指令64位处理器

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com/doc/2705242f37b482728779851d嵌入式硬件设计详细介绍嵌入式硬件设计相关的知识嵌入式硬件基础廖卫东本节提要1嵌入式系统硬件基础2嵌入式系统开发环境34嵌入式系统硬件开发流程芯片封装知识简介如人的大脑,决定了硬件的操作模式.
通过良好的操作系统以及应用程序,把硬件功能发挥到极至.
嵌入式系统软件部分嵌入式系统硬件部分如人的手、脚、神经等部位,决定了嵌入式系统的先天功能.
如运算能力和I/O接口等.
嵌入式系统硬件基础nRISC和CISCn冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构n流水线n嵌入式微处理器体系结果n总线n高速输入输出接口n输入输出设备n存储器和RISCCISC:复杂指令集(ComplexInstructionSetComputer)具有大量的指令和寻址方式,指令长度可变8/2原则:80%的程序只使用20%的指令大多数程序只使用少量的指令就能够运行.
RISC:精简指令集(ReducedInstructionSetComputer)只包含最有用的指令,指令长度固定确保数据通道快速执行每一条指令使CPU硬件结构设计变得更为简单与RISC的数据通道开始IFIDALUMEMREG退出微操作通道CISC:寻址方式复杂开始IFIDREGALUMEM退出单通数据通道RISC:Load/Store结构的背景和特点n背景:存储资源紧缺,强调编译优化n增强指令功能,设置一些功能复杂的指令,把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的(微程序)指令系统来实现n为节省存储空间,强调高代码密度,指令格式不固定,指令可长可短,操作数可多可少n寻址方式复杂多样,操作数可来自寄存器,也可来自存储器n采用微程序控制,执行每条指令均需完成一个微指令序列nCPI>5,指令越复杂,CPI越大.
的主要缺点n指令使用频度不均衡.
n高频度使用的指令占据了绝大部分的执行时间,扩充的复杂指令往往是低频度指令.
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com/doc/2705242f37b482728779851dn大量复杂指令的控制逻辑不规整,不适于VLSI工艺nVLSI的出现,使单芯片处理机希望采用规整的硬联逻辑实现,而不希望用微程序,因为微程序的使用反而制约了速度提高.
(微码的存控速度比CPU慢5-10倍).
n软硬功能分配n复杂指令增加硬件的复杂度,使指令执行周期大大加长,直接访存次数增多,数据重复利用率低.
n不利于先进指令级并行技术的采用n流水线技术基本设计思想n减小CPI:CPUtime=Instr_Count*CPI*Clock_cyclen精简指令集:保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高的指令n采用Load/Store结构,有助于减少指令格式,统一存储器访问方式n采用硬接线控制代替微程序控制:减少指令平均执行周期数nCPUtime=Instr_Count*CPI*Clock_cyclenICRISC>ICCISC,nCCRISC<CCCISCnCPIRISC<CPICISC,20%n超标量、超流水线、VLIW等系统结构,目标在于减小CPI,可使CPI<130%---40%的提出与发展nLoad/Store结构提出:CDC6600(1963)-CRAY1(1976)nRISC思想最早在IBM公司提出,但不叫RISC,IBM801处理器是公认体现RISC思想的机器.
n1980年,Berkeley的Patterson和Dizel提出RISC名词,并研制了RISC-Ι,Π实验样机.
n1981年Stenford的Hennessy研制MIPS芯片.
n85年后推出商品化RISC:MIPS1(1986)和SPARCV1(1987)典型的高性能RISC处理器nSUN公司的SPARC(1987)nMIPS公司的SGI:MIPS(1986)nHP公司的PA-RISC,nIBM,Motorola公司的PowerPCnDEC、Compac公司的AlphaAXPnIhttp://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851dBM的RS6000(1990)第一台SuperscalarRISC机CISC与RISC的对比类别指令系统执行时间CISC指令数量很多有些指令执行时间很长,如整块的存储器内容拷贝;或将多个寄存器的内容拷贝到存贮器编码长度可变,1-15字节寻址方式多样可以对存储器和寄存器进行算术和逻辑操作难以用优化编译器生成高效的目标代码程序RISC较少,通常少于100没有较长执行时间的指令编码长度寻址方式操作编译编码长度固定,通常为4个字节简单寻址只能对寄存器对行算术和逻辑操作,Load/Store体系结构采用优化编译技术,生成高效的目标代码程序冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼体系结构存储器指令寄存器控制器程序指令0指令1指令2指令3指令4数据数据0数据1数据2数据通输出输入道中央处理器哈佛体系结构地址指令寄存器控制器指令程序存储器指令0指令1指令2输入数据通道地址输出数据CPU数据存储器数据0数据1数据2流水线技术流水线(Pipeline)技术:几个指令可以并行执行提高了CPU的运行效率内部信息流要求通畅流动取指译码取指执行add译码取指时间执行sub译码执行cmpAddSubCmp指令流水线—以ARM为例n为增加处理器指令流的速度,ARM7系列使用3级流水线.
n允许多个操作同时处理,比逐条指令执行要快.
