嵌入式系统的外围设备83页PPT
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• 需求管理工具
• 示波器
• DSP开发工具
• 器件驱动器开发工具
• 软硬件协同验证工具
9.3 嵌入式系统开发流程
1 嵌入式软件开发的特点
▪ 嵌入式系统与通用计算机系统的差别：
– 人机交互界面 – 有限的功能
– 时间关键性和稳定性
▪ 嵌入式软件开发的特点：
嵌入式微控制器EMCU
• 嵌入式微控制器又称为单片机，它将CPU、存 储器（少量的RAM、ROM或两者都有）和其 它外设接口封装在同一片集成电路里。
• 嵌入式微控制器制造商：摩托罗拉、英特尔、 英飞凌科技、 Atmel、日立、NEC、三菱、 东芝、松下、Microchip、富士、飞利浦、德 州仪器、三星、三洋、索尼、Oki、凌阳科技 等。
9.1 嵌入式系统简介
• 广义上讲，凡是带有微处理器的专用软硬 件系统都可称为嵌入式系统。如各类单片
机和DSP系统。这些系统在完成较为单一 的专业功能时具有简洁高效的特点。但由 于他们没有操作系统，管理系统硬件和软 件的能力有限，在实现复杂多任务功能时， 往往困难重重，甚至无法实现 • 从狭义上讲，那些使用嵌入式微处理器构 成独立系统，具有自己操作系统，具有特 定功能，用于特定场合的专用软硬件系统 称为嵌入式系统。
▪ 嵌入式软件开发的特点：
–引入任务设计方法 –需要固化程序 –软件开发难度大
➢ 嵌入式应用软件对实时性、稳定性、可靠性、 抗干扰性等性能的要求都比通用软件的要求 更为严格和苛刻。
2.2 嵌入式系统开发的流程
嵌入式软件的开发流程与通用软件的开发流程 大同小异，但开发所使用的设计方法具有嵌入式 开发的特点。整个开发流程可分为：
6 嵌入式系统外围设备
所有Windows CE 支持
常见的存储器扩充装置
SD扩充装置（Secure Digital） TF卡 microSD
大纲
存储
外围接口
显示 总线 USB 其他 轮询 中断 DMA
数据传送方式
接口
外设一般不能与CPU直接相连，必须经过中间 电路再与CPU相连，这些中间电路被称为I/O 接口电路，简称I/O接口（ I/O控制器，I/O设 备？）
大纲
存储
外பைடு நூலகம்接口
显示 总线 其他
数据传送方式
轮询 中断 DMA
总线概述
什么是总线？
在多于两个模块（设备、子系统）之间传送信息的 公共通路 信息共享和交换
总线功能
总线组成
传输信息的物理介质和管理信息传输的协议
结构简单、成本低廉，系统易于扩充或者更新 所有设备共享一组总线，总线只能独占使用
NAND Flash——东芝所发展的架构
2 Flash的操作
Flash的操作有三种
读操作
简单，与SRAM接口一样 整片擦除、Block擦除（专用时序） 也叫编程，Block写（专用时序）
擦除操作
写操作
Flash的擦除、写等操作，多以命令的方式完成
常见的存储器扩充装置
CF扩充装Compact Flash
ROM ROM
《嵌入式系统介绍》PPT课件
Microsoft Windows CE是针对有限资源的平台而设计的多 线程、完整优先权、多任务的操作系统，但它不是一个硬 实时操作系统。
高度模块化是WinCE的一个鲜为人知的特性，这一特性有 利与它对从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备 进行定制。
WinCE操作系统的基本内核需要至少200K的ROM，它支 持 Win32 API子集、多种用户界面硬件、多种的串行和网 络通讯技术、COM/OLE和其他的进程间通讯的先进方法。 Microsoft 公 司 为 Windows CE 提 供 了 Platform Builder 和 Embedded Visual Studio开发工具。
进程调度
网络模块 图形驱动 调度 数据库
模块
驱动程序、硬件抽象层、板级支持包
硬件 （Hardware）
ppt课件
34
图1- 4 RTOS体系结构图
典型嵌入式操作系统介绍
嵌入式操作系统的种类繁多，但大体上可 分为两种——商用型和免费型。
目 前 商 用 型 的 操 作 系 统 主 要 有 VxWorks 、 Windows CE 、 Psos 、 Palm OS 、 OS-9 、 LynxOS、QNX、LYNX等;
电话 无晶体管
BT DECT
1千万个晶体管
3个处理器
诺基亚手机 超过7亿个晶体管
(多数用于存储器) 5-6个处理器
1940
