嵌入式系统硬件基础

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嵌入式物联网系统软硬件基础知识大全

嵌入式物联网系统软硬件基础知识大全本文主要介绍嵌入式系统的基础知识，涉及嵌入式软件和硬件的方方面面，希望对各位有帮助。

嵌入式系统基础1、嵌入式系统的定义（1）定义：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、功耗严格要求的专用计算机系统。

（2）嵌入式系统发展的4个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet阶段。

（3）知识产权核（IP核）：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片（SOC）的基本构件。

（4）IP核模块有行为、结构和物理3级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同可以分为三类：软核、固核、硬核。

2、嵌入式系统的组成嵌入式系统包含:硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。

嵌入式核心模块＝微处理器＋电源电路＋时钟电路＋存储器Cache: 位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。

它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。

（1）硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。

（2）中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP)。

它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。

BSP具有硬件相关性和操作系统相关性。

设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。

片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。

板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。

系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。

B、设计硬件相关的设备驱动。

（3）系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。

《嵌入式硬件基础》课件

输入/输出接口
用于与外部设备进行通信和控制。
其他组件
如时钟、复位电路等。
02
CATALOGUE
ARM处理器基础
ARM处理器简介
ARM处理器是一种低功耗、高性能的嵌入式处理器，广泛应用于移动设备、物联网、智
能家居等领域。
ARM公司设计并授权ARM处理器知识产权，许多半导体公司根据ARM架构设计自己
UART接口
总结词
支持多种数据格式
详细描述
UART接口可以支持多种数据格式，如8位数据位、1位停止位、无奇偶校验等。用户可以根据需要进行配置，以满足不同的通信需求。
SPI接口
总结词
同步串行通信接口
VS
详细描述
SPI（Serial Peripheral Interface）接口是一种同步串行通信接口，常用于连接嵌入式系统中的各种外设，如传感器、存储器等。它支持全双工通信，数据传输速率较高。
仿真与调试集成
将硬件仿真器和调试工具集成在一起，提高开发效率。
嵌入式操作系统与开发环境
嵌入式操作系统
如Linux、RTOS等，用于管理嵌入式系统的软硬件资源，提供应用程序接口。
开发环境
包括IDE、编译器、调试器等，用于编写、编译和调试嵌入式应用程序。
操作系统与开发环境集成
将嵌入式操作系统和开发环境集成在一起，提供完整的嵌入式应用程序开发解决方案。
嵌入式存储器系统
存储器概述
01
02
03
存储器是嵌入式系统中用于存储数据的硬件设备，包括程序代码、数
据和文件等。
存储器按照读写速度和容量可以分为高速缓存、主存和辅助存储器等
类型。

嵌入式系统设计的基础知识

嵌入式系统设计的基础知识嵌入式系统是指嵌入到其他设备中，完成特定功能的计算机系统。

常见的嵌入式系统包括智能手机、数字电视机顶盒、汽车电子、工业自动化等领域。

因为嵌入式系统通常空间、能耗、成本要求都非常严苛，所以它们和通用计算机相比有很多不同之处。

本文将从嵌入式系统设计的角度，介绍嵌入式系统设计的基础知识。

一、嵌入式系统的硬件设计基础知识嵌入式系统的硬件设计是指对嵌入式系统的各个硬件组成部分进行设计、选型、集成、排布的过程。

嵌入式系统的硬件设计必须考虑以下几个方面。

1.芯片选型单片机（MCU）是嵌入式系统常用的芯片，由于嵌入式系统对芯片的集成度要求很高，常用的MCU都集成了很多模拟和数字外设如模数转换器（ADC）、通用异步收发器（UART）、同步串行收发器（SPI）、I2C接口等，可以很方便地与外部设备进行通讯。

