ARM嵌入式系统设计初步上ppt课件

1、ARM嵌入式系统设计初步一、嵌入式系统体系构造概述二、嵌入式系统主要功能部件的任务原理三、micro2440系统的开发和调试一、嵌入式系统体系构造概述1.1嵌入式系统的概念以上定义包含如下含义：它必然是一个技术密集、不断创新的知识集成系统。它是一个面向用户、面向产品的公用系统它是一个根据运用需求进展硬件和软件裁剪的计算机运用系统。它需求一套开发工具和环境进展运用系统的开发和调试。硬件以高性能处置器为根底，软件以多义务操作系统为根底的综合平台。微处置器 MPU外围电路电源模块时钟电路复位电路flashRAMROMUSBLCD键盘其它外 设一、嵌入式系统体系构造概述运用程序操作系统软件1.2 AR

2、M微处置器1.2.1 ARM的含义ARM是一个公司的名，它于1991年成立在英国剑桥，是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司。其全称是：Advanced RISC Machines1、何为RISC?RISC即Reduced Instruction Set Computer精简指令集计算机，它于CISC对应。2、何为CISC？即Complex Instruction Set Computer复杂指令集计算机。1.2.2 ARM处置器的特点u体积小、功耗低、本钱低、性能高。u具有双指令集处置功能，即Thumb16位和ARM32位指令集。u内含大量存放器，使指令执行速度快。u指令长度一致，便于

3、指令处置。u采用流水线方式处置指令。u具有7中任务方式u内含存储器管理部件MMU。u内含高速存储器cache。u内含大量接口电路和功能部件。u任务频率高400Mhz 以上ARM处置器系列有：ARM7、ARM9、ARM10和ARM11。关于指令执行方式假设一条指令执行完了以后，再执行下一条指令，假设一条指令执行完了以后，再执行下一条指令，这种执行指令的方式称为串行方式。这种执行指令的方式称为串行方式。指令流水线执行方式假设第一条指令在完成取指令第一步骤以后，控制器就取假设第一条指令在完成取指令第一步骤以后，控制器就取第二条指令，取完了第二条指令就取第三条指令，以此类推，第二条指令，取完了第二条指

4、令就取第三条指令，以此类推，这种指令执行的方式称为并行方式，或称为流水线方式。这种指令执行的方式称为并行方式，或称为流水线方式。 关于ARM指令集和Thumb指令集ARM指令集是32位指令集，指令是用32位二进制数进展编码，数据也是用32位二进制数来编码，地址信号也是32位，使得内存寻址空间达4GB。Thumb指令集是16位指令集，指令是用16位二进制数进展编码，同样数据也是用16位二进制数来编码，它是ARM指令集的子集，它的优点是：指令密度高：改动了32位二进制数编码浪费的问题，使得生成的程序代码少，节省存储器空间。ARM系统在执行程序时，可以方便地在两个指令集之间切换。采用伪指令CODE1

5、6和CODE32)。这表达了ARM系统可裁剪的特点。关于处置器的任务方式这是一种只为用户程序提供有限硬件资源的运转方式。1、用户方式USR：2、快速中断方式FIQ：当需求与外设进展高速数据传输时的运转方式。3、中断方式IRQ：用于普通中断处置的运转方式。计算机为了有效处置各种异常情况和支持操作系统软件，处置器将任务方式分为七种方式。处置器的任务方式续操作系统维护时的运转方式。4、管理方式SVC：5、中止方式ABT ：当数据或指令预取出错时的运转方式。6、系统方式SYS：具有特权的操作系统义务的运转方式。7、未定义指令中止方式UND：当处置器试图执行未定义指令时的运转方式。1.2.3 ARM92