2pp0t课01件
2002
13
计算机的发展
Apple Macintosh
黑白显示器 1 MIP 处理器
Acorn Archimedes 彩色显示器
10 MIP 处理器 … RISC集
ppt课件
8
高度模块化是WinCE的一个鲜为人知的特性，这一特性有 利与它对从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备 进行定制。
WinCE操作系统的基本内核需要至少200K的ROM，它支 持 Win32 API子集、多种用户界面硬件、多种的串行和网 络通讯技术、COM/OLE和其他的进程间通讯的先进方法。 Microsoft 公 司 为 Windows CE 提 供 了 Platform Builder 和 Embedded Visual Studio开发工具。
进程调度
网络模块 图形驱动 调度 数据库
模块
驱动程序、硬件抽象层、板级支持包
硬件 （Hardware）
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图1- 4 RTOS体系结构图
典型嵌入式操作系统介绍
嵌入式操作系统的种类繁多，但大体上可 分为两种——商用型和免费型。
目 前 商 用 型 的 操 作 系 统 主 要 有 VxWorks 、 Windows CE 、 Psos 、 Palm OS 、 OS-9 、 LynxOS、QNX、LYNX等;
电话 无晶体管
BT DECT
1千万个晶体管
3个处理器
诺基亚手机 超过7亿个晶体管
(多数用于存储器) 5-6个处理器
1940
2pp0t课01件
2002
13
计算机的发展
Apple Macintosh
黑白显示器 1 MIP 处理器
Acorn Archimedes 彩色显示器
10 MIP 处理器 … RISC集
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嵌入式系统的外围设备PPT演示文稿
使用寿命长的优点，适合于嵌入式应用领域
8.2 存储设备
1.RAM (Random Access Memory)
内部结构：4×4 RAM
每个内存单元存储一个位（Bit）的数据 使能线+地址线 ＋rd/wr线控制
图4-2 RAM内部结构
8.2 存储设备
特点
可读可写，读取和写入一样快速 上电数据保存，掉电数据丢失
EPROM又可被重新规划
图8-10 EPROM的外观
图8-9 EPROM结构与工作原理
8.2 存储设备
特点
一种只读存储器 电可编程 紫外线擦除 适合少量生产或是产品开发调试实验
8.2 Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory )
针对每个存储单元进行擦除操作 擦除次数达到一万次以上
EEPROM的使用比EPROM更普遍
8.2 存储设备
(3) Flash Memory (闪存)
内部结构
是EEPROM 的延伸产品，也采用浮动栅极 原理 但其浮动栅极与通道间的距离较短
8.2 存储设备
特点
数据写入速度快（因为浮动栅极与通 道间的距离比较短），故得名“闪存”
8.3.1 小型键盘
工作原理
键盘控制器 扫描按键输入(逐行输出，逐列检测)
译码 去抖 按键值存放在寄存器中 嵌入式处理器： Polling或Key管脚Interrupt方式检测
CS 管脚使能 从DIO管脚依次读取
8.3.2 触摸屏
功能
在液晶屏上叠加一片触摸屏，用触控 笔或手指头直接点选按键或输入文字 轻薄短小，便于携带，使用方便
图(b):电可编程
栅极正电压使电子经 绝缘体层到达栅极
8.2 存储设备
1.RAM (Random Access Memory)
内部结构：4×4 RAM
每个内存单元存储一个位（Bit）的数据 使能线+地址线 ＋rd/wr线控制
图4-2 RAM内部结构
8.2 存储设备
特点
可读可写，读取和写入一样快速 上电数据保存，掉电数据丢失
EPROM又可被重新规划
图8-10 EPROM的外观
图8-9 EPROM结构与工作原理
8.2 存储设备
特点
一种只读存储器 电可编程 紫外线擦除 适合少量生产或是产品开发调试实验
8.2 Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory )
针对每个存储单元进行擦除操作 擦除次数达到一万次以上
EEPROM的使用比EPROM更普遍
8.2 存储设备
(3) Flash Memory (闪存)
