嵌入式硬件系统接口电路设计PPT课件
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《嵌入式系统设计》课件
2
系统架构设计
设计系统的硬件和软件架构，包括选择适当的处理器和外设。
3
电路设计
设计电路板，包括选择元件、布线和进行电路仿真。
4
软件开发
编写嵌入式软件，实现系统功能和交互。
嵌入式系统硬件设计
电路设计
微控制器
通过选择合适的元件和进行布线， 设计控制器，如 Arduino或Raspberry Pi，以实现 系统的处理和控制。
《嵌入式系统设计》PPT 课件
嵌入式系统是指将计算机技术和信息处理能力嵌入到特定应用领域中的系统。
嵌入式系统简介
嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，集成了软硬件设计，广泛应用于生活中的各个方面，如智能家居、汽车 电子和医疗设备。
嵌入式系统设计流程
1
需求分析
根据需求和系统特点确定设计目标和主要功能。
嵌入式系统应用于医疗设备中， 如心脏起搏器和医疗监测仪器， 提供精准和可靠的医疗服务。
总结与提问
嵌入式系统设计是一个综合性的过程，需要考虑硬件和软件的协同工作，以 实现特定应用领域的需求。欢迎提问和讨论。
传感器
选择适当的传感器，如温度、湿 度或距离传感器，以实现系统的 感知能力。
嵌入式系统软件设计
嵌入式编程语言
选择适当的编程语言，如C或C++，以实现嵌入式系统的软件功能。
实时操作系统
使用实时操作系统（RTOS）来管理系统的任务和资源，保证系统的实时性。
驱动程序开发
开发设备驱动程序，以实现与外设的通信和控制。
嵌入式系统调试与测试
调试和测试是嵌入式系统设计过程中至关重要的一环，涉及硬件和软件的运 行状态、故障排除和性能评估。
嵌入式系统应用实例
嵌入式硬件接口PPT课件
• 1 .触摸屏的驱动芯片ADS7843典型接口 触摸屏的控制采用专用芯片，专门处理是否有笔或手指按下触摸屏，并在按 下时分别给两组电极通电，然后将其对应位置的模拟电压信号经过A/D转换送 回处理器。S3C44B0选取PG口与ADS7843接口，共使用PG2 - PG7的6条口线,也 可以选择其他的I/O口，但注意不要与I/O口上已经设定的功能相冲突．其中， X+、Y+、X-、Y-引脚直接与触摸屏的相应管脚相连。
• 3.字符发送程序Uart_SendByte()见课本P* 。 • 4.字符接收程序Uart_GetByte()见课本P*。
h
21
USB接口概述
• USB(通用串行总线)接口正在被用于多种嵌入式系统设备的数据通信中，如移动硬 盘、数码相机、PDA、高速数据采集设备等。它是由Compaq、HP、Intel、Lucent、 Microsoft、NEC和Philips七家公司联合推出的新一代标准接口总线。是一种连接 外围设备的机外总线。 其主要性能特点如下：
• 每个UART模块包含以下几个部件：波特率发生器，发送器，接收 器和控制单元。
h
14
UART操作
➢数据发送 ➢数据接收 ➢动流控制（AFC） ➢非自动流控制（通过软件控制nRTS和nCTS） ➢调制解调器接口
h
15
中断／DMA请求产生器
•S3C44BOX 的 每 个 UART 都 有 7 个 状 态 信 号 ： 接 收 FIFO/ 缓 冲 区 数 据 准 备 好 、 发 送 FIFO／缓冲区空、发送移位寄存器空、溢出错误、奇偶校验错误、帧错误和中止， 所有这些状态都由对应的UART状态寄存器(UTRSTATn/UERSTATn)中的相应位来表 现。
VD[3:0] VD[7:4]
• 3.字符发送程序Uart_SendByte()见课本P* 。 • 4.字符接收程序Uart_GetByte()见课本P*。
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21
USB接口概述
• USB(通用串行总线)接口正在被用于多种嵌入式系统设备的数据通信中，如移动硬 盘、数码相机、PDA、高速数据采集设备等。它是由Compaq、HP、Intel、Lucent、 Microsoft、NEC和Philips七家公司联合推出的新一代标准接口总线。是一种连接 外围设备的机外总线。 其主要性能特点如下：
• 每个UART模块包含以下几个部件：波特率发生器，发送器，接收 器和控制单元。
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14
UART操作
➢数据发送 ➢数据接收 ➢动流控制（AFC） ➢非自动流控制（通过软件控制nRTS和nCTS） ➢调制解调器接口
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15
中断／DMA请求产生器
•S3C44BOX 的 每 个 UART 都 有 7 个 状 态 信 号 ： 接 收 FIFO/ 缓 冲 区 数 据 准 备 好 、 发 送 FIFO／缓冲区空、发送移位寄存器空、溢出错误、奇偶校验错误、帧错误和中止， 所有这些状态都由对应的UART状态寄存器(UTRSTATn/UERSTATn)中的相应位来表 现。
VD[3:0] VD[7:4]
嵌入式系统(第章 嵌入式系统硬件平台与接口设计)ppt课件
28
Bank5：RTL8019AS，ISA总线兼容的10M以太网（ PHY＋MAC层）控制芯片。占用系统外部中断1，16位 数据总线；扩展IO口
