ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例

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arm嵌入式开发板

ARM嵌入式开发板介绍ARM嵌入式开发板是一种用于开发嵌入式系统的硬件平台。

它采用ARM架构的处理器作为核心，具有较高的性能和低功耗特性，被广泛应用于物联网、智能家居、工业自动化等领域。

本文将介绍ARM嵌入式开发板的概述、特点以及常见的应用案例。

概述ARM嵌入式开发板是一种集成了ARM处理器、存储器、各种接口和外围设备的单板计算机。

它通常采用模块化设计，可以根据需求进行扩展和定制。

ARM是一种低功耗且高效的处理器架构，广泛应用于移动设备、嵌入式系统和物联网等领域。

特点1. 强大的性能ARM嵌入式开发板采用ARM处理器，具有较高的运算能力和浮点计算性能。

它们通常采用多核心设计，可以同时运行多个任务，提高系统的并发处理能力。

2. 低功耗ARM架构的处理器采用了先进的微处理器设计技术，使得其功耗较低。

这对于嵌入式系统来说非常重要，因为嵌入式设备通常需要长时间运行，并且需要保持低功耗以延长电池寿命。

3. 丰富的接口和外围设备ARM嵌入式开发板通常集成了丰富的接口和外围设备，如GPIO、UART、SPI、I2C、USB等。

这些接口和设备可以方便地连接外部传感器、执行器、通信模块等，实现与外部环境的数据交互和控制。

4. 开放的软件生态系统由于ARM架构的广泛应用和开放的生态系统，开发者可以很容易地获取开源的操作系统（如Linux），以及丰富的开发工具和软件库。

这样可以大大加快开发周期，提高开发效率。

应用案例1. 物联网设备随着物联网的快速发展，ARM嵌入式开发板被广泛应用于物联网设备中。

它们可以集成各种传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等，通过物联网协议与云端进行数据通信和控制。

2. 智能家居ARM嵌入式开发板也被广泛应用于智能家居领域。

通过连接各种传感器、执行器和家电设备，可以实现智能家居的自动化控制，提高生活便利性和能源利用效率。

3. 工业自动化ARM嵌入式开发板在工业自动化领域也有广泛应用。

七基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计.ppt

9
自动引导模式流程
自动引导模式流程：复位；如果自动引导模式使能，Nand Flash中的前4KB代码拷贝到内部
的小石头区域；小石头映射到nGCS0； CPU开始执行小石头区域中的代码。 Nand Flash模式：通过NFCONF寄存器设置Nand Flash配置；把Nand Flash命令写入NFCMD寄存器；把Nand Flash地址写入NFADDR寄存器；读/写数据同时通过NFSTAT寄存器检测Nand Flash状态。读操作
5
S3C2410X及片内外围简介
6
S3C2410X支持大、小端模式，将存储空间分成8组（ Bank），每组大小是128MB，共计1GB。
7
特殊功能寄存器
1、内存控制器（Memory Controller）：内存控制器为访问外部存储空间提供存储器控制信号，共有13个寄存器。
8
特殊功能寄存器
2．Nand Flash 控制器 S3C2410X支持Nand Flash启动，启动代码存储在Nand Flash上。启动时，Nand Flash的前4KB将被装载到内部的固定地址的 SRAM中，利用硬件纠错码ECC对数据的正确性检验，然后开始执行其中的启动代码。一般情况下，该启动代码会把Nand Flash 中的内容拷贝到SDRAM中去，拷贝完后，主程序将在SDRAM中执行。操作流程如图4.13所示。
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时钟和电源管理
（1）锁相环PLL。锁相环最基本的结构由3个基本的部件组成：鉴相器（PFD）、环路滤波器（Loop Filter）和压控振荡器（VCO），如图4.14所示。鉴相器是个相位比较装置，它把输入信号Fref与压控振荡器输出分频后的信号Fvco的相位进行比较，产生对应于两个信号相位差的误差电压，该误差电压控制调整压控振荡器的频率，以达到与输入信号同频。

