最新11嵌入式系统设计实例
嵌入式系统设计实例(1)
2.2.1.2 FLASH接口电路设计
– 本设计中设定数据宽度为32位,而在ARM中希望字单元的地址是字对齐的, 这就要求地址的低两位为0，即地址为0B00，因此在连接SDRAM和FLASH时 要使其地址低两位A[0:1]为0。FLASH采用三星的KM29U128T，FLASH在实 际中主要用nFWE、nFOE、ALE、CLE、nFCE等的控制信号，电路图如图2-4 所示。
接
扩
展 板
CPU S3C2410X
接
口
64M SDRAM 16M FLASH 外部晶振
图 2-3 嵌入式水文信息采集智能终端核心板原理图
2.2.1 核心板硬件设计
• 2.2.1.1 CPU S3C2410X功能概述 S3C2410X是基于ARM920T内核的，最大工作频率能达到203MHz；可支持基 本的外设接口，如彩色TFT LCD、USB、IIC、IIS、SPI、UART等，并支持 MMC和SD等标准的外部插卡。S3C2410X能支持NAND FLASH启动，具有很高 的性价比，另外S3C2410X在市场上已有很多成熟的应用，因此作者选用了 S3C2410X作为基于GPRS的嵌入式水文信息采集智能终端的应用处理器，下 面是对S3C2410X功能的简要说明： S3C2410X芯片是韩国三星电子公司推出的一款基于ARM920T内核的16/32位 RISC嵌入式微处理器，作为S3C2410X芯片的CPU内核，16/32位ARM920T RISC微处理器采用0.18um CMOS标准单元结构。ARM920T内核由ARM9TDM1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地址和16KB数据高速Cache组成。 S3C2410X芯片集成了一个LCD控制器(支持STN和TFT液晶显示屏)、NAND FL-ASH控制器、SDRAM控制器、3个通道的UART、4个通道的DMA， 4个具有 PWM(脉冲宽度调制)功能的计时器和一个内部时钟、8通道的10位ADC。 S3C2410X还有很多丰富的外部接口，如触摸屏接口、I2C总线接口、I2S总 线接口、两个USB主机接口、一个USB设备接口、两个SPI接口、SD接口和 MMC卡接口。在时钟方面S3C2410X也有突出的特点，该芯片集成了一个具 有日历功能的RTC(实时控制)和具有PLL(M-PLL和UPLL)的芯片时钟发生器。 MPLL产生主时钟，能够使处理器工作频率最高达到203MHz。这个工作频率 能够使处理器轻松运行WinCE, Linux等操作系统以及进行较为复杂的数据 处理。
嵌入式系统的设计与实例开PPT65页
典型嵌入式系统基本组成－硬件
电源
外围电路
模块
Flash
微处理器
时钟
RAM
MPU
复位
ROM
外设
USB LCD Keyboard
Other
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典型嵌入式系统基本组成－软件
应用程序 操作系统
软件 结构
输入
处理器 存储器
输出
硬件 结构
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➢ 嵌入式处理器
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助 系统运行的硬件单元。 ４位、 ８位单片机，16位、 32位 、64位嵌入式CPU。
任务之间切换而使用的时间。
－ 中断延迟（Interrupt latency）：
计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成切换转入中 断服务程序的时间。
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二、硬件基础
➢ 冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构 ➢ CISC与RICS ➢ 影响CPU性能的因素 ➢ 存储器系统 ➢ I/O接口
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冯·诺依曼体系结构模型
