第2章 嵌入式系统硬件开发平台(新)1
嵌入式系统开发
嵌入式系统开发嵌入式系统是指内嵌在其他设备或系统中，实现特定功能的计算机系统。
它通常集成了硬件和软件，通过专门的开发平台进行开发和编程。
嵌入式系统广泛应用于各个领域，如汽车、家电、医疗设备、通信设备等。
本文将围绕嵌入式系统开发展开，介绍嵌入式系统的基本原理、开发流程以及相关技术。
一、嵌入式系统的基本原理嵌入式系统的基本原理是将处理器、存储器、输入输出设备等硬件组件集成在一起，通过操作系统和应用程序实现特定的功能需求。
常见的嵌入式系统采用单片机或微处理器作为核心处理器，具有较小的体积和功耗。
嵌入式系统的设计需要考虑硬件平台的选择、外设的接口设计、系统调度和任务管理等方面。
同时，软件开发也是嵌入式系统的重要组成部分，包括操作系统的移植、设备驱动程序的编写以及应用程序的开发。
二、嵌入式系统开发流程嵌入式系统的开发流程包括需求分析、硬件设计、软件开发、集成测试和发布等环节。
下面将逐一介绍各个环节的内容。
1. 需求分析在嵌入式系统开发之前，需要明确系统的功能需求和性能要求。
通过与用户沟通和需求分析，确定硬件平台、输入输出设备和外部接口等方面的需求。
2. 硬件设计硬件设计是指基于嵌入式系统的功能需求，选择合适的处理器、存储器、外设等硬件组件，并进行相应的电路设计和PCB布局。
硬件设计需要考虑系统的稳定性、扩展性和功耗等因素。
3. 软件开发软件开发是嵌入式系统开发的关键环节。
首先，根据硬件平台的选择，进行操作系统的移植和配置。
然后，编写设备驱动程序，实现对外设的控制和数据交换。
最后，根据系统需求，开发应用程序，实现特定功能。
4. 集成测试集成测试是将硬件和软件进行整合，测试系统的功能和性能是否满足需求。
通过功能测试、性能测试和稳定性测试，发现并修复系统中的缺陷和问题。
5. 发布在集成测试通过后，将嵌入式系统制作成最终产品，进行出厂测试和质量控制。
然后，将产品发布给客户或上线市场。
三、嵌入式系统开发的相关技术嵌入式系统开发涉及到多个技术领域，下面将介绍几个重要的技术。
ARM嵌入式体系结构与接口技术
4
1.1.1 嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统的特点
（1）面向特定应用的特点，与“通用型”系统相比，满 足特定应用的特定需求 （2）嵌入式系统的硬件和软件都必须进行高效地设计， 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 （3）嵌入式系统是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后的产物。
8
1.1.2 嵌入式系统的体系结构
嵌入式操作系统不仅具有通用操作系统的一般功 能，如向上提供对用户的接口（如图形界面、库 函数API等），向下提供与硬件设备交互的接口（ 硬件驱动程序等），管理复杂的系统资源， 在系统实时性、硬件依赖性、软件固化性以及应 用专用性等方面，具有更加鲜明的特点
9
1.1.2 嵌入式系统的体系结构
5
（4）为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的 软件一般都固化在存储器芯片中或单片机本身，而不是 存储于磁盘中。 （5）嵌入式开发的软件代码尤其要求高质量、高可靠性 。 （6）嵌入式系统本身不具备二次开发能力，即设计完成 后用户通常不能在该平台上直接对程序功能进行修改， 必须有一套开发工具和环境才能进行再次开发。厂家对 产品固件（Firmware）进行升级
3
1.1.1 嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统的基本概念
嵌入式系统应用随处可见，工业、军事、宇宙、通信、运 输、金融、医疗、气象、农业等领域 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机控制系统为基础， 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。 嵌入式系统通常由特定功能模块和计算机控制模块组成， 主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统 以及用户应用软件等部分组成。它具有“嵌入性”、“专 用性”与“计算机系统”的三个基本要素。
嵌入式系统
1.3, Vxsim-Lite和EPSONSimulator 等 前常 是目 用的
嵌入式开发工具。 电气、 计算机、 信息方面的师生及工程技术人员 都应该了解并掌握些嵌入式系统方面的知识， 并将它 应用到工作及生活中去。 嵌入式系统与通用型计算机系统相比， 具有技术 密集、 响应及时、 并发处理、 健壮可靠、 专用紧凑、 开 发困难等特点。嵌入式系统已广泛应用于移动通信、 手持信息设备、 信息家电 和工业控制等领域， 具有强
大的生命力。
