，一个嵌入式系统的开发过程如下:1.确定嵌入式系统的需求；2.设计系统的体系结构：选择处理器和相关外部设备，操作系统,开发平台以及软硬件的分割和总体系统集成；3.详细的软硬件设计和RTL代码、软件代码开发;4.软硬件的联调和集成；5.系统的测试。
一、步骤1：确定系统的需求：嵌入式系统的典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的,市场应用是嵌入式系统开发的导向和前提。
一个嵌入式系统的设计取决于系统的需求。
1、MVB总线简介列车通信网（Train Communication Network，简称TCN）是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯的IEC国际标准（IEC－61375-1), 它包括两种总线类型绞线式列车总线(WTB）和多功能车厢总线（MVB）。
TCN在列车控制系统中的地位相当与CAN总线在汽车电子中的地位。
多功能车辆总线MVB是用于在列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质。
附加在总线上的设备可能在功能、大小、性能上互不相同，但是它们都和 MVB总线相连，通过MVB总线来交换信息，形成一个完整的通信网络.在MVB系统中，根据IEC－61375－1列车通信网标准， MVB总线有如下的一些特点：拓扑结构：MVB总线的结构遵循OSI模式,吸取了ISO的标准。
支持最多4095个设备，由一个中心总线管理器控制。
简单的传感器和智能站共存于同一总线上。
数据类型：MVB总线支持三种数据类型:a.过程数据：过程变量表示列车的状态，如速度、电机电流、操作员的命令。
东大14秋学期《嵌入式软件设计》在线作业2答案
B. MOV PC,R14_und
C. SUBS PC,R14_fiq,#4
D. SUBS PC,R14_irq,#4
?
正确答案：C
5.嵌入式系统项目开发生命周期的阶段没有（）
A.识别需求
B.提出方案
C.执行项目
D.方案论证
?
正确答案：D
二,判断题
1.将R0+0x12地址处的数据读出，保存到R1中，用指令LDR R1，[R0，#0x12]实现。
A.错误
B.正确
?
正确答案：B
2.嵌入式系统经历了近30年时间，现在全部都是面向Internet阶段的。
A.错误
B.正确
?
正确答案：A
3. ARM处理器堆栈寻址有四种类型的堆栈方式，满递增，空递增，满递减，空递减。
A.错误
B.正确
?
正确答案：B
4.嵌入式开发只需要驱动程序编写人员和系统移植整合编写人员。
D. 0x0000001C
?
正确答案：D
3.将R1中数据保存到R0+0x12地址处，能实现这个功能的语句是（）
A. STR R1，[R0，#0x12]
B. LDR R1，[R0，#0x12]
C. STR R1，[R0，－#0x12]
D. LDR R1，[R0，－#0x12]
?
正确答案：A
4.快中断服正确
?
正确答案：B
9. PWM定时器可以作通用定时器使用。
A.错误
B.正确
?
正确答案：A
10.操作系统具有接口管理功能。
A.错误
B.正确
?
正确答案：A
14秋学期《嵌入式软件设计》在线作业2
嵌入式系统软硬件设计与开发
系统实现与测试
硬件实现
根据硬件设计，制作电路板、搭建硬件平台 。
系统测试
进行功能测试、性能测试、稳定性测试等， 确保系统满足需求，性能达标。
软件实现
编写驱动程序、应用程序，并进行编译和链 接。
文档编写
编写嵌入式系统的使用手册、技术手册等文 档，便于用户和维护人员使用。
05 案例分析
智能家居控制系统
总结词
存储器是嵌入式系统中重要的组成部分，需要考虑存储容量、读写速度和稳定 性等因素。
详细描述
在存储器设计时，需要根据系统需求选择适当的存储器类型，如RAM、ROM、 Flash等。同时，还需要考虑存储器的容量、读写速度和稳定性，以确保系统的 正常运行和数据的安全性。
电源与接地设计
总结词
电源与接地设计是嵌入式系统稳定运行的基础，需要考虑电源的稳定性和抗干扰 能力。
任务切换
在多任务环境中快速切换任务，确保系统实时响应和高效运行。
任务同步与通信
实现任务之间的同步和数据交换，确保多个任务协同工作。
04 开发流程
系统需求分析
确定系统功能
根据项目需求，明确嵌入式系统的功
根据系统功能，设定性能指标，如实时性、可靠性、 功耗等。
C语言
广泛应用于嵌入式系统开发，具有高效、可 移植性强的特点。
C语言
适用于需要复杂数据结构和算法的嵌入式应 用，提供面向对象编程支持。
Assembly语言
针对特定硬件平台进行优化，直接控制硬件 操作，但可移植性差。
实时操作系统与任务调度
任务优先级
根据任务的重要性和紧急程度分配不同的优先级，确保关键任务 优先执行。
详细描述
在电源与接地设计时，需要选择适当的电源方案，并确保电源的稳定性和可靠性 。同时，还需要考虑接地的效果，以减少电磁干扰和信号噪声，提高系统的稳定 性。
嵌入式系统-2-嵌入式软件基础
嵌入式软件体系结构
无操作系统的体系结构--轮询结构
轮询结构是最简单的结构，程序一次检查每个I/O设备，并且为需要服 务的设备提供服务。
特点：没有中断，没有共享数据，无须考虑延迟时间。例如在数字万用表中 用于连续的测量并可改变显示的内容。
缺点： • 如果一个设备需要比微处理器在最坏情况下完成一个循环的时间更短的响
嵌入式系统
第一部分 嵌入式系统基础
1.3 嵌入式系统软件基础
嵌入式软件分类 嵌入式软件体系结构 嵌入式软件开发 嵌入式软件开发实例
嵌入式软件分类
嵌入式软件
单线程程序
• 分支多 • 技术差系统
多任务系统
单机多任务系统
分布式系统
• 操作系统： Linux、μC/OS-II/III、VxWorks、Android、IOS、WinCE • 硬件平台： ARM、单片机、FPGA、DSP、POWERPC、XScale • 编程语言： C、C++、Object-C、Java、汇编
缺点：若某个较低优先级的运行时间较长，就有可能 影 响较高优先级函数的响应时间。
嵌入式软件体系结构
无操作系统的体系结构--有限状态机 （FSM，Finite State Machine）
控制门状态的有限状态机示意图：