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（5）嵌入式软件开发走向标准化
嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在 芯片上运行。
为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函 数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS （Real－Time Operating System）开发平台，这样才 能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间 ，保障软件质量。
➢ 实时操作系统
实时操作系统是嵌入式系统目前最主要的组成部分 。实时性需要调度一切可利用的资源完成实时控制任务 ，着眼于提高计算机系统的使用效率，满足对时间的限 制和要求。
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－ 系统响应时间（System response time）：
FPGA嵌入式系统开发与实例
03
fpga嵌入式系统设计语 言及工具
vhdl语言
总结词
VHDL是一种用于描述数字电路和系统的硬件描述语言。
详细描述
VHDL是一种超前描述语言，可以用于描述时序和组合逻辑电 路，以及更复杂的数字系统。它支持信号赋值、条件语句、 循环语句等结构，适用于描述复杂的数字系统。
verilog语言
总结词
FPGA嵌入式系统的主要目的是 利用FPGA的并行处理能力和灵 活性来提高整个系统的性能和
效率。
在FPGA嵌入式系统中，FPGA 通常被用作执行复杂逻辑功能 和并行数据处理的核心部件。
fpga嵌入式系统应用领域
通信
FPGA嵌入式系统广泛应用于通信领域，如高速数 据传输、无线通信、光纤通信等。FPGA可以用于 实现复杂的调制解调、信号处理和数据压缩等功 能。
根据需求分析结果，进行硬件部分的设计，包括 芯片选型、电路设计、接口设计等。
软件设计
进行软件部分的设计，包括编程语言选择、算法 设计、程序结构规划等。
硬件与软件的集成
将硬件和软件部分进行集成，实现预定的功能和 性能。
仿真验证
仿真环境搭建
选择合适的仿真工具，搭建仿真环境，为后续仿真 验证提供条件。
功能验证
Verilog是一种用于描述数字电路和系统的硬件描述语言。
详细描述
Verilog是一种基于事件的描述语言，可以用于描述数字电路和系统的行为和 结构。它支持模块化设计、信号赋值、条件语句、循环语句等结构，适用于 描述复杂的数字系统。
icarus tool
总结词
Icarus是一个开源的FPGA设计工具，用于Verilog HDL模拟和综合。
安全性和可靠性
嵌入式系统广泛应用于各个领域，对其安全性和可靠性的 要求也越来越高，需要采取有效的措施来确保系统的安全 性和可靠性。
嵌入式系统设计实例
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四、详细设计阶段
1、硬件系统的设计
（4）RS485电路的考虑 因为实验箱上有相应的电路，可以直接使用。考虑到远程
传输，最好使用隔离的485电路，因此，要加光电隔离器。 有三个信号要隔离：RXD，TXD，RTS
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三、总体设计阶段
3、远程温度监控系统的软件系统设计方案
（3）通讯任务：制定相应的通信协议，完成与微机的通讯。建 议参考Modbus协议。
（4）按键与显示任务：当有按键时，显示设定值并进行加减操 作，在5秒内没有按键，则恢复显示当前温度值。 以上各任务间需要进行一定的通讯，以便传递数据。如温度 设定值与任务2、3、4有关。请自行分析任务间的通讯。
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三、总体设计阶段
总体设计是设计的第一步，其目的是描述系统如何 实现由系统定义规定的那些功能。它需要解决嵌入式系 统的总体构架，从功能实现上对软硬件进行划分；在此 基础上，选定处理器和基本接口器件；根据系统的复杂 程度确定是否使用操作系统，以及选择哪种操作系统； 此外，还需要选择系统的开发环境、软件系统的总体架 构设计等。
