嵌入式系统设计实例
嵌入式系统设计实例(1)
2.2.1.2 FLASH接口电路设计
– 本设计中设定数据宽度为32位,而在ARM中希望字单元的地址是字对齐的, 这就要求地址的低两位为0，即地址为0B00，因此在连接SDRAM和FLASH时 要使其地址低两位A[0:1]为0。FLASH采用三星的KM29U128T，FLASH在实 际中主要用nFWE、nFOE、ALE、CLE、nFCE等的控制信号，电路图如图2-4 所示。
接
扩
展 板
CPU S3C2410X
接
口
64M SDRAM 16M FLASH 外部晶振
图 2-3 嵌入式水文信息采集智能终端核心板原理图
2.2.1 核心板硬件设计
• 2.2.1.1 CPU S3C2410X功能概述 S3C2410X是基于ARM920T内核的，最大工作频率能达到203MHz；可支持基 本的外设接口，如彩色TFT LCD、USB、IIC、IIS、SPI、UART等，并支持 MMC和SD等标准的外部插卡。S3C2410X能支持NAND FLASH启动，具有很高 的性价比，另外S3C2410X在市场上已有很多成熟的应用，因此作者选用了 S3C2410X作为基于GPRS的嵌入式水文信息采集智能终端的应用处理器，下 面是对S3C2410X功能的简要说明： S3C2410X芯片是韩国三星电子公司推出的一款基于ARM920T内核的16/32位 RISC嵌入式微处理器，作为S3C2410X芯片的CPU内核，16/32位ARM920T RISC微处理器采用0.18um CMOS标准单元结构。ARM920T内核由ARM9TDM1存 储管理单元(MMU)和高速缓存三部分组成。其中MMU可以管理虚拟内存，高 速缓存由独立的16KB地址和16KB数据高速Cache组成。 S3C2410X芯片集成了一个LCD控制器(支持STN和TFT液晶显示屏)、NAND FL-ASH控制器、SDRAM控制器、3个通道的UART、4个通道的DMA， 4个具有 PWM(脉冲宽度调制)功能的计时器和一个内部时钟、8通道的10位ADC。 S3C2410X还有很多丰富的外部接口，如触摸屏接口、I2C总线接口、I2S总 线接口、两个USB主机接口、一个USB设备接口、两个SPI接口、SD接口和 MMC卡接口。在时钟方面S3C2410X也有突出的特点，该芯片集成了一个具 有日历功能的RTC(实时控制)和具有PLL(M-PLL和UPLL)的芯片时钟发生器。 MPLL产生主时钟，能够使处理器工作频率最高达到203MHz。这个工作频率 能够使处理器轻松运行WinCE, Linux等操作系统以及进行较为复杂的数据 处理。
比较简单的嵌入式项目实例
比较简单的嵌入式项目实例在这个嵌入式时代，各种电子设备的出现使得人们的生活变得更加丰富多彩。
而在这些设备背后，隐藏着数不尽的嵌入式项目。
嵌入式项目是指将电子设备内部的控制程序与硬件设备相结合的一种技术。
这种技术的最大特点就是实现了设备的小型化和高效化。
下面我将给大家展示一些比较简单的嵌入式项目实例。
1. 以太网控制LED灯该项目利用Arduino控制以太网通信制作了一个可以通过互联网远程控制LED灯的小型网络设备。
在Web端发送命令后，LED灯会被打开或关闭。
这个项目的实现过程非常简单，只需要一个Arduino板，一个以太网模块和连接器即可。
此外用户还需要编写相应的代码。
2. 遥控小车该项目是基于STM32F1+H-Bridge驱动芯片设计的。
该小车配有红外传感器，可以通过遥控器控制驱动电机前进、后退、左转、右转等操作，还可以配合LCD显示器显示各种状态信息。
这个小车由于体积较小，因此可以被广泛应用在各种追求高精度、中短距离控制的地方。
3. 物联网环境监测系统该项目利用Arduino开发板和传感器构建了一个物联网环境监测系统，可以利用传感器测量温度、湿度、气压和二氧化碳等的数值，再搭配WiFi模块将数据传送至服务器。
用户在Web端可以轻松获取数据并生成图表，还可以进行数据分析和处理。
这个项目在农业、食品加工等领域中具有广泛应用的前景。
4. 茶叶智能包装系统该项目依托于STM32F10X的微控制器，并采用压电传感器实时监测茶叶包装袋的密封情况。
一旦出现裂口、破裂等问题，系统会自动停止运转，并通过语音提示警告。
该智能包装系统不仅提升了茶叶包装的工作效率和智能化程度，同时还保障了茶叶的品质和安全。