Bank6：SDRAM，起始地址为0xC000000。在 SDRAM中，前512Kbyte的空间划分出来，作为系统 的LCD显示缓冲区使用（更新其中的数据，就可以更新 LCD的显示）。系统的程序存储空间从0xC080000开 始。也就是，引导系统的时候，需要把system.bin文件 复制到0xC080000开始的地址空间，把PC指针指向 0xC080000。
9
详细设计阶段-硬件设计
1. 设计硬件子系统：top-down方法 1. 分成模块 2. 设计框图 3. 例：CPU子系统、存储器子系统等
2. 定义硬件接口 1. I/O端口 2. 硬件寄存器 3. 共享内存 4. 硬件中断 5. 存储器空间分配 6. 处理器的运行速度
10
详细设计阶段-软件设计
29
3) Boot Loader的任务
Boot Loader是系统加电后首先运行的一段代码，完成 整个系统的加载启动任务。它首先完成系统硬件的初始 化，包括时钟的设置、存储器的映射等。并设置堆栈指 针，然后跳转到操作系统内核入口，如系统在加电或复 位时通常从地址0x00000000处开始执行，而在这个地 址处安排的通常就是系统的Boot Loader程序。
7
2）体系结构设计
决定因素
1. 系统是硬实时系统还是软实时系统 2. 操作系统是否需要嵌入 3. 物理系统的成本、尺寸和耗电量是否是产
品成功的关键因素 4. 选择处理器和相关硬件 5. 其他
8
3）详细设计阶段-硬件与软件划分 决定哪些用硬件实现，哪些用软件实现？ 例如：
Bank5：RTL8019AS，ISA总线兼容的10M以太网（ PHY＋MAC层）控制芯片。占用系统外部中断1，16位 数据总线；扩展IO口
Bank6：SDRAM，起始地址为0xC000000。在 SDRAM中，前512Kbyte的空间划分出来，作为系统 的LCD显示缓冲区使用（更新其中的数据，就可以更新 LCD的显示）。系统的程序存储空间从0xC080000开 始。也就是，引导系统的时候，需要把system.bin文件 复制到0xC080000开始的地址空间，把PC指针指向 0xC080000。
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详细设计阶段-硬件设计
1. 设计硬件子系统：top-down方法 1. 分成模块 2. 设计框图 3. 例：CPU子系统、存储器子系统等
2. 定义硬件接口 1. I/O端口 2. 硬件寄存器 3. 共享内存 4. 硬件中断 5. 存储器空间分配 6. 处理器的运行速度
10
详细设计阶段-软件设计
29
3) Boot Loader的任务
Boot Loader是系统加电后首先运行的一段代码，完成 整个系统的加载启动任务。它首先完成系统硬件的初始 化，包括时钟的设置、存储器的映射等。并设置堆栈指 针，然后跳转到操作系统内核入口，如系统在加电或复 位时通常从地址0x00000000处开始执行，而在这个地 址处安排的通常就是系统的Boot Loader程序。
7
2）体系结构设计
决定因素
1. 系统是硬实时系统还是软实时系统 2. 操作系统是否需要嵌入 3. 物理系统的成本、尺寸和耗电量是否是产
品成功的关键因素 4. 选择处理器和相关硬件 5. 其他
8
3）详细设计阶段-硬件与软件划分 决定哪些用硬件实现，哪些用软件实现？ 例如：
嵌入式硬件系统中的基础电子线路设计PPT课件
以Maxim公司生产的MAX813L为例。 MAX813L具有上电复位、Watchdog输出、
掉电电压监视、手动复位四大功能。
13
，WDI（Watchdog Input）主要是作为Watchdog计数 器重定用的。在1.6秒内若CPU不触发复位看门狗定时 器，则WDO（Watchdog Output）将输出低电平。
（a）当毛剌电压峰峰值没有达到电源电压的 正常值与系统正常工作所需最低电压值之差时 ，可适当降低比较器的复位电压下限；
19
（b）当毛刺电压峰峰值超过电源电压的正常 值与系统正常工作所需电压之差时，一方面应 采取措施降低毛刺电压，另一方面应采用较为 复杂的比较器型上电复位电路（如图 ）。
20
（4）在选用或自己设计Watchdog型复位电 路时，应注意输入Watchdog的“喂狗”信 号应该是沿信号，而不是电平信号，同时应 考虑撤销复位电压的电源电压值应大于系统 最小正常电压值。
晶体的品质、切割取向、晶体振子的 结构及电路形式等，际电工委员会（IEC）将石英晶体谐振
器分为4类： ①普通晶体振荡（TCXO）， ②电压控制式晶体谐振器（VCXO）， ③温度补偿式晶体振荡（TCXO）， ④恒温控制式晶体振荡（ OCXO）。 目前发展中的还有数字补偿式晶体损振荡
第七章 嵌入式硬件系统中的基础 电子线路设计
7.6 复位电路
为确保系统中电路稳定可靠工作，复 位电路是必不可少的一部分，复位电路的第 一功能是上电复位。
一般微机电路正常工作需要供电电源 为5V±5%，即4.75～5.25V。
由于微机电路是时序数字电路，它需要 稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有 当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡 器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电 路开始正常工作。