5
二、系统定义阶段
2、可行性分析示例：远程温度监控系统的可行性分析
1. 引言 1.1 编写目的 1.2 背景 1.3 定义 1.4 参考资料 2. 可行性研究的前提 2.1 要求 2.2 目标 2.3 条件、假定和限制 2.4 进行可行性研究的方法 2.5 评价方法与尺度 3. 对现有系统的分析 3.1 处理流程和数据流程 3.2 所需的人员 3.3 设备 3.4 局限性
四、详细设计阶段
1、硬件系统的设计
（5）按键与LED数码管电路的考虑 可以使用GPIO接口。GPF口实比较简单的8位数字量I/O口，
嵌入式系统设计方法及开发实例
● 系统总体设计阶段：主要描述“怎么做”的问题，即系统如 何实现由系统定义规定的些功能。它需要解决嵌入式系统的 总体框架，从功能实现上对软/硬件进行划分；在此基础上， 选定处理器和基本接口器件；根据系统的复杂程度确定是否使 用操作系统，以及选择哪种操作系统；此外，还需要选择系统 的开发环境。系统总体设计阶段的核心工作是确立总体设计方 案，包括软/硬件划分、基本硬件配置方案、软件方案、各个 模块接口关系、系统体系结构、系统功能与非功能约束、开发 环境等。产出物是系统总体设计方案。
多数真正的嵌入式系统的设计实际上是很复杂的，其功 能要求非常详细，且必须遵循许多其他要求，如成本、 性能、功耗、质量、开发周期等。大多数嵌入式系统的 复杂程度使得该系统无法由个人设计和完成，而必须在 一个开发团队中相互协作来完成，开发人员必须遵循一 定的设计过程，明确分工，相互交流并能达成一致。设 计过程还会受到外在和内在因素的影响而变化。外在影 响包括消费者的变化、需求的变化、产品的变化、元器 件的变化等，内在影响包括工作的改进、人员的变动等。 这些都要求嵌入式系统开发人员必须掌握一定的系统设 计方面的技术。
● 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；嵌入式系统的硬件和软件都必 须高效率地设计，可裁减、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，这样才能在具体应用中对处理器的选择 更具有竞争力； ● 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和 具体产品同步进行，因此，嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较 长的生命周期； ● 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 化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储于磁盘等载体中； ● 嵌入式系统本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后用户通 常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和 交叉开发环境才能进行开发。
嵌入式技术课程设计案例
嵌入式技术课程设计案例嵌入式技术课程设计案例：智能家居控制系统一、项目背景随着人们生活水平的提高，智能家居逐渐成为现代家庭的重要组成部分。
智能家居控制系统能够实现对家庭设备的集中控制，提高生活便利性，降低能源消耗。
本项目旨在设计一个基于嵌入式技术的智能家居控制系统。
二、系统设计1. 硬件平台选择：选用STM32F103C8T6微控制器作为主控制器，该控制器具有丰富的外设接口和强大的处理能力。
2. 传感器模块：包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器等，用于监测家庭环境参数。
3. 执行器模块：包括灯光控制器、窗帘控制器、空调控制器等，用于控制家庭设备的开关和调节。
4. 通信模块：采用WiFi模块实现控制器与手机APP的通信，采用Zigbee模块实现传感器与控制器之间的无线通信。
5. 人机界面：开发一款手机APP，实现远程控制家庭设备、实时监测家庭环境等功能。
三、系统实现1. 硬件平台搭建：根据设计要求搭建硬件平台，包括微控制器、传感器模块、执行器模块、通信模块等。
2. 传感器数据处理：编写程序实现传感器数据的采集和处理，将环境参数实时显示在APP上。
