第八章基于ARM的嵌入式系统硬件设计举例
嵌入式系统设计与开发基于ARMCortexM系列微控制器
嵌入式系统设计与开发基于ARMCortexM系列微控制器一、引言嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，通常被嵌入到更大的机器或系统中，用于控制和监视设备的运行。
在现代科技发展的背景下，嵌入式系统已经广泛应用于各个领域，如智能家居、工业自动化、医疗设备等。
而ARM Cortex-M系列微控制器则是目前嵌入式系统设计与开发中最为流行和广泛应用的处理器架构之一。
二、ARM Cortex-M系列微控制器概述ARM Cortex-M系列微控制器是由ARM公司推出的一款低功耗、高性能的32位处理器架构，广泛应用于嵌入式系统设计与开发中。
该系列微控制器具有低成本、低功耗、高性能等特点，适用于各种不同规模和复杂度的嵌入式应用。
三、嵌入式系统设计流程1. 系统需求分析在进行嵌入式系统设计之前，首先需要对系统的需求进行分析，包括功能需求、性能需求、接口需求等方面的要求。
只有明确了系统需求，才能有效地进行后续的设计工作。
2. 硬件设计硬件设计是嵌入式系统设计中至关重要的一环，包括选择合适的ARM Cortex-M系列微控制器、外围器件的选型、电路设计、PCB布局等工作。
合理的硬件设计可以保证系统稳定性和性能。
3. 软件设计软件设计是嵌入式系统设计中另一个重要的方面，包括编写程序代码、驱动程序开发、RTOS（实时操作系统）选择等工作。
良好的软件设计可以提高系统的可靠性和灵活性。
4. 系统集成与调试在完成硬件设计和软件设计后，需要对整个系统进行集成和调试工作。
通过逐步测试各个模块和整体系统，确保系统功能正常并符合需求。
四、ARM Cortex-M系列微控制器应用案例1. 智能家居在智能家居领域，ARM Cortex-M系列微控制器被广泛应用于智能灯光控制、智能门锁、智能家电等设备中，实现远程控制和自动化管理。
2. 工业自动化在工业自动化领域，ARM Cortex-M系列微控制器被应用于PLC （可编程逻辑控制器）、工业机器人、传感器网络等设备中，实现生产线自动化和智能监控。
第八章基于ARM的嵌入式系统硬件设计举例
一个多主控器的IIC总线控制器和一个IIS总线 控制器； 5个PWM定时器和一个内部定时器； 看门狗定时器； 71位的通用I/O接口/8个外部中断源； 电源控制：Normal,Slow,Idle和Stop模式； 8通道的10位ADC； 带日历功能的实时时钟（RTC）； 片上带PLL的时钟发生器。
全部8K作为指令/数据cache； 4K作为内部SRAM，另外4K作为cache； 全部8K作为内部存储器使用。
S3C44B0X有七个总线控制块：LCD_DMA 、BDMA0、BDMA1、ZDMA0、 ZDMA1、 nBREQ（外部总线控制块）和CPU wrapper。
在复位后优先级从高到低如下： DRAM refresh controller LCD_DMA ZDMA0,1 DMA0,1 External bus master Write buffer Cache & CPU LCD_DMA、ZDMA、BDMA、and an external bus master的优先级可以通过SBUSCON寄存器编程 改变，但CPU wrapper总是最低的优先级
图8-.3 基于ARM处理器的系统框图
应注意以下几个设计原则： 用最新的或是某项功能强大的处理器 电路设计上应该留有余地，以考虑将来 扩展和修改的需要 以软件代硬件 仔细研究布局布线
2.注意事项
做个最小系统板 根据硬件地址先写一个能够启动的小代码，包 括以下部分：初始化端口，屏蔽中断，把程序 拷贝到SRAM中；完成代码的重映射；配置中 断句柄，连接到C语言入口。 仔细研究所用的芯片的资料 多看一些操作系统程序 每个厂家基本上都有针对该芯片的DEMO板原 理图，先将原理图消化。 最好对操作系统的机理要有所了解。 做最小系统板是2层还是4层好？
基于ARM的嵌入式系统设计
这种方法的特点是通过联合设计，联合测试和协同验证，充分 考虑硬件和软件之间的关系，并给予参与核查的每个级别，及 早的发现和解决问题。显然，对于具体的应用程序，这种方法 很容易获得满足综合性能指标的最佳解决方案。因此，我们的 项目也是按照这种方法设计。
开发平台总体规划
硬件规划:
我们利用的ARM核心处理器设计了一个通用的测 试平台，您可以添加各种外设和接口，并且它们 都是高度可伸缩的。实验板采用“核心板和多种 可选适配器”的形式组成了LPC2136开发平台。 下面就是基于LPC2136的核心板的组成框图，从 此图中就可以看到其各部分的布局结构。
复位电路
由于ARM芯片的高速、低功耗、低工作电压导致其噪声容 限低，对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性、 电源监控可靠性等诸多方面也提出来更高的要求。复位电 路使用了带I2C存储器的电源监控芯片CAT1025JI-30,提高 系统的可靠性。
系统时钟电路
我们使用了外部11.0592MHz晶振，用11.0592MHz晶振 的原因是使串口波特率更精确，同时能够支持LPC2136微控 制器芯片内部的PLL功能及ISP功能。
