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1、2023/2/14主要内容课程简介SBC2410X开发板的介绍嵌入式系统的概述嵌入式系统的硬件嵌入式系统的软件嵌入式系统的开发技术自主性开放式实验第1页/共54页2023/2/14课程简介课程的时间安排：课堂教学（1学分）；自主性开放式实验（1学分）；课程目的：了解嵌入式系统的基本概念了解嵌入式系统的开发技术经历一次真正的研发过程培养团队合作精神第2页/共54页2023/2/14自主性开放式实验实验对象：实验对象：SBCSBC2410X2410X开发板开发板实验内容：根据开发板所提供的资源，自行拟制实验内容：根据开发板所提供的资源，自行拟制实验方式：分组、合作实验方式：分组、合作截至时间：现在
2、截至时间：现在6 6月月3030日日第3页/共54页2023/2/14检查方式及内容1.方案论证与可行性分析（报告及文档）；方案论证与可行性分析（报告及文档）；2.软件设计文档及源程序；软件设计文档及源程序；3.实验演示；实验演示；4.结题报告；结题报告；5.总结报告（个人承担的工作，工作中遇到了什么问题，如何解决，个人工作总结报告（个人承担的工作，工作中遇到了什么问题，如何解决，个人工作的自我评估，对本课程教学的建议）。的自我评估，对本课程教学的建议）。前前4 4项每个小组递交一份，须注明每人承担的工作。第项每个小组递交一份，须注明每人承担的工作。第5 5项每人递交一份。项每人递交一份。第4
3、页/共54页2023/2/14评分标准（初稿）首先根据每个组的项目完成情况进行评分；首先根据每个组的项目完成情况进行评分；组长对组员的工作进行评价，给出建议分数；组长对组员的工作进行评价，给出建议分数；按照每个人的工作总结进行评分；按照每个人的工作总结进行评分；上述三项结合后就是每个人的总成绩。上述三项结合后就是每个人的总成绩。第5页/共54页2023/2/14SBC2410X开发板介绍第6页/共54页2023/2/14SBC2410X开发板的介绍（1）SBC-2410X 基于三星公司的ARM 处理器S3C2410X，采用6 层板设计。内部集成ARM920T 核，带有全性能的MMU(内存处理单
4、元)，适用于设计移动手持设备类产品，具有高性能、低功耗、接口丰富和体积小等优良特性。第7页/共54页2023/2/14SBC2410X开发板的介绍（2）板上集成了64M SDRAM、64M Nand Flash、1M Boot Flash、RJ-45 网卡、音频输入与输出、USB Host、USB slave、标准串口、SD 卡插座、用户按键和一些用户灯等设备接口，并且使用2.0mm 插针槽引出CPU 的大部分信号引脚。在软件上，可使用嵌入式Arm-Linux 和 Win CE操作系统。第8页/共54页2023/2/14SBC2410X的标准硬件特性序号序号 名称名称描述描述1CPUSamsu
5、ng S3C2410X，200MHz 主频，主频，最高最高266Mhz 2ROM1 MB AMD Flash ROM 64M Samsung Nand Flash ROM3RAM32Mx2 SDRAM4LAN一个一个10M Ethernet，RJ-45 接口接口5Serial1 个个DB9 标准串口标准串口6USB1 个个USB 1.1 Host A 型接口型接口1 个个USB 1.1 Host B 型接口型接口7Audio一个音频接口，一个音频输入口一个音频接口，一个音频输入口第9页/共54页2023/2/14SBC2410X的标准硬件特性（1）序号序号序号序号名称名称名称名称描述描述描述描
6、述8RTC 外接外接32.768KHz 的晶振，的晶振，带有备份电池，带有备份电池，可保持时钟可保持时钟9JTAG20 针标准的针标准的JTAG 接口，接口，主要用来下载，主要用来下载，bootloader10SD CardSD Card 插座插座11LED4 个可编程用户个可编程用户LED(带驱动程序带驱动程序)12Keypad4 个可编程用户按键个可编程用户按键(带有驱动程序带有驱动程序)13Switch一个电源开关一个电源开关第10页/共54页2023/2/14SBC2410X的标准硬件特性（3）序号序号序号序号名称名称名称名称描述描述描述描述14Reset一个复位按键一个复位按键15P
7、OWER一个开关电源一个开关电源+5V 供电供电16Fixed Hole6 个定位孔个定位孔(内径内径3mm，外径外径5mm)17Boardsize120(L)x90(W)mm第11页/共54页2023/2/14SBC-2410X 专有接口特性序号序号名称名称描述描述1COM1-314 针针2.0mm 间距接口直接引出间距接口直接引出CPU 内部三串口内部三串口2KEYBOARD10 针针2.0mm 间距接口引出间距接口引出I/O 键盘键盘3CON-LCDLCD/STN 液晶屏接口液晶屏接口(50 针针2.0mm 间间距距)，可以接各种单色可以接各种单色,伪彩伪彩,真彩液晶真彩液晶屏，屏，含有
