3嵌入式系统硬件组成
2016-05-23 19:41:56 0 举报AI智能生成
嵌入式系统硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备和连接这些部件的总线组成。其中，CPU是系统的核心，负责执行程序指令；存储器用于存储数据和程序；输入输出设备则负责与外部进行信息交互。总线则是连接各个部件的桥梁，实现数据的传输和控制信号的传递。此外，嵌入式系统还可能包括各种接口电路、定时器、时钟源等辅助性硬件。这些硬件共同构成了一个功能强大、体积小巧、功耗低、可靠性高的嵌入式系统。
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大纲/内容
3.3嵌入式系统的存储器
3.3.1存储器层次结构
内部寄存器
内部高速缓存存储器（L1/L2Cache）
主存储器（SRAM和Flashi/DRAM和Flash）
外部存储器（磁盘，SD卡，U盘，CF卡等）
3.3.2存储器分类
存取特性分
RAM
SRAM静态随机存取存储器
DRAM动态随机存取存储器
DDRSDRAM
DDR2SDRAM
DDR3SDRAM
DDR4SDRAM
ROM
MROM
PROM
EPROM
EEPROM
FLASHROM(NOR，NAND两种）
物理位置分
片内存储器
片外存储器
外部存储器
按存储信息分
程序存储器
数据存储器
新型存储器
FRAM
MRAM
3.3.3存储器主要性能指标
容量
存取时间
带宽
并行总线带宽=总线频率*（数据宽度/8）*（传输次数/总线周期）
串行总线带宽=总线频率*1/10
3.3.4片内存储器
片内Cache
一级Cache
二级Cache
片内Flash
片内SRAM
片内EEPROMM
片内FRAM
3.3.5片外存储器
片外程序存储器
NOR Flash ROM
NAND Flash
片外数据存储器
SDRAM
DDR/DDR2/DDR3/DDR4等
3.3.6外部存储设备
SM卡
CF卡
MMC
SD卡
记忆棒
XD卡
U盘
微硬盘
超大容量
使用寿命长
带有缓存
无需外置电源
高速传输
接口多样，兼容性好
高防震性
3.4I/O接口及常用I/O设备
3.4.1通用I/O接口GPIO
3.4.2集成电路互联总线接口I2C
SDA
SCL
3.4.3串行外设接口SPI
MOSI
MISO
SCL
SSEL
3.4.4串行异步通信接口UART
接收/发送数据方式
中断方式
查询方式
UART构成
发送器
接收器
FIFO模式
普通模式
接收和发送缓冲器
波特率发生器
3.4.5通用串行总线USB
USB主要特点
使用方便
速度快
连接灵活
独立供电
USB硬软件构成
硬件
USB主控制器
软件
USB设备驱动程序
USB驱动程序
USB主控制器驱动程序
USB的信号编码方式
翻转不归零制
保持发送1
翻转发送0
USB总线的接口信号
标准USB
MiniUSB
3.4.6高清多媒体接口HDMI
3.4.7常用简单输入设备
键盘
非编码键盘（线性键盘）
矩阵键盘
利用一个ADC引脚构成键盘
触摸屏
电阻式触摸屏
SPI接口转换芯片ADS7843
电容式触摸屏
直接用USB或I2C总线方式
传感器
非电量式
电量式
开关式
有触点式
无触点式
模拟量式
脉冲式
频率
峰值
宽度
连续式
变电阻
变电压
变电流
变电感
变电容
频率变化式
数字量式
脉冲数式
编码式
3.4.8常用简单输出设备
LED发光二极管及数码管
LCD显示设备
LCD显示屏
控制器
驱动模块
3.5ARM内核典型嵌入式处理
3.5.1S3C2410/S3C2440芯片的内部结构
3.5.2存储器控制组件
存储器控制器
总线控制器
外部主控器
NAND Flash控制器
3.5.3时钟及电源管理组件
时钟信号
MPLL（锁相环时钟）
UPLL(USB时钟)
HCLK（接到AHB时钟）
PCLK（接到APB时钟）
电源管理模式
正常模式
慢速模式
空闲模式
掉电模式
3.5.4中断控制器及中断控制
中断源
有子寄存器中断源
没有子寄存器中断源
中断挂起寄存器
源中断挂起寄存器SRCPND
