嵌入式系统常用术语

嵌入式系统常用术语第2次授课嵌入式系统概述想一想，你知道哪些处理器？嵌入式系统中的处理器可以分成四大类：1微处理器MPU2微控制器MCU3数字信号处理器DSP4片上系统SOC21.2嵌入式技术入门知识1常用名词通用信息处理23人工智能31.2.1MCU、MPU、ARM、FPGA、DSP的概念Renesas（瑞萨）NXP（恩智浦）Microchip（微芯）ST（意法半导体）Atmel（爱特梅尔）TI（德州仪器）Toshiba（东芝）Samsung（三星）宏晶、凌阳、新唐等80C51系列单片机、Atmel公司的AVR单片机、Microchip公司的PIC、TI公司的MSP430、ST公司的STM32系列、NXP公司的LPC1700系列芯片MicroControlUnit，嵌入式微控制器（俗称单片机），把CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O、中断系统、定时器/计时器、各种功能外设等资源集成到一个芯片上的微型计算机系统4在主频、ROM大小及外设接口方面有了翻天覆地的变化典型应用产品工业控制器、智能手环、血糖仪、智能消费电子、家电等微控制器的发展8位机（51单片机）16位机（PIC、MSP430等）高性能的32位机（STM32、LPC2000等）应用领域和场合不断扩展和更新1.2.1MCU、MPU、ARM、FPGA、DSP的概念5MPUMicroProcessorUnit，微处理器。MPU是由通用计算机中的CPU（微处理器）演变而来，可以理解为增强版的CPU，即不带外围功能器件。一个嵌入式微处理器系统需要在MPU的基础上，添加外围电路和外部设备才得以构成。MPURAMROMFlash电源USBLCD键盘嵌入式微处理器系统Motorola的68K系列Intel的X86系列飞思卡尔的i.MX6TI公司的AM335XSamsung的S3C2410和S3C6410应用产品有智能手机、平板电脑、路由器、数码相机等1.2.1MCU、MPU、ARM、FPGA、DSP的概念6ARM是一家公司，也是一类技术和产品的统称。ARM公司设计的芯片主要涉及嵌入式移动设备领域，指令集更加紧凑简单，功耗和成本更低，在移动消费电子领域占据着很大的市场份额。ARMCortex-A15内核设计的芯片ARM公司目前主要授权三个系列的芯片设计——ARM9、ARM11和Cortex，涉及微控制器系列、微处理器系列以及更高端的产品系列。1.2.1MCU、MPU、ARM、FPGA、DSP的概念7体积小、功耗低、价格低廉MCU微控制器处理能力强，可扩展更大的内存空间，主频、功耗、体积及价格方面相对较高MPU微处理器搭载操作系统的MPU功能更为强大，人机界面更为人性化、美观化微波炉、智能手环以及电动车上的电机控制器等适用于功能单一、耗电量低、对价格敏感、便携式的、人机界面简单的产品应用。应用于功能多样、人机交互系统较为强大，对运算速度有较高要求的应用场合，比如多媒体设备1.2.1MCU、MPU、ARM、FPGA、DSP的概念8DSP两种含义DigitalSignalProcessing（数字信号处理），是用数值计算的方式对信号进行加工处理的理论和技术。DigitalSignalProcessor（数字信号处理器），是一种专用于数字信号处理领域的微处理器芯片，将数字信号处理算法用具体的器件实现。专用的硬件乘法器专门的DSP指令程序和数据分开存储的哈佛体系结构支持流水线操作允许取指令和执行指令同时进行提高了微处理器的速度，其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器。所采用的技术1.2.1MCU、MPU、ARM、FPGA、DSP的概念9应用于低端市场的，如TMS320C2000系列高端的DSP，如TMS320C5000/C6000系列TI（德州仪器）ADI（美国模拟器件）Motorola（摩托罗拉）Lucent（朗讯科技）Zilog（Z洛格）DSP芯片的主要厂商TI的典型产品数字信号处理领域，例如调制解调、数字加密解密、图像处理中的卷积、数字滤波、FFT、语音处理等数字信号处理的算法实现等主要应用DSP处理器1.2.1MCU、MPU、ARM、FPGA、DSP的概念10Field-ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列。突出的优势：灵活性：可以现场配置器件功能，不再受硬件的制约；高性能（速度快）：FPGA用硬件处理数据，采用并发和流水两种技术，多个模块之间可以同时并行执行。FPGA逻辑单元触发器资源I/O引脚硬件描述语言硬件（芯片）任何数字器件的功能，上至复杂的CPU，下至简单的数字逻辑电路。1.2.1MCU、MPU、ARM、FPGA、DSP的概念11HDL/VHDL1.2.2MCU开发与ARM-Linux开发的区别开发主要涉及的内容：Linux内核与移植、Bootloader、Linux文件I/O、Linux多任务编程、Linux进程间通信、Linux多线程编程、Linux网络编程、Linux设备驱动编程、Android应用编程等。