嵌入式控制系统原理及设计PPT课件（共25单元） 嵌入式系统硬件设计.pptxVIP

嵌入式控制系统原理及设计第4章 嵌入式控制系统设计基础4.2 嵌入式系统硬件设计嵌入式控制系统原理及设计4.2.1 原理图设计的基本原则原理图设计是产品设计的理论基础，一份规范的原理图对PCB设计具有指导性意义，是做好一款产品的基础。原理图设计基本要求：规范、清晰、准确、易读。原理图设计概要地包括器件选型、电路连线、电路检查等环节。嵌入式控制系统原理及设计4.2.1 原理图设计的基本原则1.微处理器选型原则微处理器的选型主要考虑的因素有：产品的应用领域微处理器的架构及性能微处理器片上资源开发工具等技术因素还有芯片的封装、价格、供货周期、技术支持等市场因素。嵌入式控制系统原理及设计4.2.1 原理图设计的基本原则（1）产品的应用领域目前，微处理器按温度适应能力及可靠性分为四类：商业级（0~70℃）、工业级（-40~85℃）、汽车级（-40~125℃）及军工级（-55~125℃）还有一些特殊的领域，例如航空航天领域，特定环境的应用要求温度范围在400℃以上。一般来讲，大多数型号的微处理器芯片都有多个级别的产品，它们按芯片型号的后缀字母来区分，当然不同的厂家后缀字母的含义也不一样。嵌入式控制系统原理及设计4.2.1 原理图设计的基本原则（2）微处理器的架构及性能微处理器架构主要指嵌入式微处理的内核架构，目前商用嵌入式微处理器的内核架构有30多种，包括ARM、MIPS、PowerPC、x86和SH等。不同架构的微处理器内核特性并不完全相同，在微处理器选型过程中需要针对所设计的产品慎重考虑。同一类型架构、不同版本的内核架构性能也不同。嵌入式控制系统中并不追求性能的极致，适用于系统需求的才是最合适的选择。嵌入式控制系统原理及设计4.2.1 原理图设计的基本原则（2）微处理器的架构及性能即使内核架构相同的嵌入式微处理器，由于生产、制造厂商不同最终产品的性能表现也可能大相径庭。微处理器的架构基本上决定了它的计算和处理能力，在选择时应满足应用系统对微处理器的要求为前提。为了判断微处理器内核及性能是否能够满足应用系统的要求，需要从处理器内核及应用系统的需求两方面考虑。嵌入式控制系统原理及设计4.2.1 原理图设计的基本原则（2）微处理器的架构及性能应用系统的需求取决于以下因素：1）应用系统需要微处理器完成哪种类型的哪些工作，这些工作对计算量的需求有多大？2）应用系统中是否存在多任务并发的情形，并发的任务数有多少？3）应用系统中是否存在实时性要求较高的任务，有多少实时性要求高的任务？嵌入式控制系统原理及设计4.2.1 原理图设计的基本原则（3）微处理器片上资源所谓微处理器片上资源指集成于微处理器内部的片内功能外设（简称：片内外设），如图4.2所示。微处理器内部会集成一定数量的片内外设，包括一定数量的RAM/ROM、总线、串口、定时/计数器、A/D、D/A及中断管理器等。嵌入式控制系统原理及设计4.2.1 原理图设计的基本原则（3）微处理器片上资源片上资源是微处理器与包括被控对象在内的外设之间进行连接、信息传输/交换的通道，直接影响系统设计和扩展的难易程度，也影响系统设计周期的重要因素。应尽可能选择片上资源能够满足系统扩展需要的微处理器。嵌入式控制系统原理及设计4.2.1 原理图设计的基本原则（4）开发工具开发工具指开发系统软件的工具软件。如果有支持该微处理器的集成开发环境，可以使得软件的详细设计、调试等工作难度降低。开发工具的选择与系统最终使用的操作系统、应用软件等因素有关。如果应用系统不移植操作系统，那么交叉开发环境既可采用基于Linux OS，也可基于Windows OS的，可使用如Keil μVersion、IAR Embedded Workbench for ARM、ARM Developer Suite（ADS）等集成开发环境。嵌入式控制系统原理及设计4.2.1 原理图设计的基本原则2.外围核心器件的选型原则（1）普遍性原则外围的元器件尽可能采用被广泛使用、验证过的成熟芯片，少使用冷门、偏门的芯片。这样可以减少由于使用冷偏门芯片而导致的风险，这种风险既存在于研发工程中，也存在于后续批量生产期间，或导致研发延期，或生产供货的滞后。嵌入式控制系统原理及设计4.2.1 原理图设计的基本原则2.外围核心器件的选型原则（2）高性价比原则所谓高性价比原则指在功能、性能、使用率都相近的情况下，尽量选择价格比较好的元器件，降低成本。但必须提醒的是，高性价比并不意味着选用最便宜的元器件，而是在能够满足系统对性能、可靠性等需求基础上，寻找价廉质优的元器件。嵌入式控制系统原理及设计4.2.1 原理图设计的基本原则2.外围核心器件的选型原则（3）采购方便原则不同的元器件有不同的生产厂商和供货商家，因此造成同类型器件的供货周期、服务、备货