杂度。典型的嵌入式微处理器有Motorola 公司的 Power PC 系列、 IX86系列以及EPSON公司的SIC33 系列等。 嵌 入式软件开发平台 分为开发平台与运行平台 两大类。 嵌入式软件具有实时 鲁棒性、 性、 灵活性、 安全 性、异步事件的并发处理与应用可固化等特点。 常用的嵌入式实时操作系统 (RTOS) 分为商用 系统、 专用系统和开发系统三大类。 系统与Internet 的 结合， RTOS 与应用设备的无缝结合代表着RTOS 的
机制。实时、嵌入式Linux 操作系统非常适合信息家
电类嵌入系统开发。
嵌入式产品 设计过程中， 软件设计和硬件设计需 要不断加以协调， 协同设计是一种很有发展前景的不 区分软硬件的统一设计方法。 软硬件综合开发是嵌入 式系统开发的最主要特点。
嵌入式应用系统的开发分为交叉开发和仿真开发
二类， 在一个完整的嵌入式开发环境中， 往往既提供 交叉开发环境又提供仿真开发环境，以适应不同应 用， 不同 开发阶段的需要。 POSE, Nokia Toolkit 1.2/
5
苏中义 杨宇 2004 年9 月 10 日
6
Pat C . Hoy I ， Robert Di Yanni ， Encounters : Essays for Exploration and Inquiry[M]. U .S. : The McGrawHill Companies , Inc . 2000 . Romana Tang , The Place of ‘ Culture ' in the Foreign Language Classroom : A Reflection[EB]. The Internet TESL Journal , Vol V , No . 8, Aug ust 1999 . http :/ iteslj . org/ Articles/ Tang- Culture .html
嵌入式系统概述ppt
Connecting SRAM
服务特 权
共享文档下载特权
VIP用户有效期内可使用共享文档下载特权下载任意下载券标价的文档（不含付费文档和VIP专享文档），每下载一篇共享文
档消耗一个共享文档下载特权。
年VIP
月VIP
连续包月VIP
享受100次共享文档下载特权，一次 发放，全年内有效
赠每的送次VI的发P类共放型的享决特文定权档。有下效载期特为权1自个V月IP，生发效放起数每量月由发您放购一买次，赠 V不 我I送 清 的P生每 零 设效月 。 置起1自 随5每动 时次月续 取共发费 消享放， 。文一前档次往下，我载持的特续账权有号，效-自
包权
人书友圈7.三端同步
一、嵌入式系统的定义
嵌入式系统：
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，
其软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、 功耗有严格约束的一种专用系统。
专用计算机系统(非PC智能电子设备)
以应用为中心
以计算机技术为基础
软件硬件可裁剪
适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、 功耗严格要求
嵌入式系统硬件
Power Supply Oscillation Circuit
Reset Circuit
Ports
Chip Board Ciruit
Prescaler
CPU CORE
Interrupt Controler
Timer DMA
CPU
I/O Port A/D
Connectong for Debugging
前言
课程设置的必要性 嵌入式系统涉及现代生活的方方面面 应用日趣复杂 微处理器技术长足发展 嵌入式软件技术成为核心
嵌入式系统(第二版)第一至第五章课后答案
第一章思考与练习1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。
答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒2、什么叫嵌入式系统嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
3、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。
嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)嵌入式片上系统(System On Chip)4、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。
其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。
再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32 位CPU 的多任务潜力。
