嵌入式系统设计与实例开发ppt课件.ppt

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1、1为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能嵌入式系统设计与实例开发嵌入式系统设计与实例开发ARMARM与与 C/OS-C/OS-基本概念及设计方法基本概念及设计方法2为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能l冯冯诺依曼体系结构和哈佛体系结构诺依曼体系结构和哈佛体系结构lCISCCISC与与RISCRISCl影响影响CPUCPU性能的因素性能的因素l存储器系统存储器系统lI/OI/O接口接口一、嵌入式系统硬件基础一、嵌入式系统硬件基础3为深入学习习近平新时代

2、中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能典型嵌入式系统基本组成硬件典型嵌入式系统基本组成硬件MPUMPU微处理器微处理器电源电源模块模块时钟时钟复位复位FlashFlashRAMRAMROMROMUSBUSBLCDLCDKeyboardKeyboard外围电路外围电路OtherOther外设外设4为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1.1 冯冯诺依曼体系结构模型诺依曼体系结构模型指令寄存器指令寄存器控制器控制器数据通道数据通道输入输入输出输出中央处理器中央处理器存储器存储器

3、程序程序指令指令0 0指令指令1 1指令指令2 2指令指令3 3指令指令4 4数据数据数据数据0 0数据数据1 1数据数据2 25为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1.2 哈佛体系结构哈佛体系结构指令寄存器指令寄存器控制器控制器数据通道数据通道输入输入输出输出中央处理器中央处理器程序存储器程序存储器指令指令0指令指令1指令指令2数据存储器数据存储器数据数据0数据数据1数据数据2地址地址指令指令地址地址数据数据6为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能

4、1.3 CISC和和RISCCISCCISC：复杂指令集（：复杂指令集（Complex Instruction Set ComputerComplex Instruction Set Computer）具有大量的指令和寻址方式具有大量的指令和寻址方式8/28/2原则：原则：80%80%的程序只使用的程序只使用20%20%的指令的指令大多数程序只使用少量的指令就能够运行。大多数程序只使用少量的指令就能够运行。RISCRISC：精简指令集（：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer)Reduced Instruction Set Computer)在通道中只包含

5、最有用的指令在通道中只包含最有用的指令确保数据通道快速执行每一条指令确保数据通道快速执行每一条指令使使CPUCPU硬件结构设计变得更为简单硬件结构设计变得更为简单 7为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1.4 影响影响CPU性能的因素：流水线、超标量和缓存性能的因素：流水线、超标量和缓存流水线技术：几个指令可以并行执行流水线技术：几个指令可以并行执行 提高了提高了CPU的运行效率的运行效率 内部信息流要求通畅流动内部信息流要求通畅流动译码取指执行add译码取指执行sub译码取指执行cmp时间AddSubCmp8为深入学习

6、习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能超标量执行超标量执行超标量执行：超标量超标量执行：超标量CPU采用多条流水线结构采用多条流水线结构 执行1预取指令CACHE译码2译码1执行2执行1预取译码2译码1执行2流水线1流水线2数据9为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能高速缓存（高速缓存（CACHE）1 1、为什么采用高速缓存、为什么采用高速缓存 微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提高内存的平均

7、性能。提高内存的平均性能。2 2、高速缓存的工作原理、高速缓存的工作原理 高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容的拷贝。的拷贝。CPU高速缓存控制器CACHE主存数据数据地址10为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能总线和总线桥总线和总线桥CPU低速设备桥数据高速总线存储器高速设备高速设备低速总线11为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1.5 存储器系统存储器系统RAMRAM：随机存取

8、存储器，：随机存取存储器，SRAM SRAM：静态随机存储器，：静态随机存储器，DRAM DRAM：动态随机存储器：动态随机存储器 1 1）SRAMSRAM比比DRAMDRAM快快 2 2）SRAMSRAM比比DRAMDRAM耗电多耗电多 3 3）DRAMDRAM存储密度比存储密度比SRAMSRAM高得多高得多 4 4）DRMDRM需要周期性刷新需要周期性刷新ROMROM：只读存储器：只读存储器FLASHFLASH：闪存：闪存12为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能SRAM和和DRAM1）SRAM 2）DRAMCSR/W

