嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)-蘭州大學(xué)(編輯修改稿)
2025-02-14 19:38 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 上的必備硬件如內(nèi)存、中斷控制器等。 有時(shí)候用戶必須根據(jù)自己板子的硬件資源情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與修改。 ........................................................ 27 嵌入式系統(tǒng)硬件組成 1. 嵌入式處理器 2. 典型嵌入式處理器介紹 3. 嵌入式 SoC 4. 可編程片上系統(tǒng) — SOPC 5. 嵌入式外圍接口電路和設(shè)備接口 ........................................................ 28 嵌入式處理器 嵌入式微控制器（ MCU） 嵌入式微處理器 （ MPU） 嵌入式 DSP ........................................................ 29 典型嵌入式處理器介紹 MIPS處理器 PowerPC處理器 Sparc處理器 ARM處理器 M I P S 的意思是 “ 無(wú)內(nèi)部互鎖流水級(jí)的微處理器 ”（ M icro p r o c e ss o r wit h o u t in t e r lo c k e d p ip e d sta g e s ）在嵌入式方面， M I P S 系列微處理器是目前僅次于ARM 的用得最多的處理器之一（ 1 9 9 9 年以前 M I P S 是世界上用得最多的處理器），其應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋游戲機(jī)、路由器、激光打印機(jī)、掌上電腦等各個(gè)方面。M I P S 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)理念比較先進(jìn)，在設(shè)計(jì)理念上 M I P S 強(qiáng)調(diào) 軟硬件協(xié)同提高性能，同時(shí)簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì) 。PowerPC 架構(gòu)的特點(diǎn)是 可伸縮性好，方便靈活 。PowerPC 處理器品種很多，既有通用的處理器，又有嵌入式控制器和內(nèi)核，應(yīng)用范圍非常廣泛，從高端的工作站、服務(wù)器到桌面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品到大型通信設(shè)備，無(wú)所不包。處理器芯片主要型號(hào)是 PowerPC 750 ， 它于 1997年研制成功，最高的工作頻率可以達(dá)到 500 MHz ， 采用先進(jìn)的銅線技術(shù)。該處理器有許多品種，以便適合各種不同的系統(tǒng)。包括 IBM 小型機(jī)、蘋(píng)果電腦和其他系統(tǒng)。嵌入式的 P o w e rP C 4 0 5 （ 主頻最高為 266 M Hz ）和 P o we rP C 4 4 0 （ 主頻最高為 550 M Hz ） 處理器內(nèi)核可以用于各種 S o C 設(shè)計(jì)上，在電信、金融和其他許多行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。S u n 公司以其性能優(yōu)秀的工作站聞名，這些工作站的心臟全都是采用 S u n 公司自己研發(fā)的 S p a rc 芯片。根據(jù) S u n 公司未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃，在 64 位 Ul traSp a rc處理器方面，主要有 3 個(gè)系列，首先是可擴(kuò)展式 s系列，主要用于高性能、易擴(kuò)展的多處理器系統(tǒng)。目前 U ltraSp a rc Ⅲ s 的頻率已經(jīng)達(dá)到 750 M Hz 。 將推出 U ltraSp a rc Ⅳ s 和 U ltra S p a rc Ⅴ s 等型號(hào)ARM 公司介紹公司介紹英國(guó) 先進(jìn) R IS C 機(jī)器公司 （ A d v a n c e d R I S C M a c h in e s ）作為 f a b le ss 、 c h i p l e ss 這一生產(chǎn)模式最為成功的典范 —— 既不生產(chǎn)芯片，也不銷(xiāo)售芯片，而是 設(shè)計(jì) 出高效的 IP 內(nèi)核， 授權(quán) 給各半導(dǎo)體公司使用；半導(dǎo)體公司在 A R M 技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己公司的產(chǎn)品定位， 添加 自己的設(shè)計(jì)并推出芯片產(chǎn)品；最后由 O E M 客戶采用這些芯片來(lái) 構(gòu)建 基于 A R M 技術(shù)的最終應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品。........................................................ 30 嵌入式 SoC SoC技術(shù)的出現(xiàn)表明了微電子設(shè)計(jì)由以往的 IC（電路集成）向 IS（系統(tǒng)集成）發(fā)展。 