嵌入式硬件系统接口电路设计PPT课件
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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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
嵌入式硬Leabharlann Baidu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
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
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
嵌入式硬Leabharlann Baidu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
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