软件规划:
在芯片通过了启动程序的引导后，直接进入C语言的MAIN函数入口， 通过调用移植好的实时多任务操作系统μC/OS-II函数包就可以完成多 任务之间的调度和同步，并为设备驱动和系统服务程序提供信号量、 邮箱、消息队列的服务。因为内核需要实现时间延时和确认超时，所 以还需要时钟节拍中断服务程序为其服务。 当然μC/OS-II只是一个内核，操作系统的其他部分都没有提供，所以 我们需要自行设计设备驱动程序和部分系统服务程序。设备驱动是连 接底层硬件和上层简洁规范的接口程序的纽带。对下层它可以直接操 作硬件，也可能通过中断处理程序与硬件通信，对上层接受上层的请 求并执行。一般来说应用程序如果要用到设备驱动程序，就需要用 I/O管理来达到要求。 我们计划在开发平台上完成RTC驱动、串口UART驱动、按键及LED驱 动、GPIO驱动，形成一套完整的应用程序开发环境。考虑到时间和人 力问题，剩下的部分设备用户可以自行设计。 系统服务程序是一个比较大的范围。我们针对处理器的特点考虑到了 后续的文件系统μC/FS，图形系统μC/GUI和TCP/IP协议栈LWIP等程序 模块的移植，目前待启动。 用户任务顾名思义就是用户自己定义的任务了，可用于调用系统服务 来操作系统，不同的任务可以为各种不同的内核函数提供的服务开进 行沟通或处理。
五、基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计
DMA传输速度取决于I/O设备的传输速度、内存设备的速度和DMA控 制器的速度。
通过指定源地址、目的内存地址和传输到DMA控制器长度，处理器 建立传输操作。
CPU
DMA 控制器
主存储器
I/O设备
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字符模式设备与块模式设备
根据设备如何处理与系统之间的数据传输方法可将设 备分为字符模式设备和块模式设备 字符模式设备：允许非结构的数据传输。数据传输典 型地采用串行的形式，每次一个字节；字符设备通常 是简单的设备，如串口、键盘等；当系统到设备的传 输速率高于设备的处理速率时，设备驱动程序开设缓 冲区，缓存这些数据；
块模式设备：每次传输一个数据块。采用硬件方式控 制数据块的大小，有时需要采用固定的传输协议，如 USB、以太网等设备
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建立通用的I/O接口函数
应用
I/O操作
Create() Open() Read() Write() Close() Loctl() Destroy()
设备驱动程序
Driver_Create() Driver_Open() Driver_Read() Driver_Write() Driver_Close() Driver_Loctl() Driver_Destroy()
存储器地址引脚
A0 A1 A2 …
对应 S3C44B0/ S3C2410 地址引脚连接
8bit 数据总线
16bit 数据总线 32bit 数据总线
A0
A1
A2
A1
A2
A3
A2
A3
A4
…
…
…
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NAND和NOR——性能比较
NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术
六、基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计
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系统的存储空间分配
Bank1:K9F2808( Flash),非线性寻址. ),非线性寻址 Bank1:K9F2808(三星 16Mbyte Flash),非线性寻址.具体的时 序可以参考K9F2808 datasheet. K9F2808的 序可以参考K9F2808的datasheet. Bank0:1片 Flash,放置系统引导程序,系统上电复位后, Bank0:1片2MB NOR Flash,放置系统引导程序,系统上电复位后, PC指针自动指向Bank0的第一个单元 进行系统自举. 指针自动指向Bank0的第一个单元, PC指针自动指向Bank0的第一个单元,进行系统自举. Bank2:PDIUSBD12,USB设备端接口芯片,占用系统外部中断0 Bank2:PDIUSBD12,USB设备端接口芯片,占用系统外部中断0.8位 设备端接口芯片 数据总线. 数据总线. Bank3,Bank4未接设备,可以供扩展使用. Bank3,Bank4未接设备,可以供扩展使用. 未接设备 Bank5:RTL8019AS,ISA总线兼容的10M以太网(PHY+MAC层 Bank5:RTL8019AS,ISA总线兼容的10M以太网(PHY+MAC层)控制 总线兼容的10M以太网 芯片.占用系统外部中断1 16位数据总线 扩展IO 位数据总线, IO口 芯片.占用系统外部中断1,16位数据总线,扩展IO口.
