嵌入式處理器課件

第3章嵌入式處理器1內(nèi)容3.1概述3.2嵌入式系統(tǒng)的硬件組成3.3嵌入式處理器的技術(shù)指標(biāo)及選型原則3.4典型的嵌入式處理器3.5ARM處理器3.6嵌入式CPU子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法3.7小結(jié)23.1概述嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件的核心，運(yùn)行嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。嵌入式處理器的種類非常多，不僅不同的行業(yè)使用不同種類和體系的嵌入式處理器，而且同一行業(yè)也使用不同種類和性能的處理器。因此，嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)工作變得非常復(fù)雜，要求硬件設(shè)計(jì)人員在極短的時(shí)間內(nèi)完成硬件設(shè)計(jì)，盡快把產(chǎn)品推向市場(chǎng)。嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)滿足客戶的需求。通俗地說(shuō)，用戶需要什么，則設(shè)計(jì)什么；需要什么產(chǎn)品，則設(shè)計(jì)什么產(chǎn)品；而不是我們熟悉什么，就使用什么樣的處理器。33.2.1嵌入式系統(tǒng)的方式3.2.2硬件子系統(tǒng)總體組成3.2.3嵌入式處理器子系統(tǒng)3.2.4嵌入式存儲(chǔ)器子系統(tǒng)3.2.5附屬電路和I／O子系統(tǒng)3.2.6調(diào)試子系統(tǒng)3.2.7如何選擇處理單元3.2嵌入式系統(tǒng)的硬件組成53.2.1嵌入式系統(tǒng)的方式1．嵌入通用計(jì)算機(jī)型2．嵌入專用計(jì)算機(jī)型3．如何決定嵌入方式63.2.2硬件子系統(tǒng)總體組成圖3－1嵌入式系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)的功能部件73.2.4嵌入式存儲(chǔ)器子系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中使用的存儲(chǔ)器可以是內(nèi)部存儲(chǔ)器，也可以是外部存儲(chǔ)器。通常處理器的內(nèi)部存儲(chǔ)器是非常有限的。對(duì)于小型的應(yīng)用，如果這些存儲(chǔ)器夠用了，就沒有必要使用外部存儲(chǔ)器；否則，必須使用外部存儲(chǔ)設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器用于存放嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。通常，大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)的軟件以固件的形式存放，也有一部分以RAM的形式存放。一般的應(yīng)用中，使用嵌入式微控制器不需要使用外部存儲(chǔ)器，而使用其他的處理單元?jiǎng)t需要使用外部存儲(chǔ)器。93.2.5附屬電路和I／O子系統(tǒng)(1)嵌入式處理器工作時(shí)必須有附屬電路，如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、調(diào)試電路、監(jiān)視定時(shí)器、譯碼器電路等。這些電路不完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出功能，而是為嵌入式處理器的工作提供必要的條件。在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的硬件電路時(shí)，通常把它們與嵌入式處理器設(shè)計(jì)成一個(gè)模塊，形成處理器子系統(tǒng)。(2)I／O接口電路。包括兩大類：輸入接口電路和輸出接口電路，完成嵌入式處理器與外部設(shè)備之間的交互和數(shù)據(jù)通信。這些電路包括網(wǎng)絡(luò)接口與通信控制器、串行接口、模／數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口、人機(jī)接口等。應(yīng)用于不同行業(yè)的嵌入式系統(tǒng)，接口的功能和數(shù)量有很大的差異。103.2.6調(diào)試子系統(tǒng)調(diào)試子系統(tǒng)指的是JTAG調(diào)試接口和BDM調(diào)試接口?，F(xiàn)代的嵌入式處理器大多具有JTAG調(diào)試接口，便于硬件和軟件的調(diào)試。在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的硬件電路時(shí)，通常在電路板上引出JTAG接口，用于軟件調(diào)試和程序下載、升級(jí)等。除了JTAG接口外，，Motorola公司的嵌入式處理器還有BDM調(diào)試接口，用途與JTAG相同。總之，通常設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的硬件時(shí)，雖然在調(diào)試階段使用JTAG接口進(jìn)行調(diào)試統(tǒng)運(yùn)行階段并不使用，但是通常的做法是保留此接口，用于程序下載和調(diào)試。113.3嵌入式處理器的技術(shù)指標(biāo)及