9、AddrDataCSR/WCASDataRASAddr13为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能输入输出接口输入输出接口lI/OI/OlA/DA/D、D/AD/Al键盘键盘lLCDLCDl存储器接口存储器接口l设备接口设备接口14为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能例如例如USBUSBlUSBUSB：Universal Serial BusUniversal Serial Bus，通用串行总线，通用串行总线l大家生活中常见的与大家生活中常见的与USB

10、USB有关的东西有：有关的东西有：uU U盘、移动硬盘、无驱型的盘、移动硬盘、无驱型的MP3MP3（U U盘）盘）uUSBUSB接口的键盘、接口的键盘、MouseMouse、打印机、数码相机、打印机、数码相机l即插即用，热插拨，系统不需重启便可工作，且易于扩展即插即用，热插拨，系统不需重启便可工作，且易于扩展（127127个）个）lUSB2.0USB2.0以低成本实现高达以低成本实现高达480Mb/s480Mb/s的传输率（的传输率（USB1.1USB1.1的全速的全速设备可达设备可达12Mb/s12Mb/s）l接口标准统一、端口供电接口标准统一、端口供电15为深入学习习近平新时代中国特色社会

11、主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能一个典型的一个典型的USBUSB通讯系统通讯系统HOST系统HUBDEVICEDDEVICE应用软件+驱动程序Ms.Win+接口芯片HUBU盘其他数据采集器驱动代码+嵌入式处理器+HOST芯片HUBU盘其他数据采集器通用系统模型PC机中的情况嵌入式系统应用16为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能二、嵌入式系统软件基础二、嵌入式系统软件基础l操作系统的分类操作系统的分类l嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统l前台与后台前台与后台l多任务，任务优先级

12、，调度多任务，任务优先级，调度l非占先式与占先式、可重入型函数非占先式与占先式、可重入型函数17为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.1 操作系统的分类操作系统的分类（1 1）顺序执行系统：系统内只含有一个程序，独占）顺序执行系统：系统内只含有一个程序，独占CPUCPU的运的运行时间，按语句顺序执行该程序，直至执行完毕，另一程行时间，按语句顺序执行该程序，直至执行完毕，另一程序才能启动运行。如序才能启动运行。如DOSDOS操作系统。操作系统。（2 2）分时操作系统：系统内同时可以有多个程序运行，把）分时操作系统：系统内

13、同时可以有多个程序运行，把CPUCPU的时间分按顺序分成若干片，每个时间片内执行不同的时间分按顺序分成若干片，每个时间片内执行不同的程序。如的程序。如UNIXUNIX（3 3）实时操作系统：系统内有多个程序运行，每个程序有）实时操作系统：系统内有多个程序运行，每个程序有不同的优先级，只有最高优先级的任务才能占有不同的优先级，只有最高优先级的任务才能占有CPUCPU的控的控制权。制权。18为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能按实时性分类按实时性分类l强实时系统，其系统响应时间在毫秒或微秒级（数控强实时系统，其系统响应时间在

14、毫秒或微秒级（数控机床）；机床）；l一般实时系统，其系统响应时间在毫秒几秒的数量一般实时系统，其系统响应时间在毫秒几秒的数量级上，其实时性的要求比强实时系统要差一些（电子菜谱级上，其实时性的要求比强实时系统要差一些（电子菜谱的查询）。的查询）。l弱实时系统，其系统响应时间约为数十秒或更长（工弱实时系统，其系统响应时间约为数十秒或更长（工程机械）。程机械）。19为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1 1）循环轮询系统：（）循环轮询系统：（Polling LoopPolling Loop）最简单的软件结构是循环轮询，程序依次

15、检查系统的每一个输入条最简单的软件结构是循环轮询，程序依次检查系统的每一个输入条件，一旦条件成立就进行相应的处理。件，一旦条件成立就进行相应的处理。Initialize()While(true)if(condition_1)action_1();if(condition_2)action_2();if(condition_n)acition_n();按软件结构分类按软件结构分类20为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2 2）事件驱动系统：（）事件驱动系统：（Event-Driven systemEvent-Driven