当然，其他器件如FPGA、DSP等也可以作为嵌入式系统的芯片。

2.电源选择嵌入式系统的电源选择不仅要考虑芯片的输入电压特性，还要考虑嵌入式系统的整体功耗和稳定性，特别是对于多电压需求的系统更要注意电源的设计。

3.尺寸和布局嵌入式系统的尺寸和布局既要考虑外部尺寸限制，又要考虑内部线路的布局和信号的传输特性。

因为一旦系统原型被制作出来，改动就会变得十分困难，这就要求硬件设计人员对布局的精确把握和对参数的准确计算。

4.时钟电路嵌入式系统内的各个部件需要同步，通常需要一个精确的时钟电路驱动。

在时钟电路的设计中，要考虑功耗、抗干扰性等因素。

二、嵌入式系统的软件设计基础知识嵌入式系统的软件设计是指嵌入式系统的固件设计、操作系统选择和软件架构的设计等多个方面。

在开发嵌入式系统时，软件设计是非常重要的一个环节。

1.固件设计在开发嵌入式系统时，需要编写固件程序，这是嵌入式系统的基础软件。

固件程序通常被编写在C语言或某些汇编语言中。

编写固件程序时，需要考虑程序的规模、执行速度、可维护性、代码安全性等多重因素。

嵌入式系统：硬件基础单元测试与答案

一、单选题1、上拉电阻的作用是（）A.吸收引脚输出的电流。

B.将引脚钳位在高电平。

C.为芯片存储电荷能量。

D.消除输出引脚的噪声。

正确答案：B2、开放收集器（OC）的特点是（）A.不能输出低电平B.不能输入高电平C.不能输出高电平D.不能输入低电平正确答案：C3、RS-232电平中，逻辑0和1的电压范围为（）A.负电平-3～-5V为逻辑“1”，正电平+3～+5V为逻辑“0”。

B.高于2.4V为逻辑1，低于0.8V为逻辑0。

C.负电平-3～-12V为逻辑“1”，正电平+3～+12V为逻辑“0”。

D.高于10.8V为逻辑1，低于1.2V为逻辑0。

正确答案：C二、多选题1、对器件进行封装的意义在于（）A.增强电气性能B.增强机械性能C.增强化学稳定性D.增强散热性能正确答案：A、B、C、D2、如下有关TTL、CMOS、RS-232接口电路的电平特性描述正确的有（）A.三类电平可以互相转换。

B.三类器件可以直接互连。

C.三者都是正逻辑电平。

D.前两者是正逻辑电平，后者是负逻辑电平。

正确答案：A、D4、嵌入式系统的典型设计形式有（）A.基于高性能服务器设计B.基于嵌入式处理器专门设计C.基于单板计算机设计D.基于通用计算机设计正确答案：B、C、D三、判断题1、根据嵌入式系统的特点，基于通用计算机是无法构建嵌入式系统的。

正确答案：×解析：通过对通用计算机的接口进行扩展，可以连接到特定的物理对象，形成通用计算机型的嵌入式系统。

2、三态门具有高电平、低电平和高阻抗三种输出状态，所谓高阻抗状态就是既不提供电流也不吸收电流的浮动状态。

正确答案：√四、填空题1、上拉电阻的阻值越大，其上拉能力越（），产生的功耗越（）。

正确答案：大或强，小或低2、为了解决芯片引脚的信号浮动问题，可以在引脚连接一个（）。

正确答案：上拉电阻或下拉电阻。

嵌入式系统基础了解嵌入式硬件与软件开发

嵌入式系统基础了解嵌入式硬件与软件开发嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它被嵌入到了各种设备中，如家用电器、汽车、医疗设备等。