面向嵌入式系統(tǒng)的 SoC設(shè)計(jì) 將是未來(lái)推動(dòng)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要的問(wèn)題。 IP內(nèi)核模塊是單片系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ) 以 HMS30C7202為例來(lái)看實(shí)際的 SoC ........................................................ 31 可編程片上系統(tǒng)－ SOPC 采用超深亞微米工藝技術(shù)； 使用一個(gè)以上的嵌入式處理器 /DSP； 外部可以對(duì)芯片進(jìn)行編程； 主要采用第三方 IP進(jìn)行設(shè)計(jì)； 足夠的片上可編程邏輯資源； 具有處理器調(diào)試接口和 FPGA編程接口； 可能包含部分可編程模擬電路； 單芯片、低功耗、微封裝。 用可編程邏輯技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊硅片上，稱(chēng)作 可編程片上系統(tǒng) SOPC ........................................................ 32 可編程片上系統(tǒng)－ SOPC SOPC的 技術(shù)基礎(chǔ) ： 超大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷捌溟_(kāi)發(fā)工具的成熟； FPGA密度提高； FPGA成本大大下降； FPGA設(shè)計(jì)、綜合、仿真、測(cè)試工具性能飛速提高。 微處理器 /DSP以 IP核的形式方便的嵌入到 FPGA中； 基于 IP Core的開(kāi)發(fā)模式深入人心。 ........................................................ 33 嵌入式外圍接口電路和設(shè)備接口 根據(jù)外圍設(shè)備的功能可分為以下 5類(lèi) 存儲(chǔ)器類(lèi)型 通信接口 輸入輸出設(shè)備 設(shè)備擴(kuò)展接口 電源及輔助設(shè)備 ? 存儲(chǔ)器類(lèi)型：存儲(chǔ)器是嵌入式系統(tǒng)中 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的功能部件 ，目前常見(jiàn)的存儲(chǔ)設(shè)備按使用的存儲(chǔ)器類(lèi)型分為：靜態(tài)易失型存儲(chǔ)器（ R A M ， S R A M ）；動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（ D R A M ）；非易失性存儲(chǔ)器 R O M （ M A S K R O M ，EPR O M ， EEPR O M ， F L A S H ）；硬盤(pán)、軟盤(pán)、 CD － R O M 等。? 通信接口：目前存在的所有計(jì)算機(jī)通信接口在嵌入式領(lǐng)域中都有其廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用最為廣泛的接口設(shè)備包括：RS 232 接口 （串口 U A R T）U S B 接口 （通用串行總線接口）IrD A （ In fra R e d D a ta A ss o c ia tio n － 紅外線接口）S PI （ 串行外圍設(shè)備接口）IICCAN 總線接口藍(lán)牙接口 （ B lu e to o th）E th e r n e t（ 以太網(wǎng)接口）IE E E 1 3 9 4接口通用可編程接口 GPIO 。CRT 、 L C D 和觸摸屏 等，構(gòu)成了嵌入式系統(tǒng)中重要的信息輸入輸出設(shè)備，應(yīng)用廣泛。觸摸屏可以方便的實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)功能。簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng) 如具有簡(jiǎn)單的記事本、備忘錄以及日程計(jì)劃等功能的 P D A ， 它所需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量并不需要很大的內(nèi)存。由于目前的嵌入式系統(tǒng)功能越來(lái)越復(fù)雜，需要 大容量?jī)?nèi)存 ，大的內(nèi)存使得系統(tǒng)成本和體積加大。目前一些高端的嵌入式系統(tǒng)都會(huì) 預(yù)留可擴(kuò)展存儲(chǔ)設(shè)備接口 ，為日后用戶有特別需求時(shí)，可購(gòu)買(mǎi)符合擴(kuò)展接口規(guī)格的裝置直接接入系統(tǒng)使用。常用的擴(kuò)展卡 還有各種 CF 卡、 SD 卡、 M e m o ry S tic k等。目前高端的嵌入式系統(tǒng)都留有一定的擴(kuò)展卡接口。? 電源及輔助設(shè)備嵌人式系統(tǒng)力求 外觀小型化、重量輕以及電源使用壽命長(zhǎng) ，例如移動(dòng)電話或 P D A ， 體積較大或者過(guò)重的機(jī)型已經(jīng)被淘汰。目前發(fā)展的目標(biāo)是體積小、易攜帶和外觀設(shè)計(jì)新穎等。在便攜式嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用中，必須特別關(guān)注電源裝置等輔助設(shè)備。..................
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