偏向软件，开发人员需具备数据结构、操作系统、计算机网络等相关理论知识和专业技能，在嵌入式开发领域里常称为软件开发工程师。开发主要涉及的内容有：体系结构与接口、指令系统、汇编语言、GPIO、定时器、A/D、I2C、SPI、Flash、LCD、SD卡等外设接口、RTOS、uC/OS-II嵌入式操作系。偏向硬件，开发人员需具备电子技术、微机原理等相关理论知识，掌握绘制电路板等专业技能，在嵌入式开发领域里一般常称为硬件开发工程师。MCU开发ARM-Linux开发121.2.3嵌入式技术中常见的术语1.封装封装是用塑料、金属或陶瓷材料等把集成电路封在其中。封装可以保护芯片，并使芯片与外部世界相连。常见的封装形式有：①通孔封装；②贴片封装。通孔封装中，常见有：①单列直插式；②双列直插式；③Z字形封装。贴片封装中，常见有：①小外形封装；②紧缩小外形封装；③四方扁平封装。131.2.3嵌入式技术中常见的术语2.PCB印制板也称为PCB板，是组装电子元件用的基板，是电路原理图的实物化。PCB板的主要功能：提供集成电路等各种电子元件固定、装配的机械支撑。图1-8所示为某款PCB板的实物。图1-8印制电路板141.2.3嵌入式技术中常见的术语3.ROM&RAMRAM是可读写的随机存储器，分为DRAM和SRAM两类。01DRAM特点：价格低，但控制烦琐，接口电路复杂。一般用于内存或显存。03SRAM显然速度快，不需要刷新的操作，但是也有缺点，就是价格高，体积大，所以在主板上还不能作为用量较大的主存。05DRAM：由一个MOS管组成一个二进制存储位，一般需要每隔一段时间就要控制刷新信息，给其充电。02SRAM：由四个或者六个MOS管构成一个二进制存储位。通电工作时，SRAM不用刷新，可以保存原有数据不变，一般用于CPU缓存。04ROM:数据可以读出，但不可以修改，所以称之为只读存储器。通常用来存储一些固定不变的信息如常数、程序等。06151.2.3嵌入式技术中常见的术语4.模拟量和开关量模拟量是指时间连续、数值也连续的物理量，如温度、压力、流量等。模拟量：控制量的大小是一个在一定范围内变化的连续数值。如，温度从0~500℃，压力从0~16MPa，液位从1~10m，电动阀门的开度从0~100%等，这些量都是模拟量。开关量是指一种二值信号，用两个电平分别表示两个逻辑值（0和1）。开关量：该控制量只有两种状态，如开关的断开和导通的状态，继电器的打开和闭合，电磁阀的通和断等。161.2.3嵌入式技术中常见的术语5.并行通信和串行通信并行通信是指数据的各位同时在多根数据线上进行传输的通信方式，数据的各位同时由源到达目的地。如8位、16位、32位等同时传输。串行通信是指数据在单线（高低电平表征信号）或双线（差分信号）上，按时间先后一位一位地逐位传送，其优点是节省传输线，但相对于并行通信来说，速度较慢。171.2.3嵌入式技术中常见的术语7.串行外设接口——SPISPI（SerialPeripheralInterface）是Motorola公司推出的一种串行外设接口，主要用于MCU扩展外围芯片。SPI是一种高速的、全双工、同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB板上的布局节省空间。图1-10是SPI主从通信的示意图。图1-10SPI主从通信示意图181.2.3嵌入式技术中常见的术语8.集成电路互连总线接口——IIC(I2C)I2C（Inter-IntegratedCircuit）也读作I方C，是一种由Philips公司开发的两线式串行总线，主要用于用户电路板内MCU与其外围电路的连接。它是一种串行通信总线，使用多主从架构，为了让主板、嵌入式系统用以连接低速周边设备而发展起来的总线技术。图1-11I2C通信系统MCU与外围电路模块的连接示意图191.2.3嵌入式技术中常见的术语9.控制器局域网总线接口（CAN）控制器局域网(ControllerAreaNetwork,CAN)，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH（博世）公司开发的，并最终成为国际标准（ISO11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。201.2.3嵌入式技术中常见的术语10.边界扫描测试协议——JTAGJTAG（JointTestActionGroup）是由国际联合测试行动组开发，对芯片进行测试的一种方式，可将其用于对MCU的程序进行载入与调试等。11.串行线调试（SWD）SWD技术使用两针调试端口，是JTAG的低针数和高性能替代产品，通常用于小封装微控制器的程序写入与调试。随着ARM公司Cortex系列的推出，采样SWD方式调试成了大家的首选。SWD不仅速度可以与JTAG媲美，而且使用的调试线比JTAG少得多。很多人在采样SWD方式进行调试时，一般都是采用4线：①VCC；②GND；③SWDIO；④SWCLK。图1-12常用仿真器实物211.2.3嵌入式技术中常见的术语12.通用输入/输出（GPIO）GPIO是通用输入/输出（General