嵌入式系统既包括硬件部分也包括软件部分，是一门综合性的学科。

本文将介绍嵌入式系统的基础知识，包括嵌入式硬件和软件开发。

一、嵌入式硬件嵌入式硬件是嵌入式系统中的物理部分，它包括处理器、内存、输入输出设备、外围接口等。

下面将逐一介绍这些硬件组成部分。

1. 处理器：嵌入式系统中的处理器通常是一款低功耗、高性能的芯片，如ARM架构的处理器等。

处理器是嵌入式系统的核心，负责执行指令和控制其他硬件设备的工作。

2. 内存：嵌入式系统的内存通常包括RAM和ROM两种。

RAM是用来存储程序和数据的临时存储器，而ROM则是用来存储固化的程序和数据的只读存储器。

3. 输入输出设备：嵌入式系统的输入输出设备可以是触摸屏、键盘、麦克风、摄像头等。

这些设备可以让用户与嵌入式系统进行交互，并获取用户输入的信息。

4. 外围接口：嵌入式系统通过外围接口与外部设备进行通信，如串口、SPI接口、I2C接口等。

外围接口可以连接传感器、执行器等外部设备，实现各种功能。

二、嵌入式软件开发嵌入式软件开发是指在嵌入式硬件上运行的程序的开发过程。

嵌入式软件通常是实时系统，要求对响应时间有很高的要求。

下面将介绍嵌入式软件开发的基本流程以及常用的开发工具。

1. 基本流程：嵌入式软件开发的基本流程包括需求分析、系统设计、编码、调试和测试等步骤。

需求分析是确定系统功能和性能要求的过程，系统设计是根据需求设计软件架构和模块划分，编码是将设计的模块实现成具体的代码，调试和测试是验证软件的正确性和性能是否满足要求。

2. 开发工具：常用的嵌入式软件开发工具有编译器、调试器和仿真器等。

编译器用来编译源代码生成可执行文件，调试器用来调试程序的运行过程，仿真器可以模拟出硬件环境，方便软件的开发和测试。

三、嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于各个领域，下面将介绍几个典型的应用领域。

嵌入式硬件基础

在MIPS的32位内核中
4K系列对应于SOC应用设计； M4K系列内核是为在下一代消费电子、网络、宽带应用中越
来越受欢迎的多CPU SOC所设计； 4KE系列具有目前32位通用嵌入式处理器中最高的DMIPS/MHz
性能指标； 4KS系列由于采用了特殊的SmartMIPS体系结构，特别适用于
Execute
解码指令
寄存器读（从寄存器Bank）移位及ALU操作寄存器写（到寄存器Bank ）
PC指向正被取指的指令，而非正在执行的指令
最佳流水线
周期
操作
ADD SUB MOV AND ORR EOR CMP RSB
1
2
3
4
5
6
Fetch
Decode Execute Fetch Decode Execute
之后,MIPS公司的战略发生变化，把重点放在嵌入式系统。
1999年，MIPS公司发布了MIPS32和MIPS64体系结构标准，集成了原来所有的MIPS指令集，并且增加了许多更强大的功能。
此后MIPS公司又陆续开发了高性能、低功耗的32 位和64位处理器内核。
MIPS RISC
MIPS
控
制
地址
器
数据
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
键盘
ARM公司提出的AMBA总线标准
嵌入式处理器体系结构
按体系结构的不同可分为五大类
ARM MIPS POWER PC X86 SH系列
ARM RISC
MIPS RISC
EMBEDDED MICROPROCESSOR UNIT (EMPU)