3. 执行器控制：编写程序实现执行器设备的开关和调节，如灯光亮度调节、空调温度调节等。
4. 通信协议制定：制定传感器与控制器、控制器与手机APP之间的通信协议，实现数据的有效传输。
5. APP开发：开发手机APP，实现用户界面的设计和功能开发，如设备控制、环境监测等。
四、系统测试与优化1. 功能测试：对系统进行功能测试，确保各模块正常运行，满足设计要求。
2. 性能测试：对系统进行性能测试，包括数据传输速率、稳定性等指标的测试。
3. 优化改进：根据测试结果对系统进行优化改进，提高系统性能和稳定性。
五、总结与展望本课程设计通过智能家居控制系统项目的实践，使我们深入了解了嵌入式技术的实际应用和系统开发流程。
在项目实施过程中，我们掌握了硬件平台的搭建、传感器数据处理、执行器控制、通信协议制定等方面的技能，提高了实际动手能力和团队协作能力。
嵌入式系统设计与实例开发.ppt
μC/OS-II任务堆栈初始化
μC/OS-II中每个任务都有自己的任务堆栈，在任务创建初期由 OSTaskStkInit（）初始化。初始化堆栈的目的就是模拟一次中断 。任务堆栈中保存了任务代码的起始地址和一些CPU寄存器（初 值是无关紧要的），这样一旦条件满足，就可以执行该任务了。
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2.4 μC/OS-II BSP编写
5
2.2 μC/OS-II的移植需要满足以下要求
（1）处理器的C编译器可以产生可重入代码； （2）可以使用C调用进入和退出Critical Code(临界区代码)； （3）处理器必须支持硬件中断，并且需要一个定时中断源； （4）处理器需要能够容纳一定数据的硬件堆栈； （5）处理器需要有能够在CPU寄存器与内存和堆栈交换数据的指令
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用C语言编写六个 操作系统相关的函数
void *OSTaskStkInit (void (*task)(void *pd),void *pdata, void *ptos, INT16U opt)
void OSTaskCreateHook (OS_TCB *ptcb) void OSTaskDelHook (OS_TCB *ptcb) void OSTaskSwHook (void) void OSTaskStatHook (void) void OSTimeTickHook (void) 后5个函数为钩子函数，可以不加代码
。
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打开/关闭中断
在COS-II中，可以通过： OS_ENTER_CRITICAL () 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ARM7TDMI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。
嵌入式硬件系统设计与开发实例详解
嵌入式硬件系统设计与开发实例详解嵌入式硬件系统设计与开发是一项非常重要的技术，它涉及到硬件、软件、电子、通信等多个领域的知识。
嵌入式硬件系统在各个行业中都有广泛的应用，如汽车、医疗、通信、家电、安防等。
本文将以一个嵌入式硬件系统设计与开发实例来详解这个技术。
实例描述假设我们要设计一个智能家居系统，它能够实现远程控制家庭电器，并且能够根据家庭成员的习惯智能化地控制电器的使用。
具体来说，这个系统应该包含以下功能：1. 控制中心：负责与家庭电器进行通信，实现远程控制和智能控制。
2. 传感器：用于感知家庭环境信息，如温度、湿度、照明、人体活动等。
3. 智能控制算法：根据传感器获取的信息，自动控制家庭电器的开启和关闭。
4. 用户界面：提供可视化的控制界面，方便用户进行手动控制。
5. 网络通信模块：实现控制中心与外部网络的通信，支持远程控制。
硬件设计硬件设计是实现嵌入式系统的基础，它涉及到电路设计、元器件选型、PCB设计等多个方面。
在本实例中，我们需要设计以下硬件模块：1. 控制中心：这个模块是整个智能家居系统的核心，它需要选择高性能的嵌入式处理器，如ARM Cortex-M系列处理器。