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的嵌入式系统开发与应用

基于arm的嵌入式系统开发与应用1. 介绍嵌入式系统是一种专门用于控制特定功能的计算机系统，通常集成在各种设备和系统中，例如智能手机、家用电器、汽车和工业设备等。

嵌入式系统的开发与应用在现代科技发展中扮演着重要的角色，其中基于ARM架构的嵌入式系统更是备受关注。

本文将从软硬件角度全面评估基于ARM的嵌入式系统开发与应用，并探讨其深度和广度的价值。

2. ARM架构概述ARM（Advanced RISC Machine）架构是一种精简指令集（RISC）架构，设计用于低功耗、高效能的处理器。

由于其出色的性能和低功耗特性，ARM架构在嵌入式系统中得到广泛应用。

从单片机到多核处理器，ARM架构提供了丰富的产品线，为嵌入式系统的开发与应用提供了强大的支持。

3. 嵌入式系统开发在基于ARM架构的嵌入式系统开发过程中，软件开发和硬件设计是两个关键环节。

软件开发涉及嵌入式操作系统、驱动程序、应用程序等内容，而硬件设计包括处理器、存储器、外围接口等硬件组件的选择和设计。

开发者需要针对特定的应用场景，选择合适的ARM处理器和相关的软硬件组件，进行系统集成和调试，以实现嵌入式系统的功能需求。

4. 嵌入式系统应用基于ARM的嵌入式系统在各个领域都有着广泛的应用。

在智能手机和平板电脑中，ARM处理器提供了强大的性能和低功耗的特性，为移动互联网应用提供了可靠的支持。

在工业控制和自动化领域，基于ARM 的嵌入式系统可以实现实时控制和高效能处理，满足各种复杂的应用需求。

在智能家居、医疗设备和汽车电子系统等领域，基于ARM的嵌入式系统也发挥着重要的作用。

5. 个人观点与总结作为一名嵌入式系统开发者，我对基于ARM架构的嵌入式系统开发与应用有着深刻的理解和实践经验。

ARM架构的强大性能和灵活性，使得其在嵌入式领域有着独特的优势。

在未来，随着物联网和智能化技术的不断发展，基于ARM的嵌入式系统将会迎来更广阔的发展空间，为各种智能设备和系统带来更多的创新应用和可能性。

基于ARM处理器的嵌入式系统设计与实现

基于ARM处理器的嵌入式系统设计与实现一、引言随着科技的不断发展，嵌入式系统在各个领域得到了广泛的应用，而ARM处理器作为一种低功耗高性能的处理器架构，在嵌入式系统中占据着重要地位。