嵌入式系统基础知识

嵌入式系统基础知识嵌入式系统是指将计算机系统嵌入到特定的物理设备或系统中，以实现特定功能的计算机系统。

它在现代社会中得到广泛应用，如智能手机、家用电器、汽车控制系统等。

在这篇文章中，我们将介绍嵌入式系统的基础知识。

一、什么是嵌入式系统？嵌入式系统是指将计算机硬件和软件嵌入到特定的物理设备中，以实现特定功能的计算机系统。

与传统的通用计算机系统不同，嵌入式系统的硬件资源有限且固定，软件运行在实时环境下，并需要满足特定的功耗和性能要求。

二、嵌入式系统的组成1. 处理器：嵌入式系统的处理器通常是一种低功耗、高性能的专用芯片，如ARM、MIPS等。

它们具有较小的封装和低功耗特性，非常适用于嵌入式系统。

2. 存储器：嵌入式系统通常包括闪存、RAM等类型的存储器。

闪存用于存储程序代码和数据，RAM用于临时存储数据。

3. 输入/输出设备：嵌入式系统通常具备各种输入/输出设备，如触摸屏、键盘、麦克风、扬声器等。

这些设备可以实现与用户的交互和数据的输入输出。

4. 操作系统：嵌入式系统通常运行一个专门为其开发的实时操作系统，如嵌入式Linux、VxWorks等。

这些操作系统能够保证实时性和稳定性，并提供丰富的驱动和软件支持。

5. 开发工具：嵌入式系统的开发通常需要使用特定的开发工具，如编译器、调试器、仿真器等。

这些工具可以帮助开发人员进行代码的编写、调试以及性能评估。

三、嵌入式系统的特点1. 实时性：嵌入式系统通常需要在给定的时间要求内响应用户的操作或者产生相应的输出。

因此，实时性是嵌入式系统的重要特点之一。

2. 硬件资源有限：嵌入式系统的硬件资源有限且固定，这意味着开发人员需要在有限的资源下设计和实现功能。

3. 低功耗：嵌入式系统通常需要长时间运行，并且对电池寿命有较高的要求。

因此，低功耗是设计嵌入式系统时需要考虑的重要因素。

4. 可靠性：嵌入式系统通常运行在一些关键的应用领域，如医疗设备、航空航天等。

因此，嵌入式系统需要具备高度的可靠性和安全性。

嵌入式系统设计基础

嵌入式系统设计基础嵌入式系统是一种专用计算系统，内嵌于其他设备或机器中，用于控制、监测或操作该设备。

这些系统通常包含一个或多个微处理器或微控制器，并且具有高度定制化的硬件和软件。

在如今数字化时代的浪潮下，嵌入式系统已经成为各行各业中不可或缺的一部分。

在本文中，将介绍嵌入式系统设计的基础知识，包括硬件和软件方面的要点。

硬件设计基础在嵌入式系统设计中，硬件是首先需要考虑的关键因素。

以下是嵌入式系统硬件设计的一些基础知识：1.芯片选择：在设计嵌入式系统时，选择合适的芯片非常重要。

根据系统的需求，选择适合的处理器、微控制器或FPGA芯片。

考虑性能、功耗、接口和成本等因素，并确保芯片的兼容性和可靠性。

2.电源设计：为嵌入式系统提供适当的电源是必要的。

了解系统的功耗特点，并选择合适的电源管理方案。

确保电源电压稳定、电流能满足需求，并考虑电源的效率和可靠性。

3.时钟和时序设计：为嵌入式系统设计准确的时钟和时序是至关重要的。

时钟信号的精度和稳定性对于整个系统的性能和功能至关重要。

合理地设计时钟源和时序电路，以确保时钟信号的可靠传输和同步。

4.外设和接口设计：根据系统需求，选择并设计适当的外设和接口。

例如，UART、SPI、I2C、USB等常用接口，以及按钮、LED、传感器等常用外设。

同时，合理规划电路板布局，确保信号传输的稳定性和抗干扰能力。

5.电路保护和抗干扰设计：在设计嵌入式系统时，要考虑到外部环境的影响。

采取必要的电路保护措施，防止电源过载、过压、过流等问题。

另外，通过合理的抗干扰设计来提高系统的抗干扰能力，确保信号的稳定性和可靠性。

软件设计基础在嵌入式系统设计中，软件起到了至关重要的作用。

以下是嵌入式系统软件设计的一些基础知识：1.编程语言选择：选择合适的编程语言对于嵌入式系统软件开发至关重要。

常用的编程语言包括C、C++、Python等。

根据应用需求、硬件平台和开发环境，选择最合适的编程语言。

2.嵌入式操作系统选择：通常，嵌入式系统设计需要选择一个合适的操作系统，以提供对硬件的访问和管理。

嵌入式系统的硬件基础

凡是能从一种电量或电参数变换为另一种电量或电参数的电路，称为变换电路或变换器。根据输入和输出的关系，变换电路可分为线性变换器和非线性波形变换器按变换时间特性可分为连续性变换和周期性变换。
同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲, weixzh@

滤波器
汽车嵌入式系统通信模块
ECU ECU内部的通信内部的通信
ECU ECU之间的通信之间的通信
同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲, weixzh@
ECU内部的通信
SPI
微处理器
数据交换片外器件
常用ECU 内部通信 I2C 1-Wire
同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲, weixzh@
有源带通滤波器

对输入信号中某特定频率或频带成分具有选择性的网络称为滤波器。由电阻、电容、有源器件（运算放大器）构成的滤波器称为RC 有源滤波器。
同济大学汽车学院，嵌入式系统讲义，魏学哲, weixzh@
其他运算放大器