第二章1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段？各自的具体任务是什么？项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4 个阶段。
识别需求阶段的主要任务是确认需求，分析投资收益比，研究项目的可行性，分析厂商所应具备的条件。
提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。
执行项目阶段细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源；定期监控进展，分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。
结束项目阶段主要包括移交工作成果，帮助客户实现商务目标；系统交接给维护人员；结清各种款项。
2、为何要进行风险分析？嵌入式项目主要有哪些方面的风险？在一个项目中，有许多的因素会影响到项目进行，因此在项目进行的初期，在客户和开发团队都还未投入大量资源之前，风险的评估可以用来预估项目进行可能会遭遇的难题。
需求风险；时间风险；资金风险；项目管理风险3、何谓系统规范？制定系统规范的目的是什么？规格制定阶段的目的在于将客户的需求，由模糊的描述，转换成有意义的量化数据。
嵌入式开发实验手册
嵌入式系统原理与应用实验栗华编着山东大学信息科学与工程学院二零一四年三月目录第一章实验硬件平台1.1北京博创UP-TECH三合一实验箱简介本实验指导书所依赖的硬件平台为北京博创兴盛科技有限公司生产的一种ARM9/Xscale经典三核心教学科研平台（型号：UP-TECHS2410/S2440/P270），本平台兼容PXA270核心CPU及S3C2410、S2440核心CPU的全部功能，是北京博创多年来嵌入式教学产品开发经验的结晶。
这里选配的是S3C2440核心板。
图1-1UP-CUP三合一实验箱外观应用案例：※支持Linux、WinCE、Vxworks、μC/OS-Ⅱ4套操作系统；※核心板可更换，同时拥有ARM9(S3C2410和S3C2440)和XScale（PXA270）；※中国电子学会嵌入式工程师认证考试和师资培训指定平台；硬件资源：软件资源结构说明图1-2UP-TECH三合一实验箱实物结构图1-2UP-TECH三合一实验箱框图结构图1-3UP-TECH三合一实验箱框图结构版图1.2跳线设置参考说明：◆PCB上所有“EXPORT”丝印字符表示168Pin扩展槽◆JP1401RESET-SEL：设置复位电路，位置JTAG20插座下方。
1－2：ICE的ICE-TRST复位信号可以控制系统复位信号RESET。
2－3：ICE的ICE-TRST复位信号不可以控制系统复位信号RESET。
◆JP1402JTAGSEL：选择JTAG电路，位置JTAG20插座下方。
1－2：使能板载的UP-LINKJTAG电路。
2－3：使用外部的JTAG电缆或者ARMICE仿真器。
◆JP1103TXD1-SEL◆JP1104RXD1-SEL：UART1选择扩展槽或者RS232的DB9插座。
1－2：UART1连接RS232-1，从DB9串口插座输出。
2－3：UART1连接到扩展槽。
◆JP1101TXD2-SEL◆JP1102RXD2-SEL：UART2选择跳线，分别为RS485、IrDA、扩展槽1－2：UART2连接到RS485总线上。
嵌入式系统课程大纲
嵌入式系统课程大纲第一部分：课程简介嵌入式系统是现代科技领域中非常重要的一个分支。
本课程旨在介绍嵌入式系统的概念、原理和应用，并通过实际案例来培养学生的实践能力和创新思维。
本课程的大纲将详细介绍课程的目标、内容、教学方法和评估方式。
第二部分：课程目标本课程的目标主要包括以下几个方面：1. 理解嵌入式系统的基本概念和原理；2. 掌握嵌入式系统的设计和开发方法；3. 熟悉常用的嵌入式系统平台和工具；4. 培养学生的实践能力和解决问题的能力；5. 培养学生的团队协作和沟通能力。
第三部分：课程内容本课程主要包括以下几个模块：模块一：嵌入式系统基础1. 嵌入式系统概述- 嵌入式系统定义和特点- 嵌入式系统的应用领域和发展趋势2. 嵌入式系统原理- 处理器架构和指令集- 内存和外设的访问方式- 中断和异常处理机制模块二：嵌入式系统设计1. 嵌入式系统设计流程- 系统需求分析- 系统架构设计- 硬件和软件设计- 系统验证和调试2. 嵌入式系统设计方法- 硬件描述语言(HDL)的应用- 硬件/软件协同设计方法- 电路板设计和布局模块三：嵌入式系统开发1. 嵌入式系统开发工具和环境- 开发板和开发套件的选择和使用- 嵌入式操作系统的选择和配置- 开发和调试工具的使用2. 嵌入式软件开发- 嵌入式软件架构和设计- 嵌入式软件编程语言和工具- 驱动程序和应用软件的开发第四部分：教学方法1. 理论讲授：通过课堂授课介绍嵌入式系统的相关概念和原理。
2. 实践操作：通过实验和项目实践培养学生的实际操作能力。
3. 讨论互动：组织学生进行小组讨论和案例分析，促进学生之间的交流和合作。
