嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設計樊衛(wèi)華MSN:feather_nj@Email:weihuafan_nlg@feather_135@126.com南京理工大學自動化系主要內(nèi)容課程簡介SBC－2410X開發(fā)板的介紹嵌入式系統(tǒng)的概述嵌入式系統(tǒng)的硬件嵌入式系統(tǒng)的軟件嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)自主性開放式實驗南京理工大學自動化系課程簡介課程的時間安排：課堂教學（≤1學分）；自主性開放式實驗（≥1學分）；課程目的：了解嵌入式系統(tǒng)的基本概念了解嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)經(jīng)歷一次真正的研發(fā)過程培養(yǎng)團隊合作精神南京理工大學自動化系自主性開放式實驗實驗對象：SBC－2410X開發(fā)板實驗內(nèi)容：根據(jù)開發(fā)板所提供的資源，自行擬制實驗方式：分組、合作截至時間：現(xiàn)在－6月30日南京理工大學自動化系檢查方式及內(nèi)容方案論證與可行性分析（報告及文檔）；軟件設計文檔及源程序；實驗演示；結(jié)題報告；總結(jié)報告（個人承擔的工作，工作中遇到了什么問題，如何解決，個人工作的自我評估，對本課程教學的建議）。前4項每個小組遞交一份，須注明每人承擔的工作。第5項每人遞交一份。南京理工大學自動化系評分標準（初稿）首先根據(jù)每個組的項目完成情況進行評分；組長對組員的工作進行評價，給出建議分數(shù)；按照每個人的工作總結(jié)進行評分；上述三項結(jié)合后就是每個人的總成績。南京理工大學自動化系SBC－2410X開發(fā)板介紹南京理工大學自動化系SBC－2410X開發(fā)板的介紹（1）SBC-2410X基于三星公司的ARM處理器S3C2410X，采用6層板設計。內(nèi)部集成ARM920T核，帶有全性能的MMU(內(nèi)存處理單元)，適用于設計移動手持設備類產(chǎn)品，具有高性能、低功耗、接口豐富和體積小等優(yōu)良特性。南京理工大學自動化系SBC－2410X開發(fā)板的介紹（2）板上集成了64MSDRAM、64MNandFlash、1MBootFlash、RJ-45網(wǎng)卡、音頻輸入與輸出、USBHost、USBslave、標準串口、SD卡插座、用戶按鍵和一些用戶燈等設備接口，并且使用2.0mm插針槽引出CPU的大部分信號引腳。在軟件上，可使用嵌入式Arm-Linux和WinCE操作系統(tǒng)。南京理工大學自動化系SBC－2410X的標準硬件特性序號名稱描述1CPUSamsungS3C2410X，200MHz主頻，最高266Mhz 2ROM1MBAMDFlashROM64MSamsungNandFlashROM3RAM32Mx2SDRAM4LAN一個10MEthernet，RJ-45接口5Serial1個DB9標準串口6USB1個USB1.1HostA型接口1個USB1.1HostB型接口7Audio一個音頻接口，一個音頻輸入口南京理工大學自動化系SBC－2410X的標準硬件特性（1）序號名稱描述8RTC 外接32.768KHz的晶振，帶有備份電池，可保持時鐘9JTAG20針標準的JTAG接口，主要用來下載，bootloader10SDCardSDCard插座11LED4個可編程用戶LED(帶驅(qū)動程序)12Keypad4個可編程用戶按鍵(帶有驅(qū)動程序)13Switch一個電源開關南京理工大學自動化系SBC－2410X的標準硬件特性（3）序號名稱描述14Reset一個復位按鍵15POWER一個開關電源+5V供電16FixedHole6個定位孔(內(nèi)徑3mm，外徑5mm)17Boardsize120(L)x90(W)mm南京理工大學自動化系SBC-2410X專有接口特性序號名稱描述1COM1-314針2.0mm間距接口直接引出CPU內(nèi)部三串口2KEYBOARD10針2.0mm間距接口引出I/O鍵盤3CON-LCDLCD/STN液晶屏接口(50針2.0mm間距)，可以接各種單色,偽彩,真彩液晶屏，含有觸摸屏接口4CON-GPIOGPIO等接口(36針2.0mm間距)，含有10個中斷引腳，6路AD輸入，1個SPI接口，I2C接口，2個時鐘輸出，2個GPIO口南京理工大學自動化系SBC-2410X專有接口特性（1）序號名稱描述5BUSCON總線接口(44針地址數(shù)據(jù)線,14針控制線),帶有16位數(shù)據(jù)線,25位地址線等信號南京理工大學自動化系SBC-2410X接口介紹可以擴展三個COM（串口）南京理工大學自動化系

