linux嵌入式系统概述.ppt

linux嵌入式系统概述,内容介绍,内容简介,嵌入式系统定义,嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁减，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。,区别,嵌入式系统与一般PC系统有何区别？,区别,嵌入式系统专用于特定的应用，而PC是通用计算机。使用多种类型的处理器和处理器体系结构。关注成本。大多有功耗约束。经常在极端的环境下运行。系统资源比PC少的多。需要专用工具和方法进行开发设计。嵌入式系统的数量远远超过PC。,应用领域,应用领域,发展历史,嵌入式系统构架,嵌入式处理器板载硬件嵌入式操作系统嵌入式应用程序,嵌入式系统构架,硬件架构,嵌入式处理器,ARM,ARM，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。,MIPS,MIPS系列微处理器最初是在上世纪80年代由美国斯坦福大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的，目前其使用率仅次于ARM。MIPS应用领域覆盖游戏机、路由器、掌上电脑等各个方面。MIPS的系统结构及设计理念比较先进，在设计理念上MIPS强调软硬件协同提高性能，同时简化硬件设计。,PowerPC,PowerPC处理器品种很多，应用范围非常广泛，从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统，从消费类电子产品到大型通信设备，无所不包。,嵌入式操作系统,嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台。嵌入式系统具有操作系统的最基本功能:进程调度内存管理设备管理文件管理操作系统接口(API调用)嵌入式操作系统具有的特点:可裁减,可配置。有一定的实时性。,嵌入式操作系统,嵌入式操作系统,Vxworks:美国WindRiver公司于1983年开发，具有可靠、实时、可裁减特性。WinCE:支持具有丰富应用程序和服务的32位嵌入式系统。嵌入式Linux：近年来，Linux在嵌入式领域异军突起。,内容简介,什么是ARM?,ARM（AdvancedRISCMachines）既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。,ARM,1990年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。,ARM,ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。,ARM,据最新统计，全球有103家巨型IT公司在采用ARM技术，20家最大的半导体厂商中有19家是ARM的用户，包括德州仪器，意法半导体，Philips，Intel等。ARM系列芯片已经被广泛的应用于移动电话、手持式计算机以及各种各样的嵌入式应用领域，成为世界上销量最大的32位微处理器。,ARM,ARM,发展历程,发展历程,在ARM的发展历程中，从ARM7开始，ARM核被普遍认可和广泛使用。1995年StrongARM问世。XScale是下一代StrongARM芯片的发展基础。ARM10TDMI是ARM处理器核中的高端产品。ARM11是ARM家族中性能最强的一个系列。,发展历程,最近10多年来ARM技术的突出成果表现在：ARM9、ARM10、Strong-ARM和ARM11等系列处理器的开发，显著地提高了ARM的性能，使得ARM技术在面向高端数字音、视频处理等多媒体产品的应用中更加广泛；更好的软件开发和调试环境，加快用户产品开发；更为广泛的产业联盟使得基于ARM的嵌入式应用领域更加广阔；,应用领域,应用领域,1、工业控制领域：基于ARM核的微控制器不但占据了高端微控制器市场的大部分份额,同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器（单片机）提出了挑战。,应用领域,2、无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术,ARM以其高性能和低成本,在该领域的地位日益巩固。,应用领域,3、网络应用：随着宽带技术的推广,采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化,并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。,应用领域,4、消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。,应用领域,5、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。除此以外，ARM微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更加广泛的应用。