掉电电压监视、手动复位四大功能。
13
，WDI（Watchdog Input）主要是作为Watchdog计数 器重定用的。在1.6秒内若CPU不触发复位看门狗定时 器，则WDO（Watchdog Output）将输出低电平。
（a）当毛剌电压峰峰值没有达到电源电压的 正常值与系统正常工作所需最低电压值之差时 ，可适当降低比较器的复位电压下限；
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（b）当毛刺电压峰峰值超过电源电压的正常 值与系统正常工作所需电压之差时，一方面应 采取措施降低毛刺电压，另一方面应采用较为 复杂的比较器型上电复位电路（如图 ）。
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（4）在选用或自己设计Watchdog型复位电 路时，应注意输入Watchdog的“喂狗”信 号应该是沿信号，而不是电平信号，同时应 考虑撤销复位电压的电源电压值应大于系统 最小正常电压值。
晶体的品质、切割取向、晶体振子的 结构及电路形式等，际电工委员会（IEC）将石英晶体谐振
器分为4类： ①普通晶体振荡（TCXO）， ②电压控制式晶体谐振器（VCXO）， ③温度补偿式晶体振荡（TCXO）， ④恒温控制式晶体振荡（ OCXO）。 目前发展中的还有数字补偿式晶体损振荡
第七章 嵌入式硬件系统中的基础 电子线路设计
7.6 复位电路
为确保系统中电路稳定可靠工作，复 位电路是必不可少的一部分，复位电路的第 一功能是上电复位。
一般微机电路正常工作需要供电电源 为5V±5%，即4.75～5.25V。
由于微机电路是时序数字电路，它需要 稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有 当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡 器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电 路开始正常工作。
ARM嵌入式系统第5章硬件电路与接口技术精品PPT课件
源：两组3.3V电源和两组1.8V电源，它们需要单 点接地或大面积接地。
如果不使用LPC2000的AD功能，或对AD的 要求不高，模拟电源和数字电源可以不分开供电。
最小系统
• 各部件简介 ——电源
CZ 1 PO WER(9V)
D1 1N5819 1 2 3
U1 1
SPX111 7M3 -1.8
1
Vi n
V IN
V OU T
2
V DD 1. 8
C2 1 0u F/1 6V
GN D 1
1 6
4 3
S W1 R ST
U4
MR NC
V CC R ST
P FI
R ST
G ND P FO
S P7 08 S
V DD 3. 3 2 8
7
n RST
5
R1 1 0K
V DD 3. 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
62
64 63
P0 . 4 / SCPPK33 ..0 /11C12 //AAAP110 .121 P1 . 2P53 ./ 1E3X/TIA1N30
P0 . 3 /P0S.D5 /A /MIMSAOT00/.0M/AEIT0N .T11
3 0P U3 S PX 11 17 M3 -1 .8
+5V
3
29 nWE 90 nOE
LPC2210
A1 1 A2 2 A3 3 A4 4 A5 5 A6 18 A7 19 A8 20 A9 21 A10 22 A11 23 A12 24 A13 25 A14 26 A15 27 A16 42 A17 43 A18 44
nCS1 6 nOE 41 nWE 17 nBLS140 nBLS039
如果不使用LPC2000的AD功能，或对AD的 要求不高，模拟电源和数字电源可以不分开供电。
最小系统
• 各部件简介 ——电源
CZ 1 PO WER(9V)
D1 1N5819 1 2 3
U1 1
SPX111 7M3 -1.8
1
Vi n
V IN
V OU T
2
V DD 1. 8
C2 1 0u F/1 6V
GN D 1
1 6
4 3
S W1 R ST
U4
MR NC
V CC R ST
P FI
R ST
G ND P FO
S P7 08 S
V DD 3. 3 2 8
7
n RST
5
R1 1 0K
V DD 3. 3
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64 63
P0 . 4 / SCPPK33 ..0 /11C12 //AAAP110 .121 P1 . 2P53 ./ 1E3X/TIA1N30
P0 . 3 /P0S.D5 /A /MIMSAOT00/.0M/AEIT0N .T11
3 0P U3 S PX 11 17 M3 -1 .8
+5V
3
29 nWE 90 nOE
LPC2210
A1 1 A2 2 A3 3 A4 4 A5 5 A6 18 A7 19 A8 20 A9 21 A10 22 A11 23 A12 24 A13 25 A14 26 A15 27 A16 42 A17 43 A18 44
nCS1 6 nOE 41 nWE 17 nBLS140 nBLS039
嵌入式系统硬件设计课件珍藏.