16、system）事件驱动系统是能对外部事件直接响应的系统。它包括前后台、事件驱动系统是能对外部事件直接响应的系统。它包括前后台、实时多任务、多处理器等，是嵌入式实时系统的主要形式。实时多任务、多处理器等，是嵌入式实时系统的主要形式。应用程序是一个无限的循环，循环中调用相应的函数完成相应的应用程序是一个无限的循环，循环中调用相应的函数完成相应的操作，这部分可以看成后台行为（操作，这部分可以看成后台行为（backgroundbackground）。中断服务程序处理）。中断服务程序处理异步事件，这部分可以看成前台行为（异步事件，这部分可以看成前台行为（foreground)foreground)。后台

17、也可以叫做任务级，前台也叫中断级。后台也可以叫做任务级，前台也叫中断级。例如，很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计，如例如，很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计，如微波炉、微波炉、电话机、玩具等。从省电的角度出发，平时微处理器处在停机状态，电话机、玩具等。从省电的角度出发，平时微处理器处在停机状态，所有的事都靠中断服务来完成。所有的事都靠中断服务来完成。21为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能前后台系统（后台循环、前台中断）前后台系统（后台循环、前台中断）ISRISR后台后台 前台前台ISR时间时间22为深入学习

18、习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能l代码的临界区也称为临界区，指处理时不可分割的代码。代码的临界区也称为临界区，指处理时不可分割的代码。一旦这部分代码开始执行，则不允许任何中断打入。一旦这部分代码开始执行，则不允许任何中断打入。l在进入临界区之前要关中断，而临界区代码执行完以后要在进入临界区之前要关中断，而临界区代码执行完以后要立即开中断（在任务切换时，地址、指令、数据等寄存器立即开中断（在任务切换时，地址、指令、数据等寄存器堆栈保护）。堆栈保护）。代码的临界区代码的临界区23为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九

19、大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能多任务（任务、进程和线程）多任务（任务、进程和线程）CPUCPU寄存器寄存器任务任务控制控制块块1 1任务任务控制控制块块2 2任务任务控制控制块块n n休眠、就绪、运行、挂起、被中断休眠、就绪、运行、挂起、被中断任务任务1 1任务任务2 2任务任务n nCPUCPU寄存器寄存器24为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能一个任务，也称作一个线程，是一个简单的运行一个任务，也称作一个线程，是一个简单的运行程序。每个任务都是整个应用的某一部分，每个任务被程序。每个任务都

20、是整个应用的某一部分，每个任务被赋予一定的优先级，赋予一定的优先级，有它自己的一套有它自己的一套CPUCPU寄存器和自己寄存器和自己的栈空间。的栈空间。多任务运行的实现实际上是靠多任务运行的实现实际上是靠CPUCPU（中央处理单元）（中央处理单元）在许多任务之间转换、调度。在许多任务之间转换、调度。CPU CPU只有一个，轮番服务于一系列任务中的某一只有一个，轮番服务于一系列任务中的某一个。多任务运行使个。多任务运行使CPUCPU的利用率得到最大的发挥，并使的利用率得到最大的发挥，并使应用程序模块化。应用程序模块化。在实际应用中，多任务的最大特点是，开发人员在实际应用中，多任务的最大特点是，开

21、发人员可以将很复杂的应用程序层次化综合实验（时钟、位可以将很复杂的应用程序层次化综合实验（时钟、位图、图、USBUSB、KEYKEY）。）。25为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能任务的状态任务的状态26为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能系统内核（系统内核（Kernel)与调度（与调度（Scheduler)l多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任务分配务分配CPUCPU时间，并且负责任

22、务之间的通信。时间，并且负责任务之间的通信。l内核提供的基本服务是任务切换。内核本身也增加了应用内核提供的基本服务是任务切换。内核本身也增加了应用程序的额外负荷，代码空间增加程序的额外负荷，代码空间增加ROMROM用量，内核本身的数用量，内核本身的数据结构增加了据结构增加了RAMRAM的用量。内核本身对的用量。内核本身对CPUCPU的占用时间一般的占用时间一般在在2 2到到5 5个百分点之间。个百分点之间。l调度（调度（SchedulerScheduler）是内核的主要职责之一，就是要决定）是内核的主要职责之一，就是要决定该轮到哪个任务运行了。多数实时内核是基于优先级调度该轮到哪个任务运行了。

