第四章 嵌入式系统硬件平台
嵌入式处理器及其分类
典型的嵌入式处理器
嵌入式系统常见外设
嵌入式系统硬件体系结构
嵌入式微处理器
嵌入式微控制器
? 典型代表:单片机这种8位的电子器件,目前
在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。
? 单片机芯片内部集成 ROM/EPROM, RAM,
总线、总线逻辑、定时 /计数器、看门狗,I/O,
串行口、脉宽调制输出,A/D, D/A, Flash
RAM, EEPROM 等各种必要功能和外设
? 微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,
从而使功耗和成本下降、可靠性提高。
嵌入式微控制器( 2)
? 微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。
微控制器的片上外设资源一般比较丰富,
适合于控制,因此称为微控制器。
嵌入式微控制器( 3)
?由于 MCU 低廉的价格,优良的功能,所以拥有的
品种和数量最多,比较有代表性的包括 8051,MCS-
251, MCS-96/196/296, P51XA, C166/167, 68K
系列以及 MCU 8XC930/931, C540, C541,并且
有支持 I 2 C, CAN-Bus, LCD及众多专用 MCU 和
兼容系列。
?近来 Atmel 推出的 AVR 单片机由于其集成了 FPGA
等器件,所以具有很高的性价比,势必将推动单片
机获得更高的发展 。
嵌入式 DSP处理器 (1)
? DSP 处理器是专门用于信号处理方面的处理器,其
在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计,在数
字滤波,FFT,谱分析等各种仪器上 DSP 获得了大
规模的应用。
? DSP 的理论算法在 70 年代就已经出现,但是由于专
门的 DSP 处理器还未出现,所以这种理论算法只能
通过 MPU 等由分立元件实现。 1982 年世界上诞生了
首枚 DSP 芯片。在语音合成和编码解码器中得到了
广泛应用。 DSP 的运算速度进一步提高,应用领域
也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。
嵌入式 DSP处理器 (2)
?目前最为广泛应用的嵌入式 DSP
处理器是 TI 的 MS320C2000/C5000
系列,另外如 Intel 的 MCS-296 和
Siemens 的 TriCore 也有各自的应
用范围。
嵌入式微处理器
( Micro Processor Unit)
? MPU 嵌入式微处理器是由通用计算机中的 CPU 演变而
来的。
? 与计算机处理器不同的是,在实际嵌入式应用中,只保
留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件,去除其他的冗余
功能部分,这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用
的特殊要求。
? 和工业控制计算机相比,嵌入式微处理器具有体积小、
重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式
处理器类型有 Am186/88, 386EX, SC-400, Power
PC, 68000, MIPS, ARM/ StrongARM 系列等,
嵌入式片上系统 (System On
Chip)( 1)
?SoC 就是 System on Chip, SoC 嵌入式系统微处理器就是一
种电路系统。
?它结合了许多功能区块,将功能做在一个芯片上,像是 ARM
RISC, MIPS RISC, DSP 或是其他的微处理器核心,加上通信
的接口单元,像是万用串行端口( USB ),TCP/IP 通信单元、
GPRS通信接口,GSM 通信接口,IEEE1394,蓝牙模块接口等
等,这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理
芯片。
?SoC 是追求产品系统最大包容的集成器件,SOC 最大的特点是
成功实现了软硬件无缝结合,直接在处理器片内嵌入操作系统的
代码模块。
嵌入式片上系统 (System On
Chip)( 2)
?运用 VHDL 等硬件描述语言不需要再像传统的系统
设计一样,绘制庞大复杂的电路板,一点点的连接焊