嵌入式系统硬件构成
VirtexII Platform FPGA Virtex（E）系列 FPGA Xilinx Spartan（ XL）系列FPGA SpartanII（E）系列FPGA XC95(XL)系列 CPLD CoolRunner系列 CPLD
电源模块 解决方案
可编程 逻辑器件
总线
存储器
嵌入式 处理器 通信接口
由于需要I/O接口，Nand要复杂得多。各种Nand器件 的存取方法因厂家而异。在使用Nand器件时，必须先 写入驱动程序，才能继续执行其它操作。
Sep 2006
No. 15
SRAM接口时序（SRAM，FLASH)
Sep 2006
No. 16
SDRAM 存储器接口
SDRAM是随机存储器中价格最低的一种，在 大多数计算机系统中用做主存储器； 数据以电荷形式储存在电容上，并会在几ms 内泄漏掉。为了长期保存，SDRAM必须定期 刷新； 但动态RAM比静态RAM集成度高、功耗低， 从而成本也低，适于作大容量存储器； 工作时序比较复杂
EMI 和存储器
Sep 2006
No. 6
常用存储器的分类
嵌入式系统中
NOR FLASH NAND FLASH SRAM SDRAM
Sep 2006
No. 7
存储器的分类
按构成存储器的器件和存储介质分类
半导体存储器 磁盘和磁带等磁表面存储器 光电存储器
按存取方式分类
随机存储器RAM (Random Access Memory)
No. 20
SEP3203芯片地址映射
0x37ff_ffff 0x37ff_ffff
External Memory (nCSA ~ nCSF) (see table below)
第6章 嵌入式系统总线接口PPT课件
6.1 串行接口
❖ 6.1.1 串行接口基本原理与结构 ❖ 1．串行通信概述 ❖ 常用的数据通信方式有并行通信和串行通信两种。当两台数字设
备之间传输距离较远时，数据往往以串行方式传输。串行通信的 数据是一位一位地进行传输的，在传输中每一位数据都占据一个 固定的时间长度。与并行通信相比，如果n位并行接口传送n位数 据需时间T，则串行传送的时间最少为nT。串行通信具有传输线 少、成本低等优点，特别适合远距离传送。 ❖ ① 串行数据通信模式 ❖ 串行数据通信模式有单工通信、半双工通信和全双工通信3种基 本的通信模式。 ❖ ● 单工通信：数据仅能从设备A到设备B进行单一方向的传输。 ❖ ● 半双工通信：数据可以从设备A到设备B进行传输，也可以从 设备B到设备A进行传输，但不能在同一时刻进行双向传输。 ❖ ● 全双工通信：数据可以在同一时刻从设备A传输到设备B，或 从设备B传输到设备A，即可以同时双向传输。
31.07.2020
嵌入式系统概论
4
❖ ● 波特率 ❖ 传送数据位的速率称为波特率，用位／秒（bit/s）来表示，称之为波特。例如，
数据传送的速率为120字符／秒，每帧包括10个数据位，则传送波特率为： ❖ 10×120=1200b/s=1200波特 ❖ 每一位的传送时间是波特的倒数，如1/1200=0.833ms。异步通信的波特率的数
值通常为：150、300、600、1200、2400、4800、9600、14400、28800等， 数值成倍数变化。 ❖ ● 校验位 ❖ 在一个有8位的字节（byte）中，其中必有奇数个或偶数个的“1”状态位。对于 偶校验就是要使字符加上校验位有偶数个“1”；奇校验就是要使字符加上校验位 有奇数个“1”。例如数据“00010011”，共有奇数个“1”，所以当接收器要接收 偶数个“1”时（即偶校验时），则校验位就置为“1”，反之，接收器要接收奇数 个“1”时（即奇校验时），则校验位就置为“0”。 ❖ 一般校验位的产生和检查是由串行通信控制器内部自动产生，除了加上校验位以 外，通信控制器还自动加上停止位，用来指明欲传送字符的结束。停止位通常取 1、1.5或2个位。对接收器而言，若未能检测到停止位则意味着传送过程发生了 错误。 ❖ 在异步通信方式中，在发送的数据中含有起始位和停止位这两个与实际需要传送 的数据毫无相关的位。如果在传送1个8位的字符时，其校验位、起始位和停止 位都为1个位，则相当于要传送11个位信号，传送效率只有约80%。
嵌入式系统 第3章嵌入式系统硬件设计PPT课件
外部中断源可设置为电平中断和边沿中断 电平中断和边沿中断可设置极性 支持快速中断和非常紧急中断
13
S3C2410资源
七、定时器和PWM
基于DMA和中断操作的4通道16位定时器 /1通道16位内部定时器，支持PWM功能
可编程的占空比、频率和极性
14
S3C2410资源
八、RTC实时时钟
完全的时钟特性：秒、分、小时、 日期、星期、月份、年
38
性能上
Nor-flash 的读速度比Nand-Flash快 Nor-flash 的写速度比Nand-Flash慢 Nor-flash 的擦除速度比Nand-Flash慢 大多数写入操作需要先进行擦除操作 Nand-flash的擦除单元更小，相应的擦除
电路更少
39
接口电路复杂程度
Nor-flash待用SRAM接口，有足够多的地 址引脚，容易进行电路设计
SDRAM存储器件选择 原理图设计考虑的问题
地址空间分配 常见电路连接图实例
