ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例
arm嵌入式开发板
ARM嵌入式开发板介绍ARM嵌入式开发板是一种用于开发嵌入式系统的硬件平台。
它采用ARM架构的处理器作为核心，具有较高的性能和低功耗特性，被广泛应用于物联网、智能家居、工业自动化等领域。
本文将介绍ARM嵌入式开发板的概述、特点以及常见的应用案例。
概述ARM嵌入式开发板是一种集成了ARM处理器、存储器、各种接口和外围设备的单板计算机。
它通常采用模块化设计，可以根据需求进行扩展和定制。
ARM是一种低功耗且高效的处理器架构，广泛应用于移动设备、嵌入式系统和物联网等领域。
特点1. 强大的性能ARM嵌入式开发板采用ARM处理器，具有较高的运算能力和浮点计算性能。
它们通常采用多核心设计，可以同时运行多个任务，提高系统的并发处理能力。
2. 低功耗ARM架构的处理器采用了先进的微处理器设计技术，使得其功耗较低。
这对于嵌入式系统来说非常重要，因为嵌入式设备通常需要长时间运行，并且需要保持低功耗以延长电池寿命。
3. 丰富的接口和外围设备ARM嵌入式开发板通常集成了丰富的接口和外围设备，如GPIO、UART、SPI、I2C、USB等。
这些接口和设备可以方便地连接外部传感器、执行器、通信模块等，实现与外部环境的数据交互和控制。
4. 开放的软件生态系统由于ARM架构的广泛应用和开放的生态系统，开发者可以很容易地获取开源的操作系统（如Linux），以及丰富的开发工具和软件库。
这样可以大大加快开发周期，提高开发效率。
应用案例1. 物联网设备随着物联网的快速发展，ARM嵌入式开发板被广泛应用于物联网设备中。
它们可以集成各种传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等，通过物联网协议与云端进行数据通信和控制。
2. 智能家居ARM嵌入式开发板也被广泛应用于智能家居领域。
通过连接各种传感器、执行器和家电设备，可以实现智能家居的自动化控制，提高生活便利性和能源利用效率。
3. 工业自动化ARM嵌入式开发板在工业自动化领域也有广泛应用。
七基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计.ppt
自动引导模式流程
自动引导模式流程： 复位； 如果自动引导模式使能，Nand Flash中的前4KB代码拷贝到内部
的小石头区域； 小石头映射到nGCS0； CPU开始执行小石头区域中的代码。 Nand Flash模式： 通过NFCONF寄存器设置Nand Flash配置； 把Nand Flash命令写入NFCMD寄存器； 把Nand Flash地址写入NFADDR寄存器； 读/写数据同时通过NFSTAT寄存器检测Nand Flash状态。读操作
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S3C2410X及片内外围简介
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S3C2410X支持大、小端模式，将存储空间分成8组（ Bank），每组大小是128MB，共计1GB。
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特殊功能寄存器
1、内存控制器（Memory Controller）：内存控制器为访问外部存 储空间提供存储器控制信号，共有13个寄存器。
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特殊功能寄存器
2．Nand Flash 控制器 S3C2410X支持Nand Flash启动，启动代码存储在Nand Flash上 。启动时，Nand Flash的前4KB将被装载到内部的固定地址的 SRAM中，利用硬件纠错码ECC对数据的正确性检验，然后开始 执行其中的启动代码。一般情况下，该启动代码会把Nand Flash 中的内容拷贝到SDRAM中去，拷贝完后，主程序将在SDRAM中 执行。操作流程如图4.13所示。
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时钟和电源管理
（1）锁相环PLL。 锁相环最基本的结构由3个基本的部件组成：鉴相器（PFD）、环 路滤波器（Loop Filter）和压控振荡器（VCO），如图4.14所示 。鉴相器是个相位比较装置，它把输入信号Fref与压控振荡器输 出分频后的信号Fvco的相位进行比较，产生对应于两个信号相位 差的误差电压，该误差电压控制调整压控振荡器的频率，以达到 与输入信号同频。