总体来说，这些项目虽然有不同的方向和用途，但都体现出了嵌入式系统的核心价值：小型化、高效化、自动化和智能化。
我想这也是嵌入式系统在未来能够拥有更广泛应用的重要原因。
嵌入式硬件项目开发实例
嵌入式硬件项目开发实例
以下是一些常见的嵌入式硬件项目开发实例：
1. 智能家居系统: 开发一个可以控制家庭设备（如灯光、温度、安全系统等）的嵌入式系统，通过无线通信方式让用户可以通过手机或其他设备远程控制家庭设备。
2. 智能监控系统: 开发一个基于图像识别技术的嵌入式系统，可以实时监控并识别人脸、车辆等，配合报警系统可以实现安全监控。
3. 自动驾驶汽车: 开发一个基于嵌入式硬件的自动驾驶汽车系统，通过传感器获取车辆周围的信息并处理，实现自动驾驶功能。
4.智能健康监测设备: 开发一个可以监测人体各项生理指标（如心率、血压、体温等）的嵌入式设备，可以通过无线方式与手机或电脑连接并显示数据。
5. 物联网系统: 开发一个嵌入式系统，可以连接并控制多个物联网设备，实现智能家居、智能城市等功能。
6. 工业自动化控制系统: 开发一个嵌入式硬件系统，可以控制和监测工业生产过程中的各种设备，实现自动化生产。
以上是一些常见的嵌入式硬件项目开发实例，可以根据实际的需求和技术要求进行定制和改进。
嵌入式系统设计(实验一)
工业控制
嵌入式系统被广泛应用于工业 自动化领域，如生产线控制、 机器人控制等。
医疗设备
嵌入式系统可以实现医疗设备 的自动化控制和数据采集，如 医疗监护仪、输液泵等。
其他领域
嵌入式系统还可以应用于通信、 能源、环保等领域，发挥着越 来越重要的作用。
03
硬件平台搭建与配置
硬件平台选择
ARM开发板
传感器与执行器
汇编语言
针对特定硬件平台，使用汇编语言可 以实现更高效的代码执行和更精确的 硬件控制。
软件架构设计
分层架构
将系统划分为多个层次，每个层次负责特定的功能，降低系统复 杂性并提高可维护性。
事件驱动架构
通过事件触发相应的处理函数，实现模块间的解耦和异步通信。
微内核架构
将核心功能集中在微内核中，通过插件或模块扩展系统功能，提高 灵活性和可扩展性。
嵌入式系统设计(实验一)
• 实验目的与要求 • 嵌入式系统概述 • 硬件平台搭建与配置 • 软件设计与实现 • 系统测试与验证 • 实验总结与展望
01
实验目的与要求
实验目的
掌握嵌入式系统基本概念
01
通过实验了解嵌入式系统的定义、特点、应用领域等基本概念。
熟悉嵌入式开发环境
02
学习搭建嵌入式开发环境，包括硬件平台、操作系统、开发工
THANKS
感谢观看
提交实验报告
按时提交完整的实验报告，展示实验成果和 收获。
02
嵌入式系统概述
嵌入式系统定义
01
嵌入式系统是一种专用的计算机 系统，它被设计为控制、监视或 者辅助操作机器和设备的运行。
02
与通用计算机系统不同，嵌入式 系统通常被嵌入到特定的设备中 ，执行特定的任务，并且不需要 人工干预。
嵌入式系统的设计原则技术设计实例
嵌入式系统的设计原则技术设计实例嵌入式系统设计中，软件和硬件的接口问题经常困扰软件开发工程师。
正确理解接口在处理器与高级语言开发环境方面的约束条件，可以加速整个系统设计，并为改进系统的质量、性能和可靠性以及缩短开发周期和减少成本提供保证，本文从两个设计实例的比较入手，介绍了嵌入式系统的设计原则以及关于寄存器及其域的种种考虑。
嵌入式系统设计通常分为两个部分：硬件设计和软件开发。
这两部分任务通常由不同的设计小组负责，相互间很少有覆盖的地方。
由于软件小组很少涉足前面的硬件设计，采用这种方式进行开发经常会遇到问题，特别是硬件与软件开发环境之间的接口性能较差时，会导致系统开发时间延长、开发成本提高，最终推迟产品的上市。
最理想的解决方案是软件小组参与硬件设计，但是在时间安排、资金和人员方面往往又是不实际的。
一种变通的方法是创建一套硬件接口规范来加速软件开发流程。
从软件开发者的角度来理解最优化的硬件接口设计能有效地防止软件开发中出现不必要的硬件问题，这种方法对硬件设计流程造成的影响也很小。
嵌入式系统结构的一般模型从系统角度看，嵌入式系统是多种系统要素之间的很多接口的集合，这里罗列的主要资源是系统处理器。
处理器接口可以分成两大类，分别标识为本地总线和硬件总线。
值得注意的是，本文中的总线是根据处理器利用资源时的访问类型单独定义的，与具体的硬件连接没有对应关系。
本地总线是资源与处理器之间的接口总线，它允许无限制的连续访问。