USBHOST使用PC上常見A型口，USBDEVICE使用B型口。

2個USB接口，一個作為Host(可配置為Slave模式)，一個是Slave。南京理工大學自動化系

SBC-2410X使用+5V直流電源供電，并在電源插座的旁邊標明了插座的極性，使用電源開關S600可以控制板上電源系統(tǒng)的通斷。南京理工大學自動化系

BUSCTRL接口主要為系統(tǒng)總線控制信號，BUSCON主要為地址數(shù)據(jù)線等。南京理工大學自動化系

4個IO方式的用戶可編程按鍵，同時把這些IO口引出到一個插座上。序號定義序號定義1VDD33V2VDD33V3EINT74EINT15NC6EINT27NC8EINT39GND10GND南京理工大學自動化系4個IO方式的用戶可編程LED燈(綠色）。南京理工大學自動化系

SBC-2410X引出了剩余資源的引腳供用戶擴展之用。CON-GPIO包含10路中斷，6路A/D輸入，1組SPI接口等。南京理工大學自動化系嵌入式系統(tǒng)的概述嵌入式系統(tǒng)的基本概念嵌入式系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展南京理工大學自動化系嵌入式系統(tǒng)的應用各種使用嵌入式技術(shù)的電子產(chǎn)品，如：MP3、PDA、手機、智能玩具，網(wǎng)絡家電、智能家電、車載電子設備等；南京理工大學自動化系南京理工大學自動化系工業(yè)和服務領域中大量嵌入式技術(shù)也已經(jīng)應用于工業(yè)控制、數(shù)控機床、智能工具、工業(yè)機器人、服務機器人等各個行業(yè)，正在逐漸改變著傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和服務方式。南京理工大學自動化系消費類電子—智能玩具、手持通訊的核心南京理工大學自動化系智能玩具與機器人南京理工大學自動化系嵌入式Internet應用南京理工大學自動化系軍事國防領域南京理工大學自動化系航天領域南京理工大學自動化系嵌入式系統(tǒng)無所不在嵌入式的應用更是涉及金融、航天、電信、網(wǎng)絡、信息家電、醫(yī)療、工業(yè)控制、軍事等各個領域，以致一些學者斷言嵌入式技術(shù)將成為后PC時代的主宰。南京理工大學自動化系什么是嵌入式系統(tǒng)根據(jù)IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義： 嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設備的裝置”（原文為devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。就是嵌入到對象體中的專用計算機系統(tǒng)。南京理工大學自動化系一般定義嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，除處理器外還包括必要的外設，比如接口設備、甚至與其相關的機電設備等。一個嵌入式系統(tǒng)就是一個具有特定功能或用途的計算機軟硬件集合體。即以應用為中心、以計算機技術(shù)為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。南京理工大學自動化系嵌入式系統(tǒng)的特點系統(tǒng)內(nèi)核小：嵌入式系統(tǒng)一般應用于小型電子裝置，系統(tǒng)資源有限，因此內(nèi)核較傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多；專用性強：軟、硬件按對象要求裁剪，兩者結(jié)合緊密；軟件的編譯下載與系統(tǒng)相結(jié)合，“通用”、“升級”的概念一般不適用；系統(tǒng)精簡：沒有系統(tǒng)軟件和應用軟件的區(qū)分南京理工大學自動化系嵌入式系統(tǒng)的特點（1）嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境用戶對其中程序功能進行修改必須一套開發(fā)工具和環(huán)境；開發(fā)工具一般基于通用計算機上的軟硬件設備以及各種輔助儀器；主機：用于程序的開發(fā)；目標機：最后的執(zhí)行機；開發(fā)是交替式的。