ARMPCThumbPCFetch从存储器中读取指令PC-4PC-2PC-8PC-4Decode解码指令寄存器读(从寄存器Bank)移位及ALU操作寄存器写(到寄存器Bank)ExecutenPC指向正被取指的指令,而非正在执行的指令最佳流水线周期操作ADDSUBMOVANDORREORhttp://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851dCMPRSBFetchDecodeExecuteFetchDecodeExecuteFetchDecodeExecuteFetchDecodeExecuteFetchDecodeExecuteFetchDecodeExecuteFetchDecodeFetch123456n该例中用6个时钟周期执行了6条指令n所有的操作都在寄存器中(单周期执行)n指令周期数(CPI)=1LDR流水线举例周期操作ADDSUBLDRMOVANDORRFetch123456DecodeExecuteFetchDecodeExecuteFetchDecodeExecuteFetchDecodeFetchDataWritebackExecuteDecodeFetchn该例中,用6周期执行了4条指令n指令周期数(CPI)=1.
5分支流水线举例周期地址0x80000x80040x80080x8FEC0x8FF00x8FF412345操作BLXXXADDSUBMOVFetchDecodeExecutLinkretAdjusteFetchDecodeFetchFetchDecodeExecuteFetchDecodeExecuteFetchDecodeFetchn流水线被阻断n注意:内核运行在ARM状态超标量执行超标量(Superscalar)执行:超标量CPU采用多条流水线结构指令取指取指流水线1译码1译码2执行1执行2流水线2数据回写译码1译码2执行1执行2高速缓存(CACHE)1、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,高速缓存可以提高内存的平均性能.
2、高速缓存的工作原理高速缓存是一种小型、快速http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d的存储器,它保存部分主存内容的拷贝.
数据CPU高速缓存控制器CACHE主存地址数据总线和总线桥CPU高速总线低速设备低速总线桥数据存储器高速设备键盘嵌入式处理器体系结构n按体系结构的不同可分为五大类nARMnMIPSnPOWERPCnX86nSH系列nARM公司的ARMRISC处理器nARM7Thumb家族nARM9Thumb家族nARM10Thumb家族nARM11Thumb家族IntelStrongARMnStrongARM110nStrongARM1100nStrongARM1110nStrongARM1111INTEL的Xscale架构处理器基于ARMV5TE体系结构兼容ARMV5TEISA指令集(不支持浮点指令集)在处理器内核周围提供了指令和数据存储器管理单元指令、数据和微小数据缓存写缓冲、挂起缓冲和分支目标缓冲器电源管理性能监控调试JTAG单元以及协处理器接口MAC协处理器内核存储总线MIPSn从1986年推出R2000处理器以来,MIPS陆续推出R3000、R4000、R8000等.
n之后,MIPS公司的战略发生变化,把重点放在嵌入式系统.
n1999年,MIPS公司发布了MIPS32和MIPS64体系结构标准,集成了原来所有的MIPS指令集,并且增加了许多更强大的功能.
n此后MIPS公司又陆续开发了高性能、低功耗的32位和64位处理器内核.
MIPSRISCMIPSn在MIPS的32位内核中n4K系列对应于SOC应用设计;nM4K系列内核是为在下一代消费电子、网络、宽带应用中越来越受欢迎的多CPUSOC所设计;n4KE系列具有目http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d前32位通用嵌入式处理器中最高的DMIPS/MHz性能指标;n4KS系列由于采用了特殊的SmartMIPS体系结构,特别适用于需要安全数据传输的领域,比如网络、智能卡等;MIPSn5K和20Kc系列属于MIPS的64位内核n5K能提供1.
4DMIPS/MHz的性能以及最低350MHz的运行速率.
n20Kc是当今最快的可授权嵌入式处理器内核.
一般运行在600MHz,具有7段流水线的20Kc内核,能提供1.
2GFLOPS的峰值浮点运算能力.