制,只需要使用精确的语言,综合时序设计直接在器
件库中调用各种通用处理器的标准,然后通过仿真之
后就可以直接交付芯片厂商进行生产。
?由于 SOC 往往是专用的,所以大部分都不为用户所
知,如 Philips 的 Smart XA 。 Siemens 的 TriCore,
Motorola 的 M-Core,某些 ARM 系列器件,Echelon
和 Motorola 联合研制的 Neuron 芯片等。
嵌入式片上系统 (System On
Chip)( 3)
?SoC 嵌入式系统微处理器所具有的其他的好处可以
分为下列几点:
?利用改变内部工作电压,降低芯片功耗。
?减少芯片对外管脚数,简化制造过程。
?减少外围驱动接口单元及电路板之间的信号传递,
可以加快微处理器数据处理的速度。
?内嵌的线路可以避免外部电路板在信号传递时所
造成系统杂讯。
嵌入式片上系统 (System On
Chip)( 4)
嵌入式硬件开发工具( 1)
嵌入式开发需要提供强大的硬件开发工具和软件包
支持。
1.硬件:速度、功能、成本。
更强大的嵌入式处理器如 32 位,64位 RISC芯片或信
号处理器,DSP 增强处理能力,同时增加功能接口,
如 USB,扩展总线类型,如 CAN BUS,加强对多媒体、
图形等的处理,逐步实施片上系统( SOC)的概念。
嵌入式硬件开发工具( 2)
2.工具:三星在推广 Arm7, Arm9 芯片的同
时还提供开发板和板级支持包( BSP ),而
WindowCE 在主推系统时也提供 Embedded
VC ++作为开发工具,还有 Vxworks 的
Tonado 开发环境,DeltaOS 的 Limda 编译环
境等等。
嵌入式硬件开发工具( 3)
3.无线。要求硬件上提供各种网络通信接口。
新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口,
除了支持 TCP / IP 协议,还有的支持
IEEE1394, USB, CAN, Bluetooth 或 IrDA
通信接口中的一种或者几种,软件方面系统系
统内核支持网络模块,甚至可以在设备上嵌
入 Web 浏览器,
嵌入式硬件开发工具( 4)
4,精简系统内核、算法,降低功耗和软硬件
成本。
未来的嵌入式产品是软硬件紧密结合的设备,为了减低功耗和
成本,需要设计者尽量精简系统内核,利用最低的资源实现最
适当的功能,如 Java, Web 和 WAP 等。
5,提供友好的多媒体人机界面
嵌入式设备能与用户亲密接触,最重要的因素就是它能提供非
常友好的用户界面。手写文字输入、语音拨号 上网,收发电
子邮件以及彩色图形、图像都会使使用者获得自由的感受。
典型的嵌入式微处理器( 1)
1, ARM/StrongARM
ARM ( Advanced RISC Machines )公司是全球领先的 16/32
位 RISC 微处理器知识产权设计供应商。 ARM 公司通过转让
它的高性能、低成本、功耗低的 RISC 微处理器、外围和系统
芯片设计技术给合作伙伴来生产各具特色的芯片。 ARM 公司
已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案
的 RISC 标准。
ARM 处理器有三大特点:
?小体积、低功耗、低成本而高性能;
?16/32 位双指令集;
?全球众多的合作伙伴。
典型的嵌入式微处理器 -ARM
?ARM7, ARM9, ARM9E, ARM10 和 SecurCore 。其中
ARM7 是低功耗的 32 位核,最适合应用于对价位和功耗敏感
的产品,它又分为应用于实时环境的 ARM7TDMI,
ARM7TDMI-S,以及适用于开放平台的 ARM720T 和适用于
DSP 运算及支持 Java 的 ARM7EJ 等。
?ARM7RTDMI 处理器是目前应用广的 32 位高性能嵌入式
RISC 处理器。 ARM7RTDMI 使用 3 级流水线,取指、译码和
执行。
?嵌入式 ICE— RT 逻辑为 ARM7TDMI 核提供了集成的在片调
试支持。可以使用嵌入式 ICE— RT 逻辑来编程断点或观察断
点出现的条件。在目标和宿主调试器通过 JTAG ( JOINT
TEST ACTION GROUP )传送信息。
典型的嵌入式微处理器 -ARM
基于 ARM 处理器核的典型产品如下:
?Intel 公司的 StrongARM 的系列,SA-110, SA-1100, SA-