第八章基于ARM的嵌入式系统硬件设计举例
一个多主控器的IIC总线控制器和一个IIS总线 控制器； 5个PWM定时器和一个内部定时器； 看门狗定时器； 71位的通用I/O接口/8个外部中断源； 电源控制：Normal,Slow,Idle和Stop模式； 8通道的10位ADC； 带日历功能的实时时钟（RTC）； 片上带PLL的时钟发生器。
全部8K作为指令/数据cache； 4K作为内部SRAM，另外4K作为cache； 全部8K作为内部存储器使用。
S3C44B0X有七个总线控制块：LCD_DMA 、BDMA0、BDMA1、ZDMA0、 ZDMA1、 nBREQ（外部总线控制块）和CPU wrapper。
在复位后优先级从高到低如下： DRAM refresh controller LCD_DMA ZDMA0,1 DMA0,1 External bus master Write buffer Cache & CPU LCD_DMA、ZDMA、BDMA、and an external bus master的优先级可以通过SBUSCON寄存器编程 改变，但CPU wrapper总是最低的优先级
图8-.3 基于ARM处理器的系统框图
应注意以下几个设计原则： 用最新的或是某项功能强大的处理器 电路设计上应该留有余地，以考虑将来 扩展和修改的需要 以软件代硬件 仔细研究布局布线
2.注意事项
做个最小系统板 根据硬件地址先写一个能够启动的小代码，包 括以下部分：初始化端口，屏蔽中断，把程序 拷贝到SRAM中；完成代码的重映射；配置中 断句柄，连接到C语言入口。 仔细研究所用的芯片的资料 多看一些操作系统程序 每个厂家基本上都有针对该芯片的DEMO板原 理图，先将原理图消化。 最好对操作系统的机理要有所了解。 做最小系统板是2层还是4层好？
基于arm的嵌入式系统开发与应用
基于arm的嵌入式系统开发与应用1. 介绍嵌入式系统是一种专门用于控制特定功能的计算机系统，通常集成在各种设备和系统中，例如智能手机、家用电器、汽车和工业设备等。
嵌入式系统的开发与应用在现代科技发展中扮演着重要的角色，其中基于ARM架构的嵌入式系统更是备受关注。
本文将从软硬件角度全面评估基于ARM的嵌入式系统开发与应用，并探讨其深度和广度的价值。
2. ARM架构概述ARM（Advanced RISC Machine）架构是一种精简指令集（RISC）架构，设计用于低功耗、高效能的处理器。
由于其出色的性能和低功耗特性，ARM架构在嵌入式系统中得到广泛应用。
从单片机到多核处理器，ARM架构提供了丰富的产品线，为嵌入式系统的开发与应用提供了强大的支持。
3. 嵌入式系统开发在基于ARM架构的嵌入式系统开发过程中，软件开发和硬件设计是两个关键环节。
软件开发涉及嵌入式操作系统、驱动程序、应用程序等内容，而硬件设计包括处理器、存储器、外围接口等硬件组件的选择和设计。
开发者需要针对特定的应用场景，选择合适的ARM处理器和相关的软硬件组件，进行系统集成和调试，以实现嵌入式系统的功能需求。
4. 嵌入式系统应用基于ARM的嵌入式系统在各个领域都有着广泛的应用。
在智能手机和平板电脑中，ARM处理器提供了强大的性能和低功耗的特性，为移动互联网应用提供了可靠的支持。
在工业控制和自动化领域，基于ARM 的嵌入式系统可以实现实时控制和高效能处理，满足各种复杂的应用需求。
在智能家居、医疗设备和汽车电子系统等领域，基于ARM的嵌入式系统也发挥着重要的作用。
5. 个人观点与总结作为一名嵌入式系统开发者，我对基于ARM架构的嵌入式系统开发与应用有着深刻的理解和实践经验。
ARM架构的强大性能和灵活性，使得其在嵌入式领域有着独特的优势。
在未来，随着物联网和智能化技术的不断发展，基于ARM的嵌入式系统将会迎来更广阔的发展空间，为各种智能设备和系统带来更多的创新应用和可能性。
ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例
ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例ARM是一种广泛使用的嵌入式系统指令集架构，其在众多应用中都有着广泛的应用。
本文将以ARM嵌入式系统硬件设计及应用实例为主题，探讨其在不同领域中的具体应用。
一、ARM嵌入式系统硬件设计1.CPU设计：ARM架构的中央处理器是嵌入式系统的核心部件，其设计一般包括指令集设计、流水线设计和外设控制等。