4. 实例演示：通过真实的案例演示，展示嵌入式系统的应用和开发过程。
第五部分：评估方式1. 平时表现：包括课堂参与、作业完成情况等。
2. 实验和项目报告：学生通过完成实验和项目，并撰写实验报告和项目报告来展示实践能力。
3. 期末考试：对学生对嵌入式系统相关概念和原理的掌握程度进行考核。
ram课件第2章++嵌入式系统工程设计
2.2 嵌入式系统工程设计方法简介
• UML系统建模
UML（Unified Modeling Language）是一种原本设 计用来描述对象导向程序语言开发的图形化语言。由 于它具有描述事物的多重性，所以理论上也可以被拉 到其他领域使用。 在实际使用上，根据不同的使用情况，UML提供 了不同的图形来描述系统。在UML中，包括了下面几 种图形：类图、状态图、对象图、用例图、顺序图、 协作图、活动图、组件图和部署图。
2.2 嵌入式系统工程设计方法简介
• 使用UML的好处
语言的用处在于沟通。UML也是一种语言，它利 用视觉化的方法来制定、构建以及记录对象导向系统。 因此，可以把UML当作一种软件工程用的语言。 使用UML的好处在于可以在短时间内了解别人要 传达的消息，而不是花时间在了解消息本身如何解读。 UML提供给用户基础的工具与基本的规范，在这个基 础上，用户可以利用这个语言去描述他所想要描述的 系统，用不同的界面去描绘出系统的不同方面。
提出方案 • 项目开发周期 ——提出方案
对于嵌入式系统项目来说，这个阶段的主要工作是系统规划 与设计。在设计规划阶段中，开发团队需要分析所有可行的解决 方案，并拟定进程，使项目在合理的进程范围中逐渐建构完成。 在系统的设计方面最重要的一件事就是确定系统的框架。
规划分析 系统规划 预估项目进程 提出方案 设计系统架构 系统设计 寻找适当方案
售后服务 结束项目 项目讨论
第2章 目录
1. 嵌入式系统项目开发生命周期 2. 嵌入式系统工程设计方法简介
2.2 嵌入式系统工程设计方法简介
• 由上而下与由下而上
由上而下是一个正统的设计方式，也就是说，所有的设计皆 是遵循系统工程的流程来进行。相对而言，由下而上表示一个系 统是由已经有的基础（或组件）为起点，开始往上延伸，最后将 系统完成。
嵌入式系统教案李震
嵌入式系统教案李震一、教案概述本教案旨在为广大嵌入式系统学习者提供一个全面、系统的学习路线，通过讲解基本概念、原理及实际应用，使学习者能够熟练掌握嵌入式系统的基本知识，具备实际项目开发能力。
本教案适用于嵌入式系统及相关专业的本科生、研究生和从业人员。
二、教学目标1. 理解嵌入式系统的概念、特点和应用领域；2. 掌握嵌入式系统硬件平台的基本组成；3. 熟悉嵌入式操作系统的基本原理及常用嵌入式操作系统；4. 学会嵌入式系统软件开发的基本方法；5. 能够运用所学知识分析和解决实际嵌入式系统问题。
三、教学内容第一章：嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义及特点1.2 嵌入式系统的应用领域1.3 嵌入式系统的发展趋势第二章：嵌入式系统硬件平台2.1 嵌入式处理器2.2 存储器2.3 输入输出接口2.4 嵌入式系统硬件设计方法第三章：嵌入式操作系统3.1 嵌入式操作系统的基本原理3.2 常用嵌入式操作系统简介3.3 嵌入式操作系统的选择与评估第四章：嵌入式系统软件开发4.1 嵌入式软件开发流程4.2 嵌入式编程语言4.3 嵌入式软件调试与测试第五章：嵌入式系统项目实践5.1 嵌入式系统项目开发流程5.2 基于嵌入式系统的应用案例分析5.3 项目实践案例讲解四、教学方法1. 采用讲授、讨论、实验相结合的方式进行教学；2. 使用实际案例进行分析，使学生更好地理解嵌入式系统的应用；3. 鼓励学生进行项目实践，提高实际动手能力；4. 定期进行课后作业和测试，检查学生学习效果。
五、教学资源1. 教材：《嵌入式系统原理与应用》等；2. 实验设备：嵌入式开发板、编程器、仿真器等；3. 网络资源：相关技术博客、论坛、学术论文等。
六、课程评估1. 课后作业：考察学生对课堂所学知识的理解和运用；2. 实验报告：评估学生在实验过程中的动手能力和问题解决能力；3. 课程论文：考察学生对嵌入式系统某一领域的深入研究；4. 期末考试：全面测试学生对本门课程的掌握程度。
ARM嵌入式体系结构与接口技术
AT91SAM7SE512, AT91SAM7X128, AT91SAM7X256, AT91SAM7XC128, AT91SAM7XC256,
AT91SAM9260, AT91SAM9261/3 ，AT91SAM9G20
LH75400, LH75401, LH75410, LH75411
.
23
ARM芯片厂商
2、PCB设计仿真阶段
需要在EDA仿真设计平台下，设计系统原理图及
PCB，并对PCB板上的信号完整性、EMI等进行
仿真，根据仿真结果来对PCB进行合理的布局布
线调整，完成PCB的设计
PCB图
原理图
⑧ 要求开发、设计人员有较高的技能
.