1101,SA-1110, SA-1111 ;
?Cirrus Logic 公司的 ARM 系列,EP7209, EP7211,
EP7212,EP7312, EP9312, PS7500FE ;
?SamSung 公司的 ARM 系列,S3C44B0, S3C2400, 3C4510
?Aplio 公司的 ARM 系列, Aplio/TRIO
?LinkUp Systems 公司的 ARM 系列, L7200, L7205
?NETsilicon 公司的 ARM 系列,NET+ARM
?Triscend Corporation ARM 的产品,A7
典型的嵌入式微处理器 -ARM
1, ARM/StrongARM
ARM ( Advanced RISC Machines )公司是全球领先的 16/32
位 RISC 微处理器知识产权设计供应商。 ARM 公司通过转让
它的高性能、低成本、功耗低的 RISC 微处理器、外围和系统
芯片设计技术给合作伙伴来生产各具特色的芯片。 ARM 公司
已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案
的 RISC 标准。
ARM 处理器有三大特点:
?小体积、低功耗、低成本而高性能;
?16/32 位双指令集;
?全球众多的合作伙伴。
典型的嵌入式微处理器 -MIPS
?MIPS 是 Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages,
MIPS 技术公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式 32位和 64
位处理器的厂商。在 RISC 处理器方面占有重要地位
?MIPS 公司设计 RISC 处理器始于 80 年代初,MIPS 公司的战略发
生变化,把重点放在嵌入式系统。
?1999 年,MIPS 公司发布 MIPS 32 和 MIPS 64 架构标准,为未来
MIPS 处理器的开发奠定了基础。
?MIPS 公司陆续开发了高性能、低功耗的 32 位处理器内核( core )
MIPS 32 4Kc 与高性能 64 位处理器内核 MIPS 64 5Kc
?为了使用户更加方便地应用 MIPS 处理器,MIPS 公司推出了一套
集成的开发工具,称为 MIPS IDF ( Integrated Development
Framework ),特别适合嵌入式系统的开发。
典型的嵌入式微处理器 -MIPS
?MIPS 的定位很广
?在高端它有 64 位的 20Kc 家族,在低端市场有
SmartMIPS 。
?如果您有一台机顶盒设备,那很可能就是基
于 MIPS TM 的;如果您有一台视频游戏机,
或许他就是基于 MIPS 的;你的电子邮件或许
就是通过基于 MIPS 芯片的 Cisco 路由器来传递
的;您的公司所使用的激光打印机也有可能使
用着基于 MIPS 的 64 位处理器。
典型的嵌入式微处理器 -
PowerPC
?PowerPC 架构的特点是可伸缩性好,方便灵活。
?既有通用的处理器,又有嵌入式控制器和内核,应用范围非
常广泛,从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统,从消费
类电子产品到大型通信设备,无所不包。
?基于 PowerPC 架构的处理器有:
?IBM 公司开发的 PowerPC 405 GP 是一个集成 10/100
Mbps 以太网控制器、串行和并行端口、内存控制器以及其
它外设的高性能嵌入式处理器。
?MPC823e 微处理器是一个高度综合的片上系统( SOC )
设备。
典型的嵌入式微处理器 -x86
?x86 系列处理器是我们最熟悉的了,它起源于 intel 架
构的 8080 。
?486DX 是当时和 AMR, 68K, MIPS 和 SuperH 齐
名的五大嵌入式处理器之一
?lGeode SP1SC10 具有非妥协网络访问、硬件 MPEG-
2 音频和视频解码器,TV 解码器,modem, 10/100
以太网、各种固化通信和外设接口。
嵌入式系统的输入输出接口
?嵌入式系统的输入与输出接口可以分为有线连接传输与无
线传输两种。
?有线连接传输的输入与输出接口在设计上,必须考虑到几
个因素,如电位匹配,就是嵌入式系统微处理器的输入输出
接口所提供与接收信号的电位,必须和相连接的外围装置相
同,否则会发生一方电位较高,导致电路的毁损,或者是电
位不同,无法准确判断所代表的正确信号。