无限制访问意味着处理器能够利用其内部数据类型（如字节、字和双字）访问一个资源的所有要素；连续访问是指所有资源要素占用的资源地址空间是连续的，中间没有任何间隔。
RAM和EPROM 就是与本地总线接口的常见范例。
硬件总线与资源的连接通常有某些限制，如大小、位置、寻址、地址空间或重定位等。
只接受字写入的I/O端口，或者使用前必须先作映射的PCI总线上的外围芯片是硬件总线接。
嵌入式技术课程设计案例
嵌入式技术课程设计案例嵌入式技术课程设计案例：智能家居控制系统一、项目背景随着人们生活水平的提高，智能家居逐渐成为现代家庭的重要组成部分。
智能家居控制系统能够实现对家庭设备的集中控制，提高生活便利性，降低能源消耗。
本项目旨在设计一个基于嵌入式技术的智能家居控制系统。
二、系统设计1. 硬件平台选择：选用STM32F103C8T6微控制器作为主控制器，该控制器具有丰富的外设接口和强大的处理能力。
2. 传感器模块：包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器等，用于监测家庭环境参数。
3. 执行器模块：包括灯光控制器、窗帘控制器、空调控制器等，用于控制家庭设备的开关和调节。
4. 通信模块：采用WiFi模块实现控制器与手机APP的通信，采用Zigbee模块实现传感器与控制器之间的无线通信。
5. 人机界面：开发一款手机APP，实现远程控制家庭设备、实时监测家庭环境等功能。
三、系统实现1. 硬件平台搭建：根据设计要求搭建硬件平台，包括微控制器、传感器模块、执行器模块、通信模块等。
2. 传感器数据处理：编写程序实现传感器数据的采集和处理，将环境参数实时显示在APP上。
3. 执行器控制：编写程序实现执行器设备的开关和调节，如灯光亮度调节、空调温度调节等。
4. 通信协议制定：制定传感器与控制器、控制器与手机APP之间的通信协议，实现数据的有效传输。
5. APP开发：开发手机APP，实现用户界面的设计和功能开发，如设备控制、环境监测等。
四、系统测试与优化1. 功能测试：对系统进行功能测试，确保各模块正常运行，满足设计要求。
2. 性能测试：对系统进行性能测试，包括数据传输速率、稳定性等指标的测试。
3. 优化改进：根据测试结果对系统进行优化改进，提高系统性能和稳定性。
五、总结与展望本课程设计通过智能家居控制系统项目的实践，使我们深入了解了嵌入式技术的实际应用和系统开发流程。
在项目实施过程中，我们掌握了硬件平台的搭建、传感器数据处理、执行器控制、通信协议制定等方面的技能，提高了实际动手能力和团队协作能力。
简易嵌入式课程设计实例
简易嵌入式课程设计实例一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握简易嵌入式系统的基本概念、原理和设计方法。
通过本课程的学习，学生应能理解嵌入式系统的基本组成、工作原理和应用场景；掌握C语言编程和硬件描述语言的基本用法；学会使用嵌入式开发工具和实验设备进行系统设计和开发。
具体来说，知识目标包括：1.理解嵌入式系统的基本概念、特点和分类。
2.掌握嵌入式系统的基本组成、工作原理和应用场景。
3.熟悉C语言编程和硬件描述语言的基本用法。
4.了解嵌入式开发工具和实验设备的使用方法。
技能目标包括：1.能够使用C语言编写简单的嵌入式程序。
2.能够使用硬件描述语言进行简单的嵌入式系统设计。
3.能够使用嵌入式开发工具和实验设备进行系统调试和优化。
情感态度价值观目标包括：1.培养学生对嵌入式系统的兴趣和好奇心，激发他们学习嵌入式技术的热情。
2.培养学生团队合作精神和动手实践能力，提高他们解决实际问题的能力。
3.培养学生关注社会发展和新技术应用的意识，提高他们的创新能力和竞争力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.嵌入式系统概述：嵌入式系统的定义、特点、分类和应用场景。
2.嵌入式系统组成：处理器、存储器、输入输出接口等。
3.C语言编程：变量、数据类型、运算符、控制结构、函数等。
4.硬件描述语言：Verilog/VHDL基本语法、逻辑门电路设计、简单数字电路设计等。
5.嵌入式系统设计：系统架构、模块划分、接口设计等。
6.嵌入式开发工具和实验设备：Keil、IAR、Proteus等工具的使用方法，实验设备的操作和调试技巧。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