7
通用计算机与嵌入式系统对比
特征
形式和类型
通用计算机
•
组成
•
嵌入式系统
看得见的计算机。
按其体系结构、运算速度
和结构规模等因素分为大
、中、小型机和微机。
•
通用处理器、标准总线和
外设。
软件和硬件相对独立。
•
看不见的计算机。
形式多样，应用领域广泛
，按应用来分。
uCLinux、RT-Linux、Embedix、
XLinux、PoketLinux、红旗嵌入式Linux等
.
17
1.4 嵌入式系统开发概述
系统总体开发
嵌入式系统实验箱使用手册
嵌入式硬件开发
嵌入式硬件开发1. 简介嵌入式硬件开发是指在嵌入式系统中设计、开发和测试硬件部分的过程。
嵌入式系统是一种特定功能的计算机系统，通常作为独立设备或嵌入到其他设备中，随时执行特定任务。
嵌入式硬件开发涉及到硬件电路的设计、原型制作以及与软件的协同工作。
2. 嵌入式硬件开发流程嵌入式硬件开发通常遵循以下步骤：（1）需求分析：明确嵌入式系统的功能需求和性能要求，根据需求确定硬件开发的方向。
（2）电路设计：根据需求分析，进行电路设计，包括选择适当的芯片、电路图设计、布局设计等。
（3）原型制作：使用专业的电路板制作工具，根据电路设计图制作原型电路板。
（4）硬件调试：将原型电路板与相关设备连接，进行硬件调试，测试电路的稳定性和性能。
（5）系统集成：将硬件开发的电路板与相应的软件进行集成，确保硬件与软件的协同工作。
（6）功能测试：对嵌入式系统进行全面的功能测试，验证硬件与软件的正确性和稳定性。
（7）优化改进：根据测试结果和用户反馈，对硬件进行优化改进，提升系统的性能和可靠性。
3. 嵌入式硬件开发的关键技术（1）电路设计：嵌入式硬件开发离不开电路设计，包括芯片选择和电路图设计等。
合理选择芯片，并进行精确的电路图设计，能够提高嵌入式系统的性能。
（2）PCB设计：PCB（Printed Circuit Board）是嵌入式硬件的核心部分，设计良好的PCB可以提高电路的稳定性和可靠性。
（3）信号完整性：高速信号传输会受到信号完整性的影响，通过合理布局和电路设计，可以减小信号完整性问题对系统性能的影响。
（4）嵌入式系统与外设的接口设计：嵌入式系统通常需要与外部设备进行通信，设计合理的接口和协议能够确保系统的稳定性和与外设的正常通信。
（5）功耗管理：在嵌入式设备中，功耗是一个重要的考虑因素。
通过合理设计和优化，减小功耗可以延长设备的使用时间。
4. 常见的嵌入式开发工具和平台（1）软件开发工具：常用的嵌入式软件开发工具有Keil MDK、IAR Embedded Workbench等。
周立功ARM培训精华(全套
周立功单片机
第1章 目录
1. 嵌入式系统 2. 嵌入式处理器 3. 嵌入式操作系统
周立功单片机
1.3 嵌入式操作系统
• 概述
计算机系统由硬件和软件组成，在发展初期没有 操作系统这个概念，用户使用监控程序来使用计算机。 随着计算机技术的发展，计算机系统的硬件、软件资 源也愈来愈丰富，监控程序已不能适应计算机应用的 要求。于是在六十年代中期监控程序又进一步发展形 成了操作系统(Operating System)。发展到现在，广泛 使用的有三种操作系统即多道批处理操作系统、分时 操作系统以及实时操作系统。
目录
• • • • • • • • 第一章 嵌入式系统概述 第二章 嵌入式系统工程设计 第三章 ARM7体系结构 第四章 ARM7TDMI(-S)指令系统 第五章 LPC2000系列ARM硬件结构 第六章 接口技术与硬件设计 第七章 移植μC/OS-II到ARM7 第八章 嵌入式系统开发平台
周立功单片机
●从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂 功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算 机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系 统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的 系统中可以共存多个嵌入式系统。
周立功单片机
• 嵌入式系统示例 ——汽车控制系统
周立功单片机
• 嵌入式系统示例 ——汽车控制系统
周立功单片机
• 嵌入式处理器
——嵌入式DSP处理器
DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执 行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、 FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正 从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式 DSP处理器。 嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是Texas Instruments的 TMS320系列和Motorola的DSP56000 系列。TMS320系列处理器包括 用于控制的 C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高的 C6000和C8000系列。DSP56000目前已经发展成为DSP56000， DSP56100，DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。另外 PHILIPS公司近年也推出了基于可重臵嵌入式DSP结构低成本、低功 耗技术上制造的R. E. A. L DSP处理器，特点是具备双Harvard结构和 双乘/累加单元，应用目标是大批量消费类产品。
arm课后习题及答案
第 1 章嵌入式系统基础1. 什么是嵌入式系统？它由哪几部分组成？有何特点？写出你所想到的嵌入式系统。
