最新计算机三级嵌入式系统开发技术考点总结.doc

精品文档嵌入式系统硬件组成概述嵌入式最小硬件系统 ：嵌入式处理器运行必备条件的硬件电路与嵌入式处理器共同构成了嵌入式最小硬件系统嵌入式最小硬件系统组成 ：嵌入式处理器、 时钟电路、电源电路、复位电路、存储器、调试测试接口电源电路 ：嵌入式系统常用的电源模块式交流变直流（ AC-DC）模块、直流到直流（ DC-DC）模块以及低压差稳压器（ LDO）稳压器包括普通稳压器和低压差稳压器 LDO78XX 系列属于普通稳压器， LM2576/2596为开关稳压芯片， CCAT6219/AS2815/1117/2908 等属于低压差稳压器 稳压器最大的特点是低噪声、 低成本、纹波小、精度高、电路简单时钟电路 ：几乎所有的嵌入式处理器本质上均为同步时序电路，需要时钟信号才能按照节拍正常工作复位电路 ：嵌入式处理器都有一个系统复位引脚为nRESET或 RESET， n 表示低电平复位，不带 n 的表示高电平复位JTAG测试接口 ：联合测试行为小组（ JTAG）是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试以及对系统进行仿真和调试 测试访问口： TAP基于 ARM 内核的电性嵌入式应用系统硬件组成 ：嵌入式最小硬件系统、前向通道、后向通道、人机交互通道、以及相互互联通信通道等组成。

前向通道 ，即输入接口，包括传感器、信号调理电路（滤波器、放大器等） 、A/D 转换器等构成后向通道 ，即输出接口，包括 D/A 转换器、功率放大器执行器等组成人机交互通道 ，包括键盘或触屏输入接口以及 LED 或LCD显示输出接口相互互联通道 ，包括 RS-232/RS-485串行通信接口、 CAN 通信接口、以太网通信接口、 USB通信接口等嵌入式处理芯片AMBA：先进微控制器总线体系结构系统总线 （ ASB、 AHB、 AXI、ACE）主要用于连接高带宽快速组件：电源管理与时钟控制器、 测试接口如 JTAG、外部存储器控制接口、 DMA 控制器、 USB主机、片上 SRAM 及 Flash、中断控制器、 LCD控制器外围总线 ：（ APB）主要连接低带宽组件以及与外部相连的硬件组件： GPIO、 UART、 SPI、 I^2C、 USB 设备、CAN、Ethernet 、ADC、DAC、WDT、Timer 、RTC、PWM等精品文档存储器及控制器 ：片内程序存储器通常用 Flash ROM，一般配有几 KB 到几 MB 不等；片内数据存储器通常使用的是 SRAM，一般配有几 KB 到几百 KB 不等。

目前程序存储器大都采用 Flash 存储器，而数据存储器可采用 SRAM 和 DDR或 DDR2 或普通的 DRAM中断控制器 ：一般采用向量中断（ VIC）或嵌套向量中断（ NVIC）方式管理中断 Cortex-M 系列就支持嵌套的向量中断DMA 控制器 ：直接存储器访问控制器电源管理与时钟控制器 ：ARM 处理芯片内部的电源管理主要有正常工作模式、慢时钟模式、空闲模式、掉电模式、休眠模式、深度休眠模式等时钟信号是 ARM 芯片定时的关键GPIO 端口 ：通用输入 / 输出端口输入时具有缓冲功能，输出时具有锁存功能定时计数组件 ：看门狗定时器（ WDT）、 Timer 通用定时器、 RTC、脉冲宽带调制器（ PWM）模拟通道组件 ：ADC、DAC、比较器ADC：模拟到数字的转换器 DAC：数字到模拟的转换器 比较器 主要功能是当比较器正端电压高于负端电压时，输出电压值接近正电源电压，反之输出电压接近负电源电压互联通信组件 ：UART、I^2C、SPI、CAN、USB、Ethernet等UART：通用异步收发器I^2C：集成电路互连的一种总线标准，只有两根信号线，一根是时钟线 SCL，一根是数据线 SDA（双向三态）I^2S：面向多媒体应用的音频串行总线。

SPI：串行外设接口包括 MISO、 MOSI、 SSL和 SCK可完成全双工的同步串行通信，用于板级芯片之间的短距离通信CAN：控制器局域网， 仅有 CANH和 CANL两根信号线，采用差分方式传输数据，可以进行远距离多机通信主要用于要求抗干扰能力强的工业控制领域，可组成多主多从系统USB：通用串行总线， 主要应用于与外部设备的短距离通信，也采用差分方式传输数据，是目前应用最广的串行总线接口形式Ethernet ：以太网通信接口常用 ARM 嵌入式处理芯片 ： NXP 的、 TI 的、 Samsung 的、 Atmel 的、 ST的、 Freescale 的、 Nuvoton 的、 Intel 的等等嵌入式处理芯片选型遵循 ：性价比原则和参数选择原则精品文档3.3 嵌入式系统的存储器存储器层次结构对于 CPU 使用最频繁的少量的程序代码和数据用SRAM 作为高速缓冲存储器（ Cache）存放；正在运行中的程序的大部分数据和代码存放在主存储器（内存）中；尚未启动运行的其余程序或数据则存放在容量大的外部存储器如磁盘（虚拟内存）中待命目前嵌入式系统采用 SRAM 作为 Cache，Cache 又分为嵌入式处理器内部一级 Cache（ L1)和二级 Cache（L2)存储器分类按存取特性可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）；按所处物理位置可分为片内春初期（芯片内置的存储器） 和片外存储器 （外部扩展的存储器）以及外部存储设备；按照存储信息的不同可分为程序存储器和数据存储器。

