第4章_嵌入式系统设计ppt课件.ppt

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1、第4章嵌入式系统设计4.1概述ARM公司将嵌入式微处理器内核或核作为知识产权IP推向市场。半导体厂商或片上系统SoC设计应用厂商购买ARM架构来生产相应的MPU或SoC芯片。应用系统设计人员购买MPU或SoC芯片根据实际需求再进行硬件系统一级的扩展和软件系统的裁剪和应用程序的编写。4.1.1嵌入式系统的设计步骤嵌入式系统设计的重要特点是技术多样化，即实现同一个嵌入式系统可以有许多不同的设计方案选择，而不同的设计方案就意味使用不同的设计和生产技术。嵌入式系统设计一般步骤：1）需求分析2）体系结构设计3）

2、硬件/软件设计4）系统集成和系统测试注意：各个阶段之间往往要求不断的反复和修改，直至完成最终设计目标。4.1.1嵌入式系统的设计步骤（1）需求分析阶段分析用户的需求确定硬件软件检查需求分析的结果确定项目的约束条件概要设计（2）体系结构设计市场进入时间；可移植性；可利用资源；系统定制能力；成本；中文支持。（3）硬件/软件设计阶段硬件设计设计硬件子系统（top-down方法）分成模块；设计框图。例如：CPU子系统、存储器子系统、硬件接口系统等。软件设计设计软件子系统：定义软件接口：模块接口、函数接口。检查

3、设计小项目：自己检查中等项目：同事协助检查大型项目：设计审查会（3）硬件/软件设计阶段（4）系统集成与测试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，看其是否满足给定的要求。4.2微处理器系统的硬件设计微处理器系统的硬件一般包括有微处理器、时钟电路、复位电路和电源管理等几部分。微处理器根据应用的场合来进行选型。时钟管理为各个外围模块提供时钟。复位电路有硬件复位（RESET引脚）、Watchdog软件复位等方式。4.2微处理器系统

4、的硬件设计电源管理控制处理器的几种不同耗电的工作方式：（1）运行方式（2）空闲方式停止CPU核时钟，但仍继续监视片内和外中断服务请求。中断控制器、LCD控制器、时钟和电源管理器及存储器仍处于运行状态（3）睡眠方式仅电源管理器继续工作。仅唤醒信号和复位信号等才能触发处理器。（4）快速方式（PXA250）或低速方式（S3C2410）部分机器带有允许处理机核在短时间内高速/低速运行。4.2微处理器系统的硬件设计4.2.1微处理器芯片选型的一般原则1.希望使用WinCE或Linux等操作系统，需要选择带有MM

5、U功能的ARM芯片。2.系统时钟ARM7芯片系统时钟为20MHZ～133MHZARM9芯片系统时钟为100MHZ～233MHZARM10芯片最高可以达到700MHZ3.内存储器容量、USB接口、GPIO(引脚)数量、IIS（集成音频接口）、LCD控制器、PWM输出、ADC和DAC、UART和IrDA、DSP、内置FPGA、DMA控制器等。4.多ARM内核、ARM芯核+DSP芯核、ARM芯核+FPGA等。4.2.1微处理器芯片选型的一般原则一般芯片功耗与使用时钟频率成平方关系；时钟电路的频率直接作为芯片

6、主频，电磁干扰大；石英晶振作为片外基本时钟源，然后通过片内PLL倍频产生多种高频时钟供系统使用。4.2.2多路时钟电路的设计4.2.3系统复位电路的设计复位电路是设计中一个必要的环节。例如在S3C2410中，外部复位信号是作为一个中断来处理的。在系统复位的时候，程序（PC）指针被设置成0，使程序跳转到0x00000000开始运行。此空间对应的是Bank0，存有系统初始化代码的Flash和处理器的Bank0相连接。系统复位电路图4.2.4电源管理器嵌入式系统中各个单元的电压范围有如下几种：1.35V、1

7、.8V（芯片内核）3.3V（芯片外部接口）±5.0V、±12V（外部设备）通过电源管理减少目标设备上的电源损耗，降低微处理器的耗电量。电源管理器可控制微处理器的几种不同耗电的工作方式：运行方式；空闲方式；睡眠方式。4.2.4电源管理器4.3嵌入式系统接口设计4.3.1通用输入/输出接口GPIO设计4.3.2串行接口设计中断系统设计4.3.3A/D转换接口4.3.4数字音频设备接口4.3.5SD存储卡接口4.3.1通用I/O接口技术嵌入式系统的GPIO接口引脚数量较多，例如，S3C2410有117个I/

8、O管脚。每个I/O引脚可被编程设置成为普通的输入或输出状态。有些GPIO管脚还通过设置具有第二功能。处理器内的GPIO又分成若干个组，每组称为一个I/O端口。每个端口含有10-20多个引脚不等。GPIO的设置需要用到三组特殊功能寄存器来定义I/O引脚的具体功能。端口配置寄存器组（GPACON-GPHCON）端口数据寄存器组（GPADAT-GPHDAT）端口上拉电阻设置寄存器（GPAUP-GPHUP）其中A-G为端口序号。GPIO-1S3C2410X的11