35
基于S3C2410的存储系统SDRAM电路图
36
FLASH存储系统设计
FLAH选择 NAND-Flash Nor-Flash
电路原理图设计 软件设计
37
FLASH类型
Nor-Flash与Nand-Flash区别 性能上 接口差别 容量和成本 可靠性和耐用性 易用性 软件支持
ARM920T核由ARM9TDMI，存储管理单元 （MMU）和高速缓存三部分组成。其中MMU可以管 理虚拟内存，高速缓存由独立的16KB指令Cache和 16KB数据Cache组成。
ARM920T有两个协处理器：CP14和CP15。 CP14用于调试控制，CP15用于存储系统控制以及 测试控制。
13
S3C2410资源
七、定时器和PWM
基于DMA和中断操作的4通道16位定时器 /1通道16位内部定时器，支持PWM功能
可编程的占空比、频率和极性
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S3C2410资源
八、RTC实时时钟
完全的时钟特性：秒、分、小时、 日期、星期、月份、年
38
性能上
Nor-flash 的读速度比Nand-Flash快 Nor-flash 的写速度比Nand-Flash慢 Nor-flash 的擦除速度比Nand-Flash慢 大多数写入操作需要先进行擦除操作 Nand-flash的擦除单元更小，相应的擦除
电路更少
39
接口电路复杂程度
Nor-flash待用SRAM接口，有足够多的地 址引脚，容易进行电路设计
SDRAM存储器件选择 原理图设计考虑的问题
地址空间分配 常见电路连接图实例
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基于S3C2410的存储系统SDRAM电路图
36
FLASH存储系统设计
FLAH选择 NAND-Flash Nor-Flash
电路原理图设计 软件设计
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FLASH类型
Nor-Flash与Nand-Flash区别 性能上 接口差别 容量和成本 可靠性和耐用性 易用性 软件支持
ARM920T核由ARM9TDMI，存储管理单元 （MMU）和高速缓存三部分组成。其中MMU可以管 理虚拟内存，高速缓存由独立的16KB指令Cache和 16KB数据Cache组成。
ARM920T有两个协处理器：CP14和CP15。 CP14用于调试控制，CP15用于存储系统控制以及 测试控制。
嵌入式硬件系统接口电路设计PPT课件
嵌入式系统的软件结构嵌入式系统的软件结构嵌入式系统与传统的单片机在软件方面最大的不同就是可以移植操作系统从而使软件设计层次化传统的单片机在软件设计时将应用程序与系统驱动等全部混在一起编译系统的可扩展性可维护性不高上升到操作系统后这一切变得很简单可嵌入式操作系统在软件上呈现明显的层次化从与硬件相关的bsp到实时操作系统内核rtos到上层文件系统gui界面以及用户层的应用软件
串口
RS-232
开发板 [目标板]
JTAG
串口
USB,RJ-45
串口
ARM处理器
图1.12 嵌入式系统软件开发流程图
2.嵌入式系统开发流程
当前，嵌入式开发已经逐步规范化，在遵 循一般工程开发流程的基础上，嵌入式开 发有其自身的一些特点，如图1.13所示为嵌 入式系统开发的一般流程。主要包括系统 需求分析(要求有严格规范的技术要求)、体 系结构设计、软硬件及机械系统设计、系 统集成、系统测试，最终得到最终产品。
第1章 嵌入式系统开发基础
第一部分嵌入式系统的基本概念 第二部分嵌入式系统的组成结构 第三部分嵌入式系统的硬件组成 第四部分嵌入式系统的开发流程
1.1 嵌入式系统的基本概念
IEEE（国际电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的 定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装 置”（原文为：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。 这主要是从应用对象上加以定义，从中可以看出嵌入式 系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装 置。
网线
交换机 网线
运行 Redhat Linux的PC机
假设IP为：192.168.0.2 [宿主机]
串口
RS-232
开发板 [目标板]
JTAG
串口
USB,RJ-45
串口
ARM处理器
图1.12 嵌入式系统软件开发流程图
2.嵌入式系统开发流程
当前，嵌入式开发已经逐步规范化，在遵 循一般工程开发流程的基础上，嵌入式开 发有其自身的一些特点，如图1.13所示为嵌 入式系统开发的一般流程。主要包括系统 需求分析(要求有严格规范的技术要求)、体 系结构设计、软硬件及机械系统设计、系 统集成、系统测试，最终得到最终产品。
第1章 嵌入式系统开发基础
第一部分嵌入式系统的基本概念 第二部分嵌入式系统的组成结构 第三部分嵌入式系统的硬件组成 第四部分嵌入式系统的开发流程