MIPSn在嵌入式处理器市场中,基于MIPS内核的处理器占据了相当大的数量n2002年,一共付运了8700万片采用MIPS内核的嵌入式处理器,份额仅次于ARM位居全球第二.
n在目前快速增长的比如CableModem、DSLModem、DVD录像机等领域内,MIPS的市场份额位居第一.
nMIPS的合作伙伴包括了AMD,IDT,NEC,TI,SONY等众多厂商PowerPC体系结构nMotorola半导体(现Freescale半导体)联合IBM以及苹果电脑nIBMnPowerPC750nPowerPCG3nMotorolanMPCnMCX86体系结构nIntelX86体系结构nAMD最新的X86体系结构嵌入式处理器产品为Geode系列处理器nCISC指令集SH体系结构nSH(SuperH)系列是由前日立半导体公司(现Renesas公司)推出的嵌入式处理器nSH系列的CPU指令格式是固定的,只有一个字长,绝大多数指令是单周期完成的,即使是复杂的乘加指令也仅需2个时钟周期n为了克服内存访问的瓶颈,SH的CPU简化寻址方式,采用Load/Store(装载/存储)结构,并且在片内设置高速缓存,以减少访问内存的时间n1999年底,SH系列累计生产达1.
18亿片.
nSH系列投入市场后,用量最多的是工业,占总量的36%,第二位是办公自动化,占总量的26%;http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d第三位是消费领域;再其次的是通信领域.
n此外,汽车导航、定位、控制系统,也是SH系列不小的一个市场.
n在美国,SH系列占有较大的市场份额n型号nSH1-4(32位)nSH5(64位)总线n总线的主要参数有n总线的带宽n总线的位宽n总线的工作时钟频率总线机制n微处理器(CPU)是嵌入式系统硬件平台的核心构件,但不是全部.
按照冯·诺依曼体系结构思想,计算机的硬件是由CPU、存储器和I/O设备三部分组成的.
总线是把CPU与存储器、I/O设备相连接的信息通道,但总线并不仅仅指的是一束信号线,而应包含相应的通信协议.
按照使用场合的不同,总线分成芯片级总线(CPU总线)、板卡级总线(内总线)和系统级总线(外总线).
nIBM公司于1981年推出的基于8位机PC/XT的总线,称为PC总线.
公司于1984年推出了16位PC机PC/AT,其总线称为AT总线.
然而IBM公司从未公布过他们的AT总线规格.
n由Intel公司,IEEE和EISA集团联合开发了与IBM/AT原装机总线意义相近的ISA总线,即8/16位的"工业标准结构"(ISA-IndustryStandardArchitecture)总线.
n6.
66MHZ至26.
66MHZ,典型8MHznEISA总线,32位n1991年下半年,Intel公司首先提出了PCI的概念.
nIntel联合IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI集团,其英文全称为:PeripheralInterconnectSpecialInterestGroup(外围部件互连专业组),简称PCISIG.
年发布PCI2.
0,32位,33MHz.
5个以上PCI插槽nAGP(图形加速处理)年代后期,PCI-X,64位/66MHzn南桥/北桥440系列以后nPCI地位大大http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d降低n[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]PCIVS.
PCIExpressExpressnCPCI(CompactPCI)协会于1994提出来的一种总线接口标准,面向嵌入式设备解决了VME与PCI总线不兼容问题,与PCI完全兼容n高可靠性(99.
999%)、低价位n热插拔(hotswap)nPC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线,实质上就是一种紧凑型的IEEE-P996(ISA).
nPC104有两个版本,8位和16位,分别与PC和PC/AT相对应.
PC104PLUS则与PCI总线相对应.
nPHILIPS开发了一种用于内部IC控制的简单的双向两线串行总线I2C(Inter-IntegratedCircuit)n最高速率100Kbps,25英尺,最多可支持40个设[此处图片未下载成功]备数据线时钟线n80年代末,由德国Bosch公司最先提出n被设计作为汽车环境中的微控制器通讯,在车载各电子控制装置ECU之间交换信息,形成汽车电子控制网络.
发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中,均嵌入CAN控制装置.
n使用CSMA/CD协议米以内,1Mbps;10Km,5Kbps;理论上可以支持无限多个设备n可靠性高,误码率为10抗电磁干扰性强nIrDA/FastIrDA(InfraredDataAssociation)红外线发光二极管发射硅晶PIN光检二极管接受控制电路1.
0和1.
1装置的通讯距离可达1公尺,误码率为10-9,光源外围的最大亮度为10klux(勒克斯[此处图片未下载成功]://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851dpar)n距离小于一米低速.