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Bank6:SDRAM,起始地址为0xC000000. SDRAM中 Bank6:SDRAM,起始地址为0xC000000.在SDRAM中,前512Kbyte的空间 0xC000000 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, LCD显示缓冲区使用 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, LCD的显示).系统的程序存储空间从0xC080000开始 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 system.bin文件复制到0xC080000开始的地址空 导系统的时候,需要把system.bin文件复制到0xC080000开始的地址空 PC指针指向0xC080000. 指针指向0xC080000 间,把PC指针指向0xC080000. Bank7:未使用.可以扩展另一片SDRAM,或者其他的外设. Bank7:未使用.可以扩展另一片SDRAM,或者其他的外设. SDRAM 系统的同步串行口(SIO),连接着触摸屏控制芯片FM7843( 系统的同步串行口(SIO),连接着触摸屏控制芯片FM7843(与ADS7843 ),连接着触摸屏控制芯片FM7843 完全兼容);CAN总线控制芯片MCP2510;Max504(D/A);键盘和LED );CAN总线控制芯片MCP2510 );键盘和LED扫 完全兼容);CAN总线控制芯片MCP2510;Max504(D/A);键盘和LED扫 描芯片ZLG7289 在同步串行口上,还可以扩展其他的芯片.通过IO ZLG7289. IO口 描芯片ZLG7289.在同步串行口上,还可以扩展其他的芯片.通过IO口 控制设备的片选信号(CS)来防止设备的冲突. 控制设备的片选信号(CS)来防止设备的冲突. 系统的外部总线主要有16位和8 16位和 原理图设计的时候需要注意16 注:系统的外部总线主要有16位和8位.原理图设计的时候需要注意16 总线和8位总线的区别.在连接不同总线宽度的外设, 总线和8位总线的区别.在连接不同总线宽度的外设,地址是否需要依 次向后错位. 次向后错位.
ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例
ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例ARM是一种广泛使用的嵌入式系统指令集架构，其在众多应用中都有着广泛的应用。
本文将以ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例为主题，探讨其在不同领域中的具体应用。
一、ARM嵌入式系统硬件设计1.CPU设计：ARM架构的中央处理器是嵌入式系统的核心部件，其设计一般包括指令集设计、流水线设计和外设控制等。
基于ARM架构的CPU设计可以运行各种不同的操作系统和应用程序。
2.存储系统设计：嵌入式系统中的存储系统一般包括闪存、SDRAM等，用于存储程序代码、数据和系统参数等。
ARM嵌入式系统中的存储系统设计需要考虑性能、容量和功耗等因素。
3.总线系统设计：嵌入式系统中的总线系统用于连接各个模块，包括处理器、存储器、外设等。
ARM嵌入式系统中的总线系统设计需要考虑传输速度、连接方式和信号完整性等因素。
4.外设接口设计：ARM嵌入式系统通常需要与各种外设进行通信，包括显示器、触摸屏、传感器、通信模块等。
外设接口设计需要考虑接口标准、通信协议和电气特性等因素。
二、ARM嵌入式系统应用实例1.智能手机：智能手机是目前使用最广泛的ARM嵌入式系统应用之一、ARM架构提供了高性能、低功耗和丰富的接口，使得智能手机可以运行各种应用程序，如游戏、社交媒体和移动支付等。
2.智能家居：ARM嵌入式系统在智能家居应用中具有广泛的应用。
通过连接各种传感器和外设，ARM嵌入式系统可以实现智能家居设备的自动化控制，如智能灯光、智能门锁和智能温控等。
3.工业控制：工业控制系统是现代工业生产中的关键部件，ARM嵌入式系统在工业控制领域中具有重要应用。
ARM架构的高性能和丰富的接口，使得ARM嵌入式系统可以实现精确的数据采集、实时控制和通信功能。
4.医疗设备：ARM嵌入式系统在医疗设备中也有广泛应用。
例如，基于ARM架构的嵌入式系统可以用于电子血压计、血糖仪和心电图仪等医疗设备的数据采集、处理和显示。
5.汽车电子：现代汽车中的电子系统也广泛采用ARM嵌入式系统。
基于ARM的嵌入式系统硬件设计
基于 ARM的嵌入式系统硬件设计摘要：网络信息化时代，电子信息技术和数控系统深入应用到了我国的工业生产实践中，极大的提升了工业生产效率，并取得了巨大的成就，精密仪器加工以及数控系统的操作标准也有了巨大的提升。