1.1 嵌入式系统的基本概念
IEEE（国际电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的 定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装 置”（原文为：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。 这主要是从应用对象上加以定义，从中可以看出嵌入式 系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装 置。
网线
交换机 网线
运行 Redhat Linux的PC机
假设IP为：192.168.0.2 [宿主机]
嵌入式系统软硬件接口 ppt课件
SD/MMC/CF卡
RAM、SDRAM
怎么放？
JTAG仿真器/BDM等
外部烧写器
Hale Waihona Puke 固化的loader，与主机通过串口/USB/网口等通信获取bootloader
怎么被执行？
固定的复位向量地址
调试时仿真器指定地址
执行完后怎么办？
不走回头路
发生异常跳回bootloader
13
Bootloader常设计成支持2种模式
ARM 的C 库ABI —— CLIBABI（The C Library ABI for the ARM Architecture ）
10
系统初始化过程
指令执行前硬件初始化
系统上电，执行内部初始固码微程序（ 如果有），设置处理器上电默认工作状 态，最后从复位向量处开始执行
硬件初始化
片级初始化（设置微处理器执行状态）
硬件 开发板实物
提炼 地址
软件 C语言头文件
3
TQ2440硬件开发板
4
2440addr.h
5
从软件开发角度看存储器
存储器地址空间分布图 存储芯片信息
类型、基址、大小、片选、配置参数 存储器控制寄存器 MMU
6
从软件开发角度看外设
指令能访问到什么
IO管脚配置寄存器
设备寄存器组
数据、控制、状态
EABI： Embedded Application Binary Interface，嵌入式应用程序二进制接口
APP
LIBs
API
OS
Source code
compile
Compiler
toolchain Linker Loader Debugger
嵌入式硬件设计基础PPT课件
嵌入式系统硬件设计
• 嵌入式硬件特点
√ 低功耗 √ 低成本 √ 体积小 √ 高可靠性 √ 专业处理能力强 √ 一般按指标选择器件
第6页/共13页
嵌入式系统硬件设计
CPU,SDRAM, NOR FLASH, NAND FLASH
HDD,CF,SD
VGA,DVI,HDMI, LCD IIS,AC'97
ETHERNET UART,I2S,SPI CAN
通讯
MII,PCI,D-BUS
外部存储器
显示/声音
核心
扩展口
用户接口
KEY_BOARD T_SCREEN, PRINTER
电源
嵌入式系统硬件组成
DC-DC,LDO
第7页/共13页
嵌入式系统硬件设计
第8页/共13页
嵌入式系统硬件设计
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嵌入式系统硬件设计
• 设计简解 • 方案选择 • 功能模块 • 电源设计规划 • 布Байду номын сангаас布线
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嵌入式硬件调试
加载电源 CPU初始化
模块初始化
该初始化过程以软件初始化为主，主要进行操 作控成件载文境系制余无并件，电启序电统权下关初系并完硬设为序这在源指要源的转的的始统将成件置随的是内管令求。初交初设化等控嵌设 某后运一的理，顺始给始备其。制嵌括寄微式把默入备些的行个初模按序化嵌化驱他最权入设存处微嵌认式的软系建同始块照启。入操动系后交式置器理处入状微初件统立时化接系动B式作程统，给微嵌和器理式态处始的级硬包过收统系S操，序软操应处入控核器微逐理化数初件含程电上统P作包，件作用将理式制心的处步器。据始和软。源电各系含建模系程对器微寄工局理设以另结化软硬开时主统加立块统序嵌的处存作部器置外外构和件件，载系，创的入初理器模总从成的，和应环两由和统如建入式始器、式线上系其还参用境部操初内网应口微化的嵌和模电统他需数程。分作始存络用。处，核入嵌式时所，系化区系程理包心式入等的要统与，统序器。完硬加、环的
嵌入式系统-软硬件接口ppt课件
硬件 开发板实物
提炼 地址
软件 C语言头文件
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3
TQ2440硬件开发板
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4
2440addr.h
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5
从软件开发角度看存储器
存储器地址空间分布图 存储芯片信息
类型、基址、大小、片选、配置参数 存储器控制寄存器 MMU