优点： • 对小系统便于编程和理解。 • 以快速执行。 • 只是通过改变输出功能来改变机器的响应。
缺点：所有的任务代码以同样的优先级来执行。
嵌入式软件体系结构
无操作系统的体系结构--函数队列调度结构
在这种结构中,中断程序在一个函数指针队列中添加 一个函数指针,以供程序调用,主程序仅需要从该队列中读 取相应的指针并且调用相关的函数。
优点：该结构没有规定主程序必须按中断程序发生的顺序 来调用函数，主函数可以根据任何达到目的的优先级方案 来调用函数，这样人和需要更快响应的任务代码都可以被 更早地执行。
微处理器系统结构与嵌入式系统设计(第二版)答案全
“微处理器系统结构与嵌入式系统设计”第一章习题解答1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片1.3 阐述摩尔定律。
每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。
1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。
IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。
它有软核、硬核和固核三种实现形式。
1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。
特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。
2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。
3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。
4、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。
①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中；②要求高质量、高可靠性的软件代码；③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。
5、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。
6、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
第二章习题答案2.2 完成下列逻辑运算（1）101+1.01 = 110.01（2）1010.001-10.1 = 111.101（3）-1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1（4）10.1101-1.1001 = 1.01（5）110011/11 = 10001（6）(-101.01)/(-0.1) = 1010.12.3 完成下列逻辑运算（1）1011 0101∨1111 0000 = 1111 0101（2）1101 0001∧1010 1011 = 1000 0001（3）1010 1011⊕0001 1100 = 1011 01112.4 选择题（1）下列无符号数中最小的数是( A )。
2019嵌入式课程设计-嵌入式系统设计与应用(第2版)-王剑-清华大学出版社
嵌入式系统课程设计计划具体内容、进度安排及要求（附课表，包含指导、答疑、上机的时间、地点，指导教师，学生班级，分组情况等）一、内容及要求：通过本次课设，使学生了解嵌入式系统的特点，进一步理解和巩固课堂所学的嵌入式系统的基本理论和知识。
掌握嵌入式系统的基本设计与分析方法，从而达到理论与实际相结合，并为今后从事嵌入式系统设计及其相关领域的各项工作打下坚实的基础。
具体要求如下：1、掌握嵌入式系统的硬件设计原理。
2、掌握嵌入式linux操作系统下的C语言应用程序设计技术3、掌握嵌入式linux操作系统驱动程序设计技术4、掌握嵌入式linux操作系统的移植技术5、掌握嵌入式linux操作系统的交叉编译与动态调试技术具体内容如下：（1）熟悉嵌入式硬件系统基础知识及基于Linux的应用开发环境的建立和程序设计方法熟悉嵌入式硬件系统基础知识，熟悉嵌入式操作系统Linux的特点，了解Linux的主要模块及各自的功能。
掌握虚拟机VMW ARE的使用方法，掌握通过交互式的环境来设计和定制内核、选择系统特性，然后进行编译和调试的全过程。
了解BSP在嵌入式系统中位置及其作用。
掌握在嵌入式操作系统Linux上搭建嵌入式应用开发环境的方法，熟悉Bootloader的使用方法。
（2）嵌入式操作系统Linux平台的编译移植搭建安装嵌入式实验开发平台的BSP。
根据嵌入式实验开发平台的特点和系统需求，利用VMARE环境配置Linux操作系统的特性和功能, 熟悉Bootloader的使用方法,使用TOOLCHAIN进行交叉编译、链接生成操作系统内核，生成系统映像文件ZImage。
下载并运行编译好的Linux系统内核。
对文件系统同样进行相关编译移植下载至嵌入式开发平台上。
（3）嵌入式数据库SQLITE与UI开发工具QT的掌握。
（4）根据所学理论知识和嵌入式硬件开发平台的具体情况，设计一个具有一定规模较复杂功能的嵌入式系统（如嵌入式系统设备驱动程序），一般来讲需要2个学生共同完成.（5）编写课设报告。
嵌入式系统与软件(2)
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嵌入式微处理器分类