6~115Kbps高速~4Mbps工业高速Mbps红外芯片接口[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]n功耗低M,100mWn10M,2.
5mWn1M,1mW.
4-2.
4835GHz(使用ISM频段)优势:世界范围内可用劣势:与IEEE802.
11b产品相互干扰声音和数据传输,总带宽为1Mbpsn成本低低于US$5/蓝牙芯片篮牙接口传输距离传输特性安全机制移动性传输速率价格米可以以任何角度传输具有完整安全机制可以在嵌入式系统移动时进行传输1Mbps5美元米红外接口只能在一定角度(15度)内进行传输安全性底需要在静止状态下进行传输4Mbps1~2美元nIBM、Compaq、Nortel、NEC、Intel以及Microsoft联合距离<5米,Hub<30米树拓扑结构,127个点,4线(2根电源线,2根数据线)n低速USB1.
1,1.
5MbpsnUSB2.
0速率高达480Mbpsn支持热插拔和即插即用n802.
3M/100MEthernetn100m,RJ45接口nMAC层协议/CDn起源于APPLE公司1986年提出的FireWirenMPU与多媒体设备连接接口n20~400Mbps,高速串行总线nP1394b1.
6Gbps,100米n支持63个器件,长度<4.
5米n热插拔,即插即用nSony:iLink;TI:LynxApple:[此处图片http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d未下载成功]FireWirenLiquidCrystalDisplay,液晶显示器n液晶介于固态和液态液晶棒状分子在外加电场的作用下排列状态发生变化,使得通过液晶显示器件的光被调制,从而在显示屏上呈现出不同颜色.
每个显示象素都可以单独被电场控制.
适用于低压、微功耗电路n段式液晶常见段式液晶的每字为8段组成,即8字和一点,数字和部分字母.
字符型液晶字符型液晶是用于显示字符和数字的图形点阵式液晶又将其分为TN、STN(DSTN)、TFT等几类只能显示n嵌入式系统中的触摸屏分为电阻式、电容式和电感式三种其中电阻式触摸屏最为常用电阻触摸屏的工作部分一般由三部分组成,两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极n触摸屏工作时,上下导体层相当于电阻网络,当某一层电极加上电压时,会在该网络上形成电压梯度.
n如有外力使得上下两层在某一点接触,则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压,从而知道接触点处的坐标.

n电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏,玻璃屏的内表面和夹层各涂一层ITO(氧化铟锡),四个角引出四个电极.
n当用户触摸电容屏时,由于人体电场,用户手指和工作面形成一个耦合电容,因为工作面上接有高频信号,于是手指会吸收一个很小的电流,这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出,n理论上流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例,控制器通过对四个电流比例的精密计算,得出位置n电感式触摸屏的工作原理是在触摸笔中安装LC谐振线圈通过改变与安装有激励线圈及感应线圈的触摸屏之间的空间距离,使电磁场发生变化从而计算出触点的位置存储器系统分层结构时高速缓存钟周主存储器期本地存储器Flash、、磁盘网络存储器Flash、—http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d1050—10020000000存储器种类:随机存取存储器,SRAM:静态随机存储器,DRAM:动态随机存储器)SRAM比DRAM快2)SRAM比DRAM耗电多)DRAM存储密度比SRAM高得多4)DRM需要周期性刷新ROM:只读存储器EPROMEEPROMFLASH:闪存n相对传统的EPROM芯片,这种芯片可以用电气的方法快速地擦写由于快擦写存储器不需要存储电容器,故其集成度更高,制造成本低于DRAM它使用方便,既具有SRAM读写的灵活性和较快的访问速度,又具有ROM在断电后可不丢失信息的特点,所以快擦写存储器技术发展十分迅速nNOR技术闪速存储器是最早出现的FlashMemory,目前仍是多数供应商支持的技术架构,它源于传统的EPROM器件.
n与其它FlashMemory技术相比,具有可靠性高、随机读取速度快的优势.
在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合,尤其是代码(指令)存储的应用中广泛使用.
由于NOR技术FlashMemory的擦除和编程速度较慢,而块尺寸又较大,因此擦除和编程操作所花费的时间很长,在纯数据存储和文件存储的应用中,NOR技术显得力不从心.
nNAND技术FlashMemory具有以下特点:以页为单位进行读和编程操作,1页为256或512字节;以块为单位进行擦除操作,1块为4K、8K或16K字节.
具有快编程和快擦除的功能,其块擦除时间是2ms;而NOR技术的块擦除时间达到几百ms.