另外，为了实现远程通信，需要选择支持无线通信的芯片，如WiFi、蓝牙等。
2. 传感器：传感器模块需要选择适合家庭环境的传感器，如温湿度传感器、光照传感器、人体感应传感器等。
这些传感器需要与控制中心进行连接，通常采用I2C、SPI、UART等接口。
3. 电器控制模块：这个模块需要选择适合家庭电器的控制芯片，如继电器芯片、可控硅芯片等。
这些芯片需要与控制中心进行连接，通常采用GPIO口或者SPI接口。
4. 用户界面：用户界面模块需要选择适合家庭使用的显示屏幕和按键。
这些组件需要与控制中心进行连接，通常采用I2C、SPI、UART等接口。
5. 电源模块：电源模块需要选择适合整个系统的电源管理芯片，如DC-DC转换芯片、锂电池充电管理芯片等。
嵌入式技术案例
嵌入式技术案例案例一：智能家电中的嵌入式技术。
你知道现在那些超级智能的家电吗？就拿智能冰箱来说吧。
以前的冰箱啊，就只是个能制冷的大盒子。
现在可不一样啦，里面嵌入了一块小小的芯片，这就像是冰箱的小脑袋。
这个嵌入式芯片可以做很多神奇的事儿呢。
比如说，它能时刻感知冰箱里的温度，要是温度稍微有点不对劲儿，它就会自动调整制冷系统，保证你的食物一直在最合适的温度下存放。
这就好比冰箱有了自己的小管家，一刻不停地照顾着你的美食。
还有哦，它还能连接到你的手机上。
你在超市买菜的时候，突然想不起来家里有没有牛奶了，只要打开手机APP，就能看到冰箱里面牛奶还剩几瓶，是不是超级方便？这都是嵌入式技术的功劳，让冰箱从一个简单的电器变成了一个贴心的家庭小助手。
案例二：汽车中的嵌入式系统。
汽车现在也越来越高科技了，这可离不开嵌入式技术。
就说汽车的发动机控制系统吧。
那里面有个嵌入式的电脑，虽然它小小的，但是作用可大着呢。
当你启动汽车的时候，这个嵌入式系统就开始工作啦。
它就像一个超级精密的指挥官，根据你踩油门的力度、发动机的转速、汽车的速度等等一大堆信息，来精确地控制喷油量。
要是没有这个嵌入式系统，那汽车发动机可能就会像个没头的苍蝇，要么费油得要死，要么动力不足。
而且现在的汽车安全系统里也到处都是嵌入式技术。
比如说防抱死刹车系统（ABS），这里面的嵌入式芯片能在你紧急刹车的时候，快速地调整每个车轮的刹车力度，防止车轮抱死。
你想象一下，要是车轮抱死了，汽车就会像个滑冰的大铁盒子，根本不受控制。
但是有了这个嵌入式技术，就可以让你在紧急刹车的时候还能控制汽车的方向，就像有个隐形的高手在帮你稳住汽车，大大提高了行车的安全性。
案例三：工业机器人中的嵌入式技术。
在那些大工厂里，工业机器人现在可都是干活的主力呢。
这些机器人之所以这么厉害，嵌入式技术功不可没。
就拿焊接机器人来说吧。
它的手臂里嵌入了各种传感器和控制器。
传感器就像是机器人的眼睛和耳朵，能够精确地感知焊接的位置、焊接材料的厚度和形状等信息。
嵌入式系统设计及实例
嵌入式系统部分概念辨析
嵌入式设备 vs 嵌入式系统 9 内置了嵌入式系统(专用计算机平台)的电子产品 9 嵌入式系统是嵌入式电子设备的控制处理核心部件
无OS的单片机系统是否属于嵌入式系统范畴？ 9 若根据IEEE定义，单片机系统作为一种功能和性能
最简单的控制核心单元，可被视为嵌入式系统的最原 始形态(广义理解) 9 嵌入式系统是一种专用的计算机系统。按照计算机系 统的内涵，应该包含有OS。故严格意义上，不运行 操作系统的单片机系统不属于嵌入式系统(狭义理解) 简言之，嵌入式系统 9 广义：无论是否有OS的支撑，嵌入式系统包含单片 机系统 9 狭义：嵌入式系统特指有OS支撑的专用计算机平 台，无OS的通常称为单片机系统
9 由于单片机系统开发相对简单，目前大多数嵌入式系统 开发重点放在包含OS的平台上
嵌入式系统特点-与通用计算机差异
特定用途，专业性强，面向目标任务设计，接口受限， 维护升级相对困难；…一对一定制设计，基本无通用性 对外界事件响应时间有严格要求，实时性强，通常需要 采用嵌入式实时操作系统(RTOS)；…从最低层驱动开发， 软硬件紧耦合，难度和工作量大 成本敏感系统，系统资源配置受限；…追求性价比，设 计要求高 使用环境相对恶劣，可靠性要求高，部分场合对功耗有 严格要求；…全天候运行，高稳定性，需解决环境适应性 问题 嵌入式需专用集成开发环境/工具，包括交叉编译连 接、调试器/仿真器等；…开发环境构造要求高
9 内置MAC Controller外挂PHY,自带网口，效率高，网络 通信处理器常用