当前阶段我国的计算机通信领域和专用设备、航空航天以及工业控制领域都在嵌入式开发方面取得了长足的进步和发展，并积累了大量的技术经验。
在此情形下基于ARM的嵌入式系统硬件设计就显得势在必行了，本文主要就ARM的嵌入式系统硬件设计内容进行分析并展示相应的研究成果。
关键词：ARM；嵌入式系统；硬件设计；具体成果引言：硬件系统平台、应用软件以及ARM操作系统共同构成了嵌入式系统，在ARM 视域下的嵌入式系统有着计算机的运行特点，可以独立工作，也可以将嵌入式系统的硬件和软件整合为一体，发挥出高效运行的效果。
但区别于传统的计算机系统，基于ARM的嵌入式系统信息存储和容量缺少足够的限制，信息的处理和功能的调整也是嵌入式系统的主要发展方向，嵌入式系统的硬件主要包括处理器、外围接口和测试平台等几部分，在具体的设计当中需要充分考虑到嵌入式系统的运行特点和需求。
1.嵌入式系统的原理和整体架构一般而言，嵌入式系统是由设备的硬件系统平台、应用软件以及ARM操作系统共同构成的，在ARM视域下的嵌入式系统有着计算机运行的特点，它既可以独立运行，也可以实现嵌入式系统的软件和硬件高度整合，它的硬件部分与普通计算机大体相同，具有处理器和存储器等输入设备和输出设备。
近年来随着我国制造业的改革进程不断推进，数控机床设备的性能不断提升，合理的运用数控系统提高各项设备的运行效率就成为了工业发展的主要问题，自动化数控系统和相关设备的革新与优化，需要应用嵌入式设备，嵌入式系统硬件平台的设计原则要遵循系统的实用性与稳定性，而且要与软件系统互相兼容，共同维护整个系统的正常运转。
现今，我国在某些重点行业采用的嵌入式系统硬件设备的性能极高，不仅采用了高性能多处理器装备，还运用了高速工业现场总线的硬件结构，进而令整体嵌入式系统的性能更加完善[1]。
基于ARM的嵌入式系统硬件设计
基于ARM的嵌入式系统硬件设计基于ARM的嵌入式系统硬件设计近年来，随着科技和信息技术的发展，嵌入式系统在各个领域中得到了广泛应用，包括智能家居、智能交通、医疗设备等。
而ARM架构作为嵌入式系统中最为常见和流行的处理器架构之一，其广泛应用程度不言而喻。
本文将详细介绍基于ARM 的嵌入式系统硬件设计的相关内容，包括硬件平台的选择、系统设计过程以及一些设计上的考虑等。
首先，嵌入式系统的硬件设计需要选择合适的硬件平台。
ARM架构提供了多种处理器选择，如Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M系列等。
Cortex-A系列处理器适用于高性能应用，如智能手机和平板电脑。
Cortex-R系列处理器则专注于实时计算，适用于要求高实时性的应用，比如汽车电子系统。
Cortex-M系列处理器则专注于低功耗和低成本，适用于传感器、智能家居等领域。
接下来，基于ARM的嵌入式系统硬件设计需要考虑系统的整体架构。
首先，需要确定系统的功能需求和性能指标，以确定所需的外围设备和接口。
其次，需要进行电源供应设计，确保系统能够正常工作并具备稳定的电源供应。
此外，还需要进行时钟系统设计，确定系统需要使用的时钟频率和时钟源，保证系统各个模块的同步运行。
在硬件设计的过程中，需要考虑的一个重要因素是系统的可扩展性和可重用性。
通过模块化的设计思想，可以将系统划分为各个模块，每个模块负责不同的功能。
这样设计的好处是在后期系统升级和扩展时，只需要对相应的模块进行修改和升级，而不需要对整个系统进行改动。
此外，还可以通过接口的标准化设计，使得各个模块之间能够方便地进行连接和交互。
此外，硬件设计还需要考虑系统的可靠性和稳定性。
为了提高系统的可靠性，可以采用冗余设计和错误检测与纠正技术。
冗余设计指的是在系统中增加备用模块，一旦某个模块出现故障，备用模块可以自动接管。
错误检测与纠正技术可以通过添加冗余的错误检测电路或算法，及时发现和纠正硬件故障，保证系统的正常运行。
ARM嵌入式开发系统实例.
第一章 ARM概述及体系结构1.ARM的全称:Advanced RISC Machine2.ARM内核最大的优势在于高速度，低功耗，32位嵌入式RISC微处理器结构—ARM体系结构，ARM处理器核当前有6个系列产品：ARM7，ARM9，ARM9E,ARM10E,SecurCore,ARM113.ARM处理器的7种模式：用户模式，快速中断模式，外部中断模式，特权模式，数据访问模式，未定义模式，系统模式4.ARM处理器共有37个寄存器，包括31个通用寄存器和6个状态寄存器。
通用寄存器可以分为三类：未备份寄存器，备份寄存器，程序寄存器（PC），寄存器R14又称为连接寄存器，它有两个作用，第一：它存放了当前子程序的返回地址。
第二：当异常中断发生时，该异常模式特定的物理R14被设置成该异常模式将要返回的地址。
5 CPRS（当前程序状态寄存器）中断控制位当I=1时禁止IRQ中断当F=1时禁止FIQ中断6 ARM中断异常中断的种类：复位（RESET），未定义的指令(UNDENFINED INSTRUCTION)，软件中断(SOFTWARE INTERRUPT)，指令预取中止(PREFECH)，数据访问中止(DATA ABORT)，外部中断请求(IRQ)，快速中断请求(FRQ)7 ARM的存储器接口可以分为四类：时钟和时钟控制信号，地址类信号，存储器请求信号，数据时序信号。