6、0T处置器1、ARM920T的内核构造ARM920T的内核构造阐明u处置器内核采用哈佛体系构造，实现了5级流水线的指令操作，即取指令、指令译码、指令执行、数据存储器访问和存放器回写。u处置器内核采用哈佛体系构造，分别构建了指令高速RAM存贮器和数据高速RAM存储器。u处置器内核中的CPU是ARM9TDMI，支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。u处置器内核采用规范的总线构造，如AMBA、ASB、AHB。u处置器内核支持ARM的调试体系。S3C2440ARM构造2、AHB总线模块AHB总线模块阐明1、LCD控制器、LCD DMA:液晶显示器的数据传送及其控制器。2、NAND控制器：NA

7、ND是一种大容量FLASH存储器。3、SRAM/NOR/SDRAM存储器控制电路。4、总线控制器：用于管理总线资源的运用。AHB：Advanced High-performance Bus3、APB总线和时钟模块APB总线模块阐明APB是Adanced Peripheral Bus高级外围总线。1、GPIO：General Purpose I/O。3、RTC：Real Time Clock，产生具有日历功能的时钟信号。5、SD/MMC存储卡控制器。6、经过软件可以有选择地为各功能模块提供时钟信号。MPLL是产生MCU的时钟。2、UART、SPI、USB、I2C、I2S：均为不同规范的串行口。4

8、、定时器/PWM:定时/脉冲宽度调制信号发生器。1.3 嵌入式操作系统1.3.1 什么是操作系统操作系统OSOperation System是计算机的系统软件，其作用是：有效地控制和管理计算机的硬件资源和软件资源。为用户提供方便的操作界面和运用接口。操作系统有顺序执行系统、分时操作系统和实时操作系统。1.3.2 实时操作系统实时操作系统RTOSReal Time Operating System是支持用户按时完成义务程序的一个系统软件。实时系统是一个可以在指定的时间内完成系统功能，是一个可以对内部或外部事件在规定时间内作出反响的系统。实时系统还具有以下特点：并行性：在宏观上可以同时处置多个任务

9、。可靠性：当系统出现了错误，系统依然可以处在可预测形状，仍可以平安带错运转。1.3.3嵌入式操作系统的作用能保证嵌入式系统平安有效地运转。能方便开发人员进展裁剪操作系统，并把用户程序融入进来。1.3.4 常用的嵌入式实时操作系统1、Linux操作系统的优点是：源代码开放、可以定制。2、WinCE操作系统的特点：承继了Windows界面、软件移植性好。3、C/OS-II操作系统的特点：构造简单、功能完备、实时性强。二、嵌入式系统主要功能部件的任务原理2.1 通用输入输出口GPIOARM的通用输入输出口GPIO普通都要多种功能，它不仅是输入输出信号的通道，而且是ARM芯片内各种功能部件与外界联络的

10、通道。不同型号的ARM，其通用输入输出口GPIO的数量是不一样的，如s3c2410芯片具有117个多功能GPIO端口，它们分别是：多功能GPIO端口PortAGPA：23线输出口PortBGPB：11线输入/ 输出口PortCGPC：16线输入/输出口PortDGPD：16线输入/输出口PortEGPE：16线输入/输出口 PortFGPF：8线输入/输出口PortGGPG：16线输入/输出口PortHGPH：11线输入/输出口2.1.1 通用I/O口相关存放器1、端口控制存放器端口控制存放器用于设置各端口线位的功能。端口控制存放的符号为GPnCON，n=AH。各端口控制存放的地址：寄存器寄存

11、器GPACONGPBCONGPCCONGPDCON地址0 x560000000 x560000100 x500000200 x50000030寄存器寄存器GPECONGPFCONGPGCONGPHCON地址0 x560000400 x560000500 x560000600 x56000070通用I/O口相关存放器续2、端口数据存放器端口数据存放器用于输入/输出传送数据。端口数据存放的符号为GPnDAT，n=AH。各端口数据存放的地址：寄存器寄存器GPADATGPBDATGPCDATGPDDAT地址0 x560000040 x560000140 x500000240 x50000034寄存器寄