模拟电压比较器
以输出逻辑电平的高低给出判断结果的一种电路。基本功能实现两个模拟电压之间的比较。
SPI总线

定义：SPI是Motorola推出的同步串行外围接口，采用3或4根信号线进行数据传输，所需的信号包括使能信号、同步信号、同步数据。应用：简单的TTL移位寄存器、复杂的驱动器、A/D转换器，多微处理器之间的通信。特点：全双工，三线同步传输；主机或从机操作；1.05Mbps的最大主机数据传输速率;可编程串行时钟极性与相位;发送结束中断标志;定开发冲突保护;总线竞争保护。数据线：两条数据线SDI和SDO； SPI从设备的典型连接图两根控制线CS和SCLK。

嵌入式硬件基础知识

嵌入式硬件基础知识嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它通常用于嵌入到其他设备中，以完成特定的功能。

嵌入式硬件是构成嵌入式系统的硬件部分，它负责处理数据和控制设备的操作。

了解嵌入式硬件的基础知识对于理解嵌入式系统的工作原理和开发过程至关重要。

一、嵌入式硬件的特点嵌入式硬件与传统计算机硬件相比有一些明显的特点。

首先，嵌入式硬件通常设计为定制化的，针对特定的应用场景和功能需求。

其次，嵌入式硬件通常需要具备较小的尺寸和低功耗的特点，以适应嵌入到各种设备中的要求。

此外，嵌入式硬件还需要具备稳定可靠的性能，以保证系统的正常运行。

二、嵌入式硬件的组成嵌入式硬件通常由处理器、内存、输入输出接口和外设组成。

处理器是嵌入式系统的核心，负责执行指令和进行数据处理。

常见的处理器包括ARM、MIPS和x86等。

内存用于存储程序和数据，通常包括闪存和RAM。

输入输出接口用于与外部设备进行数据交互，例如串口、USB接口和以太网接口等。

外设包括各种传感器和执行器，用于获取环境信息和控制设备。

三、嵌入式硬件的设计流程嵌入式硬件的设计流程包括需求分析、系统设计、电路设计、PCB设计、硬件调试和验证等步骤。

首先，需求分析阶段需要明确系统的功能需求和性能指标。

然后，在系统设计阶段，根据需求分析的结果，确定处理器、内存、接口和外设等硬件组成。

接下来，进行电路设计，包括原理图设计和电路板布局设计。

然后，进行PCB设计，将电路设计结果转化为实际的电路板。

最后，在硬件调试和验证阶段，对设计的硬件进行测试和验证，确保其能够正常运行。

四、嵌入式硬件的开发工具嵌入式硬件的开发通常需要使用一些专用的工具。

常见的工具包括开发板、仿真器、调试器和编程器等。

开发板是用于软硬件开发和调试的平台，通常包括处理器、内存和接口等基本组件。

仿真器和调试器用于在开发过程中对硬件进行调试和测试，以确保其正确性和稳定性。

编程器则用于将程序和数据下载到嵌入式硬件中，使其运行起来。

嵌入式系统-Chapter2-嵌入式硬件系统基础

主频
晶体管个数
位数
20世纪80年代中后期
1 - 0.8 m
< 33 MHz
> 500K
4/8/16bit
20世纪90年代初期
0.8 - 0.5 m
<100 MHz
>2M
4/8/16/32bit
20世纪90年代中后期
0.5 – 0.35 m
<200 MHz
21世纪初期
0.25 - 0.13 m
不同种类的处理器结构（CISC/RISC/ VLIW ）有不同的代码密度。
26
主流的嵌入式微处理器
• 目前主流的嵌入式微处理器系列主要有: • ARM系列 • MIPS系列 • PowerPC系列 • Super H系列等。
• 属于这些系列的嵌入式微处理器产品很多，有上千种以上。
27
500 400 300 200 100
< 600 MHz
>5M 4/8/16/32bit
>22M
4/8/16/32/64 b
15
嵌入式微处理器的分类
• 嵌入式微处理器种类繁多，按位数可分为4位、 8位、16位、32位和64位。
• 按用途来分，嵌入式微处理器可分为嵌入式DS P和通用的嵌入式微处理器两种：
• 嵌入式DSP：专用于数字信号处理，采用哈佛结构和一系列措施保证数字信号的处理速度，如对FFT（快速傅立叶变换）的专门优化。
or）
符合嵌入式系统的低成芯片（SoC）
本和低功耗需求
系统（Syste
18
m）
嵌入式微处理器的集成度
• 嵌入式微处理器是面向应用的，其片内所包含的组件的数目和种类是由它的市场定位决定的。