按用途来分，嵌入式微处理器可分为四种： 按用途来分，嵌入式微处理器可分为四种： 嵌入式微处理器：由通用计算机的CPU演变而来， 嵌入式微处理器：由通用计算机的CPU演变而来，不同的 CPU演变而来 是只保留了和嵌入式以后能够用紧密相关的功能硬件， 是只保留了和嵌入式以后能够用紧密相关的功能硬件，去 除了其他冗余功能，并配上了必要的外围扩展电路， 除了其他冗余功能，并配上了必要的外围扩展电路，减小 了体积和功耗。 了体积和功耗。 嵌入式微控制器：又称单片机， 嵌入式微控制器：又称单片机，一般以一种微处理器为核 片内集成了ROM EPROM、RAM、总线、总线逻辑、 ROM、 心，片内集成了ROM、EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定 时器、计数器、I/O等 时器、计数器、I/O等。 嵌入式DSP处理器：专用于数字信号处理，采用哈佛结构， 嵌入式DSP处理器：专用于数字信号处理，采用哈佛结构， DSP处理器 采用一系列措施保证数字信号的处理速度，如对FFT FFT（ 采用一系列措施保证数字信号的处理速度，如对FFT（快 速傅立叶变换）的专门优化。 速傅立叶变换）的专门优化。 嵌入式片上系统SoC：又系统级芯片， 嵌入式片上系统SoC：又系统级芯片，在一个硅片上实现 SoC 了一个更为复杂的计算机系统。 了一个更为复杂的计算机系统。 9
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操作
可以对存储器和寄存器进行运 算和操作
编译
难以用优化编译器生成高效的 目标代码程序
嵌入式微处理器
经过近20年的发展，嵌入式微处理器的集成度、 经过近20年的发展，嵌入式微处理器的集成度、主 20年的发展 频、位数都得到了提高
20世纪 年 世纪80年 世纪 代中后期 制作工艺 主频 晶体管 个数 位数 1 - 0.8 µm < 33 MHz > 500K 8/16bit 20世纪 年 世纪90年 世纪 代初期 0.8 - 0.5 µm <100 MHz >2M 8/16/32bit 20世纪 年 世纪90年 世纪 代中后期 0.5 – 0.35 µm <200 MHz >5M 8/16/32bit 21世纪初期 世纪初期 0.25 - 0.13 µm < 600 MHz >22M 8/16/32/64bit
嵌入式系统原理及应用第二版教学设计
嵌入式系统原理及应用第二版教学设计1. 课程目的嵌入式系统已经广泛应用于各种领域，本课程旨在深入了解嵌入式系统的原理及应用。
通过本课程的学习，学生应该能够熟悉嵌入式系统的基本概念，了解常见的嵌入式处理器架构及其应用，熟练掌握常见的嵌入式开发工具和编程语言，能够完成简单的嵌入式系统设计及应用。
2. 教学大纲1.嵌入式系统基础概念–什么是嵌入式系统–嵌入式系统的特点–嵌入式系统的分类2.常见嵌入式处理器架构及应用–ARM Cortex-M系列–AVR系列–MSP430系列–常用嵌入式处理器架构的比较3.嵌入式系统开发工具及环境–Keil μVision–IAR Embedded Workbench–Eclipse4.嵌入式系统编程语言–C语言–汇编语言–Python5.嵌入式系统设计与应用–简单的嵌入式系统设计–嵌入式系统应用案例分析3. 教学方法本课程采用课堂讲授、案例分析和实践操作相结合的教学方法。
教师将首先在课堂上讲解相关的理论知识，然后通过案例分析来帮助学生更好地理解和掌握所学知识。
最后，学生将通过实践操作来深入了解和巩固所学知识。
4. 成绩评定学生的成绩将按照期中考试、期末考试、课堂作业、实验报告等方面综合评定。
其中，期中考试和期末考试分别占总学分的30%和40%，课堂作业占总学分的20%，实验报告占总学分的10%。
5. 教学资源本课程将充分利用现有的教学资源，包括文献资料、实验设备、软件环境等。
6. 实验项目本课程将设计多个实验项目，包括： - 基于ARM Cortex-M系列处理器的LED闪烁程序设计 - 基于AVR系列处理器的电子时钟设计 - 基于MSP430系列处理器的温度检测系统设计7. 课程总结本课程旨在帮助学生深入了解嵌入式系统的原理及应用，通过理论学习、案例分析和实践操作的方式，学生将熟悉常见的嵌入式处理器架构及其应用，掌握嵌入式开发工具和编程语言，能够完成简单的嵌入式系统设计及应用。
嵌入式系统硬件体系结构-第二章
DRAM
RAM类存储器
SDRAM
SRAM
CACHE
DRAM
SDRAM
SRAM
CACHE
NVRAM
NVRAM
RAM类存储器
DRAM SDRAM
SRAM
CACHE NVRAM
1. DRAM 的英文全称是“Dynamic RAM”，翻译成中文就是“动态随机存储器”。
2. DRAM用于通常的数据存取。我们常说内存有多大，主要是指DRAM的容量。
3. DRAM需要刷新：DRAM的数据是靠电容特性存储的。由于电容会放电，要维持 数据，就要不断的给它充电。给动态 DRAM 定期充电的机制就叫做数据刷新时钟 电路，即内存刷新电路。
4. 在标准的 PC 电路设计中，每隔 15 微秒（ us ）对 DRAM 充电一次，整个充电 操作必须在 4ms 之内完成。
1. 厂商:
① Intel 公司的805X; ② Motorola的68HCxx
2. 微控制器的组成:
① CPU; ② 中断控制器; ③ 定时器/记数器; ④ 存储器; ⑤ 外部设备;
3. 应用:
① 电动玩具; ② 智能卡； ③ 网卡； ④ ADSL Modem
数字信号处理器（DSP）
1. 是特别为处理信号设计的 处理器，而不是为处理数 据设计的；
2. FLASH ROM芯片的读和写操作都是在单电压下进行，不需跳线，只利用 专用程序即可方便地修改其内容；
3. FLASH ROM的存储容量普遍较大，约为512K到至8M KBit，由于大批量 生产，价格也比较合适，很适合用来存放程序码，广泛用于主板的 BIOS ROM，也是CIH攻击的主要目标。
处理器一览
处理器 ARM Intel Pentium PowerPC
嵌入式系统课后习题及答案
