嵌入式技术基础与实践(第2版)第04章.ppt

第4章 基于硬件构件的嵌入式 系统开发方法 主要内容 4.1 嵌入式系统开发所遇到的若干问题 4.2 嵌入式硬件构件的基本思想与应用方法 4.3 基于硬件构件的嵌入式系统硬件电路设计 4.4 基于硬件构件的嵌入式底层软件构件的编程方法 4.1 嵌入式系统开发所遇到的若干问题 嵌入式系统开发主要存在以下两大问题： 硬件设计缺乏重用支持 导致硬件设计缺乏重用支持的主要原因是：目前缺少可供硬件设计工程师们共同遵守的设计规范 驱动程序可移植性差 驱动程序的开发在嵌入式系统的开发中具有举足轻重的地位，长期以来，开发人员在编写驱动程序时缺少软件工程思想的支撑，软、硬件设计过程孤立，造成与硬件密切相关的底层软件缺乏通用性，可移植性和可复用性较差，开发过程中缺少标准化、文档化的管理，给开发人员之间的交流以及日后系统的维护带来很大的困难 4.2 嵌入式硬件构件的基本思想与应用方法 什么是嵌入式硬件构件？ 嵌入式硬件构件是指将一个或多个硬件功能模块、支撑电路及其功能描述封装成一个可重用的硬件实体，并提供一系列规范的输入/输出接口 接口的分类 根据接口之间的生产消费关系，接口可分为两类 提供接口 需求接口 硬件构件的分类 根据所拥有接口类型的不同，硬件构件分为三类 核心构件:只有提供接口，没有需求接口 中间构件:既有需求接口又有提供接口 终端构件:终端构件只有需求接口 类型 需求接口 提供接口 举例 核心构件 无 有 AW60最小系统 中间构件 有 有 电源控制构件、232电平转换构件 终端构件 有 无 LCD构件、LED构件、键盘构件 核心构件、中间构件和终端构件的区别 4.3 基于硬件构件的嵌入式系统硬件电路设计 4.3.1 设计时需要考虑的基本问题 MCU的选择 MCU功能、价格、功耗、供电电压、I/O口电平 管脚数目、MCU的封装、电气性能等因素 电源 考虑系统对电源的需求 考虑芯片与器件对电源波动性的需求 考虑工作电源是使用电源模块还是使用外接电源 普通I/O口 上拉、下拉电阻 开关量输入。一定要保证高低电压分明 开关量输出。高电平接近电源电压，低电平接近地电平 A/D电路与D/A电路 A/D电路：要清楚前端采样基本原理，对电阻型、电流型和电压型传感器采用不同的采集电路 D/A电路：考虑MCU的引脚通过何种输出电路控制实际对象 控制电路 4.3.2 硬件构件化电路原理图绘制的简明规则 硬件构件设计的通用规则 元器件命名格式：对于核心构件，其元器件直接编号命名，同种类型的元件命名时冠以相同的字母前缀 为硬件构件添加详细的文字描述，包括中文名称、英文名称、功能描述、接口描述、注意事项等，以增强原理图的可读性 将前两步产生的内容封装在一个虚线框内，组成硬件构件的内部实体 为该硬件构件添加与其它构件交互的输入/输出接口标识 核心构件设计规则 核心构件设计的目标是：凡是使用该MCU进行硬件系统设计时，核心构件可以直接“组装”到系统中，无须任何改动 电源控制构件 可变频率产生构件 LCD构件 键盘构件 中间构件设计规则 中间构件是核心构件与终端构件之间通信的桥梁。 既要有接受其它构件提供的服务的接口，又要有为其他构件提供服务的接口 将构件的需求接口放置在构件实体的左侧，提供接口放置在右侧 终端构件设计规则 终端构件是嵌入式系统中最常见的构件。 有与上一级构件交互的需求接口，因而接口标识均为斜体标注的接口注释。 例如LCD、LED、指示灯构件 使用硬件构件组装系统的方法 使用硬件构件化思想设计嵌入式硬件系统的过程是： 根据系统的功能划分出若干个硬件构件 将所有硬件构件原理图“组装”在一起 为中间构件和终端构件添加接口网标 4.3.3 PCB设计基本原则 布局规划 首先要打印出相应的原理图，确定整个PCB板的大体布局，即各个硬件构件的位置安排 PCB板的形状如无其他要求，一般为矩形，长宽比为4:3或3:2 考虑面板上元件的放置要求。考虑边缘接口 元件放置 芯片尽可能正放。元件放置整齐。同一硬件构件内的元件尽可能排放在一起 电源模块的滤波电容要求靠近电源，考虑元件间的距离 PLL滤波电路应尽量靠近MCU 有关设定 导线尽可能宽，这样既可以减小阻抗，又可以防止由于制造工艺的原因导致导线断路 导线间距离以及导线与元件间距离要尽可能地大，这样可以有效解决焊接时短路的问题 过孔大小设定要适中 布线 布线时，应该首先对时钟和高速信号进行布线，以确保它们的走线尽可能直接 石英晶振和对噪声特别敏感的器件下面不要走线 布板完成后一定要进行自动与人工检查 测量点 原理图中模块的输入输出引脚 最小系统模块中MCU的引脚 各硬件功能模块单元的输入、输出口 模块标示 PCB板上用矩形框将