嵌入式技术实用教程教学课件作者姜帆第8章嵌入式系统设计课件.ppt

第8章 嵌入式系统设计 学习目标： 1．理解嵌入式系统设计的目标。 2．掌握嵌入式系统设计的方法以及工具选择。 3. 熟悉ARM处理器芯片的选择。 4. 理解本章车载信息系统设计案例。 背景介绍 作为嵌入式系统的设计人员，需要从体系结构的角度来了解嵌入式系统。尽管绝大多数嵌入式系统是用户针对特定应用而定制的，但它们一般都是由下面几个模块组成的。 （1）嵌入式处理器。 （2）用以保存程序代码的程序存储器，如Flash Memory等。 （3）用以存数据的数据存储器，如SRAM等。 （4）外部设备，如连接嵌入式处理器的开关、按钮、传感器、模数转换器、控制器、LCD、LED及显示器的I/O端口和通信接口等。 嵌入式微处理器及操作系统的选择 嵌入式微处理器可谓多种多样，品种繁多，有X86、MIPS、PPC、ARM XScale等，而且都在一定领用应用广泛。在嵌入式系统上运行的操作系统也有不少，如VxWorks、Linux，lindows CE等，即使在一个公司之内，也会同时使用好几种处理器，甚至几种嵌入式操作系统。如果需要同时调试多种类型的开发板，每块开发板上又运行着多个任务或进程，任务的复杂性很高。 嵌入式系统的设计步骤 嵌入式系统的设计步骤 嵌入式系统设计一般由需求分析，体系结构设计，硬件、软件、执行机构设计，系统集成及系统测试5个阶段组成，各个阶段之间往往要求不断的反复和修改，直至完成最终设计目标。 嵌入式系统的一般设计方法 ARM处理器芯片的选择 基于ARM微处理器的生产厂商很多，各有各的特色，如何选用满足自己应用系统设计要求的ARM微处理器芯片是进行嵌入式系统设计的一个重要方面，嵌入式系统设计中的基本原则是系统尽可能以简单、直接、经济及可靠的方式达到其设计目标，选择合适的ARM微处理器可以提高产品质量，减少开发费用，加快开发周期。 选择ARM处理器芯片应考虑的因素 1. ARM内核 2. 系统时钟频率 3. 芯片内部存储器的容量 4. 片内外围电路 5. 其他因素 选择ARM芯片示例 【例8.1】某一个井下高压电器保护装置，具有远程通信功能，其主要技术参数和功能要求如下： （1）采集容量：一个高压柜的Uab、Ia、Ucb、Ic、Uo、I0共6路模拟量输入，8路开关量输入 （2）测量准确度：U、I：0.2%、P、Q、cosΨ:0.5% （3）开关量输出：控制4好继电器动作，一个报警输出，一个状态指示 （4）线性范围：测量（0.7~1.2）UN (UN = 100V)， (0. 05~1. 2)IN(IN = 5A);过流保护为 (0. 4~2)IN;短路保护为1. 0~16)1N。其中UN为电压互感器额定电压(V)，IN为电流互感器额定电流(A) （5）传输接口与速度:CAN总线20 kbit/s （6）传输距离不小于1. 2 km(保护装置与PC104机间的距离) （7）环境温度(-10~60℃) 选择ARM芯片示例 分析：对于以上要求，除了采用基于ARM的嵌入式处理器之外，也可以考虑采用高性能单片机，但是用单片实现起来编程工作量较大，这里考虑采用基于ARM的嵌入式处理器。 第（1）项功能要求模拟量输入至少要有6个通道，开关量输入至少要有8个。 第（2）项要求精度最高0.2%，即0.002，因此8位ADC不能满足要求，选择10位ADC(0.0009765625:6.002)的ARM芯片。 第（3）项要求有6个输出开关量，这样要求处理器至少有20个I/O(含ADC)引脚，其中至少有6路用于ADC。 第（5）项要求CAN总线，这就限定了ARM处理器的选择范围，目前内置CAN接口的主要ARM芯片的代表厂家有ST公司和Philips公司，可选择STR710F系列和LPC2000系列中带9字的处理器。 第（7）项要求是对温度环境的要求，因此选用LPC2000也是合适的. 选择ARM芯片示例 【例8.2】某自来水集中远传抄表系统中的集中器，具有远程通信功能，其主要技术参数和功能要求如下： （1）集中器采用无线通信方式与下位机采集器构成多机系统，连接2000个采集器(一个采集器连接多个水表)。 （2）集中器与上位机采用无线、有线以及RS-232、红外或IC卡方式进行数据传输。 （3）集中器可以移动、手持，也可以固定。 （4）集中器有LCD显示和操作键盘。 （5）集中器内部应该有实时钟。 其他要求略。 选择ARM芯片示例 分析：有（1）项要求可知，改集中器数据量较大，采用无线方式通信，要求有UART串行口。 第（2）项说明与上位机的通信方式确定要有另一个UART串行口，IC卡方式要求内部要有I2C总线接口。 结论：综上所述，该处理器必须有2个或2个以上UART串行接口，I2C总线接口、LCD控制