嵌入式系统硬件设计方法

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1、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

2、、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

3、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。⑷DSPDSP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

4、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

5、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PICMCU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.PhilipsLPC嵌入式控制器系列Philips半

6、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20MHz。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

7、主要特点：以EEPROM电可擦除及Flash技术为主导、多种封装形式和高质量、多种应用环境。6.80C186系列16位嵌入式处理器80C186标准化内核不仅可以兼容16位微处理器家族。8088/8086的目标代码，还相应地提高了硬件和软件方面的性能。7.MC68HC12系列处理器MC68HC12是Freescale公司开发的16位、兼容MC68HC11工业标准的嵌入式处理器，在工业上得到了广泛的应用。8.PowerPC系列32位嵌入式处理器PowerPC由Freescale公司设计，用来满足从台式计算机CPU到高

8、性能处理器、高集成度嵌入式MPU处理器的不同需要。9.ColdFire系列32位嵌入式处理器ColdFire处理器属于MC68000微处理器家族，ColdFire内核具有100％的通用性，所以它们可以方便地被移植到新的用户设计中。10.ARM系列⑴ARM（AdvancedRISCMachines）介绍ARM处理器的特点：小体积、低功耗、低成本、高性能；16位/32位双指令