嵌入式系統的軟硬件設計Email:主要內容課程簡介SBC－2410X開發板的介紹嵌入式系統的概述嵌入式系統的硬件嵌入式系統的軟件嵌入式系統的開發技術自主性開放式實驗2023/7/7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：了解嵌入式系統的基本概念了解嵌入式系統的開發技術經歷一次真正的研發過程培養團隊合作精神2023/7/7自主性開放式實驗實驗對象：SBC－2410X開發板實驗內容：根據開發板所提供的資源，自行擬制實驗方式：分組、合作截至時間：現在－6月30日2023/7/7檢查方式及內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；結題報告；總結報告（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。2023/7/7評分標準（初稿）首先根據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；按照每個人的工作總結進行評分；上述三項結合后就是每個人的總成績。2023/7/7SBC－2410X開發板介紹2023/7/7SBC－2410X開發板的介紹（1）SBC-2410X基于三星公司的ARM處理器S3C2410X，采用6層板設計。內部集成ARM920T核，帶有全性能的MMU(內存處理單元)，適用于設計移動手持設備類產品，具有高性能、低功耗、接口豐富和體積小等優良特性。2023/7/7SBC－2410X開發板的介紹（2）板上集成了64MSDRAM、64MNandFlash、1MBootFlash、RJ-45網卡、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。2023/7/7SBC－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2023/7/7SBC－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(帶驅動程序)12Keypad4個可編程用戶按鍵(帶有驅動程序)13Switch一個電源開關2023/7/7SBC－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(內徑3mm，外徑5mm)17Boardsize120(L)x90(W)mm2023/7/7SBC-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2023/7/7SBC-2410X專有接口特性（1）序號名稱描述5BUSCON總線接口(44針地址數據線,14針控制線),帶有16位數據線,25位地址線等信號2023/7/7SBC-2410X接口介紹可以擴展三個COM（串口）2023/7/7

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。2023/7/7SBC-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的通斷。2023/7/7BUSCTRL接口主要為系統總線控制信號，BUSCON主要為地址數據線等。2023/7/74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1VDD33V2VDD33V3EINT74EINT15NC6EINT27NC8EINT39GND10GND2023/7/74個IO方式的用戶可編程LED燈(綠色）。2023/7/7

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。2023/7/7嵌入式系統的概述嵌入式系統的基本概念嵌入式系統的應用現狀嵌入式系統的發展2023/7/7嵌入式系統的應用各種使用嵌入式技術的電子產品，如：MP3、PDA、手機、智能玩具，網絡家電、智能家電、車載電子設備等；2023/7/72023/7/7工業和服務領域中

大量嵌入式技術也已經應用于工業控制、數控機床、智能工具、工業機器人、服務機器人等各個行業，正在逐漸改變著傳統的工業生產和服務方式。2023/7/7消費類電子—智能玩具、手持通訊的核心2023/7/7智能玩具與機器人2023/7/7嵌入式Internet應用2023/7/7軍事國防領域2023/7/7航天領域2023/7/7嵌入式系統無所不在嵌入式的應用更是涉及金融、航天、電信、網絡、信息家電、醫療、工業控制、軍事等各個領域，以致一些學者斷言嵌入式技術將成為后PC時代的主宰。2023/7/7什么是嵌入式系統根據IEEE（國際電氣和電子工程師協會）的定義： 嵌入式系統是“用于控制、監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。2023/7/7一般定義嵌入式系統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、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。2023/7/7嵌入式系統的特點系統內核小：嵌入式系統一般應用于小型電子裝置，系統資源有限，因此內核較傳統的操作系統要小得多；專用性強：軟、硬件按對象要求裁剪，兩者結合緊密；軟件的編譯下載與系統相結合，“通用”、“升級”的概念一般不適用；系統精簡：沒有系統軟件和應用軟件的區分2023/7/7嵌入式系統的特點（1）嵌入式系統開發需要開發工具和環境用戶對其中程序功能進行修改必須一套開發工具和環境；開發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；目標機：最后的執行機；開發是交替式的。2023/7/7嵌入式系統的分類按表現形式分（硬件范疇）：芯片級嵌入（含程序或算法的處理器）模塊級嵌入（系統中的某個核心模塊）系統級嵌入按實時性要求分（軟件范疇）：非實時系統（PDA）軟實時系統（消費類產品）硬實時系統（工業和軍工系統）2023/7/7嵌入式處理器的分類嵌入式微處理器（EMPU）微控制器（MCU）數字信號處理器（DSP）片上系統（SOC）2023/7/7EmbeddedMicroprocessorUnit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；優點：體積小、功耗低、成本低、可靠性高；缺點：片內周片電路不足，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2023/7/7MicroControllerUnit又稱單片機，即將整個計算機系統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，芯片內集成了ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調制輸出、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設接口，也可集成A/D、D/A轉換接口。2023/7/7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，運行操作系統就更難。代表：MCS51、MCS96、S1C33、MSP430等。2023/7/7DigitalSignalProcessorDSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統結構和指令算法方面進行了特殊設計，在數字濾波、FFT、頻譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規模的應用。特點：在信號處理方面有得天獨厚的優勢；缺點：DSP是運算密集處理器，一般用在快速執行算法，做控制比較困難。為了追求高執行效率，不適合運行操作系統，核心代碼使用匯編。2023/7/7發展方向：DSP處理器經過單片化、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協處理器；代表：TMS320系列。2023/7/7SystemOnChip一個硅片上實現一個復雜的系統；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）的優勢：可通過改變內部工作電壓，降低芯片功耗；減少了芯片的外管腳數，簡化了制造過程；減少了外圍驅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據處理速度；增強了抗干擾能力。2023/7/7典型的嵌入式微處理器（EMPU）ARM/StrongARMARM（advancedRISCMachines）是16/32位RISC微處理器；ARM公司通過轉讓RISC微處理器、外圍和系統芯片設計技術實現與合作伙伴共贏；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；2023/7/72023/7/72023/7/72.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核，應用的范圍非常廣泛。原因：PowerPC構架的可伸縮性好。典型產品：IBM的PowerPC405GP（EMPU）MotorolaMPC823e（SOC）等等2023/7/73.x86x86系列處理器起源于intel構架的8080；486DX和ARM，MIPS，SuperH都是著名的嵌入式處理器。Intel486內部印刷電路2023/7/7補充內容：相關