嵌入式硬件设计必备基础知识

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1、嵌入式硬件设计必备基础知识Bygreg发表于2006-6-414:56:53嵌入式计算机体系结构计算机能用來干什么？它必须完成什么任务？它是如何实现与人和英他系统交互的？这决定了这台计算机的功能，进而决定了其体系结构、存储器和I/O。计算机系统大致分为两类。第一-类就是您目前手上用的计算机，最常见的台式计算机。再就是，您最近有没有用全自动洗衣机洗衣服，把衣服往里面一扔（别忘了放洗衣粉，我就常常忘〉，只消按一个键便高枕无忧了，这里面就有一个第二类计算机：恢入式计算机，这种计算机往往作为控制和/或监控目的的而集成到另外的系统中（比如洗衣机〉。那这样说來我们身边岂不满是计算

2、机？电视机、DVD.遥控器、手机、甚至玩具？就是他们！一台专用的台式计算机（不—•定是PC）有很大的主内存来支持操作系统、应用程序和数据，以及一个大容屋存储设备（硬盘.DVD/CD-ROM等）的接口。这种台式计算机带有各种各样的I/O设备以便用户输入（键盘、亂标和话简）、输出（显示器及耳机）以及互联（网络和外设〉。快速的处理器需要一个系统管理器來监视其核心温度、供给电压以及进行系统重启。大规模衣入式计算机也可能采用上述的形式。例如，它可能作为一个网络路由器或网关从而需耍一个或影个网络接口、大容就内存以及快速操作。它们也町能曲耍某种形式的用户界而来作为嵌入式应用的一部分

3、。或者在许多情况下，它们也可能只是专用于某一特定任务的常规计算机。因此，单就硬件而言，许名奇性能嵌入式系统与常规台式机没有什么大的差别。较小的农入式系统使用微控制器作为它们的处理器，这样做的优点在于处理器可以将很多的汁算机功能包含■在一个芯片上。微控制器至少有一个CPU,—个小容駅的内部存储器（ROMW或RAH）以及作为子系统模块在微控制器内部实现的某种I/O。这些子系统为处理器捉供了附加功能•许多处理器通常都冇这种子系统。你经常可以在微处理器里发现这些子系统，这些子系统最普通的I/O是数字I/O,它们都是瑞口，可以以引脚为基础，山软件配賈成数字输入或输出。作为数字输

4、入，这些端口可以用來读取开关或按钮的状态以及读取另外一个设备的数字状态；作为数字输出，它们可以用來开启或关闭外部设备，也可以向外部设备传达工作状态。例如，一个数字输出端口可以为一个电机激活控制电路，开/关灯，或者可能的话还可以触发诸如花园浇灌系统的水压阀这样的设备，当然也控制洗衣机。将数字输入/输岀端口结合在一起可以用来合成对其他芯片的接口和协议。除了数字I/O外.大多数控制器还有其他子系统。而如果不需要英他子系统的功能.那么微控制器本身也能将梵他子系统转换到通用数字I/O。作为-个系统设计者，这就为您在所设计的应川里如何使用微控制器捉供了名种选择。许多微控制器也有模

5、拟输入，允许为监控或记录目的的传感器进行采样。这样，一台嵌入式计算机就可以用來测虽光強、沿度、震动或加速度•大气或水的压力.湿度或者磁场之类的项目。或者.这些模拟输入可以用来监测简单的电压，或许用來确保较大规模系统的可靠操作。有些微控制湍有串口，通过串口，衣入式计算机可以与一台主机、另外的恨入式系统或者也许是一个简单的网络进行连接。诸如SPI和I2C这样的专用形式的串行接口，为扩展微控制器的功能提供了种简单•的方法。这些串口允许外部设备与微控制器连接起來，为诸如片外存储器（用于数据或参数存储）、时钟/日历芯片.带数字接口的传感器.外部模拟输入或输岀•甚至音频芯片及其他

6、微处理器提供了访问途径。大多数微控制湍都带有计时器和计数器，用來在憤I定的时间间隔里为多任务处理产生内部中断，为片外系统提供外部鯨发，或者为电机提供控制脉冲。或者用來为来自其他设备的外部触发（脉冲〉计数。有少数的微控制器也包含■诸如USB、以太网、或CAN这类的网络接口。-些比较大的微处理器还提供一个总线接口，将内部地址、数粥和控制总线展现给外部世界。这就便得处理器能够以与常规处理器近乎同样的方式与大着町能的外部设备进行连褛。前面所描述的所有可能的设备和接口都可以通过总线接II和适当选择的外部设备來实现。总线接口为微控制器带来了巨大的发展潜力。各个微控制湍具有的I/O

7、子系统的组合差别相当大。有些微控制器针对简单的数控应用，可能只含有数字I/O：其他的一些微控制器可能面向工业应用，因此可能冇数字I/O、模拟输入、电机控制以及网络连接等。微控制器（儿千个种类）的选择依赖于你的处理需要和接口需求，请选择一款最合适的一-款。以后将选取三星公司生产的以AR.M7TDMI为核心的S3C4510B为例讲解基于它的电路设计以及程序设计。名词解释：系统体系结构：单个处理器是不能完成任何任务的.还需耍存储器（用于程序核数据存储）、支挣逻辑以及至少一个I/O设备（输入/输出设备），用以实现计算机系统于外界Z间的数据传输。计算机系统的存