,特点,1、体积小、低功耗、低成本、高性能2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集,能很好的兼容8位/16位器件3、大量使用寄存器,指令执行速度更快4、寻址方式灵活简单,执行效率高,ARM系列,ARM7系列ARM9系列ARM9E系列ARM10E系列ARM11系列SecurCore系列Inter的XscaleInter的StrongARM,ARM7,ARM7系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中,ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器,属低端ARM处理器核。,ARM9,ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型。,ARM9E,ARM9E系列微处理器为综合处理器,提供了增强的DSP处理能力,很适合于那些需要同时使用DSP和微控制器的应用场合，如下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备等领域。ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三种类型。,ARM10E,ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点,由于采用了新的体系结构，与同等的ARM9器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50，同时ARM10E系列微处理器采用了先进的节能方式，使其功耗极低。ARM10E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。ARM10E系列微处理器包含ARM1020E、ARM1022E、ARM1026EJ-S三种类型。,ARM11,ARM11,ARM11系列微处理器是ARM公司近年推出的新一代RISC处理器，它在性能上展示了巨大的提升，首先推出350M-500MHz时钟频率的内核，在未来将上升到1GHz时钟频率。ARM11处理器在提供高性能的同时，也允许在性能和功耗间做权衡以满足某些特殊应用，通过动态调整时钟频率和供应电压，开发者完全可以控制这两者的平衡。ARM11系列主要有ARM1136J，ARM1156T2和ARM1176JZ（iphone）三个型号。,内容简介,Linux介绍,简单地说，Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统。这个系统是由世界各地的成千上万的程序员设计和实现的。其目的是建立不受任何商品化软件的版权制约的、全世界都能自由使用的Unix兼容产品。,UNIX发展历史,UNIX发展历史,UNIX主要版本,LINUX系统简介,GNU,Linux的发展离不开GNU（GNU在英文中原意为非洲牛羚，这里是GNUisNotUnix的递归缩写）,GNU计划又称革奴计划，是由RichardStallman在1983年9月27日公开发起的,它的目标是创建一套完全自由的操作系统。,GNU,GNU计划开发出了许多高质量的免费软件，如：GCC、GDB、BashShell等，这些软件为Linux的开发创造了基本的环境，是Linux发展的重要基础，因此，严格来讲，Linux应该被称为GNU/Linux。,发展史,应用范围,过去，Linux主要被用于服务器，传统上有以Linux为基础的“LAMP（Linux,Apache,MySQL,Perl/PHP/Python的组合）”经典技术组合，提供了包括操作系统、数据库、网站服务器、动态网页的一整套网站架设支持。而面向更大规模级别的领域中，如数据库中的Oracle、DB2、PostgreSQL，以及用于Apache的TomcatJSP等都已经在Linux上有了很好的应用样本。,应用范围-服务器EMC,应用范围,由于其低廉的成本和高度的可定制性，Linux被广泛应用于嵌入式系统，例如机顶盒、移动电话及行动装置等。在移动电话上，Linux已经成为与SymbianOS、WindowsMobile系统并列的三大智能手机操作系统之一；而在移动装置上，则成为WindowsCE之外另一个选择。此外，有不少硬件式的网络防火墙及路由器，其内部都是使用Linux，并采用了操作系统提供的防火墙及路由功能。,应用范例,特点,自由软件真正的多用户、多任务操作系统极强的平台可伸缩性提供强大的管理功能完全符合POSIX标准具有丰富的图形用户界面具有强大的网络功能,发行版,一个典型的Linux发行版包括：Linux内核，一些GNU程序库和工具，命令行shell，图形界面的XWindow系统和相应的桌面环境，如KDE或GNOME，并包含数千种从办公套件，编译器，文本编辑器到科学工具的应用软件。,发行版,内容简介,S3c2410,S3C2410A微处理器是一款由Samsung半导体公司推出的高性能、低功耗、高集成度并具有工业级温度范围和性能的微处理器。,一、核心板,2410核心板S3C2410AARMCPUCPUSDRAM64MNandFlash64M（boot）NorFlash选配总线缓冲和仲裁启动设置280脚接口,2410核心板CPU,SAMSUNGsS3C2410A16/32-bitRISCmicroprocessor.ARM920TcoreARMAdvancedRISCMachines,Ltd.16KBI-Cache/16KBD-Cache/MMUSDRAMControlLCDcontroller4-chDMAsARM的处理器核丰富可变的外设型号繁多的芯片,2410核心板SDRAM,同步动态（SynchronousDynamic）RAM基本存储单元：MOS管电容优点成本低廉容量大缺点平均访问速度较低控制时序较复杂，需要不断刷新需要SDRAM控制器才能使用,2410核心板SDRAM,支持2个SDRAM片选，最大容量256MB。