数据、地址采用同一总线,实现串行读取.
随机读取速度慢且不能按字节随机编程.
芯片尺寸小,引脚少,是位成本(bitcost)最低的固态存储器,突破了每兆字节1元的价格限制.
芯片包含有失效块,其数目最大可达到3~35块(取决于存储器密度).
失效块不会影响有效块的性能,但设计者需要将失效块在地址映射表中屏蔽起来.
基于NAND的存储器可以取代硬盘或其它块设备.
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com/doc/2705242f37b482728779851dnCF扩充装CompactFlash所有WindowsCE[此处图片未下载成功]支持nSD扩充装置(SecureDigital)[此处图片未下载成功]PanasonicScandiskToshibanMemoryStick[此处图片未下载成功]Sony[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]本节提要[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]嵌入式系统硬件基础嵌入式系统开发环境嵌入式系统硬件开发流程芯片封装知识简介需求分析及规格说明选择开发方案设计与调试测试与集成产品选择主要芯片确定编程语言选择开发环境RTOS的使用测试工具与其他辅助设备[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功][此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]IDE编译器链接器调试器操作系统软件开发与测试设计生[此处图片未下载成功]产评估板仿真器逻辑分析仪示波器边界扫描测试仪n什么是嵌入式开发环境:实时操作系统(可选)u目标评估系统(可选)u测试工具(软件/硬件/协议等,源程序编译器目标文件链接器可重定位程序定位器可执行文件可选)典型的开发环境http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d可选)u其他辅助设备(nARM公司出品nIDE环境,包括/Thumb汇编器:armasmnANSIC编译器-armcc和tcc/EmbeddedC编译器-armcppandtcppn链接器–armlink集成开发环境–CodeWarriorn格式转换器–fromelfn库管理器-armarn调试器模拟调试器:ARMulator调试:AXD(与Multi-ICE配合)支持所有ARM内核,最新版本:[此处图片未下载成功]RealView2.
0nEW-ARM瑞典IRA公司出品著名的嵌入式工具提供商,以提供编译器/协议栈/统一建模工具著称主要产品:EmbededWorkbench(EW)、MakeAPP、VisualState等ARM:针对ARM的集成开发环境:/C编译器SPY模拟调试器nROM-Monitor多种级别代码优化方法,满足用户在速度、文件大小方面的要求内建ARM特性优化器n支持多种断点模式支持Nucleus,VxWorks等RTOSn嵌入式系统的调试有四种基本方法模拟调试(Simulator)n软件调试(Debugger)/JTAG调试(BDM/JTAGDebugger)n全仿真调试(Emulator)n模拟调试(Simulator)调试工具和待调试的嵌入式软件都在主机上运行,由主机提供一个模拟的目标运行环境,可以进行语法和逻辑上的调试.
优点:简单方便,不需要目标板,成本低n缺点:功能非常有限,无法实时调试大多数调试工具都提供Simulator功[此处图http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d片未下载成功]能n软件调试(Debugger)主机和目标板通过某种接口(通常是串口)连接,主机上提供调试界面,待调试软件下载到目标板上运行.
这种方式的先决条件是要在Host和Target之间建立起通信联系(目标板上称为监控程序Monitor)优点:纯软件,价格较低,简单,软件调试能力较强n缺点:需要事先烧制Monitor(往往需多次试验才能成功)常,功能有调串工作正PC口Target试能nBDM/JTAG调试这种方式有一个硬件调试体.
该硬件调试体与目标板通过BDM、JTAG等调试接口相连,与主机通过串口、并口、网口或USB口相连.
待调试软件通过BDM/JTAG调试器下载到目标板上运行.
优点:方便、简单,无须制作Monitor,软硬件均可调试缺点:需要目标板,且目标板工作基本正常(至少调试接PC口n全仿真调试(Emulator)这种方式用仿真器完全取代目标板上的MCU,因而目标系统对开发者来说完全是透明的、可控的.
仿真器与目标板通过仿真头连接,与主机有串口、并口、网口或USB口等连接方式.
由于仿真器自成体系,调试时既可以连接目标板,也可以不连接目标板(Standalone).
n优点:功能非常强大,软硬件均可做到完全实时在线调试缺点:价格昂贵.
n模拟调试.
52:ARMulator.
2:ARMulator:SimulatorARM:C-spy软件调试.
2:Angel(串口).