第三章构造和调试ARM系统1 ARM应用系统的设计包含硬件系统的设计和软件系统的设计。
最基本得组成部分包括：电源部分，晶振电路，复位电路，ROM和RAM。
2.P96的RESET电路（大家好好看下，老师上课说了下的）复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时的用户的按键复位功能。
它的工作原理是：在系统上电是，通过电阻R1向电容C1充电，当C1两端的电压未达到高电平的门限电压时，RESET端输出为低电平，系统处于复位状态，当C1两端的电压达到了高电平的门限电压时，RESER端输出为高电平，系统处于正常工作状态。
基于ARM的嵌入式系统硬件设计
基于ARM的嵌入式系统硬件设计随着科技的不断发展，嵌入式系统在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。
而ARM作为一款流行的嵌入式处理器架构，被广泛应用于各种嵌入式设备中。
本文将介绍基于ARM的嵌入式系统硬件设计的相关技术和方法，并探讨如何实现高效的硬件设计。
ARM处理器架构是一种流行的32位嵌入式处理器架构，具有低功耗、高性能、低成本等优点。
ARM处理器分为ARMARMARM11等多个系列，每个系列又分为多个子型号。
ARM还提供了一系列开发工具和生态系统，以支持嵌入式系统开发。
基于ARM的嵌入式系统硬件设计需要从以下几个方面考虑：处理器选型：根据应用需求，选择合适的ARM处理器系列和型号。
例如，如果需要高性能的计算能力，可以选择ARM11系列处理器；如果需要低功耗，可以选择ARM7系列处理器。
存储器设计：嵌入式系统需要高效的存储器来存储程序和数据。
可以通过选择合适的存储器类型和容量来满足应用需求。
输入输出接口设计：根据应用需求，需要设计合适的输入输出接口。
例如，如果需要连接传感器和执行器，需要设计相应的接口电路。
电源设计：电源是嵌入式系统的核心组件之一。
需要根据应用需求，选择合适的电源类型和容量，并设计相应的电源电路。
基于ARM的嵌入式系统硬件设计的实现过程如下：确定应用需求：需要根据具体应用场景，明确硬件设计的需求和功能。
进行硬件选型：根据应用需求，选择合适的ARM处理器、存储器、输入输出接口等硬件组件。
设计硬件电路：根据硬件选型的结果，需要设计相应的硬件电路，包括电源电路、存储器电路、输入输出接口电路等。
制作硬件板卡：根据设计的硬件电路图，需要制作硬件板卡，将各个硬件组件集成在一起。
调试与优化：在硬件板卡制作完成后，需要进行硬件调试，检查硬件电路是否正常工作，并优化硬件性能和功耗。
通过基于ARM的嵌入式系统硬件设计，我们可以得到一个高效、可靠、低功耗的嵌入式系统。
在实际应用中，基于ARM的嵌入式系统可以运行各种操作系统和应用软件，实现各种复杂的功能，例如数据采集、处理、传输等。
ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例
ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例ARM嵌入式系统是指使用ARM架构的处理器作为核心的嵌入式系统，它在嵌入式领域应用非常广泛，因为ARM处理器具有低功耗、高性能、低成本等优势。
ARM嵌入式系统的硬件设计主要包括处理器选择、电源管理、外设接口、外设选型等方面，下面将以一个智能家居控制系统为例，介绍ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例。
一、处理器选择在设计ARM嵌入式系统时，首先需要选择合适的ARM处理器，常见的ARM处理器系列包括Cortex-M系列、Cortex-A系列和Cortex-R系列。
对于智能家居控制系统这种低功耗、实时性要求不高的应用场景，可以选择Cortex-M系列处理器，如STM32系列。
STM32系列处理器具有低功耗、高性能、丰富的外设接口等特点，非常适合嵌入式系统应用。
二、电源管理在设计ARM嵌入式系统时，电源管理是非常重要的一环。
智能家居控制系统通常需要接入多个传感器、执行器等设备，这些设备工作时会消耗大量电能。
因此，需要合理设计电源管理模块，包括电源管理芯片、电源转换器、稳压器等组件，以确保系统稳定可靠地工作。
三、外设接口智能家居控制系统通常需要接入多种外设设备，如传感器、执行器、显示屏、通信模块等。
因此，在ARM嵌入式系统的硬件设计中，需要设计适配这些外设设备的接口，如GPIO、SPI、I2C、UART等接口。
同时，还需要考虑外设设备与ARM处理器之间的数据传输速度、稳定性等因素。
四、外设选型在设计ARM嵌入式系统时，选择合适的外设设备也非常重要。