无线传输接口
?嵌入式系统的无线传输接口包括有红外线、
GSM, GPRS 与蓝牙模块等等,这些无线的输入
与输出接口用途很广泛。
?常常使用 RS-232 接口做数据同步工作,在数据
量比较多的时候,RS-232 接口所需要的数据传输
时间会很久。
?IEEE1394 就是一个快速的数据传输接口,也称
为 Firewire 。 IEEE1394 传输接口传输的带宽可以
达 400Mbps 。
USB 接口
? 用通用串行端口( USB )接口来与个人
电脑作为数据传输连接的接口。
? USB1.1 规格中数据传输速度可以高达
12Mbps 。
? USB2.0 的数据传输速度可以高达
480Mbps 。
红外线收发( 1)
?红外线收发模块主要由三部分所组成:
?红外线发光二极管:发射红外线波,波长在 0.85
到 0.9 微米之间,
?硅晶 PIN 光检二极管:接收红外线信号的单元,所
接收到的信号会传送到控制电路中,再传送到嵌入
式系统微处理器作数据处理或者数据储存。
?控制电路
红外线收发( 2)
?IrDA1.0,这个版本是在 1994 年时所发表,采用波长
0.85到 0.90 微米的红外线传输。
?传输速度 115.2Kbps,距离大约在 1 公尺之内,
发射接收角度在 30 度之内;
?FIR1.1 标准,1995 年时发表,传输速度可达 4Mbps
?VFIR 标准,1999 年发表,传输速度可达 16Mbps,
有效距离到达 8 公尺。
蓝牙模块
? 蓝牙模块是一个无线通信的标准协议。
? 蓝牙模块的无线通信频率在 2.4GHz 以内,
也就是 ISM 频带内,蓝牙模块所发射的
信号可以在很多无线杂讯的环境下仍然
保有它的准确性。
接触面板
?接触面板可以取代鼠标、键盘或者是手写笔等等的数
据输入装置。
?按面板的种类可以分为几种,电阻式、电容式、音波
式、红外线式以及近场感应式等等。
?触控面板的市场上,主要的产品大多是电阻式,占了
大约百分之七十二,其余的还有 XGT 式触控式面板,
大约占了百分之二十。
液晶显示器( Liquid Crystal
Display-LCD )
?液晶显示器做为数据输出的显示之用。
?LCD 屏幕比起 CRT 屏幕具有许多的优点:体积小、重量轻
以及低辐射。
?LCD 屏幕的显示原理是利用液晶的特性来处理显示的效果。
?液晶是一种介于固态与液态之间的物质,它具备了固态晶
体的光学特性,也具有液态物质的流动特性。
液晶显示器( Liquid Crystal
Display-LCD )
?当光线穿透液晶物质时,光线会因为液晶物质内部折结构
而改变光线的路径。
?当液晶被加上电压后,液晶的内部结构会产生扭曲,所通
过液晶物质的光线也就会被改变原本行径的角度,形成明暗
线。
?液晶显示器上具有一大堆液晶物质陈列,每一个图案像素
就用一个液晶单元表示,当一个像素需要改变显示状态时,
就对这一个液晶单元施以电压,它就会对于背光所发射穿透
晶单元的光线做显示角度的改变,也就可以控制所显示的明
暗光线。
随机存储器( RAM )
?有两大类 RAM,静态随机存储器( SRAM )和动态随机
存储器( DRAM )。
?SRAM 比 DRAM 快。
?SRAM 比 DRAM 耗电多。
?在一个芯片上可以置放更多的 DRAM 。
?DRAM 需要周期性刷新。
?DRAM 必须被刷新是因为它用内部电路系统来存值。与
SRAM 不同,因为芯片上的寄生电阻,存储在电容上的电
荷会泄露。 DRAM 上一般数值生命期为一毫秒。
只读存储器
? 只读存储器( ROM )用固定数据预编程。它
在嵌入式系统中非常有用,因为许多代码或数
据不随时间改变。
? 只读存储器对辐谢感应的错误也相对不敏感。
? 工厂编程的只读存储器(有时被称为掩模编程
只读存储器( mask-programmed ROM )和
现场可编程只读存储器。
模 /数( A/D )转换器和数 /模
( D/A )转换器
? 经常用作非数字设备到嵌入式系统的接
口。
? A/D 转换在将模拟入转换为数字形式前
需要对模拟输入进行采样。
? D/A 转换相对简单,所以 D/A 转换器接
口仅包括数据值,输入值被连续转换成
模拟信号。
键盘
? 基本上由一个开关阵列组成,但它还包
括一些逻辑电路和来简化它到微处理器
的接口。
触摸屏
? 是覆盖在输出设备上的输入设备,它记
录触摸位置。把它覆盖在显示器上,使
用者可对显示的信息做出反应。
? 两种最常见的触摸屏是电阻式触摸屏和
电容式触摸屏。电阻式触摸屏用二维电