52Angel(串口)调试:Multi-ICE,简易型仿真器ICDforARM:TantoforARM全仿真调试http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d2-FIRE/ICEnMulti-ICE公司出品与ADS配套使用支持不同的ARM内核另有Multi-trace模块可选n对于复杂的嵌入式系统应考虑使用RTOS的作用:提供API(应用编程接口):操作系统为应用程序员提供可供调用的API,允许程序员致力于应用程序的开发n简化系统设计:实时嵌入式系统比非实时系统更难设计.
使用实时多任务的内核能简化系统设计,可将复杂的应用程序分为几个不同的任务,由内核去对他们协调处理n实验平台如下支持ARM的实时操作系统:/OSnDatafromJapanITRONsurveyfornew[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]本节提要[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]嵌入式系统硬件基础嵌入式系统开发环境嵌入式系统硬件开发流程芯片封装知识简介n三个阶段:系统方案分析与设计的仿真设计的调试与测试n根据系统所要完成的功能,选择合适的处理器和外围器件,完成系统的功能框图设计和原理图设计n需要在EDA仿真设计平台下,对PCB板上的信号完整性、EMI等进行仿真,根据仿真结果来对PCB进行合理的布局布线,完成PCB的设计n对加工完成的PCB进行调试和测试,完成整个系统硬件的设计n以一个便携式GPS导航系统的开发实例来说明整个系统设计的流程n便携式GPS导航系统是一个手持的电池供电系统,需要完成以下功能能够存储电子地图信息并在LCD显示屏上显示能够接收GPS信号,根据GPS收到的信息可以确定当前在http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d地图中所处的位置给定起点和终点可以计算出合理的行进路线可以通过以太网下载更新电子地图或系统软件有USB主端接口,满足USB1.
1规范,可以挂接键盘、鼠标和存储设备等n根据系统功能,可以确定该系统需要有以下的内存和功能接口MBFlash存储器,用于存储电子地图信息MBFlash存储器,用于存储系统软件MBSDRAM,用作系统运行内存LCD接口,支持16位颜色,6.
4英寸TFT-LCD显示屏接口,用于与GPS模块通讯M以太网接口主端接口支持6.
4英寸四线电阻式触摸屏n嵌入式系统设计的差异性极大,因此选择是多样化的n选择:是Intel公司采用XScale微体系结构开发的一款嵌入式处理器,主要面向手持多媒体应用特性高性能、低功耗的XScale处理器核,时钟频率按不同型号分为200MHz、300MHz和400MHz系统总线速度比PXA250提高一倍,当内核工作在400MHz时系统总线频率为200MHz采用0.
18微米工艺制造,17mmx17mmx1.
75mm,256脚PBGA封装n采用Intel多媒体处理技术增强型存储器控制器,支持2.
5V/3.
3V、16/32位的存储器支持MMC/SD卡和PCMCIA/CF卡提供920Kbps蓝牙接口n外围部件存储器控制器.
可为多种存储器芯片提供可编程的控制信号.
支持4个SDRAM分区,6个SRAM、SSRAM、FLASH、ROM、SROM静态片选和2个PCMCIA或COMPACTFLASH槽时钟和电源控制器.
时钟可由3.
6864MHz和一个可选的32.
768KHz两种晶体驱动.
3.
6864MHz晶体驱动一个核心锁相环和一个外围锁相环.
32.
7http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d68KHz晶体产生一个硬件复位后选定的可选时钟源,用于驱动实时时钟(RTC)、电源管理控制器和中断控制器从端设备控制器.
支持多达16个终结点,提供一个内部产生的48MHz时钟控制器.
提供16个优先级不同的通道,用于响应来自片内外围部件和片外设备的数据传输请求液晶控制器.
提供支持双扫描无源阵列彩显(DSTN,俗称伪彩)或有源阵列彩显(TFT,俗称真彩)屏的接口.
最大支持显示分辨率为1024×1024像素nAC97控制器.
支持AC972.
0修订版本的多媒体数字信号编解码器,为立体PCM输入输出、Modem输入输出和单一的麦克风输入都提供了单独的16位通道S控制器.
为标准I2S多媒体数字信号编解码器提供了串行连接.
I2S控制器引脚与AC97控制器引脚复用控制器.
提供到标准存储卡的串行接口,数据传输速率最高可达20Mbps高速红外(FIR)通讯端口.
基于4Mbps的红外数据协会(IrDA)规格,工作于半双工模式下同步串行协议端口(SSP)控制器.
提供7.
2Kbps到1.
84Mbps的全双工同步串行接口.
SSP接口支持NationalSemiconductor的Microwire协议、TexasInstruments的同步串行协议(SSP)和Motorola的SPI协议C总线接口单元.