第1章嵌入式体系基本【1 】1.什么是嵌入式体系？它由哪几部分构成？有何特点？写出你所想到的嵌入式体系.答：（1）界说：国内对嵌入式体系的一般界说是：以运用为中间,以盘算机技巧为基本,软硬件可裁剪,从而可以或许顺应现实运用中对功效.靠得住性.成本.体积.功耗等严厉请求的专用盘算机体系.（2）构成：嵌入式处理器.外围装备.嵌入式操纵体系和运用软件等几部分构成.（3）特点：a.软硬件一体化,集盘算机技巧.微电子技巧.行业技巧于一体;b.须要操纵体系支撑,代码小,履行速度快;c.专用紧凑,用处固定,成本迟钝;d.靠得住性请求高;e.多样性,运用普遍,种类繁多.（4）嵌入式体系：小我数字助理（PDA）.机顶盒（STB）.IP德律风.2.嵌入式处理器分为哪几类？答：（1）低端的微控制器（MicroController Unit,MCU）;（2）中高端的嵌入式微处理器（Embeded MicroProcessor Unit,EMPU）;（3）通讯范畴的DSP处理器（Digital Signal Processor,DSP）;（4）高度集成的片上体系（System on Chip,SoC）.3.ARM英文原意是什么？它是一个如何的公司？其处理器有何特点？答：（1）英文原意：Advanced RISC Machines.高等精简指令集机械.（2）公司简介：该公司是全球领先的16/32位RISC微处理器常识产权设计供给商,经由过程将其高机能.低成本.低功耗的RISC微处理器.外围和体系芯片设计技巧让渡给合作伙伴来临盆各具特点的芯片.ARM公司已成为移动通讯.手持装备.多媒体数字花费嵌入式解决计划的RISC尺度.（3）其处理器特点：a.小体积.低功耗.低成本而高机能;b.16/32位双指令集;c.全球的合作伙伴浩瀚.4.什么是及时体系？它有哪些特点？若何分类？答：（1）及时体系的界说：及时体系（Real Time System）是指产生体系输出的时光对体系至关重要的体系.（2）特点：及时性.并行性.多路性.自力性.可猜测性.靠得住性.（3）分类：依据响应时光的不合,及时体系可分为3种类型：强及时体系.弱及时体系.一般及时体系.依据肯定性的不合,及时体系可分为2种类型：硬及时.软及时.5.RTOS由哪几部分构成？它有哪些特点？与一般操纵体系比拟有何不合？答：（1）构成：及时内核.收集组件.文件体系.图形用户界面.（2）特点：a.支撑异步事宜的响应;b.中止和调剂义务的优先级机制;c.支撑抢占式调剂;d.肯定的义务切换时光和中止延迟时光;e.支撑同步.（3）与一般OS的不合：a.及时性：响应速度快,只有几微秒;履行时光肯定,可猜测;b.代码尺寸小：只有10~100KB,节俭内存空间,下降成本;c.运用程序开辟较难;d.须要专用开辟对象：仿真器.编译器和调试器等.6.单片机体系.嵌入式体系和SOC体系三者有何差别和接洽？答：（1）今朝嵌入式体系的主流是以32位嵌入式微处理器为焦点的硬件设计和基于及时操纵体系（RTOS）的软件设计;（2）单片机体系多为4位.8位.16位机,不合适运行操纵体系,难以进行庞杂的运算及处理功效;（3）嵌入式体系强调基于平台的设计.软硬件协同设计,单片机大多采取软硬件流水设计;（4）嵌入式体系设计的焦点是软件设计（占70%阁下的工作量）,单片机体系软硬件设计所占比例基底细同.（5）SoC是嵌入式体系的最高实现情势,它集成了很多功效模块,它的焦点技巧是IP（Intellectual Property Core,常识产权核）核.7. 无第2章嵌入式体系开辟进程1.嵌入式体系开辟进程分为哪几个阶段？每个阶段的特点是什么？答：（1）需求剖析阶段：a.对问题的辨认和剖析;b.制订例格解释文档;c.需求评审.（2）设计阶段：a.数据流剖析;b.划分义务;c.界说义务间的接口.（3）生成代码阶段：a.代码编程;b.交叉编译和链接;c.交叉调试;d.测试.（4）固化阶段2.嵌入式体系有哪几种调试方法？如今最风行的是哪种？运用什么接口？答：（1）调试方法：源程序模仿器方法.监控器方法.仿真器方法.（2）如今最风行的是仿真器方法,运用JTAG(Joint Test Action Group,结合测试行为组)接口.3.什么是板级支撑包？它一般应完成哪些工作？答：（1）界说：有些嵌入式操纵体系的内核明白分为两层,上层一般称为“内核”,而底层则称为“硬件抽象层”或“硬件适配层”,缩写为HAL,有的厂商将硬件抽象层称为BSP,即板级支撑包（BoardSupport Package）.（2）重要完成工作：a.在体系启动时,对硬件进行初始化.B.为驱动程序供给拜访硬件的手腕.（3）重要感化：清除硬件差别.第3章 ARM体系构造1.ARM的英文全名是什么？ARM处理器有什么特点？答：见第1章课后习题第3题.2.ARM7和ARM9在流水线方面有何不合？答：ARM7是3级流水线构造,ARM9是5级流水线构造.AR]M9把3级流水线中的履行阶段的操纵进行再分派,即把履行阶段中的“存放器读”插在译码阶段中完成,把“存放器写”安插在另一级（即第5级）完成,同时,在该级之前,再安插一级（存储拜访）.3.ARM处理器支撑的数据类型有哪些？答：（1）Byte 字节,8位;（2）Halfword 半字,16位;（3）Word 字,32位;4.写出ARM运用的各类工作模式和工作状况.答：（1）工作模式：详见下表：（2）工作状况：a.ARM：32位,这种状况下履行字对齐的ARM指令;b.Thumb：16位,这种状况下履行半字对齐的Thumb指令.5.ARM处理器总共有若干个存放器？个中哪个用做PC？哪个用做LR?答：（1）ARM处理器总共有37个存放器：31个通用存放器,6个状况存放器. （2）R15用做程序计数器PC,R14用做子程序链接存放器LR.6.假设R0=0x12345678,运用将R0存储到0x4000的指令存到存储器中,若存储器为大端组织,写出从存储器0x4000处加载一个字节到R2的指令履行后R2的值.答：因为0x4000是大端组织,所以R0存进后,0x4000中稀有0x56781234,从0x4000加载一个字节到R2后（由地位到高位加载）,R2的值为0x34. 7.ARM920T处理器参加了哪两个协处理器？各自的重要功效是什么？答：ARM920T处理器参加了两个协处理器:(1)CP14,许可软件拜访调试通讯通道;(2)体系控制协处理器CP15,供给了一些附加存放器用于设置装备摆设和控制Caches.MMU.呵护体系.时钟模式和其他体系选项.8.ARM920T支撑哪些时钟模式？答：快速总线模式.同步模式.异步模式.9.什么是写直达和写回Cache操纵,各有何特点？答：（1）写直达：当CPU对Cache写射中时,Cache与主存同时产生写修正.长处：一致性好;缺陷：耗时.（2）写回：当CPU对Cache写射中时,只修正Cache的内容而不立刻写入主存,只当此履行被换出时才写回主存.长处：削减拜访主存次数,进步效力.缺陷：一致性差点.10.ARM为何集成了32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集？（即它的利益）答：可供给长的转移规模.壮大的算术运算才能和大的寻址空间.11.