23、多数实时内核是基于优先级调度法的。每个任务根据其重要程度的不同被赋予一定的优先法的。每个任务根据其重要程度的不同被赋予一定的优先级。基于优先级的调度法指，级。基于优先级的调度法指，CPUCPU总是让处在就绪态的优总是让处在就绪态的优先级最高的任务先运行。先级最高的任务先运行。27为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能任务优先级任务优先级l静态优先级静态优先级 应用程序执行过程中诸任务优先级不变，则称之为应用程序执行过程中诸任务优先级不变，则称之为静态优先级。在静态优先级系统中，诸任务以及它们的静态优先级。在静态优先级系统中

24、，诸任务以及它们的时间约束在程序编译时是已知的时间约束在程序编译时是已知的 l动态优先级动态优先级 应用程序执行过程中，任务的优先级是可变的，则应用程序执行过程中，任务的优先级是可变的，则称之为动态优先级。实时内核应当避免出现优先级反转称之为动态优先级。实时内核应当避免出现优先级反转问题。问题。28为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能优先级反转优先级反转29为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能信号量信号量(Semaphore)l信号量是信号量是60

25、60年代中期年代中期Edgser Dijkstra Edgser Dijkstra 发明的。信号量发明的。信号量实际上是一种约定机制，在多任务内核中普遍使用实际上是一种约定机制，在多任务内核中普遍使用.信信号量用于号量用于：u控制共享资源的使用权控制共享资源的使用权(满足互斥条件满足互斥条件)u标志某事件的发生标志某事件的发生u使两个任务的行为同步使两个任务的行为同步l信号与信号量在英文中都叫做信号与信号量在英文中都叫做SemaphoreSemaphore，并不加以区，并不加以区分，而说它有两种类型，二进制型分，而说它有两种类型，二进制型(binary)(binary)和计数器型和计数器型(c

26、ounting)(counting)30为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能死锁死锁(或抱死或抱死)Deadlock 死锁也称作抱死，指两个任务无限期地互相等待对方控制死锁也称作抱死，指两个任务无限期地互相等待对方控制着的资源。设任务着的资源。设任务T1T1正独享资源正独享资源R1R1，任务，任务T2T2在独享资源在独享资源T2T2，而此时，而此时T1T1又要独享又要独享R2R2，T2T2也要独享也要独享R1R1，于是哪个任务都，于是哪个任务都没法继续执行了，发生了死锁。最简单的防止发生死锁的没法继续执行了，发生了死锁。

27、最简单的防止发生死锁的方法是让每个任务都：方法是让每个任务都：l先得到全部需要的资源再做下一步的工作先得到全部需要的资源再做下一步的工作l用同样的顺序去申请多个资源用同样的顺序去申请多个资源l释放资源时使用相反的顺序释放资源时使用相反的顺序 31为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能本节提要本节提要1 13 32 24 4嵌入式系统硬件基础嵌入式系统硬件基础嵌入式嵌入式BSP的基本概念的基本概念嵌入式系统软件基础嵌入式系统软件基础嵌入式系统设计方法嵌入式系统设计方法5 5一个嵌入式设计方法实例一个嵌入式设计方法实例32为深

28、入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能嵌入式系统的软/硬件框架33为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能基于知识平台的开发方法基于知识平台的开发方法34为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能嵌入式系统设计步骤l系统需求分析：确定设计任务和设计目标，并提炼出设计规格说系统需求分析：确定设计任务和设计目标，并提炼出设计规格说明书，作为正式设计指导和验收的标准。系统的需求一般分功能明书，作为

29、正式设计指导和验收的标准。系统的需求一般分功能性需求和非功能性需求两方面。功能性需求是系统的基本功能，性需求和非功能性需求两方面。功能性需求是系统的基本功能，如输入输出信号、操作方式等；非功能需求包括系统性能、成本、如输入输出信号、操作方式等；非功能需求包括系统性能、成本、功耗、体积、重量等因素。功耗、体积、重量等因素。l体系结构设计：描述系统如何实现所述的功能和非功能需求，包体系结构设计：描述系统如何实现所述的功能和非功能需求，包括对硬件、软件和执行装置的功能划分以及系统的软件、硬件选括对硬件、软件和执行装置的功能划分以及系统的软件、硬件选型等。一个好的体系结构是设计成功与否的关键。型等。一