提供2个引脚的通用串行通讯端口,其中一个引脚用于数据和地址,另一个用于时钟n通用I/O引脚.
每个引脚都可以独立地编程定义为输入或输出n4个UART.
每一个UART都能用作低速红外收发全功能UART(FFUART):可编程波特率最大为230Kbps,提供完整的modem控制引脚蓝牙UART(BTUART):可编程波特率最高可达921Kbps,提供部分modem控制引脚标准UART(STUART):可编程波特率最高可达230Kbps,不提供任何modem控制引脚,但可通过GPIO引脚提供硬件UAhttp://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851dRT(HWUART):它带有硬件流控制,提供部分modem控制引脚,其编程可调的波特率可高达921.
6Kbps.
硬件UART的引脚与PCMCIA的控制引脚复用实时时钟.
实时时钟可提供恒定频率的输出,它带有可编程闹钟寄存器,可用于从休眠模式中唤醒处理器定时器.
可用于提供一个带有4个寄存器的3.
6864MHz参考计数器.
这些寄存器可用于产生中断,其中一个还能用于产生看门狗中断脉冲宽度调制(PWM).
其频率和占空比可以独立编程中断控制.
中断控制器可以通过屏蔽寄存器禁用或启用单个中断源n网络同步串行协议端口(NSSP).
该端口可用于连接其他的网络ASICn①处理器性能不是在于挑选速度最快的处理器,而是在于选取能够完成作业的处理器和I/O子系统可能会升级的系统,可以考虑在完成目前作业的情况下还能够有一定的性能余量处理器便携式GPS导航系统在显示和路线计算方面对处理器的性能要求都比较高,而PXA255则具有较高的处理性能,系统时钟频率可以达到400MHz,外围总线频率可以达到100MHz,能够较好的完成该系统所要求的功能n②集成外围接口内部有集成的LCD控制器,可以直接支持16位颜色的TFT-LCD显示屏有多个UART通讯口,可以方便的扩出与GPS模块通讯的RS232通讯口使系统的设计变得相对简单③功耗当工作在400MHz时钟频率运行模式下,PXA255的功耗的典型值仅为411mW如果降低工作频率,处理器的功耗会变得更低还提供了加速模式、运行模式、待机模式和睡眠模式这四种工作模式,可以方便的进行电源管理在相应的开发板上做前期的试验评估,确保在软硬件方面都能够满足设计的要求nMicron公司的MT48LC16M16A2是位宽为16位,容量为32MB的SDRAM.
系统中采用两片LC16M16A2来组成所需要的32位宽、3http://doc.
100lw.
com/doc/2705242f37b482728779851d2MB的运行内存.
公司的TE28F160C3T和28F128J3C是两款NOR型闪存.
系统中分别采用两片TE28F160C3T和两片28F128J3C来用作系统程序的存储器和电子地图的存储器.
n10M以太网接口可以通过CirrusLogic公司的A来提供A是用于嵌入式设备的低成本以太局域网控制器.
它的高度集成设计使其不再需要其它以太网控制器所必需的昂贵外部器件.
CS8900A包括片上RAM,10Base-T传输和接收滤波器,以及带24毫安驱动的直接ISA-总线接口nCypress公司的SL811HS可用来提供系统中所需的满足USB1.
1规范的USB主端接口.
HS是一个既可以作为USB主端也可以作为USB从端,既可以工作在全速模式(12Mbps)也可以工作在低速模式(1.
5Mbps)的嵌入式USB主端/从端控制器它可以直接与多种总线挂接,如嵌入式处理器的数据总线、ISA总线和PCMCIA总线等nTI公司的ADS7843E是一款高性能低功耗的四线电阻式触摸屏控制器通过它系统可以方便的挂接四线电阻式触摸屏内部集成一个12位分辨率的模数转换器(ADC),最高转换速度可以达到125KHz,并通过串行口与处理器进行通讯n两种基本的直流/直流变换的电源供电方式n线性稳压电源开关稳压电源线性稳压电源优点就是电路结构简单,可靠性高,所需电路元件数量少,电源纹波小一个致命的弱点就是效率低,功耗大开关稳压电源优点就是转换效率高,一般可以达到80%以上升降压比较灵活便携式GPS导航系统是一个电池供电的手持系统n尽量使用高转换效率的开关稳压电源来实现系统的供电MAX771DS2762电池电量检测器及电池保护器12V输出升压型开关稳压器12VLCD背光逆变器电源.
8http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d-1.
3VPXA255核心电源1.
3VPXA255锁相环电源3.