包括：1.讲授法：讲解基本概念、原理和设计方法。
2.案例分析法：分析实际案例，让学生了解嵌入式系统的应用场景。
3.实验法：让学生动手实践，提高他们的实际操作能力。
4.讨论法：学生分组讨论，培养他们的团队合作精神和解决问题的能力。
嵌入式入门(设计与实例开发)PPT课件
可靠性框图
02
03
故障树分析(FTA)
通过可靠性框图分析嵌入式系统 的可靠性结构，确定关键件和冗 余件。
通过故障树分析找出导致系统故 障的原因和最小割集，评估系统 的可靠性和安全性。
06
嵌入式系统应用案例分 析
智能家居系统案例分析
开源硬件与软件
开源硬件和软件的发展 为嵌入式系统的设计和 开发提供了更多选择和
灵活性。
02
嵌入式硬件设计
ARM处理器
ARM处理器是一种流行的嵌入式处理器架构，广泛应用于各种嵌入式系 统。
ARM处理器具有低功耗、高性能的特点，适用于各种应用场景，如智能 家居、工业控制等。
ARM处理器的选择需要根据具体应用需求来决定，如ARM Cortex-M系 列适用于微控制器应用，ARM Cortex-A系列适用于智能手机、平板电 脑等应用。
工业控制系统发展前景
探讨工业控制系统的发展趋势和未来发展方向。
医疗电子设备案例分析
医疗电子设备概述
医疗电子设备是指用于医疗领域的电子设备， 如监护仪、超声波诊断仪等。
医疗电子设备优势
分析医疗电子设备的优势，如高精度、高可 靠性、实时监测等。
医疗电子设备案例
介绍医疗电子设备的具体应用案例，如远程 医疗监护系统等。
FPGA芯片
FPGA芯片是一种可编程逻辑器件，可以通过编程 实现各种数字逻辑功能。
FPGA芯片具有高度的灵活性，可以根据实际需求 进行定制，实现各种复杂的数字逻辑功能。
FPGA芯片广泛应用于通信、图像处理、雷达等领 域，可以大大提高系统的性能和可靠性。
嵌入式微控制器
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挑选操作系统和硬件
平台的特殊需求(该平台是否需要实时操作系统的支持) 对该硬件和软件平台的使用情况? 支持该硬件和软件平台公司的财务状况如何? (当然不能选择不能提供
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操作系统平台的选取
通用操作系统 (window unix/linux)本质上是不可预测的，导致实时处理 的不可靠性（即使是相对较慢，计算简单的任务）。通用系统 都是多任务系统，意味着它们允许计算机同时运行几个进程。 它们通过分时技术允许多个任务并发，在所有活动任务间分配 资源。分时的一个直接后果是实时精度不能保证， 很多时候，程序员使用软件中断满足任务的最后期限，这就是 强迫操作系统在一个给定的时间响应中断并提供服务，然而由 于中断的分辨率很低（如linux是100hz），这个方法只在任 务实时性较低的情况下使用（也就是说任务的速率比中断的速 率还要低）。还有就是对操作系统底层的修改，如提高中断频 率，改变任务的优先级等方法可以提高一些操作系统的实时精 度，但是这样的改变对操作系统的性能有一定的损坏。
开发平台：操作系统相关的开发平台 相关外设的选择
FLASH，PROM(容量，boot速度)，RAM（容量，速度）
成本、功耗、产品上市时间
6
详细的硬件与软件设计流程
硬件设计流程
芯片选型-关键电路试验-原理图绘制-原理图评审-印制板-样板试制 -硬件功能测试-硬件稳定性测试
软件设计流程
软件代码编制准备-软件代码编制-软件单元代码走读-代码单元测 试-单元代码修改-单元代码回归测试
报警 自诊断功能
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非功能需求－数控系统
非功能需求 物理环境－车间，工作环境恶劣 用户－一般是车间操作员，操作水平有高有低 质量保证－－用在工业控制环境质量要求高，同时 现在市场竞争激烈，如果质量不好很难在市场上站 住脚
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非功能需求－QOS