嵌入式系统设计基础

嵌入式系统设计基础嵌入式系统是指运行在特定硬件平台上的软件系统，其设计用于执行特定任务。

嵌入式系统在日常生活中无处不在，例如家用电子设备、汽车、医疗设备以及智能手机等。

本文将会介绍嵌入式系统设计的基础知识，包括硬件和软件方面的要点。

一、硬件设计基础1. 微控制器选择在嵌入式系统设计中，选择合适的微控制器非常重要。

微控制器是嵌入式系统的核心，负责控制系统的各个部分。

在选择微控制器时，要考虑系统的需求，如处理能力、存储容量、功耗和通信接口等。

此外，还要考虑成本和可用性等因素。

2. 电路设计电路设计是嵌入式系统设计中的关键一环。

同时考虑功耗、稳定性和可靠性等因素，设计电路图，并制作原型进行测试。

电路设计要充分考虑电源管理、信号调理和通信接口等模块。

3. PCB设计PCB设计是将电路设计转化为实际的印刷电路板。

在进行PCB设计时，要注意布线、引脚定义和保护措施等。

同时，还要考虑信号传输的完整性和噪声抑制等问题。

二、软件设计基础1. 嵌入式操作系统选择嵌入式系统通常需要运行一个操作系统，以提供任务管理、资源分配和设备驱动等功能。

选择合适的操作系统对系统的性能和功能至关重要。

常见的嵌入式操作系统有FreeRTOS、uC/OS和Linux等。

根据系统需求，选择合适的操作系统。

2. 嵌入式软件开发嵌入式软件开发是嵌入式系统设计的核心任务。

根据系统需求，使用合适的编程语言，如C、C++等，进行软件开发。

同时，要编写驱动程序、任务调度和通信协议等。

3. 软件调试与测试软件调试与测试是确保嵌入式系统正确运行的关键步骤。

通过调试和测试，可以发现和解决软件中的问题，提高系统的稳定性和可靠性。

可以使用调试器和仿真器等工具进行软件调试和测试。

三、系统集成与验证1. 硬件与软件集成完成硬件和软件的开发后，需要将它们进行集成。

该过程包括将软件烧录到微控制器中，将电路板与外围设备连接等。

在进行集成时，必须仔细检查硬件和软件之间的接口，确保它们能够正常通信。

嵌入式硬件设计基础PPT课件

嵌入式系统硬件设计
• 嵌入式硬件特点
√ 低功耗 √ 低成本 √ 体积小 √ 高可靠性 √ 专业处理能力强 √ 一般按指标选择器件
第6页/共13页
嵌入式系统硬件设计
CPU,SDRAM, NOR FLASH, NAND FLASH
HDD,CF,SD
VGA,DVI,HDMI, LCD IIS,AC'97
ETHERNET UART,I2S,SPI CAN
通讯
MII,PCI,D-BUS
外部存储器
显示/声音
核心
扩展口
用户接口
KEY_BOARD T_SCREEN, PRINTER
电源
嵌入式系统硬件组成
DC-DC,LDO
第7页/共13页
嵌入式系统硬件设计
第8页/共13页
嵌入式系统硬件设计
第9页/共13页
嵌入式系统硬件设计
• 设计简解 • 方案选择 • 功能模块 • 电源设计规划 • 布Байду номын сангаас布线
第10页/共13页
嵌入式硬件调试
加载电源 CPU初始化
模块初始化
该初始化过程以软件初始化为主，主要进行操作控成件载文境系制余无并件，电启序电统权下关初系并完硬设为序这在源指要源的转的的始统将成件置随的是内管令求。初交初设化等控嵌设某后运一的理，顺始给始备其。制嵌括寄微式把默入备些的行个初模按序化嵌化驱他最权入设存处微嵌认式的软系建同始块照启。入操动系后交式置器理处入状微初件统立时化接系动B式作程统，给微嵌和器理式态处始的级硬包过收统系S操，序软操应处入控核器微逐理化数初件含程电上统P作包，件作用将理式制心的处步器。据始和软。源电各系含建模系程对器微寄工局理设以另结化软硬开时主统加立块统序嵌的处存作部器置外外构和件件，载系，创的入初理器模总从成的，和应环两由和统如建入式始器、式线上系其还参用境部操初内网应口微化的嵌和模电统他需数程。分作始存络用。处，核入嵌式时所，系化区系程理包心式入等的要统与，统序器。完硬加、环的