30、个好的体系结构是设计成功与否的关键。l硬件硬件/软件协同设计：基于体系结构，对系统的软件、硬件进行详软件协同设计：基于体系结构，对系统的软件、硬件进行详细设计。为了缩短产品开发周期，设计往往是并行的。应该说，细设计。为了缩短产品开发周期，设计往往是并行的。应该说，嵌入式系统设计的工作大部分都集中在软件设计上，采用面向对嵌入式系统设计的工作大部分都集中在软件设计上，采用面向对象技术、软件组件技术、模块化设计是现代软件工程经常采用的象技术、软件组件技术、模块化设计是现代软件工程经常采用的方法。方法。l系统集成：把系统的软件、硬件和执行装置集成在一起，进行调系统集成：把系统的软件、硬件和执行装置集成

31、在一起，进行调试，发现并改进单元设计过程中的错误。试，发现并改进单元设计过程中的错误。l系统测试：对设计好的系统进行测试，看其是否满足规格说明书系统测试：对设计好的系统进行测试，看其是否满足规格说明书中给定的功能要求。中给定的功能要求。35为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能嵌入式开发工具与开发环境嵌入式开发工具与开发环境36为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能嵌入式软件开发流程嵌入式软件开发流程37为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的

32、十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能开发平台简介开发平台简介38为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能几种常用的开发方法几种常用的开发方法l指令集模拟器指令集模拟器 一种利用一种利用PCPC机端的仿真开发软件模拟调试的方法。机端的仿真开发软件模拟调试的方法。l驻留监控软件驻留监控软件 驻留监控程序运行在目标板上，驻留监控程序运行在目标板上，PCPC机端调试软件可通过并口、串机端调试软件可通过并口、串口、网口与之交互，以完成程序执行、存储器及寄存器读写、断口、网口与之交互，以完成程序执行、存储器及寄

33、存器读写、断点设置等任务点设置等任务lJTAGJTAG仿真器仿真器 通过通过ARMARM芯片的芯片的JTAGJTAG边界扫描口与边界扫描口与ARMARM核进行通信，不占用目标板核进行通信，不占用目标板的资源，是目前使用最广泛的调试手段的资源，是目前使用最广泛的调试手段l在线仿真器在线仿真器 使用仿真头代替目标板上的使用仿真头代替目标板上的CPUCPU，可以完全仿真，可以完全仿真ARMARM芯片的行为。芯片的行为。但结构较复杂，价格昂贵，通常用于但结构较复杂，价格昂贵，通常用于ARMARM硬件开发中硬件开发中39为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充

34、分发挥中小学图书室育人功能l需求分析与评估需求分析与评估l功能定义与软硬件选型功能定义与软硬件选型l概要设计与软硬件划分概要设计与软硬件划分l软硬件协同详细设计软硬件协同详细设计l集成调试集成调试l维护与升级维护与升级设计步骤设计步骤40为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能谢谢 谢谢 各各 位位41为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能嵌入式系统设计与实例开发嵌入式系统设计与实例开发ARMARM与与 C/OS-C/OS-基于基于ARMARM的硬件系统

35、结构设计的硬件系统结构设计42为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能本节提要本节提要1 13 32 25 54 46 6基于基于ARM的硬件系统体系结构的硬件系统体系结构存储器接口设计存储器接口设计网络接口设计网络接口设计I/OI/O接口设计接口设计人机交互接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计其它通讯接口设计43为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能基于ARM的硬件设计主要介绍基于主要介绍基于ARM7ARM7的嵌入式硬件开发平台的设计方的嵌入式硬件

36、开发平台的设计方法，包括结构、主要接口、存储器选用方案以及外设、显法，包括结构、主要接口、存储器选用方案以及外设、显示等方面的内容。示等方面的内容。l嵌入式硬件开发平台的体系结构嵌入式硬件开发平台的体系结构l外围存储器接口设计方法外围存储器接口设计方法l键盘、键盘、LCDLCD等人机交互接口的设计等人机交互接口的设计l触摸屏的设计触摸屏的设计l以太网设计以太网设计lCANCAN总线设计总线设计44为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能Samsung S3C44B0XlSamsung S3C44B0XSamsung S3C4

