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1、嵌入式系统原理ThePrincipleofEmbeddedSystem华中科技大学计算机学院 曹计昌7/29/20211有志者,事竟成.路在脚下!第2章嵌入式系统开发技术嵌入式系统的设计开发与一般计算机系统硬软件设计方法有很大不同.知识面同时覆盖硬件,软件,应用对象的特性(如机械方面,电机传动方面等).本章讨论下面问题:1.嵌入式系统的结构设计2.嵌入式系统的设计方法3.嵌入式系统开发技术4.嵌入式系统的调试技术5.嵌入式系统的开发技术的发展趋势及其挑战7/29/20212有志者,事竟成.路在脚下!
2、2.1嵌入式系统的结构设计一个嵌入式系统一般都由嵌入式计算机系统和执行装置(被控对象)组成.见P16图2-1而嵌入式计算机系统一般包括:硬件层,中间层,(系统)软件层,应用软件层(功能层)执行装置也称为被控对象,它接受系统发出的控制命令,执行规定的操作或任务.如手机中的微型电机,机床等设备中的伺服电机,电子称的压力传感器,冶炼中的热电耦,石油化工企业用的流量计,铁路信号连锁控制器等.本章分别介绍嵌入式计算机系统中的1.硬件层;2.中间层;3.系统软件层;以及4.应用软件层7/29/20213有志者,
3、事竟成.路在脚下!2.1.1硬件层硬件层主要由嵌入式微处理器,存储器SDRAM、ROM、Flash等,电源电路、时钟电路、复位电路、存储器控制电路,通用设备接口和I/O接口(A/D、D/A、开关、键盘按钮、传感器、LED/LCD等)等组成.其中嵌入式微处理器,存储器,电源电路、时钟电路、复位电路、存储器控制电路是必须的,组成嵌入式基本系统.I/O接口设备则根据需要选定.专用集成电路芯片(ASIC,ApplicationSpecificIntegratedCircuit),如打印机控制器,硬盘控制器等
4、.可编程芯片(FPGA和CPLD)（Field－ProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列7/29/20214有志者,事竟成.路在脚下!2.1.1硬件层-可编程芯片(FPGA)FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列.FPGA以硬件描述语言（Verilog或VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。FPGA中的可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如
5、AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。进一步阅读资料:FPGA介绍.doc7/29/20215有志者,事竟成.路在脚下!2.1.1硬件层-可编程芯片(CPLD)CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)复杂可编程逻辑器件，属于规模大，结构复杂的大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。
6、CPLD的基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统.CPLD主要是由可编程逻辑宏单元(MC，MacroCell)围绕中心的可编程互连矩阵单元组成。其中MC结构较复杂，并具有复杂的I/O单元互连结构，可由用户根据需要生成特定的电路结构，完成一定的功能。由于CPLD内部采用固定长度的金属线进行各逻辑块的互连，所以设计的逻辑电路具有时间可预测性，避免了分段式互连结构时序不完全预测的缺点。进
7、一步阅读:CPLD介绍.doc7/29/20216有志者,事竟成.路在脚下!2.1.2中间层硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层（HardwareAbstractLayer，HAL）或板级支持包（BoardSupportPackage，BSP）.中间层将系统上层软件与底层硬件分离开来，使系统的底层驱动程序与硬件无关，上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口即可进行开发。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。BSP具有以下两个特点
8、。硬件相关性：因为嵌入式实时系统的硬件环境具有应用相关性，而作为上层软件与硬件平台之间的接口，BSP需要为操作系统提供操作和控制具体硬件的方法。操作系统相关性：不同的操作系统具有各自的软件层次结构，因此，不同的操作系统具有特定的硬件接口形式。BSP是一个介于操作系统和底层硬件之间的软件层次，包括了系统中大部分与硬件联系紧密的软件模块。设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：嵌入式系统的硬件初始化以及BSP功能，设计硬件相关的设备驱动。7/29/20217有志者,事竟成