本文将介绍基于ARM处理器的嵌入式系统设计与实现的相关内容，包括ARM处理器的特点、嵌入式系统设计的基本原理、实现过程中的关键技术等。

二、ARM处理器概述ARM处理器是一种基于RISC（精简指令集计算机）架构的处理器，具有低功耗、高性能和灵活性等特点。

ARM处理器广泛应用于移动设备、智能家居、工业控制等领域。

在嵌入式系统中，ARM处理器以其优越的性能表现成为首选。

三、嵌入式系统设计原理嵌入式系统是集成了硬件和软件的特定功能系统，其设计原理包括硬件选型、系统架构设计、软件开发等方面。

在基于ARM处理器的嵌入式系统设计中，需要考虑处理器性能、外设接口、功耗管理等因素。

四、基于ARM处理器的嵌入式系统设计流程硬件选型：选择适合项目需求的ARM处理器型号，考虑性能、功耗和成本等因素。

系统架构设计：确定系统整体架构，包括处理器核心选择、外设接口设计等。

软件开发：编写适配ARM处理器的底层驱动程序和应用程序，实现系统功能。

调试验证：对设计的嵌入式系统进行调试验证，确保系统稳定可靠。

五、基于ARM处理器的嵌入式系统实现关键技术Bootloader设计：Bootloader是引导加载程序，负责初始化硬件并加载操作系统。

在基于ARM处理器的嵌入式系统中，Bootloader 的设计至关重要。

设备驱动开发：针对不同外设接口开发相应的设备驱动程序，实现外设与处理器之间的通信。

系统优化：优化代码结构和算法，提高系统性能和响应速度。

电源管理：合理管理系统功耗，延长电池寿命或降低功耗成本。

六、基于ARM处理器的嵌入式系统应用案例以智能家居控制系统为例，介绍基于ARM处理器的嵌入式系统在智能家居领域的应用。

通过该案例展示ARM处理器在嵌入式系统设计与实现中的优势和特点。

基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计

嵌入式系统设计与实例开发
——ARM与µC/OS-Ⅱ
北京航空航天大学智能嵌入式技术工作室
1
五、基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计
嵌入式系统体系结构设计基于ARM的硬件设计
2
嵌入式系统的软/硬件框架
驱动器1 驱动器2 ...... 驱动器N 传感器1 传感器2 ...... 传感器N
机械装置
被控对象
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反射型LCD的结构
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LCD通常由两种方式，一种是带有驱动芯片的LCD模块，基本上属于半成品
如果有需要，也可以直接使用芯片上的内置LCD控制器来构造显示模块，它可以支持彩色/灰度/单色三种模式，灰度模式下可支持4级灰度和16级灰度，彩色模式下最多支持256色，LCD的实际尺寸可支持到320X240。
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嵌入式处理器与LCD的连接
数据总线
嵌入式处理器
寄存器选择使能信号
LCD 模块
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从系统结构上来讲，由于显示器模块中已经有显示存储器。显存中的每一个单元对应LCD上的一个点，只要显存中的内容改变，显示结果便进行刷新。于是便存在两种刷新： 1．直接对根据系统要求对显存进行修改，一种是只需修改相应的局部就可以，不需要判断覆盖等有覆盖问题，那计算起来比较复杂，而且每做一点小的屏幕改变就进行刷新，将增加系统负担。 2 ．专门开辟显示内存，在需要刷新时候由程序进行显示更新。这样，不但可以减轻总线负荷，而且也比较合理，在有需要的时候进行统一的显示更新，界面也可以比较美观，不致由于无法预料的刷新动作导致显示界面闪烁。
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2、初始化硬件平台，配置其他的Bank S3C44B0X的Bank0是通过外部的一个管脚提供的上拉、下拉电阻来配置的。主要包括：数据位数（8位、16位、32位），数据格式（大端、小端）。而其他的Bank的配置，以及读写周期等信息是靠 Bank0内部的代码配置相应的寄存器来实现的。同时，系统的引导 Rom也负责配置系统的其他的一些寄存器，比如，系统的PLL（锁频环）配置，系统的IO口等一些端口功能的配置等等。

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嵌入式开发实例1-2

ARM嵌入式开发实例1-2
1. 引言
在嵌入式领域，ARM架构是最常用的处理器架构之一。

ARM嵌入式开发涉及到硬件设计、软件开发、驱动程序编写等多个方面。

本文将介绍一个ARM嵌入式开发的实例，以帮助读者更好地理解和应用ARM相关技术。

2. 实例介绍
本实例基于ARM Cortex-M系列处理器开发一个简单的LED控制程序。

通过这个实例，读者可以学习到如下内容：
•嵌入式系统的概念和根本原理
•ARM Cortex-M处理器的根本架构和特点
•使用Keil MDK开发环境进行ARM嵌入式开发
•硬件和驱动程序设计的根本技巧
该LED控制程序将使用一个ARM开发板和一只LED灯。