子源中断挂起寄存器SUBSRCPND
中断挂起寄存器INTPND
中断屏蔽寄存器
子源中断屏蔽寄存器INTSUBMASK
中断屏蔽寄存器INTMASK
中断模式寄存器
中断模式寄存器INTMOD
3.5.5实时时钟RTC
RTC控制寄存器
CLKRST
CNTSEL
CLKSEL
RTCEN
RTC告警控制寄存器
告警秒分时日月年数据寄存器
RTC循环复位寄存器
BCD码的年，月，日，星期，时，分，秒数据寄存器
BCDSEC
BCDMIN
BCDHOUR
BCDDATE
BCDMON
BCDYEAR
滴答时钟计数寄存器
3.5.6通用I/O接口GPIO
控制寄存器GPxCON
数据寄存器GPxDAT
上拉寄存器GPxUP
3.5.7串行异步通信UART
UART线路寄存器ULCONn
UART控制寄存器UCONn
UART发送/接收状态寄存器UTRSTAT0
UART数据寄存器URXHn
UART波特率除数寄存器UBRDIVn=INT（UCLK/(波特率*16)）-1
3.5.8看门狗定时器WDT
看门狗定时器控制寄存器WTCON
看门狗定时器计数寄存器WTCNT
数据寄存器WTDAT
3.1嵌入式系统硬件组成概述
3.1.1嵌入式最小硬件系统
1电源电路
普通稳压器
78XX系列等
低压差稳压器
LM2576/2596
2时钟电路
内部时钟信号源
外部时钟信号源
3复位电路
复位专用芯片
811/812系列
SP708系列
4JTAG测试接口
JTAG
SWD
3.1.2基于ARM内核的典型嵌入式应用系统硬件组成
最小硬件系统
前向通道
后向通道
人机交互界面
相互互联通道
3.2嵌入式处理芯片
3.2.1ARM的AMBA总线体系结构及标准
1总线的发展及版本
2AMBA总线的典型ARM片上系统
AMBA1：ASB+APB
AMBA2：ASB+APB
AMBA3：ACE+ATB+AXI+APB
AMBA：ACE+ATB+AXI(-life,-Strem)+APB
类型
系统总线
内部总线
3.2.2基于ARM内核的嵌入式芯片的硬件组成
1存储器及控制器
SRAM
ROM
Flash ROM
2中断控制器
管理中断
向量中断VIC
嵌套向量中断NVIC
处理中断
标准的中断控制器
向量中断控制器VIC（有优先级）
3DMA控制器
外设到内存
内存到外设
内存到内存
4电源管理与时钟控制器
电源管理模式
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
时钟控制
快速通道的存储器时钟
DMA控制器及中断控制器时钟
不同分频供APB总线的同步时钟
5GPIO端口
输入缓冲
输出锁存
双向I/O
6定时计数组件
看门狗WDT
Timer通用定时器
RTC
PWM
7模拟通道组件
ADC
DAC
比较器
8互联通信组件
UART
I2C
SPI
CAN
USB
Ethernet
3.2.3常用ARM嵌入式处理芯片
NXP
TI
Samsung
ST
Nuvoton
Intel
Silicon等
3.2.4嵌入式处理芯片的选型
性价比原则
参数选择原则
ARM内核
系统时钟频率
芯片内部存储器的容量
片内外围电路
GPIO外部引脚条数
定时计数器
LCD液晶显示控制器
多核处理器
ADC
通信接口
其他因素
3.6嵌入式系统外部通信接口
3.6.1基于UART的RS-232/RS-485接口
RS-232接口（3线）
RS-485（2线）
3.6.2CAN总线接口
基于并行总线的CAN总线扩展接口
基于SPI的CAN总线扩展接口
3.6.3以太网通信接口
内置以太网控制机器的以太网接口
NXP：LPC1700系列
ST：STM32F2系列
TI：LM3S6000系列LM3S8000系列LM3S9000系列
不带内置以太网控制器的以太网接口
ARM芯片+DM9000
3.6.4常用无线通信接口
GPS模块
UART接口的
SPI接口的
USB/I2C接口的
多通信接口并存的
GPRS模块
WIFI模块
蓝牙模块
其他无线模块
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