对于智能家居控制系统来说，传感器是必不可少的外设设备之一、传感器的选择应考虑其精度、灵敏度、稳定性等因素。
此外，还需要考虑执行器、显示屏、通信模块等外设设备的选型，以确保系统正常工作。
以上是一个智能家居控制系统的ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例。
通过合理选择处理器、设计电源管理模块、设计外设接口、选择外设设备等步骤，可以设计出稳定可靠的ARM嵌入式系统，满足不同应用场景的需求。
探析基于ARM的嵌入式系统硬件设计
探析基于 ARM的嵌入式系统硬件设计摘要：随着互联网技术的不断发展与普及，近年来，信息技术已经成为了社会发展的主要动力之一。
在信息技术的影响下，各类操作系统逐渐受到了社会的高度关注，相关研究内容也随之取得了相应的进步。
相关调查显示，在钣金加工等领域中，对于新型工艺提出了更高的标准，为了积极应对时代的挑战，嵌入式系统得到了广泛的应用。
本文就一种基于ARM的嵌入式系统硬件设计进行了分析与探索，旨在进一步推动我国系统研发工作的深入开展。
关键词：嵌入式系统；ARM；系统设计；应用价值就目前而言，在互联网技术普及的影响下，“互联网+”逐渐成为时代发展的主流，同时，以网络作为载体的信息技术也深入到人民群众的日常生活中。
相关研究显示，在社会生产环节中，通过信息技术的应用，嵌入式系统发挥出了强劲的优势，从而受到了社会各界的高度关注与认同。
作为一种新型的系统架构，嵌入式系统以信息技术作为基础与核心，从系统特征的角度分析，其具有较强的可裁剪性，可以有效满足使用者的相关需要。
同时，该系统具有较强的人性化设计理念，为生产的智能化发展奠定了基础。
从发展的角度来看，为了进一步促进嵌入式系统综合能力的优化，研究人员对系统中涉及的相关控制接口与逻辑语言进行了探索与创新，并有效实现了系统稳定性的优化工作。
一、基于ARM的嵌入式系统概述（一）系统架构总的来说，基于ARM的嵌入式系统主要以信息技术作为核心，依托计算机系统进行相关功能的研发，以便有效满足市场的相关需求。
从系统架构方面来看，其主要可以分为软件与硬件等两个部分，其中，系统软件主要包括相关应用软件程序与ARM操作系统，硬件主要包括相应的硬件设备例如处理器、接口、主板以及集成平台等。
在应用问题上，其有效实现了系统软件与硬件的结合，同时实现了软硬件关系的有效协调，确保二者可以在工作的同时避免干扰的出现。
例如，在计算机与ARM系统中均存在处理器与储存器等设备，这些硬件构成了系统硬件的基本架构。
基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计133
基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计133基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计133ARM（Advanced RISC Machine）是一种基于精简指令集（RISC）的处理器架构，广泛应用于嵌入式系统中。
嵌入式系统是一种专门设计用于特定应用领域的计算机系统，通常包括处理器、存储器、输入输出接口和支持电源管理的电路等组成部分。
本文将讨论基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计。
1.处理器选择：在ARM架构中，处理器可以分为不同的系列和型号，如Cortex-A、Cortex-M以及Cortex-R系列。
Cortex-A系列适合高性能应用，包括多核处理、图像处理和网络处理等；Cortex-M系列适合低功耗、实时的嵌入式应用，如物联网（IoT）设备；Cortex-R系列适合实时应用，如自动控制系统。
根据具体应用需求选择合适的处理器系列和型号。
2.内存选择：嵌入式系统通常包括不同类型的存储器，如内部闪存、外部闪存和RAM。
内部闪存用于存储程序代码和常量数据，外部闪存用于存储大容量的数据，RAM用于存储运行时数据。
根据系统应用需求选择适当容量和速度的存储器。
3.输入输出接口设计：嵌入式系统通常需要与外部设备进行通信，如传感器、执行器、显示屏、键盘等。
根据系统所需功能选择合适的输入输出接口，如GPIO（通用输入输出口）、UART（通用异步收发器）、SPI（串行外设接口）和I2C（两线制串行总线接口）等。
4.电源管理设计：嵌入式系统对电源管理要求很高，需要设计适当的电源管理电路，以提供稳定的电源供应和延长系统续航时间。
电源管理电路通常包括电源开关、稳压器、电池充电电路和电池保护电路等。
5.性能优化设计：为了提高系统性能，可以采用一些优化设计，例如使用高速总线和高速接口，合理配置缓存和内存，采用并行处理和硬件加速等技术手段。
此外，还可以通过选择合适的外设接口和协议，实现更高效的数据传输。
6.系统安全设计：嵌入式系统通常涉及到敏感数据和关键操作，因此需要考虑系统安全性。
一种基于ARM的嵌入式系统开发的方案详细讲解
一种基于ARM的嵌入式系统开发的方案详细讲解1 背景介绍在日益信息化的社会中，各种各样的嵌入式系统已经全面渗透到日常生活的每一个角落。