選型原則功能字寬處理速度工作溫度功耗尋址能力平均無(wú)故障工作時(shí)間性能價(jià)格比工藝電磁兼容性指標(biāo)3.3.1技術(shù)指標(biāo)133.3.2嵌入式系統(tǒng)處理器選型原則1嵌入式處理器選型原則2選擇嵌入式處理器的具體方法143.4.1ARM／StrongARM3.4.2MIPS3.4.3PowerPC3.4.4x863.4.568K／Coldfire3.4典型的嵌入式處理器15◆典型的嵌入式處理器-ARM系列ARM7ARM9ARM9EARMl0SecurCore未來(lái)。。。17ARM7系列ARM7TDMIT:ThumbD:debugM:乘法器I：嵌入式ICE硬件提供片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)支持ARM7-SARM720TARM7EJ應(yīng)用18ARM9系列5級(jí)流水線；提供1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)。應(yīng)用引擎管理、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、PDA、網(wǎng)絡(luò)電腦和智能電腦19ARM10系列ARM10系列為硬宏單元，帶有：DSP擴(kuò)展；嵌入式ICE-RT；全性能MMU；Cache；對(duì)于指令和數(shù)據(jù)，64位AHB接口；6級(jí)流水線；內(nèi)部64位數(shù)據(jù)通路；25MIPS/MHz；在實(shí)際應(yīng)用中，與同等ARM9器件相比，在同樣的時(shí)鐘速度下，性能提高了50％。21SecurCoreSC100SecurCoreSC100系列專為安全需要而設(shè)計(jì)，具有特定的抗竄改（resisittampering）和反工程（reverseengineering）特性。它還有靈活的保護(hù)單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全。22基于ARM內(nèi)核的產(chǎn)品ATMEL公司帶ARM核的芯片CirrusLogic公司帶ARM核的芯片Intel公司帶ARM核的芯片NetSilicon公司帶ARM核的芯片Samsung公司帶ARM核的芯片Triscend公司帶ARM核的芯片23Atmel公司帶ARM核的芯片應(yīng)用通用工業(yè)應(yīng)用25型號(hào)ARM核用途備注AT91M40400ARM7TDMI通用AT91M40800ARM7TDMI通用低成本AT91M40807ARM7TDMI通用128KB掩膜ROM為32位，低功耗AT91M43300ARM7TDMI通用AT91M42800AARM7TDMI通用RTC、OSC和PLLAT91M55800AARM7TDMI通用極低功耗，8通道10位ADC，2通道10位DAC、RTC、OSC和PLLAT91M63200ARM7TDMI多處理器具有多處理器接口MPIAT91R40807ARM7TDMI通用SRAM位32位，單周期訪問(wèn)AT91R40008ARM7TDMI通用SRAM位32位，單周期訪問(wèn)AT91F40416ARM7TDMI通用AT91F40816ARM7TDMI通用AT91FR4081ARM7TDMI通用高集成度AT75C310ARM7TDMIInternet處理器AT75C220ARM7TDMIInternet設(shè)備處理器26Intel公司帶ARM核的芯片型號(hào)ARM核用途備

注SA－110StrongARM處理器超低功耗片上系統(tǒng)SA－1100StrongARM處理器帶LCD控制器和數(shù)字音頻接口DAI的高性能、低功耗片上系統(tǒng)SA－1110StrongARM處理器帶SDRAM和改進(jìn)數(shù)字音頻接口的高性能、低功耗片上系統(tǒng)SA－1111StrongARM處理器IXP1200StrongARM網(wǎng)絡(luò)處理器80200XscaleI/O處理器29NetSilicon公司帶ARM核的芯片型號(hào)ARM核用途NET＋15ARM7TDMI通用以太網(wǎng)NET＋40ARM7TDMI通用以太網(wǎng)NET＋50ARM7TDMI通用以太網(wǎng)30Samsung公司帶ARM核的芯片應(yīng)用-辦公室產(chǎn)品應(yīng)用通用以太網(wǎng)PDA溫度范圍主要商用31器件名ARM核用途S3C3400AARM7TDMI通用，PDAS3C3410XARM7TDMI通用，PDA，游戲，GPSS3C44A0AARM7TDMI通用，PDAS3C44B0ARM7TDMI通用，PDA，電子書，LCD游戲，GPSS3C44B0AARM7TDMI通用，PDAS3C4510ARM7TDMIEthernetHub/交換器，xDSL路由器/WLANAP，VoIP電話/網(wǎng)關(guān)，家庭PNA路由器S3C4530ARM7TDMIEthernetHub/交換器，xDSL路由器/WLANAP，VoIP電話/網(wǎng)關(guān)，家庭PNA路由器S3C4520ARM7TDMIModem路由器S3C4909AARM7TDMIFlash產(chǎn)品S3C49F9XARM7TDMIFlash產(chǎn)品32Triscend公司帶ARM核的芯片型號(hào)ARM核專用資源系統(tǒng)RAM可配置系統(tǒng)邏輯單元CSI地址選擇器PIO引腳（最大）TA7S05ARM7TDMI存儲(chǔ)器接口單元4通道DMA控制器2個(gè)16C550型UART2個(gè)16位定時(shí)器32位看門狗定時(shí)器電源管理上電復(fù)位硬件斷點(diǎn)單元JATG口4K×32位51232124TA7S12115272188TA7S202048128252TA7S323200200316333.6嵌入式CPU子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法3.6.1設(shè)計(jì)原則3.6.2基于微控制器的設(shè)計(jì)3.6.3基于嵌入式微處理器的設(shè)計(jì)343.6.1設(shè)計(jì)原則復(fù)用原則模塊化原則標(biāo)準(zhǔn)化原則地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線電源、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的使用-網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的使用反映用途例如:RXD,TXD等分圖的處理分圖之間的連接線盡量少353.6.2基于嵌入式控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)363.6.2基于嵌入式控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)電源、地、電源濾波。時(shí)鐘電路，包括石英晶體、電容等。復(fù)位電路，圖中沒有復(fù)位電路，是因?yàn)長(zhǎng)PC系列的微控制器可以內(nèi)部復(fù)位。I/O部件的設(shè)計(jì)-驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)特定的應(yīng)用而定373.6.3基于嵌入式處理器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)contents處理器子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)I/O子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)38基于8051的處理器子系統(tǒng)處理器核心總線輔助電路（復(fù)位、時(shí)鐘等）IO電路：串行、并行、中斷等39Net50的CPU子系統(tǒng)設(shè)計(jì)contents時(shí)鐘子系統(tǒng)JTAG接口引出數(shù)據(jù)總線引出地址總線復(fù)位與watchdog上電配置電路其它輔助電路40net50時(shí)鐘設(shè)計(jì)41JTAG接口42引出數(shù)據(jù)總線43引出地址總線44復(fù)位與watchdog45上電配置電路46其它輔助電路偏置電路電源電路電源濾波電路etc.47輸入輸出接口電路單獨(dú)設(shè)計(jì)與具體的應(yīng)用緊密相關(guān)483.6.3基于嵌入