南京理工大學自動化系嵌入式系統(tǒng)的分類按表現(xiàn)形式分（硬件范疇）：芯片級嵌入（含程序或算法的處理器）模塊級嵌入（系統(tǒng)中的某個核心模塊）系統(tǒng)級嵌入按實時性要求分（軟件范疇）：非實時系統(tǒng)（PDA）軟實時系統(tǒng)（消費類產(chǎn)品）硬實時系統(tǒng)（工業(yè)和軍工系統(tǒng)）南京理工大學自動化系嵌入式處理器的分類嵌入式微處理器（EMPU）微控制器（MCU）數(shù)字信號處理器（DSP）片上系統(tǒng)（SOC）南京理工大學自動化系EmbeddedMicroprocessorUnit來自于通用處理器（MCU），核心只保留了與嵌入式應用有關的功能，并在功耗、功能配置、封裝形式、可靠性等方面進行改進；優(yōu)點：體積小、功耗低、成本低、可靠性高；缺點：片內(nèi)周片電路不足，必須配備ROM，RAM，總線接口，各種外設接口等；代表：AM186/88、386EX、PowerPC、ARM系列南京理工大學自動化系MicroControllerUnit又稱單片機，即將整個計算機系統(tǒng)的主要硬件集成到一塊芯片中。一般以某一種微處理器的CPU為核心，芯片內(nèi)集成了ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設接口，也可集成A/D、D/A轉(zhuǎn)換接口。南京理工大學自動化系特點：單片化、體積小、功耗和成本低、可靠性高；缺點：MCU微控制器，總線寬度一般為4位、8位或16位，處理速度有限，一般在幾個MIPS，進行一些復雜的應用很困難，運行操作系統(tǒng)就更難。代表：MCS51、MCS96、S1C33、MSP430等。南京理工大學自動化系DigitalSignalProcessorDSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進行了特殊設計，在數(shù)字濾波、FFT、頻譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應用。特點：在信號處理方面有得天獨厚的優(yōu)勢；缺點：DSP是運算密集處理器，一般用在快速執(zhí)行算法，做控制比較困難。為了追求高執(zhí)行效率，不適合運行操作系統(tǒng)，核心代碼使用匯編。南京理工大學自動化系發(fā)展方向：DSP處理器經(jīng)過單片化、EMC改造、增加片上外設而成嵌入式DSP處理器；在通用單片機或SOC中增加DSP協(xié)處理器；代表：TMS320系列。南京理工大學自動化系SystemOnChip一個硅片上實現(xiàn)一個復雜的系統(tǒng)；SOC可分為通用和專用兩類；通用：TriCore、M-core、某些ARM；專用：SmartXA（Philips）。SOC（片上系統(tǒng)）的優(yōu)勢：可通過改變內(nèi)部工作電壓，降低芯片功耗；減少了芯片的外管腳數(shù)，簡化了制造過程；減少了外圍驅(qū)動接口單元及電路板之間的信號傳遞，加快了微處理器的數(shù)據(jù)處理速度；增強了抗干擾能力。南京理工大學自動化系典型的嵌入式微處理器（EMPU）ARM/StrongARMARM（advancedRISCMachines）是16/32位RISC微處理器；ARM公司通過轉(zhuǎn)讓RISC微處理器、外圍和系統(tǒng)芯片設計技術(shù)實現(xiàn)與合作伙伴共贏；ARM公司已成為移動通信、手持設備、多媒體數(shù)字消費嵌入式解決方案的RISC標準ARM處理器的特點：體積小、功耗低、成本低、性能高；16/32位雙指令集；南京理工大學自動化系南京理工大學自動化系南京理工大學自動化系2.PowerPCPowerPC既有通用的處理器（IBM的一些服務器，Apple的PC），又有嵌入式控制器和內(nèi)核，應用的范圍非常廣泛。原因：PowerPC構(gòu)架的可伸縮性好。典型產(chǎn)品：IBM的PowerPC405GP（EMPU）Mo