压表来探测位置。
嵌入式处理器及其分类
典型的嵌入式处理器
嵌入式系统常见外设
嵌入式系统硬件体系结构
嵌入式微处理器
嵌入式微控制器
? 典型代表:单片机这种8位的电子器件,目前
在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。
? 单片机芯片内部集成 ROM/EPROM, RAM,
总线、总线逻辑、定时 /计数器、看门狗,I/O,
串行口、脉宽调制输出,A/D, D/A, Flash
RAM, EEPROM 等各种必要功能和外设
? 微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,
从而使功耗和成本下降、可靠性提高。
嵌入式微控制器( 2)
? 微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。
微控制器的片上外设资源一般比较丰富,
适合于控制,因此称为微控制器。
嵌入式微控制器( 3)
?由于 MCU 低廉的价格,优良的功能,所以拥有的
品种和数量最多,比较有代表性的包括 8051,MCS-
251, MCS-96/196/296, P51XA, C166/167, 68K
系列以及 MCU 8XC930/931, C540, C541,并且
有支持 I 2 C, CAN-Bus, LCD及众多专用 MCU 和
兼容系列。
?近来 Atmel 推出的 AVR 单片机由于其集成了 FPGA
等器件,所以具有很高的性价比,势必将推动单片
机获得更高的发展 。
嵌入式 DSP处理器 (1)
? DSP 处理器是专门用于信号处理方面的处理器,其
在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计,在数
字滤波,FFT,谱分析等各种仪器上 DSP 获得了大
规模的应用。
? DSP 的理论算法在 70 年代就已经出现,但是由于专
门的 DSP 处理器还未出现,所以这种理论算法只能
通过 MPU 等由分立元件实现。 1982 年世界上诞生了
首枚 DSP 芯片。在语音合成和编码解码器中得到了
广泛应用。 DSP 的运算速度进一步提高,应用领域
也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。
嵌入式 DSP处理器 (2)
?目前最为广泛应用的嵌入式 DSP
处理器是 TI 的 MS320C2000/C5000
系列,另外如 Intel 的 MCS-296 和
Siemens 的 TriCore 也有各自的应
用范围。
嵌入式微处理器
( Micro Processor Unit)
? MPU 嵌入式微处理器是由通用计算机中的 CPU 演变而
来的。
? 与计算机处理器不同的是,在实际嵌入式应用中,只保
留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件,去除其他的冗余
功能部分,这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用
的特殊要求。
? 和工业控制计算机相比,嵌入式微处理器具有体积小、
重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式
处理器类型有 Am186/88, 386EX, SC-400, Power
PC, 68000, MIPS, ARM/ StrongARM 系列等,
嵌入式片上系统 (System On
Chip)( 1)
?SoC 就是 System on Chip, SoC 嵌入式系统微处理器就是一
种电路系统。
?它结合了许多功能区块,将功能做在一个芯片上,像是 ARM
RISC, MIPS RISC, DSP 或是其他的微处理器核心,加上通信
的接口单元,像是万用串行端口( USB ),TCP/IP 通信单元、
GPRS通信接口,GSM 通信接口,IEEE1394,蓝牙模块接口等
等,这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理
芯片。
?SoC 是追求产品系统最大包容的集成器件,SOC 最大的特点是
成功实现了软硬件无缝结合,直接在处理器片内嵌入操作系统的
代码模块。
嵌入式片上系统 (System On
Chip)( 2)
?运用 VHDL 等硬件描述语言不需要再像传统的系统
设计一样,绘制庞大复杂的电路板,一点点的连接焊