基于ARM架构的CPU设计可以运行各种不同的操作系统和应用程序。
2.存储系统设计：嵌入式系统中的存储系统一般包括闪存、SDRAM等，用于存储程序代码、数据和系统参数等。
ARM嵌入式系统中的存储系统设计需要考虑性能、容量和功耗等因素。
3.总线系统设计：嵌入式系统中的总线系统用于连接各个模块，包括处理器、存储器、外设等。
ARM嵌入式系统中的总线系统设计需要考虑传输速度、连接方式和信号完整性等因素。
4.外设接口设计：ARM嵌入式系统通常需要与各种外设进行通信，包括显示器、触摸屏、传感器、通信模块等。
外设接口设计需要考虑接口标准、通信协议和电气特性等因素。
二、ARM嵌入式系统应用实例1.智能手机：智能手机是目前使用最广泛的ARM嵌入式系统应用之一、ARM架构提供了高性能、低功耗和丰富的接口，使得智能手机可以运行各种应用程序，如游戏、社交媒体和移动支付等。
2.智能家居：ARM嵌入式系统在智能家居应用中具有广泛的应用。
通过连接各种传感器和外设，ARM嵌入式系统可以实现智能家居设备的自动化控制，如智能灯光、智能门锁和智能温控等。
3.工业控制：工业控制系统是现代工业生产中的关键部件，ARM嵌入式系统在工业控制领域中具有重要应用。
ARM架构的高性能和丰富的接口，使得ARM嵌入式系统可以实现精确的数据采集、实时控制和通信功能。
4.医疗设备：ARM嵌入式系统在医疗设备中也有广泛应用。
例如，基于ARM架构的嵌入式系统可以用于电子血压计、血糖仪和心电图仪等医疗设备的数据采集、处理和显示。
5.汽车电子：现代汽车中的电子系统也广泛采用ARM嵌入式系统。
基于ARM处理器的嵌入式系统设计与实现
基于ARM处理器的嵌入式系统设计与实现一、引言随着科技的不断发展，嵌入式系统在各个领域得到了广泛的应用，而ARM处理器作为一种低功耗高性能的处理器架构，在嵌入式系统中占据着重要地位。
本文将介绍基于ARM处理器的嵌入式系统设计与实现的相关内容，包括ARM处理器的特点、嵌入式系统设计的基本原理、实现过程中的关键技术等。
二、ARM处理器概述ARM处理器是一种基于RISC（精简指令集计算机）架构的处理器，具有低功耗、高性能和灵活性等特点。
ARM处理器广泛应用于移动设备、智能家居、工业控制等领域。
在嵌入式系统中，ARM处理器以其优越的性能表现成为首选。
三、嵌入式系统设计原理嵌入式系统是集成了硬件和软件的特定功能系统，其设计原理包括硬件选型、系统架构设计、软件开发等方面。
在基于ARM处理器的嵌入式系统设计中，需要考虑处理器性能、外设接口、功耗管理等因素。
四、基于ARM处理器的嵌入式系统设计流程硬件选型：选择适合项目需求的ARM处理器型号，考虑性能、功耗和成本等因素。
系统架构设计：确定系统整体架构，包括处理器核心选择、外设接口设计等。
软件开发：编写适配ARM处理器的底层驱动程序和应用程序，实现系统功能。
调试验证：对设计的嵌入式系统进行调试验证，确保系统稳定可靠。
五、基于ARM处理器的嵌入式系统实现关键技术Bootloader设计：Bootloader是引导加载程序，负责初始化硬件并加载操作系统。
在基于ARM处理器的嵌入式系统中，Bootloader 的设计至关重要。
设备驱动开发：针对不同外设接口开发相应的设备驱动程序，实现外设与处理器之间的通信。
系统优化：优化代码结构和算法，提高系统性能和响应速度。
电源管理：合理管理系统功耗，延长电池寿命或降低功耗成本。
六、基于ARM处理器的嵌入式系统应用案例以智能家居控制系统为例，介绍基于ARM处理器的嵌入式系统在智能家居领域的应用。
通过该案例展示ARM处理器在嵌入式系统设计与实现中的优势和特点。
基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计
——ARM与µC/OS-Ⅱ
北京航空航天大学 智能嵌入式技术工作室
1
五、基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计
嵌入式系统体系结构设计 基于ARM的硬件设计
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嵌入式系统的软/硬件框架
驱动器1 驱动器2 ...... 驱动器N 传感器1 传感器2 ...... 传感器N
机械装置
被控对象
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反射型LCD的结构
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LCD通常由两种方式，一种是带有驱动芯片的LCD模块，基本 上属于半成品