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6
从软件开发角度看外设
指令能访问到什么
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设备驱动程序
设备驱动概念
驱使硬件设备行动（也有没有硬件的虚拟驱动） 设备驱动与底层硬件直接打交道，按照硬件设备的具
体工作方式读写设备寄存器，完成设备的轮询、中断 处理、DMA 通信，进行物理内存向虚拟内存的映射 ，最终使设备按照上层软件的要求工作，并实现上层 需要的模型（如文件、流、socket、设备等）。 设备驱动连接软件和硬件，会随着软件和硬件平台的 变化而变化，不同系统有不同的形态。
映像复杂
需要按照与处理器启动顺序兼容的格式组织启动代码，这需要开发 人员通过链接器描述文件（ld脚本）指定二进制映像
缺少执行上下文
高级语言程序需要预先建立执行环境（如：C程序调用需要用到堆 栈，需要RAM存储临时变量；C库需要进行动态内存分配等）
启动时代码是放在非易失性存储器中的，也没有DRAM可用
嵌入式系统
软硬件接口 Bootloader、驱动、 BSP
刘健培 嵌入式系统与网络通信研究中心
北京邮电大学 计算机学院
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1
本节内容
应用程序(协议) 操作系统(UCOS)
Bootloader BSP
DDDDerDDvierviviercevviiervceierceer
嵌入式系统PPTPPT课件
物联网与5G技术
嵌入式系统将与云计算和边缘计算技术结 合，实现数据处理和分析能力的提升。
物联网和5G通信技术的发展为嵌入式系统 提供了更广阔的应用空间，嵌入式系统将 更加网络化、智能化。
02 嵌入式系统硬件
微控制器
微控制器是嵌入式系统的核心，它是一 种集成电路芯片，包含了计算机的基本 组成要素，如中央处理器、存储器、输
嵌入式系统PPT课件
目录
CONTENTS
• 嵌入式系统概述 • 嵌入式系统硬件 • 嵌入式系统软件 • 嵌入式系统开发流程 • 嵌入式系统应用案例 • 嵌入式系统面临的挑战与解决方案
01 嵌入式系统概述
定义与特点
定义
嵌入式系统是一种专用的计算机系统 ，主要用于控制、监视或帮助操作机 器设备。
特点
嵌入式系统在智能家居控制系统中发 挥着核心作用，通过嵌入式处理器和 相关硬件设备，实现对家庭设备的控 制和管理。
智能家居控制系统可以实现的功能包 括：远程控制、定时控制、语音控制 等，为家庭生活带来便利和舒适。
工业自动化控制系统
工业自动化控制系统是嵌入式系统的另一个重要应用领域，通过嵌入式系统技术， 可以实现生产过程的自动化和智能化。
调研市场需求
了解行业发展趋势和市场需求，为系统设计提供参考 和依据。
制定开发计划
根据需求分析结果，制定详细的开发计划，包括时间 安排、人员分工、资源需求等。
系统设计
硬件设计
根据系统需求，设计合适的硬件架构，包括 处理器、存储器、接口电路等。
软件设计
设计嵌入式系统的软件架构，包括操作系统、 中间件和应用软件等。
01
02
03
系统集成
将硬件和软件集成在一起， 形成完整的嵌入式系统。
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1.4嵌入式系统开发的模式与流程
1.4.1 嵌入式系统的结构 1 嵌入式系统的硬件架构
如图1.9所示，为嵌入式系统硬件模型结构，此系 统主要由微处理器MPU、外围电路，以及外设组 成，微处理器为ARM嵌入式处理芯片，如 ARM7TMDI系列及ARM9系列微处理器，MPU为整 个嵌入式系统硬件的核心，决定了整个系统功能和 应用领域。外围电路根据微处理器不同而略有不同， 主要由电源管理模型、时钟模块、闪存FIASH、随 机存储器RAM，以及只读存储器ROM组成。这些 设备是一个微处理器正常工作所必须的设备。
实时操作系统内核系统（RTOS) 板极支持包（BSP) 硬件层
图1.10嵌入式系统软件基本构架
1.4.2 嵌入式开发的模式及流程
1 嵌入式系统开发模式
嵌入式系统开发分为软件开发部分和硬件开发部分。 嵌入式系统在开发过程一般都采用如图1.11所示的 “宿主机/目标板”开发模式，即利用宿主机(PC机) 上丰富的软硬件资源及良好的开发环境和调试工具 来开发目标板上的软件，然后通过交叉编译环境生 成目标代码和可执行文件，通过串口/USB/以太网 等方式下载到目标板上，利用交叉调试器在监控程 序运行，实时分析，最后，将程序下载固化到目标 机上，完成整个开发过程。
第1章 嵌入式系统开发基础
第一部分嵌入式系统的基本概念 第二部分嵌入式系统的组成结构 第三部分嵌入式系统的硬件组成 第四部分嵌入式系统的开发流程
1.1 嵌入式系统的基本概念
IEEE（国际电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的 定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装 置”（原文为：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。 这主要是从应用对象上加以定义，从中可以看出嵌入式 系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装 置。