答：(1)定义：国内对嵌入式系统的一般定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，从而能够适应实际应用中对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
(2)组成：嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几部分组成。
(3)特点： a. 软硬件一体化，集计算机技术、微电子技术、行业技术于一体；b. 需要操作系统支持，代码小，执行速度快；c. 专用紧凑，用途固定，成本敏感；d. 可靠性要求高；e. 多样性，应用广泛，种类繁多。
(4)嵌入式系统：个人数字助理(PDA、机顶盒(STB、IP电话。
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)通信领域的DSP处理器(Digital Signal ProcessorQSP );(4、高度集成的片上系统( System on Chip,SoC、。
3. ARM英文原意是什么？它是一个怎样的公司？其处理器有何特点？答：(1、英文原意：Advaneed RISC Machines。
高级精简指令集机器。
(2)公司简介：该公司是全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权设计供应商，通过将其高性能、低成本、低功耗的RISC微处理器、外围和系统芯片设计技术转让给合作伙伴来生产各具特色的芯片。
ARh公司已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案的RISC标准。
(3)其处理器特点： a. 小体积、低功耗、低成本而高性能； b.16/32 位双指令集； c. 全球的合作伙伴众多。
4. 什么是实时系统？它有哪些特征？如何分类？答：(1)实时系统的定义：实时系统(Real Time System)是指产生系统输出的时间对系统至关重要的系统。
SoC设计与EDA工具第2章SoC设计流程(1)
集成了由FPGA厂商提供的预先设计好、经过严格测试过的处理器等 IP软核或硬核。
基于FPGA的设计流程
电路功能设计 设计输入 （HDL） 综合
实现与布局布线
器件编程
SoC设计
方法与实现
SoC设计方法与实现
第பைடு நூலகம்章
SoC设计
流程(1)
SoC设计特点及软硬件协同设 计
内容大纲
SoC设计的特点
软硬件协同设计
基于标准单元的SoC芯 片设计流程
SoPC设计流程
内容大纲
SoC设计的特点 软硬件协同设计
SoC设计特点
SoC设计与传统的ASIC设计最大的不同在于以下两方面：
在完成布局布线后，需要对整个版图的布局进行动态功耗分析和静态功耗分 析。
除了对版图进行功耗分析以外，还应通过仿真工具快速计算动态功耗，找出 主要的功耗模块或单元。
基于标准单元的SoC芯片设计流程
单元布局和优化（Placement & Optimization）
单元布局和优化主要定义每个标准单元的摆放位置并根据摆放的位 置进行优化。
静态时序分析（STA，Static Timing Analysis）
通过对提取电路中所有路径上的延迟等信息的分析，计算出信号 在时序路径上的延迟，检查是否满足要求。
基于标准单元的SoC芯片设计流程
形式验证（Formal Verification）
形式验证也是一种静态验证方法。 在整个设计流程中会多次引入形式验证用于比较RTL代码之间、门级网表 与RTL代码之间，以及门级网表之间在修改之前与修改之后功能的一致性。
NI嵌入式创新应用开发平台myRIO介绍
全新学生嵌入式系统设计平台NI myRIO简介1. 概述NI myRIO是NI针对教学和学生创新应用而最新推出的嵌入式系统开发平台。
NI myRIO内嵌Xilinx Zynq芯片，使学生可以利用双核ARM Cortex-A9的实时性能以及Xilinx FPGA可定制化I/O，学习从简单嵌入式系统开发到具有一定复杂度的系统设计。
NI myRIO的便携性、快速开发体验以及丰富的配套资源和指导书，使学生在较短时间内就可以独立开发完成一个完整的嵌入式工程项目应用，特别适合用于控制、机器人、机电一体化、测控等领域的课程设计或学生创新项目。
由于NI myRIO是一款针对学生创新应用的平台，因此在产品开发之初即确定了以下重要特点：✓易于上手使用：引导性的安装和启动界面可使学生更快地熟悉操作。
✓编程开发简单：支持用LabVIEW或C/C++对ARM进行编程，LabVIEW中包含大量现成算法函数，同时针对NI myRIO上的各种I/O接口提供经过优化设计的现成驱动函数，方便快速调用，甚至比使用数据采集（DAQ）设备还要方便；如果学生需要对FPGA进行自定义编程，可采用LabVIEW图形化编程方式进行开发。
✓安全性：直流供电，根据学生用户特点增设特别保护电路。
✓便携性同时，NI myRIO是一款真正面向实际应用的学生嵌入式开发平台。
NI myRIO采用NI工业级标准可重配置I/O (RIO) 技术，与NI其他工业级的嵌入式监测与控制开发平台（如NI CompactRIO及NI Single-Board RIO）具有相似的系统结构和开发体验，学生通过NI myRIO获得相应的经验后可将其用于其他更加复杂的工业嵌入式应用开发或相关科研项目。
2. 型号与规格NI myRIO分为NI myRIO-1900与NI myRIO-1950两种型号，两种型号的主要区别是NI myRIO-1900带有外壳，同时多一组I/O接口，并支持Wifi连接。
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重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