Purpose

I/O）的简称，主要用于工业现场需要用到数字量输入/输出的场合，例如：输出功能：继电器、

LED、蜂鸣器等的控制输入功能：传感器状态、高低电平等信息的读取复用功能：片内外设的对外接口时序模拟：模拟SPI、I2C和UART等常用接口的时序221.2.4学习STM32必备的知识基础

STM32微控制器应用开发的编程语言是C语言。在应用开发过程中，用户还经常需要阅读电路原理图、集成电路芯片的数据手册（Datasheet）等专业资料。因此在学习STM32之前，应先学习“C语言程序设计”“模拟电子技术”“数字电子技术”等课程。上述课程为学习STM32奠定模拟和数字电路分析设计的原理与方法、基本的C语言程序设计语法与规范等知识基础。231.2.5学习STM32需要的工具与平台，以及好的学习方法初学者不应盲目地追求开发板的功能，应以够用为原则，重点关注开发板配套的学习资料与视频是否详细、全面。目前市面上可供选择的STM32开发板主要有两种：最小系统板和外设齐全的开发板，分别如图1-13(a)和图1-13(b)所示。24“在线虚拟仿真实验教学平台”（/#/u）搭建硬件电路，建立工程文件、编译、运行，先验证电路、程序的功能，然后再在实际的开发板上测试验证。图1-14所示电路为虚拟仿真平台测试直流电机的PWM调速硬件环境。1.2.4学习STM32必备的知识基础25ARM处理器

ARM公司是全球领先的半导体知识产权提供商，不制造芯片，不向终端用户出售芯片，而是通过转让设计方案，由合作伙伴生产出各具特色的芯片。ARM是啥？ARM是“英国芯片设计公司”的缩写ARM是AdvancedRISCMachine的缩写0102

ARM是与X86平级的CP