在嵌入式系统中把片内存储器及片外扩展的存储器简称内存，把外部存储设备简称外村嵌入式系统的存储器以半导体存储器为主FRAM：铁电随机存取存储器； MRAM ：磁性随机存取存储器随机存取存储器包括静态和动态两种形式，即SRAM 和 DRAM，都是易失性存储器目前嵌入式处理器内嵌的数据存储器基本都采用 SRAM，外部扩展的存储器大都采用DRAM及改进型（ DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3、DDR4）只读存储器MROM、PROM、 EPROM、EEPROM、 Flash ROM、 NOR Flash 和 NAND FlashNAND Flash ROM以页（行）为单位随机存取， 速度慢，变成复杂，大多作为数据存储器使用 （数码相机、 MP3 随身听记忆卡、 U 盘）NOR Flash ROM 以字节为单位随机存取，写入和擦除速度较慢铁电存储器 ：非易失，可取代 SRAM 和 Flash 存储器磁性存储器 ：可取代 Flash 存储器存储器主要性能指标存储器的存取速度、存储容量、带宽容量 ：对于内存容量而言， 单位之间换算以 2^10=1024 倍表示， 对于外存容量 （磁盘、 U 盘、Flash 存储卡），以 10^3=1000 倍表示。

内存储器容量取决于存储单元的个数和存储器各单元的位数： 内存容量 =单元总数 * 数据位数 / 单元存储芯片的容量完全取决于存储器芯片的地址线条数精品文档和数据线的位数 V=2^m * n （ L：单元个数， n ：数据线位条数， m：地址条数， m=log2 L）存取时间：从 CPU给出有效的存储器地址开始到存储器读出数据所需要的时间带宽：存储器每秒可传输的最大数据总量并行总线的存储器带宽： 带宽 =总线频率 * 数据宽度 / 8* 传输次数 / 总线周期（ B/s）串行总线带宽 =总线频率 * 1/10 以 10 位为一个数据帧（含一字节数据）片内存储器片内 Cache、片内 Flash ROM（嵌入式微控制器内部集成的程序存储器） 、片内 SRAM（集成的数据存储器， SRAM 属于易失性存储器） 、片内 E2PROM（作为长期保存重要数据的存储器，属于非易失性）、片内 FRAM(具有 RAM 和 ROM 的全部特点，是当前嵌入式微控制器内部的主要存储器之一）片外存储器外部存储器的扩展是靠 ARM 内核提供的高带宽外部存储器控制器接口完成的片外程序存储器： NOR Flash、 NAND Flash片外数据存储器： SDRAM、 DDR/DDR2/DDR3/DDR4外部存储设备SM 卡、 CF卡、 MMC 、SD 卡、记忆棒、 XD 卡、 U 盘、微硬盘3.4 I/O 接口及常用 I/O 设备通用 I/O 接口 GPIO嵌入式系统外部通信接口基于 UART的 RS-232/RS-485接口RS-232接口： 传输距离可以达到 15m 左右，无法消除共模干涉。

RS-485 接口：采用差分信号传输方式，具有很强的抗共模干扰能力，传输距离可达 1200m ，不能构成多主系统CAN总线接口广泛应用于工控领域以及要求抗干扰和实时性强的场合；采用差分创术，控制器内置 CRC教研，传输可靠性强，可构成多主多从系统； CAN 总线的数据帧由 7 不同的域组成：帧起始、仲裁域、控制域、数据域、CRC 域、应答域帧结尾，其中数据域的长度可选为0-8B精品文档以太网通信接口 ：分为基于内置以太网控制器的以太网接口（以太网控制器 MAC 层，物理层 PHY层的收发器电路）和不带内置以太网控制器的以太网接口常用无线通信接口GPS、 GPRS、 WiFi、蓝牙以及通用射频通信模块等GPS模块：必须具备 GPS终端、传输网络和监控平台三个要素GPRS模块：以封包（ Packet，也称为分组）方式进行数据传输WiFi 模块：使用 IEEE 802.11系列协议，内置无线网络协议 IEEE 802.11协议栈以及 TCP/IP协议栈， 能够实现用户串口、 TTL电平、 USB接口或 SPI接口数据到无线网络之间的转换蓝牙模块：支持设备短距离通信（ 10m 内）的无线低速（ 1Mb/s ）通信技术，基于串口 UART或 USB其他无线模块：射频无线收发模块，如 Si4432嵌入式系统的软件组成嵌入式系统与通用计算机系统的软件的 相同之处 指的是：嵌入式系统具备引导加载程序、外部设备驱动程序、操作系统、文件系统、网络协议栈、图形用户界面、数据库、各种各样的应用程序等区别 ：嵌入式系统的软件配备没有通用计算机那样多；通用计算机的软件系统无疑以操作系统为核心，不可或缺；对于数据库、图形用户界面、因特网浏览器、媒体播放器等基于操作系统的外围工具软件，如果运行在通用计算机上则具有内部结构细致化、运行效率高效化、代码重量化的特点。

嵌入式操作系统RTOS：实时操作系统 IEEE：美国电气电子工程师协会实时系统的属性时间约束性分为硬实时系统、软实时系统。