嵌入式处理器课件

第3章嵌入式处理器1内容3.1概述3.2嵌入式系统的硬件组成3.3嵌入式处理器的技术指标及选型原则3.4典型的嵌入式处理器3.5ARM处理器3.6嵌入式CPU子系统的设计方法3.7小结23.1概述嵌入式处理器是嵌入式系统硬件的核心，运行嵌入式系统的系统软件和应用软件。嵌入式处理器的种类非常多，不仅不同的行业使用不同种类和体系的嵌入式处理器，而且同一行业也使用不同种类和性能的处理器。因此，嵌入式系统的硬件设计工作变得非常复杂，要求硬件设计人员在极短的时间内完成硬件设计，尽快把产品推向市场。嵌入式系统的设计人员首先应满足客户的需求。通俗地说，用户需要什么，则设计什么；需要什么产品，则设计什么产品；而不是我们熟悉什么，就使用什么样的处理器。33.2.1嵌入式系统的方式3.2.2硬件子系统总体组成3.2.3嵌入式处理器子系统3.2.4嵌入式存储器子系统3.2.5附属电路和I／O子系统3.2.6调试子系统3.2.7如何选择处理单元3.2嵌入式系统的硬件组成53.2.1嵌入式系统的方式1．嵌入通用计算机型2．嵌入专用计算机型3．如何决定嵌入方式63.2.2硬件子系统总体组成图3－1嵌入式系统硬件体系结构的功能部件73.2.4嵌入式存储器子系统在嵌入式系统中使用的存储器可以是内部存储器，也可以是外部存储器。通常处理器的内部存储器是非常有限的。对于小型的应用，如果这些存储器够用了，就没有必要使用外部存储器；否则，必须使用外部存储设备。嵌入式系统的存储器用于存放嵌入式系统的应用软件。通常，大多数嵌入式系统的软件以固件的形式存放，也有一部分以RAM的形式存放。一般的应用中，使用嵌入式微控制器不需要使用外部存储器，而使用其他的处理单元则需要使用外部存储器。93.2.5附属电路和I／O子系统(1)嵌入式处理器工作时必须有附属电路，如时钟电路、复位电路、调试电路、监视定时器、译码器电路等。这些电路不完成数据的输入和输出功能，而是为嵌入式处理器的工作提供必要的条件。在设计嵌入式系统的硬件电路时，通常把它们与嵌入式处理器设计成一个模块，形成处理器子系统。(2)I／O接口电路。包括两大类：输入接口电路和输出接口电路，完成嵌入式处理器与外部设备之间的交互和数据通信。这些电路包括网络接口与通信控制器、串行接口、模／数转换和数/模转换接口、人机接口等。应用于不同行业的嵌入式系统，接口的功能和数量有很大的差异。103.2.6调试子系统调试子系统指的是JTAG调试接口和BDM调试接口。现代的嵌入式处理器大多具有JTAG调试接口，便于硬件和软件的调试。在设计嵌入式系统的硬件电路时，通常在电路板上引出JTAG接口，用于软件调试和程序下载、升级等。除了JTAG接口外，，Motorola公司的嵌入式处理器还有BDM调试接口，用途与JTAG相同。总之，通常设计嵌入式系统的硬件时，虽然在调试阶段使用JTAG接口进行调试统运行阶段并不使用，但是通常的做法是保留此接口，用于程序下载和调试。113.3嵌入式处理器的技术指标及