通过编程控制，可以实现LED的亮灭控制。

3. 环境搭建
在开始实例之前，需要搭建好开发环境。

以下是搭建环境的步骤：
1.安装Keil MDK开发环境
2.配置编译器和调试器
3.连接ARM开发板
4.安装驱动程序
完成以上步骤后，就可以开始进行ARM嵌入式开发了。

4. 程序设计
4.1 硬件设计
该实例使用一个ARM开发板和一只LED灯。

首先，需要将LED灯连接到开发板上的一个GPIO引脚上。

具体连线方式可以参考开发板的硬件手册。

在连接完成后，就可以进行软件开发了。

4.2 软件开发
首先，在Keil MDK中创立一个新的工程。

然后，在工程中添加相关的源文件和头文件。

在源文件中，我们需要编写代码来控制LED灯的亮灭。

以下是一个简单的LED控制函数的例如代码：
```c #include。

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。

基于ARM嵌入式硬件的物联网应用系统设计与实现

基于ARM嵌入式硬件的物联网应用系统设计与实现随着物联网技术的迅猛发展，越来越多的设备和系统正在被互联互通起来。

这样一来，我们就可以通过智能设备获得更多的信息、控制更多的设备，让我们的日常生活更加智能化、便捷化。

而这种便利也离不开嵌入式硬件的支持。

而在嵌入式硬件中，最重要的则是ARM架构，它可以提供高效、低能耗、高稳定性的解决方案。

本文将介绍基于ARM嵌入式硬件的物联网应用系统的设计和实现过程。

一、系统架构设计1.硬件部分硬件部分主要是指物联网节点的硬件构成。

为了实现节点之间的互联，需要一些硬件设施来实现数据的传输和处理。

同时，还需要对传感器的读取和控制进行一定的接口处理，以实现数据的准确采集和控制。

首先，我们需要选择一款支持ARM架构的单片机作为物联网节点的主控制器。

目前市面上较多的单片机品牌有ST、NXP、Atmel等，不同的品牌有不同的特点和应用领域。

选择合适的单片机需要针对具体的应用场景进行分析，考虑功耗、性能、可靠性等方面。

其次是节点之间的通信模块。

常用的通信模块有WiFi、蓝牙、zigbee、LoRa 等。

其中，WiFi模块通信速度较快，但功耗较大；蓝牙模块功耗比较小，但传输距离较短；zigbee模块功耗小，但需要专用的路由器支持；LoRa模块功耗极低，通信距离较远，但传输速度较慢。

因此，选择通信模块需要根据具体应用情况来选择。

最后，要考虑的就是节点上其他接口和IO口的选择，例如处理传感器、执行控制命令时需要使用的GPIO口，同时还需要考虑是否需要实现人机交互等功能。

2.软件部分软件部分主要是指物联网应用系统的软件组成。

整个系统中，软件部分包括：（1）底层驱动程序：主要包括单片机的驱动、通信模块驱动、GPIO口控制等。

（2）操作系统：嵌入式操作系统需要支持ARM架构，同时还需要具有低功耗、高可靠性等特点。

（3）应用程序：应用程序是物联网系统的核心，它需要实现节点之间的通信协议、数据采集、控制命令执行等功能。

基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计分析

CPU
高速缓存控制器
CACHE
主存
数据
数据
地址
总线和总线桥
CPU
低速设备
桥
数据
高速总线
存储器
高速设备
高速设备
低速总线
存储器系统的层次结构
寄存器
高速缓存SRAM
主存储器DRAM
本地存储器 Flash、ROM、磁盘
网络存储器 Flash、ROM、磁盘
容量和成本
在NAND中每块的最大擦写次数是100万次，而NOR的擦写次数是10万次
01
位交换的问题NAND flash中更突出，需要ECC纠错
02
NAND flash中坏块随机分布，需要通过软件标定——产品量产的问题
03
可靠性和耐用性
01
I/O
02
A/D、D/A
03
键盘
04
LCD
05
存储器接口
06
CPU
存储器
地址总线
数据总线
读信号
写总线
I/O接口
MERQ/IORQ
01
I/O设备的数据输入/输出
02
输入过程
03
CPU把一个地址值放在地址总线上，这一步将选择某一输入设备;
04
CPU等候输入设备的数据成为有效；
05
CPU从数据总线读入数据，并放在一个相应的寄存器中。
06
输出过程
07
CPU把一个地址值放在地址总线上，选择输出设备；
状态寄存器
数据寄存器
现在的问题是：CPU如何与设备控制器当