37、4B0X微处理器是三星公司专为手持设备和微处理器是三星公司专为手持设备和一般应用提供的高性价比和高性能的微控制器解决方案，一般应用提供的高性价比和高性能的微控制器解决方案，它使用它使用ARM7TDMIARM7TDMI核，工作在核，工作在66MHZ66MHZ。为了降低系统总成。为了降低系统总成本和减少外围器件，这款芯片中还集成了下列部件：本和减少外围器件，这款芯片中还集成了下列部件：l8KB Cache8KB Cache、外部存储器控制器、外部存储器控制器、LCDLCD控制器、控制器、4 4个个DMADMA通通道、道、2 2通道通道UARTUART、1 1个多主个多主I2CI2C总线控制器、总线

38、控制器、1 1个个IISIIS总线总线控制器，控制器，5 5通道通道PWMPWM定时器及一个内部定时器、定时器及一个内部定时器、7171个通用个通用I/OI/O口、口、8 8个外部中断源、实时时钟、个外部中断源、实时时钟、8 8通道通道1010位位ADCADC等。等。45为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能基于ARM的嵌入式硬件平台体系结构46为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能芯片体系结构47为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大

39、精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能S3C44B0X存储系统的特征l支持数据存储的大支持数据存储的大/小端选择小端选择(通过外部引脚进行选择通过外部引脚进行选择)l地址空间：具有地址空间：具有8 8个存储体，每个存储体可达个存储体，每个存储体可达32Mb32Mb，总，总共可达共可达256Mb256Mb。l对所有存储体的访问大小均可进行改变（对所有存储体的访问大小均可进行改变（8 8位位1616位位3232位）位）l8 8个存储体中，个存储体中，Bank0Bank0Bank5Bank5可支持可支持ROMROM、SRAMSRAM；Bank6Bank6、Bank7Bank7可支持

40、可支持ROMROM、SRAMSRAM和和FPFPEDOEDOSDRAMSDRAM等。等。l7 7个存储体的起始地址固定，个存储体的起始地址固定，1 1个存储体的起始地址可个存储体的起始地址可变。变。48为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能复位后的S3C44B0X的存储器映射表 49为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能系统的存储空间分配lBank0:Bank0:两片两片512KFlash512KFlash，放置系统引导程序，系统上电复位后，放置系统引

41、导程序，系统上电复位后，PCPC指针自动指向指针自动指向Bank0Bank0的第一个单元，进行系统自举。的第一个单元，进行系统自举。lBank1Bank1：K9F2808K9F2808（三星（三星 16Mbyte Flash 16Mbyte Flash），非线性寻址。具体的），非线性寻址。具体的时序可以参考时序可以参考K9F2808K9F2808的的datasheetdatasheetlBank2Bank2：USBN9603USBN9603。USBUSB设备端接口芯片，占用系统外部中断设备端接口芯片，占用系统外部中断0 0。8 8位数据总线。位数据总线。lBank3Bank3、Bank4Ban

42、k4未接设备。可以供扩展使用未接设备。可以供扩展使用lBank5Bank5：RTL8019ASRTL8019AS，ISAISA总线兼容的总线兼容的10M10M以太网（以太网（PHYPHYMACMAC层）控层）控制芯片。占用系统外部中断制芯片。占用系统外部中断1 1，1616位数据总线位数据总线50为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能lBank6Bank6：SDRAMSDRAM，起始地址为，起始地址为0 xC0000000 xC000000。在。在SDRAMSDRAM中，前中，前512Kbyte512Kbyte的空间划分出

43、来，作为系统的的空间划分出来，作为系统的LCDLCD显示缓冲区使用（更新其中的数显示缓冲区使用（更新其中的数据，就可以更新据，就可以更新LCDLCD的显示）。系统的程序存储空间从的显示）。系统的程序存储空间从0 xC0800000 xC080000开始。也就是，引导系统的时候，需要把开始。也就是，引导系统的时候，需要把system.binsystem.bin文件复制到文件复制到0 xC0800000 xC080000开始的地址空间，把开始的地址空间，把PCPC指针指向指针指向0 xC0800000 xC080000。lBank7Bank7：未使用。可以扩展另一片：未使用。可以扩展另一片SDRA