9 外置Ethernet Transceiver 挂于Mem I/F，外挂网口， 占有CPU总线访问带宽,MCU或便携应用MPU
9 MAC与PHY间接口
SNI(10M网口用)，MII(FE最常用，4bit 25M 收发同步 口)，GMII(GbE最常用，8bit 125M 同步口)
嵌入式系统设计的应用实例及其关键技术分析
嵌入式系统设计的应用实例及其关键技术分析引言嵌入式系统已经成为人们日常生活不可或缺的一部分。
从智能手机到汽车电子系统，从医疗设备到家庭电器，嵌入式系统无处不在。
本文将介绍嵌入式系统在实际应用中的案例，分析其关键技术。
分类嵌入式系统可分为通用型和专用型。
通用型嵌入式系统通常有固定的硬件和软件组合，适用于各种应用场合。
而专用型嵌入式系统则针对特定应用设计，通常有定制的硬件和软件。
通用型智能手机智能手机是一种通用型嵌入式系统。
它不仅可以拨打电话和发送短信，还可以进行互联网浏览、音乐播放、拍照和视频录制等各种功能。
智能手机的关键技术包括处理器、内存、显示屏、电池和操作系统等。
现在市场上流行的智能手机通常都采用ARM处理器和Android操作系统。
家庭路由器家庭路由器是一种通用型嵌入式系统，用于连接家庭内部的各种设备和外部互联网。
家庭路由器的关键技术包括无线网卡、路由处理器、储存器和操作系统等。
现在市场上流行的家庭路由器通常采用基于Linux内核的嵌入式系统。
专用型汽车电子系统汽车电子系统是一种专用型嵌入式系统，用于控制汽车的各种电子系统，包括发动机控制、制动系统、空调控制、音响系统和导航系统等。
汽车电子系统的关键技术包括CAN总线、传感器、执行器、嵌入式软件和实时操作系统等。
医疗设备医疗设备包括血糖仪、血压计、心电监护仪等，是一种专用型嵌入式系统，用于进行各种医学检测和治疗。
医疗设备的关键技术包括传感器、执行器、嵌入式软件、实时操作系统和电池管理器等。
关键技术分析处理器嵌入式系统的处理器通常采用低功耗芯片，因为它们需要长时间工作而且不能过热。
现在市场上常见的处理器包括ARM、Intel Atom和MIPS等。
内存内存在嵌入式系统中很重要，因为它决定了系统的速度和稳定性。
嵌入式系统的内存通常分为静态RAM和动态RAM。
动态RAM需要保持电源供应，而静态RAM可以不需要。
一些特殊的嵌入式系统可能还会采用Flash内存或者EEPROM。
嵌入式系统设计与实例开发
本节提要
1 嵌入式系统硬件基础 2 嵌入式系统软件基础 3 嵌入式系统设计方法 4 一个嵌入式设计方法实例 5 嵌入式BSP的基本概念
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嵌入式系统的软/硬件框架
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
控
制
地址
器
数据
9
总线和总线桥
CPU
高速总线
低速设备
低速总线
桥
存储器
高速设备
数据
高速设备
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1.5 存储器系统
RAM：随机存取存储器， SRAM：静态随机存储器， DRAM： 动态随机存储器
1）SRAM比DRAM快 2）SRAM比DRAM耗电多 3）DRAM存储密度比SRAM高得多 4）DRM需要周期性刷新 ROM：只读存储器 FLASH：闪存
6
1.4 影响CPU性能的因素：流水线、超标量和缓存
流水线技术：几个指令可以并行执行 提高了CPU的运行效率 内部信息流要求通畅流动
Add
取指
Sub Cmp
时间
译码 取指
执行add 译码 取指
执行sub 译码
执行cmp
7
超标量执行
超标量执行：超标量CPU采用多条流水线结构
指令CACHE
预取
流 译码1 水 译码2 线 执行1 1
执行2
预取
流 译码1 水 译码2 线 执行1 2
执行2
数据
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高速缓存（CACHE）
1、为什么采用高速缓存
微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以 提高内存的平均性能。
嵌入式系统设计方法及开发实例132页文档
嵌入式系统设计方法及开发实例