如果有需要，也可以直接使用芯片上的内置LCD控制器来构造 显示模块，它可以支持彩色/灰度/单色三种模式，灰度模式下可支 持4级灰度和16级灰度，彩色模式下最多支持256色，LCD的实际尺寸 可支持到320X240。
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嵌入式处理器与LCD的连接
数据 总线
嵌入 式处 理器
寄存器选择 使能信号
LCD 模块
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从系统结构上来讲，由于显示器模块中已经有显示存储器。 显存中的每一个单元对应LCD上的一个点，只要显存中的内容改变 ，显示结果便进行刷新。于是便存在两种刷新： 1．直接对根据系统要求对显存进行修改，一种是只需修改相 应的局部就可以，不需要判断覆盖等有覆盖问题，那计算起来比 较复杂，而且每做一点小的屏幕改变就进行刷新，将增加系统负 担。 2 ．专门开辟显示内存，在需要刷新时候由程序进行显示更 新。这样，不但可以减轻总线负荷，而且也比较合理，在有需要 的时候进行统一的显示更新，界面也可以比较美观，不致由于无 法预料的刷新动作导致显示界面闪烁。
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2、初始化硬件平台，配置其他的Bank S3C44B0X的Bank0是通过外部的一个管脚提供的上拉、下拉电阻来 配置的。主要包括：数据位数（8位、16位、32位），数据格式（ 大端、小端）。而其他的Bank的配置，以及读写周期等信息是靠 Bank0内部的代码配置相应的寄存器来实现的。同时，系统的引导 Rom也负责配置系统的其他的一些寄存器，比如，系统的PLL（锁 频环）配置，系统的IO口等一些端口功能的配置等等。
基于ARM的嵌入式系统硬件设计
基于ARM的嵌入式系统硬件设计基于ARM的嵌入式系统硬件设计近年来，随着科技和信息技术的发展，嵌入式系统在各个领域中得到了广泛应用，包括智能家居、智能交通、医疗设备等。
而ARM架构作为嵌入式系统中最为常见和流行的处理器架构之一，其广泛应用程度不言而喻。
本文将详细介绍基于ARM 的嵌入式系统硬件设计的相关内容，包括硬件平台的选择、系统设计过程以及一些设计上的考虑等。
首先，嵌入式系统的硬件设计需要选择合适的硬件平台。
ARM架构提供了多种处理器选择，如Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M系列等。
Cortex-A系列处理器适用于高性能应用，如智能手机和平板电脑。
Cortex-R系列处理器则专注于实时计算，适用于要求高实时性的应用，比如汽车电子系统。
Cortex-M系列处理器则专注于低功耗和低成本，适用于传感器、智能家居等领域。
接下来，基于ARM的嵌入式系统硬件设计需要考虑系统的整体架构。
首先，需要确定系统的功能需求和性能指标，以确定所需的外围设备和接口。
其次，需要进行电源供应设计，确保系统能够正常工作并具备稳定的电源供应。
此外，还需要进行时钟系统设计，确定系统需要使用的时钟频率和时钟源，保证系统各个模块的同步运行。
在硬件设计的过程中，需要考虑的一个重要因素是系统的可扩展性和可重用性。
通过模块化的设计思想，可以将系统划分为各个模块，每个模块负责不同的功能。
这样设计的好处是在后期系统升级和扩展时，只需要对相应的模块进行修改和升级，而不需要对整个系统进行改动。
此外，还可以通过接口的标准化设计，使得各个模块之间能够方便地进行连接和交互。
此外，硬件设计还需要考虑系统的可靠性和稳定性。
为了提高系统的可靠性，可以采用冗余设计和错误检测与纠正技术。
冗余设计指的是在系统中增加备用模块，一旦某个模块出现故障，备用模块可以自动接管。
错误检测与纠正技术可以通过添加冗余的错误检测电路或算法，及时发现和纠正硬件故障，保证系统的正常运行。
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二 基于ARM的硬件设计
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复位电路设计:
复位操作
上电复位 人工手动复位 运行监视复位
复位电平
高电平复位 低电平复位
运行监视复位
看门狗监视复位 电源监视复位
复位电路
RC复位电路 专用芯片复位电路
7个存储体的起始地址固定,1个存储体的起始地址可变.