3VPXA255外围接口电源3.
3V系统外围电路电源锂离子电池充电器B多路电源管理器芯片便携式GPS导航系统锂离子电池备用电源内置备用电源实时时钟备用电源[此处图片未下载成功]整体框架图系统休眠键复位键实时时钟(DS1339)RS232通讯接口电源及状态指示灯电源及电源管理LCD接口8背光亮度调节数字电位器32存储器SDRAM存储器32数据总线主端控制器(SL811HS)触摸屏控制器(ADS7843E)以太网控制器(CS8900A)四线电阻触摸屏[此处图片未下载成功]nCadencePSDPCB仿真设计平台为例[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]创建PXA255原理图库[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]Concept-HDL原理图输入界面[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]AllegroPCB布局布线工具界面[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]PCB板层设定界面[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]SPECCTRAQuest仿真设计工具界面[此处图片未下载成功]://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]数据线D7的拓扑结构[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]数据线D7的仿真波形[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]常用的终端匹配方法[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]加入串连电阻终端后数据线D7[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]加入串连电阻终端后数据线D7的仿真波形[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]系统实际工作时的照片[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]嵌入式软件开发流程[此处图片未下载成功]n讨论实例:嵌入式网络视频播放器n(1)协同设计问题(2)硬件设计实现设置终端(NoteBook)LCDKeyBoard串口3嵌入式网络视频播放器口2AudioVGAout多媒体终端远程服务器串口控制器嵌入式网络视频播放器外部接口示意图设置终端电源时钟调试以太网CF卡扩展槽Upto4MB以太网FPGAXC2S100Modem处理器PXA27x16MBMPEG-4解号多媒体终控制器嵌入式网络视频播放器硬件结构框图[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]本节提要[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d[此处图片未下载成功]嵌入式系统硬件基础嵌入式系统开发环境嵌入式系统硬件开发流程芯片封装知识简介n芯片封装安装半导体集成电路芯片用的外壳安放、固定、密封、保持芯片和增强电热性能n内部芯片与外部电路的连接封装考虑的主要因素芯片面积与封装面积之比尽量接近1:1基于散热的要求,封装越薄越好引脚尽量短,引脚间距尽量大要便于安装发展历史上世纪60年代末期到现在,经历了金属圆管壳→扁平陶瓷管壳→双列陶瓷管壳、双列塑封→陶瓷QFP管壳、塑料QFP→陶瓷、塑料LCC→陶瓷PGA管壳的封装,目前正在进入BGA、μBGA、CSP的封装阶段.

nIC制造图纸设计n实物制造前工程n后工程:DualInlinePackageSIP:SingleInlinePackageZIP:ZigzagInlinePackagePGA:PinGridArrayPackage封装引脚插入型/SIP/ZIP/PGA表面实装型:SmallOutlinePackageQFP:QuadFlatPackage:SmallOutlineJ-leadedpackageTCP:TapeCarrierPackageBGA:BallGridArrayPackageCSP:ChipSize/ScalePackageMCM:MultiChipModel/QFP/SOJ/TCP/BGA/CSP/MCM[此处图片未下载成功]n双列直插式(DualInlinePackage,DIP)CPU绝大多数中小规模IC均采用这种封装形式,引脚<1http://doc.
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com/doc/2705242f37b482728779851d00芯片面积和封装面积之比大CPU4004[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]n塑料方型扁平式(PlasticQuadFlatPackage,PQFP)塑料扁平式(PlasticFlatPackage,PFP)间距小,管脚细,管脚数>100专用工具(表面安装设备SMD)装卸高频使用、可靠性高,封装面积小n引脚网格阵列(PinGridArray,PGA)专用PGA插槽操作方便,可靠性高,但电耗大IntelCPU中80286、80386和某些486(ZeroInsertionForce)插座,486以后n球状网格阵列(BallGridArray,BGA)n>100MHz,Crosstalk,>208Pin封装引脚数虽然增多,但引脚间距大于QFP传输延迟小,散热性能好(可控塌陷封装法)共面焊接,可靠性提高.
5mm,1.
27mm,1.
0mm芯片封装知识简介n芯片级封装(ChipScalePackage,CSP)nnn体积小,重量轻引脚多电、热、气密性能好[此处图片未下载成功]文档下载网是专业的免费文档搜索与下载网站,提供行业资料,考试资料,教学课件,学术论文,技术资料,研究报告,工作范文,资格考试,word文档,专业文献,应用文书,行业论文等文档搜索与文档下载,是您文档写作和查找参考资料的必备网站.