44、MSDRAM，或者其他的外设。，或者其他的外设。l系统的同步串行口（系统的同步串行口（SIOSIO），连接着触摸屏控制芯片），连接着触摸屏控制芯片FM7843FM7843（与（与ADS7843ADS7843完全兼容）。在同步串行口上，还可以扩展其他的芯片。完全兼容）。在同步串行口上，还可以扩展其他的芯片。靠靠IOIO口控制设备的片选信号（口控制设备的片选信号（CSCS）来防止设备的冲突。）来防止设备的冲突。l注：系统的扩展接口上，注：系统的扩展接口上，A0A0的标号，连接在的标号，连接在S3C44B0XS3C44B0X的的ADDR1ADDR1上，上，后面的地址依次向后错位。后面的地址依次向后错

45、位。51为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能本节提要本节提要1 13 32 25 54 46 6基于基于ARM的硬件系统体系结构的硬件系统体系结构存储器接口设计存储器接口设计网络接口设计网络接口设计I/OI/O接口设计接口设计人机交互接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计其它通讯接口设计52为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能S3C44B0X与FLASH的连接（Half Word方式）53为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神

46、,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能l使用使用Bank0Bank0上的两片上的两片512Kb2512Kb2来放置系统来放置系统BIOSBIOS，系统上电以后，系统上电以后，PCPC指针自动指向指针自动指向Bank0Bank0的第一个单元，开始进行系统自举。系统的第一个单元，开始进行系统自举。系统自举完成以后，便从硬盘中将系统文件和用户应用程序复制到自举完成以后，便从硬盘中将系统文件和用户应用程序复制到SDRAMSDRAM内存中执行。内存中执行。lBank1Bank1上接上接16M16M非线性非线性FlashFlash，当做系统硬盘使用，可以构造文件，当做系统硬盘使用，可以构造文

47、件系统，存放海量数据。系统，存放海量数据。l用用SDRAMSDRAM当作系统内存，只有当作系统内存，只有Bank6/Bank7Bank6/Bank7能支持能支持SDRAMSDRAM，所以将，所以将SDRAMSDRAM接在接在Bank6Bank6上。如果同时使用上。如果同时使用Bank6/Bank7Bank6/Bank7，则要求连接相，则要求连接相同容量的存储器，而且其地址空间在物理上是连续的。同容量的存储器，而且其地址空间在物理上是连续的。存储器接口设计54为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能关于BOOT ROMlBan

48、k0Bank0：系统的启动：系统的启动ROMROM（Flash RomFlash Rom）。在系统复位的时候，处理）。在系统复位的时候，处理器的器的PCPC（程序计数器）指针指向（程序计数器）指针指向0 x00 x0地址。在地址。在Bank0Bank0的起始地址的的起始地址的程序，就是系统的初始化程序。此程序的主要任务是：程序，就是系统的初始化程序。此程序的主要任务是：1 1、管理处理器的中断服务程序、管理处理器的中断服务程序l处理器的中断是从处理器的中断是从0 x00 x0地址开始，引导地址开始，引导ROMROM负责把这一部分的中断负责把这一部分的中断映射到另一个区域，以便系统处理。具体的做

49、法，可以参考映射到另一个区域，以便系统处理。具体的做法，可以参考44binit.s44binit.s里面的代码。（这部分代码是三星主页可以提供，它把里面的代码。（这部分代码是三星主页可以提供，它把系统的中断，映射到了不同的指针所指向的地址空间（主要就是系统的中断，映射到了不同的指针所指向的地址空间（主要就是系统系统RAMRAM的空间）。的空间）。55为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2 2、初始化硬件平台，配置其他的、初始化硬件平台，配置其他的BankBanklS3C44B0XS3C44B0X的的Bank0Bank0是

50、通过外部的一个管脚提供的上拉、下拉电阻来是通过外部的一个管脚提供的上拉、下拉电阻来配置的。主要包括：数据位数（配置的。主要包括：数据位数（8 8位、位、1616位、位、3232位），数据格式位），数据格式（大端、小端）。而其他的（大端、小端）。而其他的BankBank的配置，以及读写周期等信息是的配置，以及读写周期等信息是靠靠Bank0Bank0内部的代码配置相应的寄存器来实现的。同时，系统的引内部的代码配置相应的寄存器来实现的。同时，系统的引导导RomRom也负责配置系统的其他的一些寄存器，比如，系统的也负责配置系统的其他的一些寄存器，比如，系统的PLLPLL（锁频环）配置，系统的（锁频环）