嵌入式系统的功能越来越复杂，这就使得一个嵌入式系统产品从市场需求立项到方案选择、样机研制、定型量产所需要的开发费用越来越多，所需开发时间越来越长。
因此，高效的嵌入式系统设计方法就显得尤为重要。
1.1 传统的嵌入式系统设计方法嵌入式系统开发的关键就是对核心部分进行功能验证。
传统的验证方法是建模模拟和制作目标板评估。
通过建模来进行功能验证存在不足。
首先就是耗时和准确性互相矛盾。
建立高层次的模型需要的时间短，但是模拟不够准确。
相反，低层次的模型可以达到满意的评估效果，但是建模耗时长。
其次，建模模拟是静态的过程，不能很好地反映系统实际运行的情况。
好的目标板，各部分连接已经固定。
如果需要改动部分连接，只能重新设计制版。
这样一来就会大大延长产品的上市时间，还会增加开发费用。
新推出的嵌入式系统产品，开始设计时比较难把所有的技术细节考虑清楚，有时甚至是边设计边修改性能指标，因此直接制作专用的目标板原型已经不太适合复杂的嵌入式系统产品的设计。
1.2 嵌入式系统模块化设计方法嵌入式系统设计要求做到可测性、高效性和灵活性。
目前，嵌入式系统物理尺寸越来越小，功能越来越复杂。
为了方便调试、维护系统，完全可测显得极为重要。
另一方面，模块化的设计方法越来越引起人们的关注。
模块化设计方法将复杂的系统合理地划分出不同的功能模块，然后充分利用已有的模块，设计新的模块，最后将这些模块连接起来组成目标系统。
模块化的设计方法减少全新的设计、降低开发难度、节省开发成本、缩短开发时间，是一种高效的嵌入式系统设计方法。
另外，各个模块连接的灵活性是非常重要的，它直接决定模块的组合能力。
2 基于ARM核的快速原型化平台嵌入式系统硬件有如下特点：1、嵌入式硬件以嵌入式处理器为核心。
嵌入式处理器的种类众多，功能各异。
2、相对嵌入式处理器，嵌入式系统外设的种类较少，接口标准也比较统一。
基于ARM的嵌入式工业控制系统设计
基于ARM的嵌入式工业控制系统设计嵌入式工业控制系统是一种基于ARM（Advanced RISC Machines）的嵌入式系统，用于监控和控制工业过程。
ARM是一种精简指令集（RISC）微处理器架构，通常用于低功耗低成本的嵌入式系统。
嵌入式工业控制系统通常用于监控和控制工厂、机械设备、物流系统等工业过程。
它们可以采集传感器数据，执行实时控制算法，并与其他设备进行通信。
这些系统通常需要高可靠性、实时响应和低功耗。
ARM架构在嵌入式系统中非常受欢迎，因为它具有以下优点：1.低功耗：ARM处理器在功耗方面表现出色，这对于嵌入式系统而言非常重要，因为它们通常需要长时间运行，并且需要尽量减少能源消耗。
2.高性能：尽管ARM处理器相对较小，但它们可以提供出色的性能。
ARM的指令集是精简的，可以执行高效的算法，并且具有高速缓存和优化的流水线架构，这使得ARM处理器在嵌入式系统中的性能表现出色。
3.易于集成：ARM处理器具有可扩展性，可以很容易地与其他硬件组件集成。
这对于嵌入式系统设计来说非常重要，因为工业控制系统通常需要与传感器、执行器、通信模块等多个硬件组件进行集成。
4. 开发工具和生态系统：ARM有着丰富的软件开发工具和生态系统支持。
开发人员可以使用许多成熟的开发工具和操作系统，如Keil、IAR 等，来开发ARM嵌入式系统。
在设计嵌入式工业控制系统时，需要考虑以下关键因素：1.系统架构：选择适当的ARM芯片和硬件平台。
根据应用需求选择适当的处理器型号、内存容量、通信接口等。
2. 实时性：工业控制系统通常需要实时响应，因此需要合适的实时操作系统（RTOS）来确保任务的及时执行。
一些流行的RTOS包括uC/OS-II、FreeRTOS等。
3. 通信接口：工业控制系统常需要与其他设备进行通信，例如传感器、执行器、PLC等。
选择适当的通信接口，如UART、SPI、I2C、Ethernet等，并使用相应的通信协议来实现数据交换。
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S3C44B0X有七个总线控制块：LCD_DMA 、BDMA0、BDMA1、ZDMA0、 ZDMA1、 nBREQ（外部总线控制块）和CPU wrapper。
在复位后优先级从高到低如下：
DRAM refresh controller
LCD_DMA
ZDMA0,1
DMA0,1
External bus master
Write buffer
Cache & CPU
LCD_DMA、ZDMA、BDMA、and an external bus master的优先级可以通过 SBUSCON寄存器编程改变，但CPU wrapper 总是最低的优先级
1.系统功能规划、设计原则
根据用户需求，设计出特定的ARM嵌入式 应用系统，是每一个嵌入式系统设计人员应该 达到的目标，应用系统的设计包含硬件系统的 设计和软件系统设计两个部分，并且这两部分 的设计是互相关联、密不可分的，ARM嵌入式 应用系统的设计经常需要在硬件和软件的设计 之间进行权衡与折中。这就要求系统设计人员 具有较深厚的硬件和软件基础，并具有熟练应 用的能力。