什么是big-endian和little-endian,编写一段程序测试你所用的盘算机体系构造采取哪种存储机制？答：（1）大端存储体系（big-endian）：低地址存放高字节,高地址存放低字节.小端存储体系（little-endian）: 低地址存放低字节,高地址存放高字节.（2）int x=0x12345678;int *p=&x;if(*(char*)p=0x78)…little endianelse…big endian第4章 ARM体系硬件设计基本1．一个典范的可履行映像由哪几部分构成？答：2.汇编和C说话的互相挪用办法.答：（1）汇编程序挪用C程序的办法为：起首在汇编程序中运用IMPORT伪指令事先声明将要挪用的C说话函数;然后经由过程BL指令来挪用C函数.（2）C程序挪用汇编子程序的办法为：起首在汇编程序中运用EXPORT伪指令声明被挪用的子程序,暗示该子程序将在其他文件中被挪用;然后在C程序中运用extern症结字声明要挪用的汇编子程序为外部函数. （填补）3.基于ARM的硬件启动流程？答：（1）分派中止向量表;（2）初始化存储器体系;（3）初始化各工作模式下的客栈;（4）初始化有特别请求的硬件模块;（5）初始化用户程序的履行情况;（6）切换处理器的工作模式;（7）挪用主运用程序.第5章基于S3C2410的体系硬件设计1.温习控制：P230 I/O口编程实例.填补：2.中止的处理流程？答：（1）保管现场;（2）模式切换;（3）获取中止源;（4）中止处理;（5）中端返回,恢复现场.3.中止存放器的感化及相干的操纵？P235-237.。
NIOSII SOPC实例1
一．关于SOPC1）SOPC英文全名为：System-On-a-Programmable-Chip,即可编程片上系统。
SOPC 用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，来用于嵌入式系统研究和电子信息处理。
SOPC是一种特殊的嵌入式系统,它是片上系统（System-On-a -Chip,SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能但它不是简单的SOC,它也是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。
SOPC设计包括以32位NIOSII软核处理器为核心的嵌入式系统的硬件配置、硬件设计、硬件仿真、软件设计以及软件调试等。
SOPC系统设计的基本软件工具有：1）QuartusII:用于完成NIOSII系统的综合、硬件优化、适配、编程下载以及硬件系统调试等；2）SOPC Builder:Altera NiosII嵌入式处理器开发软件包，用于实现NiosII 系统的配置、生成,内嵌于QuartusII软件中；3）ModelSim: 用于对SOPC生成的NiosII系统的HDL描述进行系统的功能仿真；4）NiosII IDE:用于进行软件的开发、调试，以及向目标开发板进行Flash下载；二．关于NIOSII处理器NIOSII 是一个可配置的软核处理器。
“可配置”的意思是设计者可以根据性能和成本的要求来增加或删减处理器的功能。
ALTERA公司并不销售NIOSII处理器芯片，而是销售空的FPGA，并提供NIOSII 系统相应的IP核来组成NIOSII系统，然后将这个系统下载到FPGA中实现。
1）关于AVALONAvalon总线是SOPC硬件系统的重要组成部分，Avalon总线规范是为了开发SOPC 环境下外设而设计的。
图1-1 一个SOPC的示例二． SOPC简单实例：软核控制LCD液晶字母显示器1．系统构成规划1）系统功能：在character LCD上显示”Hello LCD from NiosII!”2）本系统中需要的外围器件：（1）L CD：输出显示（2）S RAM存储器:程序运行时将其导入SRAM3）SOPC中建立系统需要添加的模块包括：（1）N ios II 32bit CPU（2）L CD display（3）外部RAM总线（4）外部RAM接口（5）J TAG UART Interface（6）定时器2．硬件系统的建立1）首先打开Quartus II 建立工程文件：将工程文件命名为hello_lcd,顶层文件与工程文件同名。
电子科学与技术嵌入式方向(二)2024
电子科学与技术嵌入式方向（二）引言概述：电子科学与技术嵌入式方向是一个高科技领域，随着科技的进步和物联网的发展，嵌入式系统在各个行业的应用越来越广泛。
本文将从硬件设计、软件开发、系统测试、应用领域和发展趋势五个大点阐述电子科学与技术嵌入式方向的重要性和相关知识。
正文：一、硬件设计1. 嵌入式系统硬件设计的基本原理和流程2. 嵌入式系统硬件设计中常用的数字电路和模拟电路的设计技术3. 嵌入式系统硬件设计中的电源管理和时钟电路设计4. 嵌入式系统硬件设计中的封装和布线技术5. 嵌入式系统硬件设计中的低功耗设计和EMI/EMC设计二、软件开发1. 嵌入式系统软件开发的基本原理和流程2. 嵌入式系统软件开发中的嵌入式操作系统和实时操作系统3. 嵌入式系统软件开发中的驱动程序和中间件开发4. 嵌入式系统软件开发中的编程语言和开发工具选择5. 嵌入式系统软件开发中的调试和优化技术三、系统测试1. 嵌入式系统测试的基本原理和流程2. 嵌入式系统测试中的静态测试和动态测试技术3. 嵌入式系统测试中的单元测试和集成测试技术4. 嵌入式系统测试中的性能测试和可靠性测试技术5. 嵌入式系统测试中的自动化测试和持续集成技术四、应用领域1. 嵌入式系统在智能家居中的应用2. 嵌入式系统在智能交通中的应用3. 嵌入式系统在医疗设备中的应用4. 嵌入式系统在工业控制中的应用5. 嵌入式系统在军事和航天领域中的应用五、发展趋势1. 嵌入式系统在人工智能和机器学习中的应用2. 嵌入式系统在物联网和云计算中的应用3. 嵌入式系统在5G通信中的应用4. 嵌入式系统在自动驾驶和智能制造中的应用5. 嵌入式系统在可穿戴设备和虚拟现实中的应用总结：电子科学与技术嵌入式方向是一个综合性强、应用范围广的领域。
从硬件设计、软件开发、系统测试、应用领域和发展趋势五个大点的讨论中可以看出，嵌入式系统的应用前景非常广阔，需要具备深厚的技术功底和时刻了解最新的技术动向。