8、触摸屏接口含有触摸屏接口4CON-GPIOGPIO 等接口等接口(36 针针2.0mm 间距间距)，含含有有10 个中断引脚，个中断引脚，6 路路AD 输入，输入，1 个个SPI 接口，接口，I2C 接口，接口，2 个时钟输出，个时钟输出，2个个GPIO 口口第12页/共54页2023/2/14SBC-2410X 专有接口特性（1）序号序号序号序号名称名称名称名称描述描述描述描述5 5BUS CONBUS CON总线接口总线接口总线接口总线接口(44(44 针地址数据线针地址数据线针地址数据线针地址数据线,14,14 针控针控针控针控制线制线制线制线),),带有带有带有带有16 16 位数据线
9、位数据线位数据线位数据线,25,25 位地址线位地址线位地址线位地址线等信号等信号等信号等信号第13页/共54页2023/2/14SBC-2410X 接口介绍可以扩展三个COM（串口）第14页/共54页2023/2/14 USB HOST 使用PC 上常见A 型口，USB DEVICE 使用B 型口。2 个USB接口，一个作为Host(可配置为Slave 模式)，一个是Slave。第15页/共54页2023/2/14 SBC-2410X 使用+5V 直流电源供电，并在电源插座的旁边标明了插座的极性，使用电源开关S600 可以控制板上电源系统的通断。第16页/共54页2023/2/14 BUS
10、CTRL 接口主要为系统总线控制信号，BUS CON 主要为地址数据线等。第17页/共54页2023/2/14 4个IO 方式的用户可编程按键，同时把这些IO 口引出到一个插座上。序号序号定义定义序号序号定义定义1VDD33V2VDD33V3EINT74EINT15NC6EINT27NC8EINT39GND10GNDGND第18页/共54页2023/2/144 个IO 方式的用户可编程LED灯(绿色）。第19页/共54页2023/2/14 SBC-2410X 引出了剩余资源的引脚供用户扩展之用。CON-GPIO包含10 路中断，6 路A/D 输入，1 组SPI 接口等。第20页/共54页202
11、3/2/14嵌入式系统的概述嵌入式系统的基本概念嵌入式系统的应用现状嵌入式系统的发展第21页/共54页2023/2/14嵌入式系统的应用各种使用嵌入式技术的电子产品，如：MP3、PDA、手机、智能玩具，网络家电、智能家电、车载电子设备等；第22页/共54页2023/2/14第23页/共54页2023/2/14工业和服务领域中 大量嵌入式技术也已经应用于工业控制、数控机大量嵌入式技术也已经应用于工业控制、数控机床、智能工具、工业机器人、服务机器人等各个行床、智能工具、工业机器人、服务机器人等各个行业，正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式。业，正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式。第24页/共
12、54页2023/2/14消费类电子智能玩具、手持通讯的核心第25页/共54页2023/2/14智能玩具与机器人第26页/共54页2023/2/14嵌入式Internet应用第27页/共54页2023/2/14军事国防领域第28页/共54页2023/2/14航天领域第29页/共54页2023/2/14嵌入式系统无所不在嵌入式的应用更是涉及金融、航天、电信、网络、信息家电、医疗、工业控制、军事等各个领域，以致一些学者断言嵌入式技术将成为后PC时代的主宰。第30页/共54页2023/2/14什么是嵌入式系统根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和
13、设备的装置”（原文为devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants）。就是嵌入到对象体中的专用计算机系统。第31页/共54页2023/2/14一般定义嵌入式系统是软件和硬件的综合体，除处理器外还包括必要的外设，比如接口设备、甚至与其相关的机电设备等。一个嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的计算机软硬件集合体。即以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。第32页/共54页2023/2/14
14、嵌入式系统的特点1.系统内核小：嵌入式系统一般应用于小型电子装置，系统资源有限，因此内核较传统的操作系统要小得多；2.专用性强：软、硬件按对象要求裁剪，两者结合紧密；软件的编译下载与系统相结合，“通用”、“升级”的概念一般不适用；3.系统精简：没有系统软件和应用软件的区分第33页/共54页2023/2/14嵌入式系统的特点（1）4.嵌入式系统开发需要开发工具和环境用户对其中程序功能进行修改必须一套开发工具和环境；开发工具一般基于通用计算机上的软硬件设备以及各种辅助仪器；主机：用于程序的开发；目标机：最后的执行机；开发是交替式的。第34页/共54页2023/2/14嵌入式系统的分类按表现形式分（
15、硬件范畴）：芯片级嵌入（含程序或算法的处理器）模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入按实时性要求分（软件范畴）：非实时系统（PDA）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（工业和军工系统）第35页/共54页2023/2/14嵌入式处理器的分类嵌入式微处理器（EMPU）微控制器（MCU）数字信号处理器（DSP）片上系统（SOC）第36页/共54页2023/2/14Embedded Microprocessor Unit来自于通用处理器（MCU），核心只保留了与嵌入式应用有关的功能，并在功耗、功能配置、封装形式、可靠性等方面进行改进；优点：体积小、功耗低、成本低、可靠性高；缺点：片内周片电路不足