制,只需要使用精确的语言,综合时序设计直接在器
件库中调用各种通用处理器的标准,然后通过仿真之
后就可以直接交付芯片厂商进行生产。
?由于 SOC 往往是专用的,所以大部分都不为用户所
知,如 Philips 的 Smart XA 。 Siemens 的 TriCore,
Motorola 的 M-Core,某些 ARM 系列器件,Echelon
和 Motorola 联合研制的 Neuron 芯片等。
嵌入式片上系统 (System On
Chip)( 3)
?SoC 嵌入式系统微处理器所具有的其他的好处可以
分为下列几点:
?利用改变内部工作电压,降低芯片功耗。
?减少芯片对外管脚数,简化制造过程。
?减少外围驱动接口单元及电路板之间的信号传递,
可以加快微处理器数据处理的速度。
?内嵌的线路可以避免外部电路板在信号传递时所
造成系统杂讯。
嵌入式片上系统 (System On
Chip)( 4)
嵌入式硬件开发工具( 1)
嵌入式开发需要提供强大的硬件开发工具和软件包
支持。
1.硬件:速度、功能、成本。
更强大的嵌入式处理器如 32 位,64位 RISC芯片或信
号处理器,DSP 增强处理能力,同时增加功能接口,
如 USB,扩展总线类型,如 CAN BUS,加强对多媒体、
图形等的处理,逐步实施片上系统( SOC)的概念。
嵌入式硬件开发工具( 2)
2.工具:三星在推广 Arm7, Arm9 芯片的同
时还提供开发板和板级支持包( BSP ),而
WindowCE 在主推系统时也提供 Embedded
VC ++作为开发工具,还有 Vxworks 的
Tonado 开发环境,DeltaOS 的 Limda 编译环
境等等。
嵌入式硬件开发工具( 3)
3.无线。要求硬件上提供各种网络通信接口。
新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口,
除了支持 TCP / IP 协议,还有的支持
IEEE1394, USB, CAN, Bluetooth 或 IrDA
通信接口中的一种或者几种,软件方面系统系
统内核支持网络模块,甚至可以在设备上嵌
入 Web 浏览器,
嵌入式硬件开发工具( 4)
4,精简系统内核、算法,降低功耗和软硬件
成本。
未来的嵌入式产品是软硬件紧密结合的设备,为了减低功耗和
成本,需要设计者尽量精简系统内核,利用最低的资源实现最
适当的功能,如 Java, Web 和 WAP 等。
5,提供友好的多媒体人机界面
嵌入式设备能与用户亲密接触,最重要的因素就是它能提供非
常友好的用户界面。手写文字输入、语音拨号 上网,收发电
子邮件以及彩色图形、图像都会使使用者获得自由的感受。
典型的嵌入式微处理器( 1)
1, ARM/StrongARM
ARM ( Advanced RISC Machines )公司是全球领先的 16/32
位 RISC 微处理器知识产权设计供应商。 ARM 公司通过转让
它的高性能、低成本、功耗低的 RISC 微处理器、外围和系统
芯片设计技术给合作伙伴来生产各具特色的芯片。 ARM 公司
已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案
的 RISC 标准。
ARM 处理器有三大特点:
?小体积、低功耗、低成本而高性能;
?16/32 位双指令集;
?全球众多的合作伙伴。
典型的嵌入式微处理器 -ARM
?ARM7, ARM9, ARM9E, ARM10 和 SecurCore 。其中
ARM7 是低功耗的 32 位核,最适合应用于对价位和功耗敏感
的产品,它又分为应用于实时环境的 ARM7TDMI,
ARM7TDMI-S,以及适用于开放平台的 ARM720T 和适用于
DSP 运算及支持 Java 的 ARM7EJ 等。
?ARM7RTDMI 处理器是目前应用广的 32 位高性能嵌入式
RISC 处理器。 ARM7RTDMI 使用 3 级流水线,取指、译码和
执行。
?嵌入式 ICE— RT 逻辑为 ARM7TDMI 核提供了集成的在片调
试支持。可以使用嵌入式 ICE— RT 逻辑来编程断点或观察断
点出现的条件。在目标和宿主调试器通过 JTAG ( JOINT
TEST ACTION GROUP )传送信息。
典型的嵌入式微处理器 -ARM
基于 ARM 处理器核的典型产品如下:
?Intel 公司的 StrongARM 的系列,SA-110, SA-1100, SA-
1101,SA-1110, SA-1111 ;