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二 基于ARM的硬件设计
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S3C44B0存储系统分区:
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二 基于ARM的硬件设计
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二 基于ARM的硬件设计
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S3C44B0片上资源:
ARM7TDMI核,工作频率66MHz; 8KB Cache,外部存储器控制器; LCD控制器; 4个DMA通道; 5通道PWM定时器及一个内部定时器; 71个通用I/O口; 8个外部中断源; 8通道10位ADC; 实时时钟等.
ARM最小系统:
ARM处理器 存储器 电源电路 复位电路
FLASH
ARM CPU
电源电路
SDRAM
复位电路
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二 基于ARM的硬件设计
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JX44B0教学系统的硬件组成:
LCD 显示 及触摸屏
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0x08000000~0x080e000f
0x0a000000~0x0a000006
二 基于ARM的硬件设计
电子发烧友 电:5V,3.3V,2.5V,1.8V, 1.25V 线性稳压电路,开关稳压电路
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二 基于ARM的硬件设计
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存储器电路设计:
总线访问宽度
8位访问 16位访问 32位访问
存储器
ROM FLASH NAND FLASH RAM SDRAM FRAM
存储器总线宽度
4MB Flash(BIOS) S3C44B0X 8MB SDRM
RS-232接口 音频接口 JTAG调试端口 以太网接口
键盘接口
USB 接口
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二 基于ARM的硬件设计
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S3C44B0内部结构图:
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2通道UART,1个多主I2C总线控制器,1个IIS总线控制器;
二 基于ARM的硬件设计
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S3C44B0存储系统:
存储系统设计
支持数据存储的大/小端选择; 地址空间:支持8个存储体访问; 对所有存储体的访问宽度均可改变(8/16/32位);
ARM的JTAG接口设计:
常用ARM的JTAG接口: JTAG接口标准:14PINS和20PINS
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二 基于ARM的硬件设计
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二 基于ARM的硬件设计
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串行端口设计:
电平转换:3.3V/5V和EIA RS-232C, 常用转换芯片:单/双/四通道,如MAX232,MAX202, SP3220等 以SP3232ECA芯片为例,示意如下:
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一 从51到ARM
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ARM的优点: 低功耗,低成本,高性能 带DSP及JAVA支持 RISC指令集,支持ARM/THUMB 芯片型号多 支持的操作系统多,支持的开发工具多
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一 从51到ARM
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二 基于ARM的硬件设计
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ARM调试系统:
ARM调试系统结构:
典型的JTAG 调试结构
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二 基于ARM的硬件设计
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一 从51到ARM
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51单片机的特点:
易学易用,常是一个人的项目 接口方便 从事51研发的人力资源丰富
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一 从51到ARM
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二 基于ARM的硬件设计
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显示控制器内部结构图:
LCD显示模块设计
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二 基于ARM的硬件设计
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二 基于ARM的硬件设计
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串行端口设计:
廉价的双机通讯设备 便于应用程序的调试 S3C44B0自带两个异步串行口控制器 带16字节的FIFO 最大波特率115.2Kb 支持硬件流控等
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ARM硬件设计及应用实例 ARM硬件设计及应用实例
刘铁刚
2004-4-26
提纲
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JX44B0教学系统的地址分配:
地址区间
0x00000000~0x0003ffff 0x04000000~0x0400000f 0x06000000~0x06000001 0x0C000000~0x0C7fffff 0x02000000~0x02000006
用
途
数据 宽度 16bit 16bit 8 bit 16bit 8 bit 8/16 8 bit
ARM研发的特点:
要求比较多的相关知识
微处理器及接口技术 高频电路,多层板的设计 嵌入式汇编程序 BSP C语言 嵌入式操作系统 嵌入式应用程序 ……
团队项目,高起点
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二 基于ARM的硬件设计
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ARM商业模式的成功:
ARM公司是出售IP知识产权的公司 生产ARM核芯片的公司有100多家 ARM公司在技术上采取无歧视的政策 国内有诸多的操作系统厂家,开发工具厂 家支持ARM技术
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一 从51到ARM
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读/写 属性 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W
nGCS0: FLASH存储器 nGCS2:网络接口芯片 nGCS3:USB接口芯片 nGCS6:SDRAM存储器 nGCS1:扩展后用作数码 管,键盘及LED的控制 等 nGCS4:扩展后用作CF卡 及IDE接口的控制 nGCS5:通过扩展,用作 并口控制寄存器
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ARM的优点: 性价比的变化 调试技术的革新 对操作系统的更好的支持 更好的存储器管理
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一 从51到ARM
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通用微处理器的发展历程:
4位:Intel公司的4004,4040等 8位:Intel公司的8008,8080,Motorola公司的6800系列, Zilog公司Z80系列,NS公司的NSC800系列等 16位:Intel公司的8086,80286,Thompson公司68200等 32位:NS公司的32000,Intel公司的80386,80486等 64位:Intel公司Pentium II,III,IV,APPLE公司的 PowerPC G5等
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一 从51到ARM
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嵌入式微处理器的发展历程:
4位:TI公司的TMS1000,NS的COP系列等 8位:Intel公司的8048/49/50,8051/52,Motorola公司 的6800系列,Zilog公司Z8系列,ATMEL公司的89C51/52, 89C1051/2051,MICROCHIP公司的PIC系列等 16位:Intel公司的8096/97,Thompson公司68200等 32位:ARM公司的ARM7,ARM9,ARM10核的CPU等 64位:ARM公司的ARM11,MIPS公司的R2000,R3000等
51单片机的缺陷与不足:
运行速度慢 无法满足中,高端产品的需要 对存储器的管理能力比较差 对操作系统的支持比较差
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一 从51到ARM
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51到ARM的转移: 势在必行:ARM处理器已经成为32位嵌入式处理 器事实上的标准 宜早不宜迟:掌握一门前沿技术,和其他研发 人员比占据优势;使产品高起点; 信息社会发展的必然 ARM是嵌入式CPU的主流技术
8位 16位 32位
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二 基于ARM的硬件设计
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LCD显示模块设计:
内置LCD控制器 支持单色,4级灰度,16级灰度,256级彩色屏 支持不同显示器大小 支持不同显示器的数据宽度,刷新率等 可将显示缓存区数据直接传送到LCD外部驱动电路
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二 基于ARM的硬件设计
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JTAG调试接口:
JTAG 是Joint Test Action Group 的缩写; IEEE1149.1 标准由该组织制定. 在线测试,在线编程,在线调试 内核速度调试运行,不占用系统资源 可通过JTAG口访问ARM 的内部总线,I/O 口等信息,从而达到调试的目的.
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从51到ARM 基于ARM的硬件设计
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ARM应用实例
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一 从51到ARM
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微处理器的发展: 沿着两条路发展:
通用微处理器 嵌入式微处理器
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一 从51到ARM
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256色彩色显示器显示示意图:
LCD显示模块设计
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二 基于ARM的硬件设计
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LCD显示接口设计:
接口信号说明
VFRAME:帧同步信号 VLINE:行同步信号 VCLK: 象素时钟信号 VM:交流信号 VD[7:0] : LCD象素数据信号