ROM
I/O
SDRAM
人机交互接口
嵌入式计算机系统
图8-1 嵌入式系统硬/软件框架
8.1系统的功能介绍和总体设计
8.1.1总体设计原则
系统需求分析: 规格说明书
体系结构设计
机械系统设计
硬件设计
软件设计
系统集成 系统测试
产品
图8-2 系统设计步骤框图
系统需求分析:确定设计任务和设计目标，并 提炼出设计规格说明书，作为正式设计指导和 验收的标准。
ZDMA用来在存储器到存储器、存储器到IO 存储器、IO装置到存储器之间传输数据。 BDMA控制器只能在连到SPB上的IO装置（外 设）与存储器之间传输数据。
ZDMA最大的特性是on-the-fly模式，on-thefly模式有不可分割的读写周期，从而可以减少 在外部存储器和外部可寻址的外设之间DMA操 作的周期数。
对于ZDMA，S3C44B0X有一个4字的FIFO缓冲 来支持4字突发DMA传输，而BDMA不支持突发 DMA传输，因此存储器之间的传输数据最好用 ZDMA传输，来提供高的传输速度。
对于ZDMA，有四种类型的外部DMA 请求/应答协议：
握手模式 单步模式 Whole Service Mode
体系结构设计:描述系统如何实现所述的功能 和非功能需求，包括对硬件、软件和执行装置 的功能划分以及系统的软件、硬件选型等。
硬件/软件协同设计:基于体系结构，对系统的 软件、硬件进行详细设计。
系统集成:把系统的软件、硬件和执行装置集 成在一起，进行调试，发现并改进单元设计过 程中的错误。
系统测试:对设计好的系统进行测试，看其是 否满足规格说明书中给定的功能要求。
8.1.2功能及其芯片介绍
S3C44B0X处理器有以下特点： 2.5V ARM7TDMI 内核带有8KB cache 可选的internal SRAM； 外部储存控制器 LCD Controller 两个通用的DMA通道，两个带外部请求引脚的外 围DMA通道； 两个UART/一个SIO（IRDA1.0,16字节的FIFO）；
2.时钟和电源管理模式
S3C44B0X的电源管理有5种模式： Normal mode Slow mode Idle mode Stop mode SL Idle mode
3. CPU WRAPPER & BUS PRIORITIES
CPU WRAPPER包括一个8K字节cache，写 缓冲和CPU核。 8K字节cache可以以三种方式使用：
4. DMA
S3C44B0X有4路DMA控制器，其中两路 称为ZDMA（General DMA）被连到SSB（ Samsung System Bus）总线上，另外两路称 为BDMA（Bridge DMA）是SSB和SPB（ Samsung Peripheral Bus）之间的接口层， 相当于一个桥，因此称为桥DMA。
一个多主控器的IIC总线控制器和一个IIS总线 控制器； 5个PWM定时器和一个内部定时器； 看门狗定时器； 71位的通用I/O接口/8个外部中断源； 电源控制：Normal,Slow,Idle和Stop模式； 8通道的10位ADC； 带日历功能的实时时钟（RTC）； 片上带PLL的时钟发生器。
S3C44B0X可以应用在以下系统中： GPS电话 ； PDA（个人数字助理）； Fish Finder； 掌上游戏机； 指纹识别系统； TWM（Two Way Messaging）； 终端汽车导航系统； MP3播放机等。
1.内存控制器
图8-4 S3C44B0X 复位后的内存地址分配
大/小ENDIAN 模式选择 BANK0 总线宽度 内存控制专用寄存器 块控制寄存器[0~5] 及其意义 块控制寄存器[6~7]及其意义 块[6~7]的配置描述 参数配置寄存器及其配置描述 块大小寄存器 SDRAM 模式设置寄存器 (MRSR) 芯片选择信号设定
图8-.3 基于ARM处理器的系统框图
应注意以下几个设计原则： 用最新的或是某项功能强大的处理器
电路设计上应该留有余地，以考虑将来 扩展和修改的需要 以软件代硬件 仔细研究布局布线
2.注意事项
做个最小系统板 根据硬件地址先写一个能够启动的小代码，包 括以下部分：初始化端口，屏蔽中断，把程序 拷贝到SRAM中；完成代码的重映射；配置中 断句柄，连接到C语言入口。 仔细研究所用的芯片的资料 多看一些操作系统程序 每个厂家基本上都有针对该芯片的DEMO板原 理图，先将原理图消化。 最好对操作系统的机理要有所了解。 做最小系统板是2层还是4层好？
第八章 基于ARM的嵌入式 系统硬件设计举例
驱动器1 驱动器2
...... 驱动器N
机械装置 被控对象
传感器1 传感器2
...... 传感器N
功能层 软件层 中间层 硬件层
应用程序பைடு நூலகம்
文件系统
图形用户 接口
任务管理
实时操作系统(RTOS)
BSP/HAL 硬件抽象层/板极支持包
D/A
通用接口
A/D
嵌入式 微处理器