中的寄存器以及数据缓冲区来进行通信？
因为这不是普通的内存访问！

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。

嵌入式ARM系统原理与实例开发

➢ 一组属于快速模式(R8_fiq～R12_fiq） ➢ 另一组属于其它模式(R8_usr~R12_usr) ； ➢ R13和R14有6组物理寄存器。 ➢ 其中用户模式和系统模式共用一组 ➢ 寄存器R13通常作为堆栈指针SP (stack pointer) ➢ 寄存器R14常用作连接寄存器LR（link register）； ➢ 寄存器R15，又称为PC (program counter)
2020/7/7
8
ARM指令编码方式
嵌入式ARM系统原理与实例开发
– 其中，<>内的项是必须的，{}内的项是可选的，如<opcode>是指令助记符，是必须的，而{<cond>}为指令执行条件，是可选的，如果不写则使用默认条件AL（无条件执行）。其中：
功能正常的程序执行状态用于高速数据传输或通道处理用于通用的中断处理操作系统的保护模式用于虚拟存储及存储保护用于支持硬件协处理器的软件仿真运行特权级的操作系统任务
CPSR[4:0] 10000 10001 10010 10011 10111 11011 11111
2020/7/7
3
ARM处理器的寄存器
31 30 29 28 27 26 N ZCVQ
保留
8 7 65 4 3 2 1 0 I F T M4 M3 M2 M1 M0
2020/7/7
7
嵌入式ARM系统原理与实例开发
CPSR/SPSR
• 条件标志（Condition Code Flags） – N = ALU计算结果为负数（Negative result from ALU(Arithmetic Logical Unit ) flag）。 – Z = ALU计算结果为0（Zero result from ALU flag）。 – C = ALU计算结果进位（ALU operation Carried out）。

基于ARM的嵌入式实验教学实例

基于ＡＲＭ的嵌入式实验教学实例嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁减，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。

它一般有嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个组成部分，用于实现对其设备的控制、监视和管理等功能。

ARM嵌入式处理器是一种高性能，低功耗的RISC芯片。

它由英国ARM公司设计，世界上几乎所有的主要半导体厂商都生产基于ARM体系结构的通用芯片或在其专用芯片中嵌入ARM相关技术。

它以体积小，低功耗，低成本，高性能的特点赢得了75%以上的32位RISC嵌入式产品市场。

目前ARM芯片广泛应用于无线产品，PDA，GPS，网络，消费电子产品，STB及智能卡。

市场对相关人才的迫切需求，使得把握关键和核心的嵌入式系统设计技术成为高等院校计算机科学与技术专业人才培养的关键，因此，基于ARM的嵌入式实验教学的研究和实践就成为计算机专业实验教学的重点之一。

1.1嵌入式系统的组成嵌入式系统通常由嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件等几大部分组成。

1.2关于ARM嵌入式技术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。

采用RISC架构的ARM微处理器一般具有以下特点：体积小、功耗、低成本、高性能；支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8/16位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在寄存器中完成；寻址方式简单灵活，执行效率高；指令长度固定。

本次开发用到的ARM Linux Board包含Samsung Electronics的S3C4510B网络处理器，工作频率为50MHz；2MB的1M×16位Flash；16MB的2×4M×16位SDRAM；128×8位IIC存储器接口；9针D型RS-232C串行接口；RJ-45 10/100Base-T 太网接口；2个可编程的LED指示灯；20针JTAG接口；系统总线扩展。