内部结构
是EEPROM 的延伸产品，也采用浮动栅极 原理 但其浮动栅极与通道间的距离较短
8.2 存储设备
特点
数据写入速度快（因为浮动栅极与通 道间的距离比较短），故得名“闪存”
8.3.1 小型键盘
工作原理
键盘控制器 扫描按键输入(逐行输出，逐列检测)
译码 去抖 按键值存放在寄存器中 嵌入式处理器： Polling或Key管脚Interrupt方式检测
CS 管脚使能 从DIO管脚依次读取
8.3.2 触摸屏
功能
在液晶屏上叠加一片触摸屏，用触控 笔或手指头直接点选按键或输入文字 轻薄短小，便于携带，使用方便
图(b):电可编程
栅极正电压使电子经 绝缘体层到达栅极
嵌入式系统的PPT课件
地址
指令寄存器
控制器
指令
数据通道
输入
输出
中央处理器
地址 数据
程序存储器
指令0 指令1 指令2
数据存储器
数据0 数据1 数据2
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CISC和RISC
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）
具有大量的指令和寻址方式 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单
10
CISC与RISC的数据通道
开始
IF
ID
ALU MEM REG
退出
微操作通道
开始
IF
ID
REG ALU MEM
退出
单通数据通道
11
CISC的背景和特点
背景:存储资源紧缺, 强调编译优化 增强指令功能，设置一些功能复杂的指令，把一些原来由
软件实现的、常用的功能改用硬件的（微程序）指令系统 来实现 为节省存储空间，强调高代码密度，指令格式不固定，指 令可长可短，操作数可多可少 寻址方式复杂多样，操作数可来自寄存器，也可来自存储 器 采用微程序控制，执行每条指令均需完成一个微指令序列 （微程序） CPI > ５，指令越复杂，CPI越大。
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CISC与RISC的对比
类别
CISC
指令系统 指令数量很多
RISC 较少，通常少于100
执行时间 编码长度
有些指令执行时间很长，如 整块的存储器内容拷贝；或 将多个寄存器的内容拷贝到 存贮器
嵌入式原理5嵌入式系统的外围设备和IO接口ppt课件
LED
基本结构
发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物（如砷化镓、磷化嫁、磷砷 化镓）等半导体制成的，核心是一个PN结。
工作原理
LED具有一般P-N结的正向导通、反向截止/击穿的特性。 具有发光特性，在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴 由P区注入N区，进入对方区域的少数载流子（少子）一部 分与多数载流子（多子）复合而发光。
输出设备
发光二极管 Light-Emitting-Diode，LED
液晶显示器
Liquid Crystal Display，LCD
…
半导体发光器件
半导体发光部件被广泛应用于各种电子仪器和电子设备中，可 作为电源指示灯、电平指示、工作状态显示或微光源之用。 红外发光管常被用于电视机、录像机等的遥控器中。 红绿双色发光管用于指示PC或笔记本电脑中的硬盘工作状 态。 数码管、符号管、米字管及点阵显示屏（矩阵管）中的每个发 光单元均为发光二极管（Light-Emitting-Diode，LED）。
L0 L1 行 驱 动 C0 C1 C2 列输入缓冲
当Li=0，Cj=0时，说明第i行、 第j列的键被按下，此时可获 得该键的位置码(i，j)。
L2 L3 C3
同时按下两个以上的键时，也 能通过一遍扫描识别出来。
阅读：非扫描式键盘
系统总线 IRQ 地址译码 控制逻辑 非扫描式键盘及其中断接口结构逻辑框图
第5章 嵌入式系统的外围设备和 I/O接口
5.1 外围设备 5.2 常见输入输出接口类型
5.3 I/O接口原理基础设备的结构
输入设备：键盘、触摸屏；输出设备：LED、LCD
I/O接口和总线的工作原理
使用芯片内部总线把接口集成在嵌入式 处理器内部，或者应用各种扩展方法在 常见的输入输出接口类型 处理器外部以接口芯片的形式出现。 总线接口：I2C、I2S、CAN、以太网 并行接口 串行接口：RS-232、IEEE1394、USB 无线接口：红外线、蓝牙、IEEE802.11、GPRS、CDMA