支持行宽度1113，列宽度811，2或者4个Bank的SDRAM。2410实际配置：HY561620，4M16Bit4Banks，行宽度13，列宽度11，4个Bank。两片组成32位模式，合计64MB。,SDRAM原理图,硬件资源,3.FLASH存储256MB1GBNandFlash,掉电非易失2MNorFlash，掉电非易失4.LCD显示标准配置为三星256K色240 x320/3.5英寸TFT真彩液晶屏，带触摸屏；板上引出一个12V电源接口，可以为大尺寸TFT液晶的12VCCFL背光模块(Inverting)供电。,核心板NANDFlash,非线性Flash：NAND;线性Flash：Nor主要厂商：韩国三星K9FXX08按页和块的组织存储单元，访问存储单元需要发送命令，不能直接读写。只有8根数据线，按顺序输入命令、地址（多个字节）和数据。2410核心板使用K9F1208，64MB。,核心板K9F1208的存储单元组织,4096个块，每个数据块包含32个页，每页有528个字节，前512个字节为主数据存储器，后16个字节为辅助数据存储器，存放ECC代码，坏块信息。,核心板NANDFLASH接口,由于S3C2410直接带有NANDFLASH控制器，因此接口逻辑极为简单需要注意的是FRB信号是OC门输出，因此需要外部的上拉电阻。在没有NAND控制器的CPU上使用NANDFlash需要设计特别的逻辑和驱动程序来实现时序。,核心板启动设置,启动存储器的选择由OM0和OM1决定。2410核心板没有专门的BootROM，BootLoader保存在NandFlash的开头。CPU上电会自动从NandFlash的前4K空间拷贝代码到CPU内部SRAM并从SRAM运行SRAM此时定位在Bank0,总线缓冲和仲裁,增加驱动能力总线带6个负载时，系统已经不能稳定工作。保证高速信号的信号完整性带7个负载时，SDRAM速度就只能跑到67MHz总线仲裁凡是访问外部总线的，都要选通缓冲芯片，否则关闭,核心板RTC,32.768KHz晶体22pF电容，匹配晶体负载电容另外需要单独给RTC供电1.8V,核心板280脚插座,几乎引出处理器所有的可用管脚和复用引脚如何和270核心板兼容？可直接对应安排的信号：数据、地址、控制总线IIC、UART、USB、SD、IIS/AC97、电源、LCD、中断、定时器、GPIO等2410独有的信号：模拟输入、触摸屏270独有的信号：PC卡接口、CIF接口（CMOS摄像头）,二、主板,电源12V输入DCDC降压JTAG并口线直连复位RTC电源RS232电平转换DB9插座音频IIS、AC97按键、PS/2与IC卡接口数码管点阵发光管触摸屏LCD接口双以太网卡主USBHUB1转4从口,IrDARS485CANADDAEXPORT168Pin直流电机SD卡接口、CF卡、IDE,主板复位,上电复位由IMP811T完成。IMP811T的复位输出可以使JTAG状态机复位，同时系统复位来自JTAG仿真器的JTAG复位信号ICE_nTRST直接复位JTAG来自JTAG仿真器的系统复位信号直接使系统复位。,主板RTC电源,RTC电路的供电电压1.8V使用电池电压或3.3V电压经过两个BAV99降压后得到,主板RS232,TTL-RS232电平转换MAX3232,主板音频IIS总线,IIS总线菲利浦公司提出的串行数字音频总线协议IIS总线只处理声音数据，只使用了三根串行总线：分时复用的数据线、字段选择线（声道选择）、时钟信号在三星公司的ARM芯片中，为了实现全双工模式，使用了两条串行数据线，分别作为输入和输出,主板音频,菲利浦公司的IIS接口音频CODEC（多媒体编解码器）ARM2410内含有双工DMA，可支持录音和放音同时进行IIS总线只提供音频数据流的传输通道，而CPU和UDA1341的L3控制接口是用GPG8、9、10软件模拟时序音频模拟电路提供耳机输出，线路输入，麦克输入等功能，另有板载MIC。配合软件可以实现录音，放音，传话等功能音量电位器用来调节扬声器的音量。,电阻式触摸屏工作原理,利用压力感应进行检测。在一层玻璃或硬塑料基层的上涂上两层金属导电层，在两层之间有许多细小的透明隔离点。当屏收到挤压时，两层导电层在挤压点就有了接触，电阻就发生变化。四线电阻式。,主板双以太网,双网卡NIC-2和NIC-1都在BANK2上NIC-2的基地址是0 x400，逻辑地址是0 x10000400NIC-1的基地址是0 x200，逻辑地址0 x10000200而NIC-1的则是INT2，NIC-2的中断是INT3,两个网卡的地址,主板IrDA,收发芯片采用TFDU4100通过跳线接UART2,主板RS485,传输线通过CPLD转接UART2，方向控制线占用GPH1,主板CAN,使用SPI经由MCP2510CAN控制器扩展收发器使用TJA1050接线端子5V提供电源输出功能,主板AD,3个ADC电位器对应AIN0-2，可通过跳线选择处理器的AIN0-2是连接电位器还是引出到扩展槽触摸屏电