北航ARM9嵌入式系统实验实验三uCOS-II实验
北航ARM9嵌⼊式系统实验实验三uCOS-II实验实验三 uCOS-II实验⼀、实验⽬的在内核移植了uCOS-II 的处理器上创建任务。
⼆、实验内容1）运⾏实验⼗，在超级终端上观察四个任务的切换。
2）任务1~3，每个控制“红”、“绿”、“蓝”⼀种颜⾊的显⽰，适当增加OSTimeDly()的时间，且优先级⾼的任务延时时间加长，以便看清三种颜⾊。
3）引⼊⼀个全局变量BOOLEAN ac_key，解决完整刷屏问题。
4）任务4管理键盘和超级终端，当键盘有输⼊时在超级终端上显⽰相应的字符。
三、预备知识1）掌握在EWARM 集成开发环境中编写和调试程序的基本过程。
2）了解ARM920T 处理器的结构。
3）了解uCOS-II 系统结构。
四、实验设备及⼯具1）2410s教学实验箱2）ARM ADS1.2集成开发环境3）⽤于ARM920T的JTAG仿真器4）串⼝连接线五、实验原理及说明所谓移植，指的是⼀个操作系统可以在某个微处理器或者微控制器上运⾏。
虽然uCOS-II的⼤部分源代码是⽤C语⾔写成的，仍需要⽤C语⾔和汇编语⾔完成⼀些与处理器相关的代码。
⽐如：uCOS-II在读写处理器、寄存器时只能通过汇编语⾔来实现。
因为uCOS-II 在设计的时候就已经充分考虑了可移植性，所以，uCOS-II的移植还是⽐较容易的。
要使uCOS-II可以正常⼯作，处理器必须满⾜以下要求：（1）处理器的C编译器能产⽣可重⼊代码可重⼊的代码指的是⼀段代码（如⼀个函数）可以被多个任务同时调⽤，⽽不必担⼼会破坏数据。
也就是说，可重⼊型函数在任何时候都可以被中断执⾏，过⼀段时间以后⼜可以继续运⾏，⽽不会因为在函数中断的时候被其他的任务重新调⽤，影响函数中的数据。
（2）在程序中可以打开或者关闭中断在uCOS-II中，可以通过OS_ENTER_CRITICAL()或者OS_EXIT_CRITICAL()宏来控制系统关闭或者打开中断。
这需要处理器的⽀持,在ARM920T的处理器上，可以设置相应的寄存器来关闭或者打开系统的所有中断。
NIOS2完整教程
NIOS2完整教程NIOSII是一种32位可配置的软核处理器，支持使用硬件描述语言（HDL）进行快速设计和开发。
下面是一个完整的NIOSII教程，介绍了NIOSII的基本概念和使用方法。
第一部分：NIOSII概述（300字）NIOS II是Altera公司推出的一种可配置软核处理器。
它可以根据需要进行配置，包括选择处理器指令集的大小和功能，以及设置外设和存储器的接口。
NIOS II是基于经典的RISC架构，具有高性能和灵活性。
第二部分：NIOSII的基本构成（300字）NIOSII处理器由五个核心组件组成：指令集体系结构（ISA）、处理器核心、数据存储器、指令存储器和外设接口。
ISA定义了NIOSII支持的指令集，包括整数指令、浮点指令和多媒体指令。
处理器核心执行指令，并且可以执行单周期、多周期或流水线处理。
数据存储器用于存储数据，指令存储器用于存储程序指令。
外设接口用于连接NIOSII处理器和外部设备。
第三部分：NIOSII的配置和开发环境（300字）第四部分：NIOSII的应用场景（300字）NIOSII可用于各种应用场景，包括但不限于嵌入式系统、通信系统、工业自动化和军事应用。
NIOSII的可配置性使得它非常适合于各种需求和资源约束的项目。
NIOSII的性能和可扩展性使得它能够满足高带宽和实时性要求的应用。
此外，NIOSII的软件开发环境也非常成熟和易于使用，可以加快开发过程。
第五部分：NIOSII的优势和挑战（300字）NIOSII相对于其他软核处理器的主要优势在于其可配置性和性能。
NIOSII可以根据需求进行定制，并且可以实现高度优化的硬件和嵌入式软件系统。
然而，NIOSII的可配置性也带来了一些挑战，例如设计复杂性和调试困难。
此外，NIOSII的性能也受限于硬件资源的可用性和设计的质量。
总结（200字）在本教程中，我们介绍了NIOSII的基本概念和使用方法。
NIOSII是一种可配置的软核处理器，支持使用HDL进行快速设计和开发。
2012嵌入式系统课程设计报告书2
郑州航空工业管理学院嵌入式系统课程设计报告题目：嵌入式Linux系统中PWM驱动程序的设计20 – 20第学期院系：姓名：专业：学号：指导老师：电子通信工程系2012年11月制目录（在这里添加相应的目录）一、引言（同学们自己在这里添加相应的内容）二、设计目的通过对Linux系统驱动及Linux设备驱动模型的了解，在熟悉Linux系统字符型设备驱动的基础上，对基于ARM S3C2410微处理器内部的片内外设进行驱动程序开发，并给出驱动程序相应的应用程序测试驱动模块的效果，熟悉嵌入式系统驱动程序的开发过程，从而掌握嵌入式Linux系统中字符型设备驱动开发的主要方法。
具体地，在开发过程中，依据Linux内核中已有的设备驱动文件，找到字符型设备驱动所在的文件夹，在其中建立设备驱动程序文件，修改相关设置，达到以下目标：能控制GPIO模块输出高低电平；能控制定时器实现定时功能；能在特定管脚上输出PWM波形。
进一步地，尽量在驱动程序中实现并发控制功能。
最终，能在掌握Linux内核原理及驱动程序开发的基础上，建立更有效的嵌入式系统驱动开发方法，提高嵌入式系统的开发与应用的效率。
三、设计要求1. 任务要求要求能独立地分析题目意义、设计实现步骤、画出硬件原理图及软件流程图、调试驱动模块。
该设计的具体要求如下：（1）编写字符型设备驱动程序。
（2）编译字符型设备驱动模块。
（3）使用硬件调试或软件仿真调试得到的驱动模块。
（4）建立驱动模块对应的应用程序。
（5）通过应用程序测试驱动模块。
（6）在驱动代码中实现并发控制功能（选做）。
2. 设计所需的软硬件设备（1）硬件环境配置计算机：Intel(R) Pentium(R) 及以上内存：1GB及以上实验设备：UP-NETARM2410-S嵌入式开发平台（2）软件环境配置操作系统：Microsoft Windows XP Professional Service Pack 2虚拟机：VMware WorkStation 7Linux系统：Red Hat Enterprise Linux AS 4 (2.6.9-5.EL)嵌入式交叉编译器：arm-linux-gcc 3.4.4版本Linux内核版本：Linux-2.6.14SKYEYE版本：skyeye-1.2.4U-Boot版本：U-Boot-1.3.2BusyBox版本：BusyBox-1.2.03. 课程设计报告内容按该设计报告要求的模式格式提交课程设计报告书。