嵌入式系统导论课件 Lecture6 嵌入式系统的外围设备和IO接口
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外围设备
电容式触摸屏特点
对大多数的环境污染物有抵抗力
人体成为回路的一部分，因而漂移现象比较严重
人体戴手套式不起作用 需经常校正
不适用于金属机柜
外界存在电感和磁感的时候，触摸屏失灵
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外围设备
电阻式触摸屏工作原理
触摸屏拥有两层透明导电 薄膜，膜间保持一定距离， 上层可伸缩 上层膜受外力是压时，上 层膜会触碰下层膜，形成上 下电极导通 利用二维空间的电压计测 量不同位置的电位差，进而 计算(X,Y)值
输入设备
输出设备
扩充设备——储存卡扩展 电源系统
电源管理设备和电池系统
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外围设备
小型键盘是一种常见的嵌入式系统输入设备 结构：矩阵键盘
16个按键接至4条行输出XO～X3和4条列输入YO～Y3上 节省I/O端口资源
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外围设备
工作原理
按键按下时某一行与某一列的输入电路之间形成回路
PCMCIA—会员超过300 CF--SanDisk SD--Panasonic MS--Sony
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外围设备
便携式嵌入式系统的电源
智能型电源管理设备
低电压——5V\3.3V 检测系统需要用电的时间，自动根据需求开关电 源
通过电池系统管理总线（System Management Bus） 和系统进行连通 自动监测电池的剩余电量 根据电量提醒用户需要进行的处理
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常见I/O接口类型
Can传输数据时有两种模式
显示模式：总线上没有任何数据传输，连接在 总线上的任何一个节点都可以发送数据 隐性模式：当有益节点传输数据时，总线就处 于隐性模式 数据发送以包的形式发送
嵌入式系统PPT讲解全
三大领域所占比例之和接近60%
消费电子：信息家电，电视机、微波炉、数字电话 通信设备：手机、平板电脑 工业控制:自动化与测控仪器仪表 在工控和仿真领域，几乎所有的计算机控制系统都
采用嵌入式系统.新型的测控仪器仪表无一不是嵌入 式系统
嵌入式系统作为“物联网”的核心，是当前最热门最 有前景的IT应用领域之一。
（软件外包是指软件外包提供商为了集中精力从事核心 竞争力业务,降低项目成本,同时提高项目实施的质量,将 自己的软件项目中的全部或部分工作发包给合适的软件 企业去完成）
嵌入式系统在工业上的应用
嵌入式工控机 嵌入式工控机（Embedded Industrial Computer）是一
种加固的增强型工业计算机，它可以作为一个工业控 制器在工业环境中可靠运行。
工控机对于扩展性的要求也非常高，接口的设计需要 满足特定的外部设备，因此大多数情况下工控机需要 单独定制才能满足需求。
嵌入式工控机的优点 性能可靠 体积小巧 免维护 低功耗、无风扇、宽温设计、适应恶劣工作环境
嵌入式工控机的三大缺点。 一是性能较低； 二是扩展性较差；
三是缺乏标准化。
嵌入式工业触控一体机
工控机（Industrial Personal Computer，IPC）即工业 控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及 机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。 工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算 机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、 控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。
工控机的主要类别有：IPC（PC总线工业电脑）、PLC （可编程控制系统）、DCS（分散型控制系统）、 FCS（现场总线系统）及CNC（数控系统）五种。
嵌入式工控机的优势