?Cirrus Logic 公司的 ARM 系列,EP7209, EP7211,
EP7212,EP7312, EP9312, PS7500FE ;
?SamSung 公司的 ARM 系列,S3C44B0, S3C2400, 3C4510
?Aplio 公司的 ARM 系列, Aplio/TRIO
?LinkUp Systems 公司的 ARM 系列, L7200, L7205
?NETsilicon 公司的 ARM 系列,NET+ARM
?Triscend Corporation ARM 的产品,A7
典型的嵌入式微处理器 -ARM
1, ARM/StrongARM
ARM ( Advanced RISC Machines )公司是全球领先的 16/32
位 RISC 微处理器知识产权设计供应商。 ARM 公司通过转让
它的高性能、低成本、功耗低的 RISC 微处理器、外围和系统
芯片设计技术给合作伙伴来生产各具特色的芯片。 ARM 公司
已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案
的 RISC 标准。
ARM 处理器有三大特点:
?小体积、低功耗、低成本而高性能;
?16/32 位双指令集;
?全球众多的合作伙伴。
典型的嵌入式微处理器 -MIPS
?MIPS 是 Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages,
MIPS 技术公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式 32位和 64
位处理器的厂商。在 RISC 处理器方面占有重要地位
?MIPS 公司设计 RISC 处理器始于 80 年代初,MIPS 公司的战略发
生变化,把重点放在嵌入式系统。
?1999 年,MIPS 公司发布 MIPS 32 和 MIPS 64 架构标准,为未来
MIPS 处理器的开发奠定了基础。
?MIPS 公司陆续开发了高性能、低功耗的 32 位处理器内核( core )
MIPS 32 4Kc 与高性能 64 位处理器内核 MIPS 64 5Kc
?为了使用户更加方便地应用 MIPS 处理器,MIPS 公司推出了一套
集成的开发工具,称为 MIPS IDF ( Integrated Development
Framework ),特别适合嵌入式系统的开发。
典型的嵌入式微处理器 -MIPS
?MIPS 的定位很广
?在高端它有 64 位的 20Kc 家族,在低端市场有
SmartMIPS 。
?如果您有一台机顶盒设备,那很可能就是基
于 MIPS TM 的;如果您有一台视频游戏机,
或许他就是基于 MIPS 的;你的电子邮件或许
就是通过基于 MIPS 芯片的 Cisco 路由器来传递
的;您的公司所使用的激光打印机也有可能使
用着基于 MIPS 的 64 位处理器。
典型的嵌入式微处理器 -
PowerPC
?PowerPC 架构的特点是可伸缩性好,方便灵活。
?既有通用的处理器,又有嵌入式控制器和内核,应用范围非
常广泛,从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统,从消费
类电子产品到大型通信设备,无所不包。
?基于 PowerPC 架构的处理器有:
?IBM 公司开发的 PowerPC 405 GP 是一个集成 10/100
Mbps 以太网控制器、串行和并行端口、内存控制器以及其
它外设的高性能嵌入式处理器。
?MPC823e 微处理器是一个高度综合的片上系统( SOC )
设备。
典型的嵌入式微处理器 -x86
?x86 系列处理器是我们最熟悉的了,它起源于 intel 架
构的 8080 。
?486DX 是当时和 AMR, 68K, MIPS 和 SuperH 齐
名的五大嵌入式处理器之一
?lGeode SP1SC10 具有非妥协网络访问、硬件 MPEG-
2 音频和视频解码器,TV 解码器,modem, 10/100
以太网、各种固化通信和外设接口。
嵌入式系统的输入输出接口
?嵌入式系统的输入与输出接口可以分为有线连接传输与无
线传输两种。
?有线连接传输的输入与输出接口在设计上,必须考虑到几
个因素,如电位匹配,就是嵌入式系统微处理器的输入输出
接口所提供与接收信号的电位,必须和相连接的外围装置相
同,否则会发生一方电位较高,导致电路的毁损,或者是电
位不同,无法准确判断所代表的正确信号。
无线传输接口