嵌入式系统的硬件基本知识.ppt

B
u
u
s
s
u
桶
s
移位器
读数据寄存器
32 位 ALU
写数据寄存器
内核
DBE
D[31:0]
指令解码
及
控制逻辑
BIGEND MCLK nWAIT
nRW MAS[1:0]
ISYNC nIRQ nFIQ nRESET ABORT nTRANS
nMREQ SEQ LOCK nM[4:0]
nOPC nCPI CPA CPB
9
ARM920T处理器核体系结构框图
10
MPU的生产厂家简介
由集成电路厂商在处理器内核和处理器核基础上设计，嵌入各种外围和处理部件，形成各种嵌入式微处理器MPU。例如： Intel公司：PXA25X、27X系列微处理器（采用 XScale 核）； TI公司：OMAP59XX微处理器，（采用ARM+DSP 双核）；三星电子公司：S3C2410（ARM920T核）； Philips公司：IPC2XXX系列（ARM7TDMI内核）等等。
1）ALU 它与常用的ALU逻辑结构基本相同，是由
2个操作数锁存器、加法器、逻辑功能、结果及零检测逻辑构成。
16
图2.1微处理器原理图
例：ARM7TDMI
ABE A[31:0]
地址寄存器
P C
地址自增器
Incrementer
寄存器 Bank
PC Update
A
L
A
U
B
B
乘法器
B
解码站
指令解压缩
11
PXA270 Block Diagram
12
作业1 ：

3第二章嵌入式系统基础知识

控制总线Cbus
31
总线概述
总线的主要参数总线宽度
又称总线位宽，指的是总线能同时传送数据的位数。如16位总线就是具有16位数据传送能力。总线工作速度的一个重要参数，工作频率越高，速度越快。通常用MHz表示。又称总线的数据传送率，是指在一定时间内总线上可传送的数据总量，用每秒最大传送数据量来衡量。总线带宽越宽，传输率越高。
章节安排
• 2.1 嵌入式系统的硬件基础
–2.1.1 基于ARM技术的嵌入式系统硬件架构 –2.1.2 硬件系统基本体系结构原理
2.1
嵌入式系统的硬件基础
• 1990 年，英国一位叫罗宾 . 沙科斯比的人离开了摩托罗拉与另外 12名工程师一起开始了创业之旅，于是就有了现在的ARM公司。 • 公司正式成立于1991年11月，全称是 :Advanced RISC Machines Limited 。 • ARM 公司的总部位于英国剑桥，它拥有 1700 多名员工
桶形移位寄存器 • ARM采用32位的桶形移位寄存器,置于ALU的操作输入口前。这样使逻辑移位和算术移位等都可以在一个周期内完成。 • 由多路选择器、符号控制电路、移位寄存器和写选择电路等构成。 • 实现对累加器中的内容进行算术或逻辑移位、操作数的符号位扩展、对累加器进行归一化处理和多媒体数据压缩解压等功能。
直接执行寄存器较多 8
ARM微处理器的技术指标
• 功能 • 字宽
• 处理速度
• 工作温度
• 功耗
• 寻址能力 • 工艺和电磁兼容性指标等
9
2.1.1 基于ARM技术的嵌入式系统硬件架构
32位ALU
ARM微处理器
数十个32位通用寄存器及状态寄存器 32位桶型移位寄存器

嵌入式硬件基础知识

嵌入式系统简介---引子嵌入式系统的应用说明嵌入式系统的组成嵌入式系统的应用实例第2章嵌入式硬件基础知识•在为一个嵌入式系统写软件之前，你必须先熟悉将要使用的硬件环境。