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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各部份基本功能如下： 1．处理器采用S3C2410X，该芯片基于ARM920T 内核，采用五级流水线 和哈佛结构，提供1.1M IPS/MHz 的性能，是高性能和低功耗的硬宏单元。 2．电源电路为5V到3.3V、3.3V到1.8V的DC-DC转换器，给S3C2410X及 其他需要3.3V电源的外围电路供电。 3．采用12MHz晶振为S3C2410X芯片提供系统时钟，通过S3C2410X芯片 内部集成的时钟控制逻辑可以产生系统所需的不同频率的时钟信号。 4．NAND FLASH存储器存放Bootloader、嵌入式操作系统、应用程序和 其它在系统掉电后需要保存的用户数据等。 5．SDRAM存储器作为系统运行时的主要区域，系统及用户数据、堆栈 均位于SDRAM存储器中。 6．1OM/1OOM以太网接口为系统提供以太网接入的物理通道，通过该 接口,系统可以10M或1OOMbps的速率接入以太网。 7．JTAG接口可对芯片内部的所有部件进行访问，通过该接口可对系统 进行调试、编程等。 8．系统通过一个RS232串口接一GPRS模块，实现无线数据传输功能。 9．系统通过SPI接口扩展IO模块，负责数字量和模拟量的输入输出。
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图 2-3 嵌入式水文信息采集智能终端核心板原理图
接
扩
展 板
CPU S3C2410X
接
口
64M SDRAM 16M FLASH 外部晶振
图 2-3 嵌入式水文信息采集智能终端核心板原理图
2020/10/2
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2.2.1 核心板硬件设计
2.2.1.1 CPU S3C2410X功能概述 S3C2410X是基于ARM920T内核的，最大工作频率能达到203MHz；可支持 基本的外设接口，如彩色TFT LCD、USB、IIC、IIS、SPI、UART等，并支 持MMC和SD等标准的外部插卡。S3C2410X能支持NAND FLASH启动，具 有很高的性价比，另外S3C2410X在市场上已有很多成熟的应用，因此作者 选用了S3C2410X作为基于GPRS的嵌入式水文信息采集智能终端的应用处 理器，下面是对S3C2410X功能的简要说明： S3C2410X芯片是韩国三星电子公司推出的一款基于ARM920T内核的16/32 位RISC嵌入式微处理器，作为S3C2410X芯片的CPU内核，16/32位 ARM920T RISC微处理器采用0.18um CMOS标准单元结构。ARM920T内核 由ARM9TDM1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地址和16KB数据高速Cache组成。 S3C2410X芯片集成了一个LCD控制器(支持STN和TFT液晶显示屏)、NAND FL-ASH控制器、SDRAM控制器、3个通道的UART、4个通道的DMA， 4个 具有PWM(脉冲宽度调制)功能的计时器和一个内部时钟、8通道的10位ADC。 S3C2410X还有很多丰富的外部接口，如触摸屏接口、I2C总线接口、I2S总 线接口、两个USB主机接口、一个USB设备接口、两个SPI接口、SD接口和 MMC卡接口。在时钟方面S3C2410X也有突出的特点，该芯片集成了一个 具有日历功能的RTC(实时控制)和具有PLL(M-PLL和UPLL)的芯片时钟发生 器。MPLL产生主时钟，能够使处理器工作频率最高达到203MHz。这个工 作频率能够使处理器轻松运行WinCE, Linux等操作系统以及进行较为复杂 的数据处理。
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系统实物图
2020/10Байду номын сангаас2
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2.1 系统需求及硬件总体方案设计