16、，必须配备ROM，RAM，总线接口，各种外设接口等；代表：AM186/88、386EX、PowerPC、ARM系列 第37页/共54页2023/2/14MicroController Unit又称单片机，即将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中。一般以某一种微处理器的CPU为核心，芯片内集成了ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设接口，也可集成A/D、D/A转换接口。第38页/共54页2023/2/14特点：单片化、体积小、功耗和成本低、可靠性高；缺点：MCU微控制器，总
17、线宽度一般为4位、8位或16位，处理速度有限，一般在几个MIPS，进行一些复杂的应用很困难，运行操作系统就更难。代表：MCS51、MCS96、S1C33、MSP430等。第39页/共54页2023/2/14Digital Signal ProcessorDSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFT、频谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。特点：在信号处理方面有得天独厚的优势；l缺点：DSP是运算密集处理器，一般用在快速执行算法，做控制比较困难。为了追求高执行效率，不适合运行操作系统，核心代码使用汇编。第40页/共54页2023/
18、2/14发展方向：DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设而成嵌入式DSP处理器；在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器；代表：TMS320系列。第41页/共54页2023/2/14System On Chip一个硅片上实现一个复杂的系统；SOC可分为通用和专用两类；通用：TriCore、M-core、某些ARM；专用：Smart XA（Philips）。SOC（片上系统）的优势：1.可通过改变内部工作电压，降低芯片功耗；2.减少了芯片的外管脚数，简化了制造过程；3.减少了外围驱动接口单元及电路板之间的信号传递，加快了微处理器的数据处理速度；4.增强了抗干扰能力。第42页/共54页2
19、023/2/14典型的嵌入式微处理器（EMPU）1.ARM/Strong ARM1.ARM（advanced RISC Machines）是16/32位RISC 微处理器；2.ARM 公司通过转让RISC微处理器、外围和系统芯片设计技术实现与合作伙伴共赢；3.ARM公司已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案的RISC标准2.ARM处理器的特点：1.体积小、功耗低、成本低、性能高；2.16/32位双指令集；第43页/共54页2023/2/14第44页/共54页2023/2/14第45页/共54页2023/2/142.PowerPCPowerPC既有通用的处理器（IBM的一些服务器
20、，Apple的PC），又有嵌入式控制器和内核，应用的范围非常广泛。原因：PowerPC构架的可伸缩性好。典型产品：1.IBM 的PowerPC 405 GP（EMPU）2.Motorola MPC823e（SOC）等等第46页/共54页2023/2/143.x86x86系列处理器起源于intel构架的8080；486DX和ARM，MIPS，SuperH都是著名的嵌入式处理器。Intel 486Intel 486内部印刷电路内部印刷电路第47页/共54页2023/2/14补充内容：相关基本知识1.冯诺依曼体系结构与哈佛体系结构冯诺依曼体系结构冯诺依曼体系结构特点：特点：数据和指令都存储在同一存数
21、据和指令都存储在同一存储器中。储器中。通用通用PCPC，ARM 7ARM 7。第48页/共54页2023/2/14哈佛体系结构特点：特点：1.1.数据存储器和程序都数据存储器和程序都存储分开；存储分开；2.2.数据存储器的带宽较数据存储器的带宽较宽；宽；DSPDSP、ARM9ARM9第49页/共54页2023/2/14CISC&RISCCISC（复杂指令集）具有大量的指令和寻址方式大多数程序只使用少量的指令就可以运行。RISC（精简指令集）指令长度固定，指令类型很少数据处理指令只访问寄存器，与访问存储器的指令是分开的使CPU硬件结构设计更为简单，缩短了开发周期，提高了性能。第50页/共54页2023/2/14流水线技术几个指令可以并行执行提高了CPU的运行效率流水线技术中的“写后读”、“延迟转移”第51页/共54页2023/2/14超标量执行采用多条流水线结构第52页/共54页2023/2/14CACHECache的内容是部分主存储器内容的拷贝；CPU 对高速缓存（Cache）的读写速度比对内存读写的速度快得多；第53页/共54页2023/2/14南京理工大学自动化系感谢您的观看。第54页/共54页