嵌入式系统原理及应用—基于STM32和RT-Thread 第2章 STM32软硬件基础
本章总结
课后作业
2.2.2 最小系统示例
5. 启动
具有BOOT0和BOOT1引脚的MCU启动模式配置
启动模式选择引脚
BOOT1
BOOT0
启动模式
说明
X
0
从Flash启动
Flash被选为启动区域
0
1
从系统存储器启动 系统存储器被选为启动区域
1
1
从SRAM启动
SRAM被选为启动区域
22
嵌入式系统基本 概念
1 0 1 1 0 1 0
Flash 空
0 X 1 X X X X
启动模式
从Flash启动 从Flash启动 从系统存储器启动 从系统存储器启动 从系统存储器启动
从SRAM 从SRAM
23
本节小结
嵌入式系统基本 概念
最小系统搭建
开发环境搭建
本章总结
课后作业
1. 掌握STM32最小系统概念； 2. 熟练设计STM32最小系统。
24
2.3 开发环境搭建
裸机开发环境 RT-Thread开发环境 本节小结
STM32概述 最小系统设计 开发环境搭建
本章总结 课后作业
2.3.1 裸机开发环境
1. 软件下载 2. 软件安装
3. 软件测试
报错——安装程序所在路径包含 中文
26
STM32概述 最小系统设计 开发环境搭建
本章总结 课后作业
最小系统搭建
开发环境搭建
本章总结
课后作业
2.2.2 最小系统示例
5. 启动
具有BOOT0，无BOOT1引脚的MCU启动模式配置
BOOT0
0 X 0 1 X 1 X
嵌入式系统设计(STM32)第2讲
文档和库规范
一、缩写 缩写 GPIO NVIC EXTI RCC SysTick TIM USART
外设/单元 通用输入/输出 嵌套中断向量列表控制器 外部中断事件控制器 复位与时钟控制器 系统嘀嗒定时器 通用定时器 通用同步异步接收发射端
备份区域复位。
2.2.3 时钟树
P83 图4-3
➢ 系统时钟（SYSCLK）的产生
来源有3个：HSI, PLLCLK, HSE
由SW（时钟配置寄存器RCC_BDCR的D0位和D1位）控制选择。
SW[1:0]= 00， HSI，内部
01， HSE，外部
10， PLLCLK，锁相环，倍频
锁相环输入来自HSI/2或者HSE, 由PLLSRC控制选择。
2.3 STM32时钟配置
在STM32中，有五个时钟源: HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。 ①HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz。 ②HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部
时钟源，频率范围为4MHz~16MHz。 ③LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为40kHz。 ④LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。 ⑤PLL为锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为HSI/2、
第2讲 STM32最小系统
下周一下午实验，带上笔记本电脑
熟悉软件开发环境 笔记本需要安装的软件有：
MDK4.70a STM32固件库V3.5 JLINK驱动 PL2303驱动（USB转串口驱动） mcuisp.exe（STM ISP下载器） 串口调试助手 固件库使用手册 STM32中文参考手册_V10
锁相环倍频系数由PLLMUL（ RCC_BDCR 的D21—D18位）控制。
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没有一种微处理器和微处理器公司可以主导 嵌入式系统，仅以32 位的CPU 而言，就有100 种 以上嵌入式微处理器。由于嵌入式系统设计的差 异性极大，因此选择是多样化的。 市场上已有的CPU 供应商 Atmel, Freescale, Microchip, Renesas等
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DC/DC 变换器IC 包括升压式（VOUT>VIN）、 降压式（VOUT< VIN）和反相式（也叫 电压反转式）等电路。反相式 DC/DC 变换器的特 点是可以获得负电压，并且可获得大于输入电压 的负压，即|-VOUT| >VIN，可输出较大的电 流。但采用电荷泵电路来获得负压更为简单，并 且有带线性稳压输出的电荷泵IC，所以电压反转 式DC/DC 变换器也很少用。
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线性稳压电源
线性稳压电源是因其内部调整管工作在线性 范围而得名。一般认为线性稳压电源的输入电压 与输出电压之间的电压差（一般称为压差）大， 调整管上的损耗大，效率低。但近年来开发出各 种低压差（LDO）的新型线性稳压器IC，一般可 达到达输出100mA 电流时，其压差在100mV 左右 的水平（甚至于到70-80mv 的水平），某些小电 流的低压差线性稳压器其压差仅几十毫伏。这 样，调整管的损耗较小，效率也有较大的提高， 因此可减少功耗。另外，线性稳压电源外围元件 最少、输出噪声最小、静态电流最小，价格也便 宜．
Freescale 8位单片机产品
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选择原则：主要从指令结构、运行速度、程 序存储方式和功能等几个方面选择单片机。 • 处理器的处理速度。一个处理器的性能取决于多 个方面的因素：时钟频率，内部 寄存器的大小，指令是否对等处理所有的寄存器 等。 • 技术指标。当前，许多嵌入式处理器都集成了外 围设备的功能，从而减少了芯片 的数量，进而降低了整个系统的开发费用.