?嵌入式系统的无线传输接口包括有红外线、
GSM, GPRS 与蓝牙模块等等,这些无线的输入
与输出接口用途很广泛。
?常常使用 RS-232 接口做数据同步工作,在数据
量比较多的时候,RS-232 接口所需要的数据传输
时间会很久。
?IEEE1394 就是一个快速的数据传输接口,也称
为 Firewire 。 IEEE1394 传输接口传输的带宽可以
达 400Mbps 。
USB 接口
? 用通用串行端口( USB )接口来与个人
电脑作为数据传输连接的接口。
? USB1.1 规格中数据传输速度可以高达
12Mbps 。
? USB2.0 的数据传输速度可以高达
480Mbps 。
红外线收发( 1)
?红外线收发模块主要由三部分所组成:
?红外线发光二极管:发射红外线波,波长在 0.85
到 0.9 微米之间,
?硅晶 PIN 光检二极管:接收红外线信号的单元,所
接收到的信号会传送到控制电路中,再传送到嵌入
式系统微处理器作数据处理或者数据储存。
?控制电路
红外线收发( 2)
?IrDA1.0,这个版本是在 1994 年时所发表,采用波长
0.85到 0.90 微米的红外线传输。
?传输速度 115.2Kbps,距离大约在 1 公尺之内,
发射接收角度在 30 度之内;
?FIR1.1 标准,1995 年时发表,传输速度可达 4Mbps
?VFIR 标准,1999 年发表,传输速度可达 16Mbps,
有效距离到达 8 公尺。
蓝牙模块
? 蓝牙模块是一个无线通信的标准协议。
? 蓝牙模块的无线通信频率在 2.4GHz 以内,
也就是 ISM 频带内,蓝牙模块所发射的
信号可以在很多无线杂讯的环境下仍然
保有它的准确性。
接触面板
?接触面板可以取代鼠标、键盘或者是手写笔等等的数
据输入装置。
?按面板的种类可以分为几种,电阻式、电容式、音波
式、红外线式以及近场感应式等等。
?触控面板的市场上,主要的产品大多是电阻式,占了
大约百分之七十二,其余的还有 XGT 式触控式面板,
大约占了百分之二十。
液晶显示器( Liquid Crystal
Display-LCD )
?液晶显示器做为数据输出的显示之用。
?LCD 屏幕比起 CRT 屏幕具有许多的优点:体积小、重量轻
以及低辐射。
?LCD 屏幕的显示原理是利用液晶的特性来处理显示的效果。
?液晶是一种介于固态与液态之间的物质,它具备了固态晶
体的光学特性,也具有液态物质的流动特性。
液晶显示器( Liquid Crystal
Display-LCD )
?当光线穿透液晶物质时,光线会因为液晶物质内部折结构
而改变光线的路径。
?当液晶被加上电压后,液晶的内部结构会产生扭曲,所通
过液晶物质的光线也就会被改变原本行径的角度,形成明暗
线。
?液晶显示器上具有一大堆液晶物质陈列,每一个图案像素
就用一个液晶单元表示,当一个像素需要改变显示状态时,
就对这一个液晶单元施以电压,它就会对于背光所发射穿透
晶单元的光线做显示角度的改变,也就可以控制所显示的明
暗光线。
随机存储器( RAM )
?有两大类 RAM,静态随机存储器( SRAM )和动态随机
存储器( DRAM )。
?SRAM 比 DRAM 快。
?SRAM 比 DRAM 耗电多。
?在一个芯片上可以置放更多的 DRAM 。
?DRAM 需要周期性刷新。
?DRAM 必须被刷新是因为它用内部电路系统来存值。与
SRAM 不同,因为芯片上的寄生电阻,存储在电容上的电
荷会泄露。 DRAM 上一般数值生命期为一毫秒。
只读存储器
? 只读存储器( ROM )用固定数据预编程。它
在嵌入式系统中非常有用,因为许多代码或数
据不随时间改变。
? 只读存储器对辐谢感应的错误也相对不敏感。
? 工厂编程的只读存储器(有时被称为掩模编程
只读存储器( mask-programmed ROM )和
现场可编程只读存储器。
模 /数( A/D )转换器和数 /模
( D/A )转换器
? 经常用作非数字设备到嵌入式系统的接
口。
? A/D 转换在将模拟入转换为数字形式前
需要对模拟输入进行采样。
? D/A 转换相对简单,所以 D/A 转换器接
口仅包括数据值,输入值被连续转换成
模拟信号。
键盘
? 基本上由一个开关阵列组成,但它还包
括一些逻辑电路和来简化它到微处理器
的接口。
触摸屏
? 是覆盖在输出设备上的输入设备,它记
录触摸位置。把它覆盖在显示器上,使
用者可对显示的信息做出反应。
? 两种最常见的触摸屏是电阻式触摸屏和
电容式触摸屏。电阻式触摸屏用二维电
压表来探测位置。