QOS 数控系统响应性高，主要是对突发事件的反应（如撞刀，急停） 数控系统具有可确定性。因为可确定性主要是确保条件/事件 出现和由此引起的动作开始/结束的时间在一个准确的时间间 隔内。在CNC系统中，条件/事件是由操作员的指令（紧急停 止，移动x轴等）或是机床的状态（如刀具破损等）引起的。 实际上，需要满足时间约束的情况主要是和系统安全（如对突 发事件的反应等）以及切削精度（更高的精度影响插补周期） 有关，因此数控系统具有硬实时任务。硬实时任务指必须满足 最后期限的限制，否则会给系统带来不希望的破坏或者致命的 错误。 性能高－需要进行许多复杂的运算 可靠性－可靠性要高，在加工过程中不出现问题，至少一个月 之内不能死机，出现故障， 安全程度高
7
嵌入式数控系统设计实例
需求分析—(数控系统需求分析) 架构设计—(数控系统架构分析) 详细设计—(数控系统的详细设计) 系统测试 —(数控系统的测试)
8
需求分析——功能需求
数控系统是一种自动阅读输入载体上事先给定的数据， 并将其译码，从而使机床移动和加工零件的控制系统. 它的工作原理是通过各种输入方式，接受加工零件的 各种数据信息，经过译码、处理、插补，生成各坐标 轴的参考位置，把各轴的参考位置送到轴控制器中， 驱动轴的运动，使各个坐标轴能精确地运动到所要求 的位置。
硬件/软件平台支持的公司的产品 提供该平台公司的发展目标是什么? (当然不希望选择的平台没有一个
清晰的升级途径) 该平台是否有合适的开发工具 可以使用该平台开发的开发人员有多少?对开发人员培训的费用是多少 预留性能 (例如,不能选用一个CPU资源使用 80%,预留未来 增加的空
间 该平台需要完善吗?一个良好的平台比一个需要完善的平台要便宜得多 平台的设备驱动程序 (是否能够提供用户开发的设备驱动程序) 平台支持那些通讯协议(如.平台平台是否支持 TCP/IP, HTTP, UDP等)
ARM原理及应用 第九讲 嵌入式系统开发实例
1
本节提要
1 嵌入式数控系统设计实例 2 ARM MP3设计实例
2
嵌入式系统设计流程
产品定义：需求分析 软硬件划分 迭代与实现 详细的硬件与软件设计 系统测试 系统维护与升级
3
➢ 嵌入式系统的软硬件划分原则
性能原则 性价比原则 资源利用率原则
13
需求分析——识别处理器
如果已有的系统系统实现了相似的功能,重用该结构是个很好的选 择
如果这是个全新的项目,考虑这些功能是否能用一个处理器实现.单 个处理器最容易实现和调试的
如果该应用需要用多个处理器,最好选用能够满足需求的最少处理 器实现
在多处理器设计中,把控制和管理用一个处理器实现,这样简化了操 作.系统中其他处理器处理系统中的工作负载.
9
需求分析
功能需求—数控系统
CNC
反馈
机床控制器
速度
控制装置
人 位置
机
M
PLC
界
功能
功能
面 状态
指令
PLC
开/关
反馈 速度 位置
机床 轴
输入 输出
冷却 主轴
….
CNC机床控制模型
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需求分析－数控系统的功能
输入输出 输入/输出/通讯功能 字符图形显示功能 程序编制功能
数据处理 插补功能 进给功能 主轴速度功能 刀具功能 补偿功能 辅助功能
选择操作系统
1. 操作系统支持的微处理器 2. 操作系统的性能 3. 操作系统的软件组件、中间件和设备驱动程序 4. 操作系统的调试工具、开发环境、在线仿真器（ICE）、编译器、汇编器、
连接器、调试器以及模拟器等。
5
5.操作系统的标准兼容性 6.操作系统的技术支持程度 7.操作系统是提供源代码还是目标代码 8. 操作系统的许可使用情况
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选择处理器—数控系统处理器
现在可用的数控系统有单个CPU,两个CPU,三个CPU 高档数控一般采用两个CPU实现，更有甚者采用三个
CPU，我们这个项目为中低档数控，单个处理器可以 实现 Arm7的性能满足系统的需要，同时由于需要IO的实 现，以及伺服电机的控制，所以采用ARM7+FPGA的 结构 。 ARM芯片价格低廉。
➢ 软硬件协同设计
1. 硬件工程师考虑的问题
① 硬件开发的投入及时间 ② 以缩小电路规模，抑制功耗为目的的设计会降低通用性和可维护性。
2.软件工程师考虑的问题
较多的源代码可以确保软件的可维护性
4
嵌入式系统详细设计
选择处理器
1. 处理器的性能必须足够执行任务和支持产品生命周期 2. 支持软件创建、调试、系统集成、代码调整和优化功能的软件 3. 开发人员拥有处理器或处理器系列产品的开发经验