嵌入式硬件系统接口电路设计
魏 伟 胡玮 王永清 编著
化学工业出版社
主要内容
1. 嵌入式系统开发基础 2. 键盘接口技术 3. 显示接口技术 4. 模拟量输出传感器 5. 数字量输出传感器 6. 过程通道与人机接口 7. 常用电信电路接口 8. 控制接口电路 9. 数据通信及其接口电路
启动器1 启动器2
…… 启动器N
被控对象
传感器1 传感器2
…… 传感器N
应用 软件层
应用程序
系统 文件系统 图形用户接口 任务管理
软件层 实时操作系统（RTOS)
中间层 BSP/HAL硬件抽象间层/板极支持包
硬件层
D/A
通用接口
A/D
嵌入式
ROM
I/O
微处理器
SDRAM
人机交互接口
图1.1 嵌入式系统的典型组成
1.3 嵌入式操作系统
操作系统是计算机用户和计算机硬件之间的一个中介，并 用于管理计算机资源和控制应用程序运行的计算机程序。 在嵌入式系统发展的初期，其应用相对简单，嵌入式软件 由专门配套的汇编甚至机器语言编写，功能主要体现在一 些控制流程上。它们直接面向应用，直接基于系统硬件开 发，专有性很强，使得在开发新的嵌入式系统时，已存在 的嵌入式软、硬件资源很少能用上，造成资源浪费和重复 劳动。这时嵌入式系统的可重用性很差，也基本不可能移 植。随着微电子技术的发展，嵌入式系统的硬件功能越来 越强大，嵌入式系统的硬件功能越来越强大，嵌入式软件 开始使用C、C++ 等高级语言编写，调试手段也越来越多和 成熟。在体系结构上，也由最初的单一控制流程，逐渐引 入嵌入式操作系统等技术。
现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器。越来越多 的公司如Intel，WINBOND，Motorola，ARM，SEIKO EPSON等， 都有自己的处理器，比如用户熟知的嵌入式处理器Intel公司 的1960，8XC196MC和SA1110，Motorala公司的MC68302， MPC860，MPC8260，SEIKO EPSON的S1C33系列的处理器。嵌 入式处理器的寻址空间一般为64KB～256MB，处理速度为0.1 MIPS～2000 MIPS，常用封装从8个引脚至144个引脚。如 SEIKO EPSON公司的S1C33209处理器芯片寻址空间达到256MB， 封装成128个引脚。
嵌入式操作系统在软件上呈现明显的层次化，从与 硬件相关的BSP到实时操作系统内核RTOS，到上层文 件系统、GUI界面，以及用户层的应用软件。各部分 可以清晰地划分开来，如图1.10所示。当然，在某些 时候这种划分也不完全符合应用要求。需要程序设 计人员根据特定的需要来设计自己的软件。
应用程序层（Application) FS文件系统 图形界面GUI 系统管理接口
国内普遍认同的嵌入式系统定义为：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、功耗等严格要求的专用计 算机系统。
1. 嵌入式系统的组成
一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和 执行装置组成，如图1.1所示，嵌入式计算机系统是 整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统 软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对 象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令， 执行所规定的操作或任务。
1.2嵌入式系统的硬件组成
1.2.1嵌入式处理器
嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器。嵌入式 处理器就像系统的控制神经中枢，通过数据线、地址线和控 制信号线等神经网线与各种神经末梢，如RS-232接口、USB接 口、LCD接口等相连。新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394， USB，CAN，Bluetooth或IrDA通信接口，同时也需要提供相应 的通信组网协议软件和物理层驱动软件。为了支持应用软件 的特定编程模式，如Web或无线Web编程模式，还需要相应 的浏览器，如HTML，XML等。
FLASH
ROM
SDRAM POWER
ARM 处 理 器
USB
RS 232
RJ 45
GPIO
RTC Key
图1.9嵌入式系统硬件模型结构
2.嵌入式系统的软件结构
嵌入式系统与传统的单片机在软件方面最大的不同 就是可以移植操作系统，从而使软件设计层次化， 传统的单片机在软件设计时将应用程序与系统、驱 动等全部混在一起编译，系统的可扩展性，可维护 性不高，上升到操作系统后，这一切变得很简单可 行。