首先，你需要了解系统的一般操作。

你并不需要了解很小的细节，这些只是现在还用不到，慢慢就会碰到了。

无论何时你拿到一块新的电路板，都应该阅读一下附带的所有文档。

•再看文档的时候先把板子放在一边。

这会有助你着眼于全局。

等看完资料以后有得是时间来仔细检查电路板。

在拿起这块板子之前，你应该能回答如下两个基本问题：1.这块板子主要目标是什么？2.数据是如何在里面流动的？2.1 嵌入式硬件基础知识基本组成：嵌入式硬件是以嵌入式微处理器为核心，主要由嵌入式微处理器，总线，存储器以及I/O借口和设备组成。

嵌入式微处理器将在后面介绍，这里先介绍总线，存储器以及I/O借口和设备。

总线：嵌入式系统的总线一般与嵌入式微处理器核集成在一起。

从微处理器的角度来看，总线可分为片内总线（例如：PIC,ISA）和片内总线（例如：AMBA,AVALON,OCP,WISHBONE）。

选择总线和选择嵌入式微处理器密切相关，总线的种类随不同的微处理器的结构而不同。

存储器：嵌入式系统的存储器包括主存和外存（又称为辅存）。

大多数嵌入式系统的代码和数据都存储在处理器可以直接访问的存储空间即主存中。

系统上电后，主存中的代码直接运行。

主存储器的特点是速度快，一般采用ROM,EPROM,NorFlash,SRAM和DRAM等存储器件。

I/O接口和设备：嵌入式系统的大多数I/O接口和部分设备已经集成在嵌入式微处理器中。

I/O接口主要有中断控制器，DMA，窜行和并行接口等；设备主要有定时器(timers)，计数器(counters)，看门狗定时器(watchdog timers)，RTC，UARTs，PWM(Pulse Width Modulator),AD/DA,显示器，键盘和网络等。

典型的嵌入式硬件基本组成嵌入式系统的软/硬件框架2.2 嵌入式处理器的特点嵌入式微处理器（Embedded MicroProcessor Unit, EMPU）嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器，据不完全统计，到2000年全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000种，流行体系结构有30多个系列，其中8051体系的占了多半。

嵌入式系统中的硬件设计与开发

嵌入式系统中的硬件设计与开发嵌入式系统是指嵌入到其他设备或系统中的计算机系统，通常是用于控制或监控具体的机械或电子设备。

嵌入式系统广泛应用于汽车、医疗设备、工业自动化设备、航空航天等领域。

本文将重点讨论嵌入式系统中的硬件设计与开发。

一、硬件设计1. 嵌入式系统的硬件基本要素嵌入式系统的硬件设计中，最重要的部分是系统的芯片和电路板。

芯片是嵌入式系统的核心，它包含了中央处理器(CPU)、内存、IO接口等基本组成部分。

电路板负责把芯片等组件连接起来，并提供电源、外部接口等功能。

2. 芯片的选择选择合适的芯片对于嵌入式系统的性能和功耗都有很大的影响。

通常情况下，选择芯片要根据系统的应用场景来进行。

例如，对于需要高性能的应用场景，可以选择多核芯片；对于功耗敏感的应用场景，可以选择低功耗的芯片。

3. 电路板设计电路板设计是嵌入式系统硬件设计中的重要部分。

在设计过程中，需要考虑一系列问题，例如电路板的尺寸、外部接口、元器件的选型和布局等。

此外，还需要进行电磁兼容性(EMC)测试，以确保系统不会对外部环境造成干扰。

二、硬件开发1. 嵌入式系统的开发流程嵌入式系统的开发流程通常包括以下几个步骤：1）需求分析：确定系统的功能、性能要求和硬件资源等。

2）软件设计：包括系统架构设计、应用程序设计和驱动程序设计等。

3）硬件设计：包括电路板设计和元器件选型和布局等。

4）软件开发：实现软件设计中的各个部分。

5）硬件开发：实现电路板设计中的各个部分。

6）系统集成和测试：把软件和硬件集成起来，并进行系统测试。

2. 硬件开发的主要任务硬件开发的主要任务是实现电路板设计，包括实现原理图、PCB布局和布线等。

此外，还需要进行各种测试，例如电气特性测试、EMC测试等。

3. 嵌入式系统的测试方法嵌入式系统的测试方法通常包括以下几种：1）功能测试：对系统的功能进行测试，以确保系统能够满足所设定的功能要求。

2）性能测试：对系统进行各种负载测试，以确保系统的性能满足要求。