二、嵌入式系统的硬件体系设计
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嵌入式系统
硬件体系 以微控制器为核心的电子、机电、机械等技 术平台 软件程序 实时操作系统：Linux, VxWorks,WinCE等 应用程序：实现测量、控制等功能的 系统工程模型 系统进行测量、控制、监视所遵循的数学算 法模型，表现为各种解决方案。
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ＲＡＭ
• RAM 主要用来存放各种现场的输入、输出 数据，中间计算结果，以及与外部存储器 交换信息和作堆栈用． • RAM 只能用于暂时存放程序和数据，一旦 关闭电源或发生断电，其中的数据就会丢 失 • RAM 多为MOS 型半导体电路，它分为静态 和动态两种。静态RAM 是靠双稳态触发器 来记忆信息的；动态RAM 是靠MOS 电路中 的栅极电容来记忆信息的。
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三、微控制器单元电路设计
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最小系统概念
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最小系统框图
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S12最小系统
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1. 单片机的选型
为适应不同的应用需求，一般一个系列 的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产 品的处理器内核都是一样的，不同的是存 储器和外设的配置及封装。这样可以使单 片机最大限度地和应用需求相匹配，从而 减少功耗和成本。
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2. 电源系统
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电源转换与管理
电源是电子产品中一个组成部分，为了 使电路性能稳定，往往还需要稳定电源。 设计者要根据产品的要求来选择合适的电 源IC。 根据不同的工作原理可将电源分成三 类：线性稳压电源、开关稳压电源及电荷 泵电源。它们各自都有一定的特点及适用 范围．
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• 处理器的低功耗。嵌入式微处理器最大并 且增长最快的市场是手持设备、电子记 事本、PDA、手机、GPS 导航器、智能家 电等消费类电子产品，这些产品中选购 的微处理器典型的特点是要求高性能、低 功耗。
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MC68HC908JK系列
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开关稳压电源
开关稳压电源主要指DC/DC 变换器。 由于器件中有一个工作在开关状态的晶体 管（一般是MOSFET），故称为开关电源。 开关管工作于饱和导通及截止两种状态， 所以开关管管耗小并且与输入电压大小无 关，效率较高（一般可达80～95%）、可以 输出大电流、静态电流小。
锁相环PLL
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4. 复位电路
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RC复位电路
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抗干扰RC复位电路
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三极管低电压复位电路
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低电压检测IC的复位电路
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嵌入式硬件体系
• 嵌入式系统的构建基础 • 系统工程方案和软件存在的根基 • 微控制器控制单元电路、存储单元、接口 单元、信号采集放大电路、控制输出电路 等 • 模拟电路、数字电路、现代电子电路基 础，微电子技术、传感器测量技术等
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硬件体系的基本框图
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二、间接相关部分设计 • 系统原理图设计 • 电路仿真研究 • ＰＣＢ版图设计 • 硬件系统的调试
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硬件体系设计要求
• • • • 稳定可靠：工作性能可靠，失效率低 性能优良：功能实现方法优秀 成本低廉：开发费用低，产品成本低 模块规范：体系模块化，设计规范化，器 件通用化 • 集成度高：分立元件少，高集成度器件 • 低功耗设计
5. 存储器系统
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存储器
• 存储器的物理实质是一组或多组具备数据 输入输出和数据存储功能的集成电路 • 存储器按存储信息的功能可分为只读存储 器ROM（Read Only Memory）和随机存储器 RAM（Random Access Memory）
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ＲＯＭ
• ROM 中的信息一次写入后只能被读出，而 不能被操作者修改或删除． • 一般用于存放固定的程序，如监控程序、 汇编程序等，以及存放各种表格。 • EPROM（Erasable Programmable ROM）可 以用特殊的装置擦除和重写它的内容，一 般用于软件的开发过程。
硬件体系的基本组成
• 核心部件：微控制器、时钟电路 • 主要部件：存储器件、测量通道器件、人 机接口/通信接口器件 • 基础部件：电源供电电路、电路监控电 路、复位电路、EMC电路等。
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硬件体系设计的相关内容
一、直接相关部分设计 • 微控制器及其选择 • 存储器及其选择 • 人机接口／通信接口的设计 • 信号采集和控制通道的设计 • 基础电路的设计
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电荷泵
电荷泵的工作过程为：首先贮存能量，然后 以受控方式释放能量，以获得所需的输出电压。 开关式调整器升压泵采用电感器来贮存能量，而 电容式电荷泵采用电容器来贮存能量。电容式电 荷泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控 制器实现电压提升，采用电容器来贮存能量。因 工作于较高频率，可使用小型陶瓷电容器(1μF)， 占用空间最小，使用成本较低。电荷泵转换器不 使用电感器，因此其辐射EMI可以忽略。输入端 噪声可用一只小型电容器滤除。电荷泵十分适用 于便携式应用产品的设计。
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3. 时钟系统
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晶体振荡器
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RC振荡器
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完整的最小系统
• LPC2100系列没有外部总线接口的最小系统 • LPC2200系列使用外部存储器的最小系统
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LPC2100系列
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LPC2200系列
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