嵌入式系统硬件设计方法.ppt

嵌入式处理器 学习目的及主要内容 学习目的： 通过本章学习主要掌握嵌入式系统的硬件（重点是嵌入式处理器子 系统）设计方法，其中结合基于微控制器和微处理器的嵌入式系统设计 例子。 主要内容： 1. 嵌入式系统的硬件组成 2. 嵌入式处理器的技术指标 3. 典型的嵌入式处理器 4. 如何选择嵌入式处理器 5. 嵌入式处理器子系统的设计方法 1 概述 一个嵌入式系统产品包括硬件子系统和软件子系统，硬件子系统包 括处理器、存储器、各种可编程接口电路、外部设备驱动电路等。 嵌入式处理器种类很多，根据用途和配置不同可分为嵌入式微处理 器、嵌入式微控制器、数字信号处理器、可编程器件等。嵌入式处理器 是嵌入式系统硬件的核心，用于运行嵌入式系统的系统软件和应用软 件。 本章主要涉及两个方面内容：嵌入式处理器及其选型；嵌入式处理 器子系统的设计方法。 2 嵌入式系统硬件子系统组成 1. 嵌入式系统的嵌入形式 ⑴ 嵌入通用计算机型 嵌入通用计算机型的嵌入式系统指的是把通用的计算机嵌入到应用 系统内部，以形成专用设备。 ⑵ 基于嵌入式处理器的专用计算机型 根据嵌入式系统产品的特殊需要，完全量身定制的嵌入式系统，不 存在资源浪费的情况。 ⑶ 如何确定嵌入式系统的形式 a. 成本考虑 b. 销售的数量 2. 硬件子系统总体组成 硬件子系统的设计围绕嵌入式处理器进行。嵌入式系统硬件的一般 结构如下图所示。 3. 嵌入式处理器子系统 ⑴ 通用微处理器 ⑵ 嵌入式微控制器 ⑶ 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器的特点：需要扩展 、处理能力较强、支持大容量存 储器寻址、一般适合于高端应用、型号多、通用性强。 ⑷ DSP DSP可分为定点DSP和浮点DSP两类。 ⑸ 可编程器件 可编程器件的采用需要考虑的因素：成本、速度、流片。 4. 嵌入式存储器子系统 在嵌入式系统中使用的存储器可以是内部存储器，也可以是外部存 储器。嵌入式系统的存储器用于存放嵌入式系统的应用软件。 5. 附属电路和I/O子系统 a. 嵌入式处理器工作时必须有附属电路，如时钟电路、复位电路、调试 电路、监视定时器、译码器电路等。 b. I/O接口电路，完成嵌入式处理器与外部设备之间的交互和数据通信。 包括两大类：输入电路接口和输出电路接口。 6. 调试子系统 调试子系统通常指的是JTAG调试接口和BDM调试接口。 3 嵌入式处理器的技术指标 ⑴ 功能：主要取决于处理器所集成的存储器的数量和外部设备接口的种 类和数量。 ⑵ 字长：指参与运算的数的基本位数，它决定了寄存器、运算器和数据 总线的位数，因而直接影响硬件的复杂程度。 ⑶ 处理速度：在单位时间内各类指令的平均执行条数。 ⑷ 工作温度 ⑸ 功耗 ⑹ 寻址能力：取决于处理器地址线的数目。 ⑺ 平均故障间隔时间：指在相当长的运行时间内，机器工作时间除以运 行期间内的故障次数。 ⑻ 性能价格比 ⑼ 工艺：半岛体工艺和设计工艺。 ⑽ 电磁兼容性指标：取决于器件的选择、电路的设计、工艺、设备的外 壳等。 4 典型的嵌入式处理器介绍 1. Microchip系列嵌入式控制器 Microchip的PIC MCU系列嵌入式微控制器结合了高性能、低价 格、小包装的特点，为工业生产提供了最佳的性能价格比。提供了5类的 8位MPU来更好地满足用户的需要。 2. Philips LPC嵌入式控制器系列 Philips半导体公司近年来推出的51LPC系列OTP（一次编程）嵌入 式微控制器在基本结构、汇编指令等方面与80C51系列兼容，时钟频率 可高达20 MHz。 3. Freescale 微控制器MC68HC08系列 MC68HC08系列有很多型号，主要特点有：采用模块化设计、含片 内监控ROM、具有特色的FLASH取代片内EPROM和ROM、具有锁相环 电路。 4. MCS-51系列嵌入式控制器/处理器 MCS-51系列微控制器、微处理器是由Intel公司首先开发的嵌入式 微处理器/微控制器。 5. Atmel公司的AVR系列微控制器 Atmel公司产品的主要特点：以EEPROM电可擦除及Flash