2.1.1 系统需求 一般水文信息采集系统包括多个水文数据采集 站，它承担的主要任务是实时采集、存储、传 输各采集站的水位、流量、日降水量、水库水 位、入库流量、蓄水量等信息，实现水文信息 采集和长期存储的数字化处理，并将实时采集 的数据通过嵌入式控制器经GPRS空中接口接 入无线网络，并由移动服务商转接到Internet， 最终通过各种网关和路由到达统一的数据处理 中心工作站，其功能框图如图2-1所示。
2020/10/2
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2.1.2 系统硬件平台总体设计方案
通常的嵌入式设备的硬件架构是以嵌入式微处理 器为核心，通过CPU扩展接口以及平台硬件的支 持，把众多的外设单元集到整个系统中，并通过 CPLD等逻辑转换器件和其它硬件电路完成对外 设模块进行读写和控制操作。 本智能终端采用了S3C2410X处理器，利用 S3C2410X出色的内核性能和丰富的外部接口构 造一个嵌入式系统平台，其硬件框图如图2-2所 示。
11嵌入式系统设计实例
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CPU
Motorola公司生产的32位RISC结构的MCF5272 微处理器
ARM9核的主频最高达到203MHZ的S3C2410微 处理器
操作系统
uClinux
uC/OS-II
Embedded Linux
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项目完成情况
GPRS 模块 LCD
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IO模块
水水
文文
传 感
…
传 感
器器
1
n
执执
行 器
…
行 器
1
n
Internet
主
WAN
控
制
数
器 TCP/IP GPRS
据
Connection
中
心
GPRS通信模块
监控中心 其他用户
图 2-1 嵌入式水文信息采集系统框图
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要研究和设计的嵌入式控制器需满足以下几个方 面的技术要求： 1．控制器应具有数字量、模拟量I/O读写功能， 能很好地读取底端的水文信息采集传感器(如流 量计、水位计等)的数据并能控制各执行器动作； 2．控制器应具有现场水文信息实时显示、数据 查询的功能； 3．控制器应具有良好的有线和无线通信的功能， 能将现场采集到的数据发送到服务器； 4．控制器应具有很好的实时处理能力，将得到 的水文数据进行分析后分组打包，按照设定的协 议将数据传送到数据中心。
JTAG 接口 12 M 晶振
IO 模块 USB 接口
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RS232接口
I/O扩展/ 模块 5V 电源
16M NAND FLASH
S3C 2410X ARM920T
spi 接口 以太网PHY
64 M SDRAM
触摸屏
现场总线协 议转换接口
RJ45 以太网 接口
完成的功能
3
项目领域
1。工业现场环境网络控制器 2。水文信息采集系统 3。RFID网络控制器 4。嵌入式移动数据库
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GPRS模块 LCD
JTAG接口 12M 晶振
IO模块
RS232接口
S3C2410X ARM920T
DC/DC转换 5V电源 16M
NAND FLASH 64M SDRAM
触摸屏
USB接口
spi接口 以太网PHY
RJ45以太网 接口
图2-2嵌入式水文信息采集智能终端硬件构架
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2.2 系统硬件电路详细设计
基于GPRS的嵌入式水文信息采集智能终端 主要分为两部分来设计，一部份为核心板， 另一部分为扩展板，这样做的优点是两块 板可分别调试，高频和低频分离，核心板 做成6层板而扩展板可做成2层板，这样可 大大节省成本,其原理框图如图2-3所示。
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