在32位RISC芯片中占据了领导地位。
合作伙伴包括了许多世界顶级的半导体公 司
重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
i.MXL/MX21
LPC2000/300 0
PXA255/270
S3C2410/2440
AT91RM9200
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而且ARM体系还采用了一些特别的技术，在保证高 性能的同时尽量减小芯片的体积，降低芯片的功 耗。这些技术包括： 在同一条数据处理指令中包含算术逻辑处理单元 处理和移位处理。 MOV R0，R1，LSL #3 //R0=R1<<3 使用地址自动增加（减少）来优化程序中循环处 理。 LDR R0，[R1，R2，LSL #2] //将内存单元（R1+（R2<<2)）中的数据读取到 R0中，同时R1=R1+（R2<<2)
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3、JTAG接口
• JTAG（Joint Test Action Group，联合 测试行动小组）是一种国际标准测试协议 （IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部 测试。
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• 我们经常用简易 JTAG接口直接烧写 嵌入式系统Flash存 储器。这种烧写方式 是通过一根并口电缆 和一块信号转换集成 电路板以建立PC机与 开发板之间的通信。
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2、嵌入式系统中的存储设备
（1）RAM、SRAM、DRAM • RAM即是我们通常所说的内存。RAM又可 分为SRAM（静态存储器）和DRAM（动 态存储器）。 （2）Flash • Flash是一种非易失闪存，它具有和ROM 一样掉电后数据不会丢失的特性。Flash是 目前嵌入式系统中广泛采用的主流存储器， 它的主要特点是按整体/扇区擦除和按字节 编程，具有低功耗、高密度、小体积等优 点。
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第2章 嵌入式系统硬件开发平台
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本章要点
学习完本章读者将掌握如下内容： • 1、嵌入式硬件的相关基础知识 • 2、嵌入式硬件平台基本组成 • 3、ARM系列微处理器简介 • 4、S3C2410及PXA270微处理器的结构
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（1）总线时序协议
• 同步时序： • 总线上所有事件共用同一时钟脉 冲进行操作过程的控制，所有事件都 在时钟周期的开始发生。 • 异步时序： • 操作由源或目的模块发出的特定 信号确定。双方相互提供联络信号。
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（2）异步时序协议的握手协议
• 握手协议是总线异步时序的基本构件。 • 握手协议数据传送过程的4个周期：
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PD1 PD0 1希望两边亮，中间暗，则：
PD7 PD6 0 1
PD5 PD4 PD3 PD2 1 1 1 1
PD1 PD0 1 0
• 十六进制编码为：7EH。
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2.2 嵌入式系统硬件平台
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•
寄存器是一种时序逻辑电路，但这种时 序逻辑电路只包含存储电路。寄存器的存 储电路是由锁存器或触发器构成的，因为 一个锁存器或触发器能存储1位二进制数， 所以由N个锁存器或触发器可以构成N位寄 存器。寄存器是CPU内部的元件，寄存器 拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之 间的数据传送非常快。
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5、中断
• 中断方式是指，当外部设备准备与CPU进 行数据传输时，外部设备首先向CPU发出 中断请求，CPU接收到中断请求并在一定 条件下，暂时停止原来的程序并执行中断 服务处理程序，执行完毕以后再返回原来 的程序继续执行。
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Load/Store指令可以批量传输数据，从而提高数 据传输的效率。 STMIA R1！，{R3-R9} //将R3~R9的数据存储到R1指向的地址上，每次 传送后R1的值加4 所有指令都可以根据前面指令执行的结果，决定 是否执行，以提高指令执行的效率。 CMP R0，R1 ；比较R0和R1的大小 SUBGT R0，R0，R1 ；if（R0>R1）R0=R0R1 SUBLT R1，R1，R0 ；if（R0<R1）R1=R1R0
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（3）总线仲裁方式
• 对多个主设备提出的占用总线请求，必须 在优先级或公平抢占的基础上进行仲裁。 由中央仲裁器或设备的仲裁器根据优先级 策略进行裁决。