选型原则功能字宽处理速度工作温度功耗寻址能力平均无故障工作时间性能价格比工艺电磁兼容性指标3.3.1技术指标133.3.2嵌入式系统处理器选型原则1嵌入式处理器选型原则2选择嵌入式处理器的具体方法143.4.1ARM／StrongARM3.4.2MIPS3.4.3PowerPC3.4.4x863.4.568K／Coldfire3.4典型的嵌入式处理器15◆典型的嵌入式处理器-ARM系列ARM7ARM9ARM9EARMl0SecurCore未来。。。17ARM7系列ARM7TDMIT:ThumbD:debugM:乘法器I：嵌入式ICE硬件提供片上断点和调试点支持ARM7-SARM720TARM7EJ应用18ARM9系列5级流水线；提供1.1MIPS/MHz的哈佛结构。应用引擎管理、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、PDA、网络电脑和智能电脑19ARM10系列ARM10系列为硬宏单元，带有：DSP扩展；嵌入式ICE-RT；全性能MMU；Cache；对于指令和数据，64位AHB接口；6级流水线；内部64位数据通路；25MIPS/MHz；在实际应用中，与同等ARM9器件相比，在同样的时钟速度下，性能提高了50％。21SecurCoreSC100SecurCoreSC100系列专为安全需要而设计，具有特定的抗窜改（resisittampering）和反工程（reverseengineering）特性。它还有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全。22基于ARM内核的产品ATMEL公司带ARM核的芯片CirrusLogic公司带ARM核的芯片Intel公司带ARM核的芯片NetSilicon公司带ARM核的芯片Samsung公司带ARM核的芯片Triscend公司带ARM核的芯片23Atmel公司带ARM核的芯片应用通用工业应用25型号ARM核用途备注AT91M40400ARM7TDMI通用AT91M40800ARM7TDMI通用低成本AT91M40807ARM7TDMI通用128KB掩膜ROM为32位，低功耗AT91M43300ARM7TDMI通用AT91M42800AARM7TDMI通用RTC、OSC和PLLAT91M55800AARM7TDMI通用极低功耗，8通道10位ADC，2通道10位DAC、RTC、OSC和PLLAT91M63200ARM7TDMI多处理器具有多处理器接口MPIAT91R40807ARM7TDMI通用SRAM位32位，单周期访问AT91R40008ARM7TDMI通用SRAM位32位，单周期访问AT91F40416ARM7TDMI通用AT91F40816ARM7TDMI通用AT91FR4081ARM7TDMI通用高集成度AT75C310ARM7TDMIInternet处理器AT75C220ARM7TDMIInternet设备处理器26Intel公司带ARM核的芯片型号ARM核用途备

注SA－110StrongARM处理器超低功耗片上系统SA－1100StrongARM处理器带LCD控制器和数字音频接口DAI的高性能、低功耗片上系统SA－1110StrongARM处理器带SDRAM和改进数字音频接口的高性能、低功耗片上系统SA－1111StrongARM处理器IXP1200StrongARM网络处理器80200XscaleI/O处理器29NetSilicon公司带ARM核的芯片型号ARM核用途NET＋15ARM7TDMI通用以太网NET＋40ARM7TDMI通用以太网NET＋50ARM7TDMI通用以太网30Samsung公司带ARM核的芯片应用-办公室产品应用通用以太网PDA温度范围主要商用31器件名ARM核用途S3C3400AARM7TDMI通用，PDAS3C3410XARM7TDMI通用，PDA，游戏，GPSS3C44A0AARM7TDMI通用，PDAS3C44B0ARM7TDMI通用，PDA，电子书，LCD游戏，GPSS3C44B0AARM7TDMI通用，PDAS3C4510ARM7TDMIEthernetHub/交换器，xDSL路由器/WLANAP，VoIP电话/网关，家庭PNA路由器S3C4530ARM7TDMIEthernetHub/交换器，xDSL路由器/WLANAP，VoIP电话/网关，家庭PNA路由器S3C4520ARM7TDMIModem路由器S3C4909AARM7TDMIFlash产品S3C49F9XARM7TDMIFlash产品32Triscend公司带ARM核的芯片型号ARM核专用资源系统RAM可配置系统逻辑单元CSI地址选择器PIO引脚（最大）TA7S05ARM7TDMI存储器接口单元4通道DMA控制器2个16C550型UART2个16位定时器32位看门狗定时器电源管理上电复位硬件断点单元JATG口4K×32位51232124TA7S12115272188TA7S202048128252TA7S323200200316333.6嵌入式CPU子系统的设计方法3.6.1设计原则3.6.2基于微控制器的设计3.6.3基于嵌入式微处理器的设计343.6.1设计原则复用原则模块化原则标准化原则地址总线数据总线控制总线电源、网络标号的使用-网络标号的使用反映用途例如:RXD,TXD等分图的处理分图之间的连接线尽量少353.6.2基于嵌入式控制器的系统设计363.6.2基于嵌入式控制器的系统设计电源、地、电源滤波。时钟电路，包括石英晶体、电容等。复位电路，图中没有复位电路，是因为LPC系列的微控制器可以内部复位。I/O部件的设计-驱动电路根据特定的应用而定373.6.3基于嵌入式处理器的系统设计contents处理器子系统的设计存储器子系统的设计I/O子系统的设计38基于8051的处理器子系统处理器核心总线辅助电路（复位、时钟等）IO电路：串行、并行、中断等39Net50的CPU子系统设计contents时钟子系统JTAG接口引出数据总线引出地址总线复位与watchdog上电配置电路其它辅助电路40net50时钟设计41JTAG接口42引出数据总线43引出地址总线44复位与watchdog45上电配置电路46其它辅助电路偏置电路电源电路电源滤波电路etc.47输入输出接口电路单独设计与具体的应用紧密相关483.6.3基于嵌入