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（4）总线标准
• 总线标准指的是通过总线将各个设备连接 成一个系统所必须遵循的规范。 • 总线标准主要包括以下内容 机械特性 电气特性 引脚功能特性 协议（时序）特性
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1、ARM公司简介
• ARM（Advanced RISC Machines），既 可以认为是一个公司的名字，也可以认为 是对一类微处理器的通称，还可以认为是 一种技术的名字。 • ARM 公司是专门从事基于RISC 技术芯片 设计开发的公司，作为知识产权供应商， 本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许 可，由合作公司生产各具特色的芯。
图2.4 中断处理的各个阶段
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6、数据编码
• 设用微处理器控制一串彩灯（发光二极管） 的亮灭。如图2.4所示。
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• 我们设不发光的口线（高电平）为1，发光的 口线（低电平）为0。 • 当彩灯L1发光时，PD0口线为低电平，而其 余口线均为高电平。
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4、I/O端口
• I/O端口又称为I/O接口，它是微处理器对外 控制和信息交换的必经之路，是CPU与外 部设备连接的桥梁，它在CPU与外部设备 之间起信息转换和匹配的作用。I/O端口有 串行和并行之分，串行I/O端口一次只能传 送一位二进制数信息，而并行I/O端口一次 能传送一组二进制数信息。
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2.4微处理器的结构
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• 图2.3
I/O接口电路的位置
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• CPU对外设I/O端口物理地址的编址方式有 两种： • 一种是I/O映射方式（I/O－mapped）； • 另一种是内存映射方式（Memory－ mapped）。 • 具体采用哪一种则取决于CPU的体系结构。
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3、总线
• 总线（BUS）是接口电路与CPU或者接口 电路与I/O外部设备之间连接的主要形式， 是各功能部件之间传送信息的公共通路。 • 采用一组公共的信号线作为嵌入式系统各 部件之间的通信线，这组公共信号线就称 为总线。 • 总线主要由传输信息的物理介质和管理信 息传输的协议组成。
图2.5 嵌入式系统硬件结构
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1、嵌入式处理器
• 嵌入式处理器通常包括几个部分：处理器 内核、地址总线、数据总线、控制总线、 片上I/O接口电路及辅助电路（如时钟、复 位电路等）。 • 嵌入式处理器可以分为3类： 嵌入式微处理器、 嵌入式微控制器、 嵌入式DSP（Digital Signal Processor， 数字信号处理器），
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•
外部设备也有寄存器，是一种存储单元，其 物理结构跟内存单元不一样，但作用跟内存单元 一样，都能保存信息。 在设计时，给外部设备的每个寄存器都分配 一个地址，CPU可以根据地址访问某个寄存器， 则该寄存器发生相应的动作：或接收数据总线上 的数据（对应于写操作），或把自己的数据送到 数据总线上（对应于读操作）。当CPU访问某个 寄存器时，同一个外设的其他寄存器和其他外设 的寄存器由于没有CPU的指令不会发生动作。
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2.3 ARM微处理器体系
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2.3.1 ARM公司及ARM体系结构
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常见嵌入式处理器内核
ARM（ARM7/ARM9/ARM10） XScale POWERPC COLDFIRE/M68K MIPS X86
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ARM芯片不但具有RISC体系的一般特点， 如： 具有大量的寄存器。 绝大多数操作都在寄存器中进行，通过 Load/Store的体系结构在内存和寄存器之 间传递数据。 寻址方式简单。 采用固定长度的指令格式。
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使用ARM处理器的优势
第一，ARM技术本身具有很高的性能和功 效； 第二，由于ARM的合作伙伴众多，可以方 便的获取更多的第三方工具、制造和软件 支持，从而降低产品成本，缩短上市周期 ，提高竞争力。
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目前ARM技术在许多领域已经取得或正在取 得很大的成功： 无线设备 蓝牙技术 宽带网络 消费电子 汽车电子 海量存储设备 成像产品 安全产品
则可以表示为以下对应值： PD7 PD6 PD5 PD4 PD3 PD2 1 1 1 1 1 1