12、存器GPEDATGPFDATGPGDATGPHDAT地址0 x560000440 x560000540 x560000640 x56000074通用I/O口相关存放器续3、端口上拉存放器端口上拉存放器用于设置各端口线位上拉电阻的功能。端口上拉存放的符号为GPnUP，n=BH。各端口上拉存放的地址：寄存器寄存器GPBUPGPCUPGPDUP地址0 x560000180 x500000280 x50000038寄存器寄存器GPEUPGPFUPGPGUPGPHUP地址0 x560000480 x560000580 x560000680 x560000782.1.2 通用I/O口运用举例GPF端口有8

13、根线，每一根线的任务方式都可以经过对GPFCON的编程来配置。GPF端口有8根线的任务方式：输入INPUT、输出OUTPUT、功能引脚中断信号输入。GPF端口控制存放器中控制位的配置：D1D0控制GPF0线、D3D2控制GPF1线、以此类推，D15D14控制GPF7。详细控制编码是：00为输入、01为输出、10为功能引脚中断信号输入、11为保管。1、GPF端口衔接LED及其控制编程GPF端口衔接LED及其控制编程续GPF端口与LED衔接电路：ARM处置器GPF4VDD3.3VGPF4采用灌电流驱动LED，GPF4=0，LED亮；GPF4=1，LED暗。R0R0是限流电阻，防止电流太大，损坏接口

14、。GPF端口衔接LED及其控制编程续控制编程如下：#define rGPFCON (*(volatile unsigned *)0 x56000050)/Port F control#define rGPFDAT (*(volatile unsigned *)0 x56000054)/Port F data#define rGPFUP (*(volatile unsigned *)0 x56000058)/Pull-up control F rGPFCON=rGPFCON|0 x00000100;/GPF4为输出方式 rGPFUP=rGPFUP|0 x10;/GPF4线制止接上拉电阻 rGPF

15、DAT=rGPF4DAT| 0 x10;/GPF4输出1 rGPFDAT=rGPFDAT&0 xEF;/GPF4输出0GPC端口衔接键钮及其控制编程GPC端口与键钮的衔接电路：ARM处置器GPC1VDD3.3VR1R1是外接的上拉电阻，其功能是当键钮未按下时，GPC1线输入是高电平。GPC端口衔接键钮及其控制编程续控制编程如下：#define rGPCCON (*(volatile unsigned *)0 x56000020)/Port F control#define rGPCDAT (*(volatile unsigned *)0 x56000024)/Port F data#defin

16、e rGPCUP (*(volatile unsigned *)0 x56000028)/Pull-up control F rGPCCON=rGPCCON&0 xFFFFFFF3;/GPC1为输入方式 rGPCUP=rGPCUP&0 xFFFD;/GPC1线允许接上拉电阻 rGPCDAT=rGPCDAT&0 x0002;/GPC1输入1，那么rGPCDAT=0 x0002 rGPCDAT=rGPCDAT&0 x0000; /GPC1输入0，那么rGPCDAT=0 x00002.2 ARM系统中的存储器构造2.2.1 多层次的存储器构造在PC中，存储器系统是由硬盘、内存条和CPU中的Cache

17、组成。构成了多层次的存储器构造。与此类似，ARM微机中的存储器也是多层次的存储器构造。由NAND FLASH、NOR FLASH、主存储器和CPU中的Cache组成。为什么计算机中采用不同类型的存储器来构造存储器系统呢？主要是鉴于速度和本钱的思索。2.2.2 NAND FLASH存储器NAND FLASH是一种非易失性的半导体存储器，具有以下特点：1以页为单位进展读和编程操作，故CPU不能直接读取指令和数据。其中的程序代码和数据代码只能先装载到主存中，然后再执行。2数据和地址采用同一总线，实现串行读取。3芯片尺寸小、引脚少、本钱低。4启动时，Nand Flash 控制器将Nand Flash

18、中的最先4KB代码装载到控制器的SRAM中。然后执行这个启动程序，在执行启动程序中将Nand Flash中的内容复制到主存中，接着CPU再执行主程序。2.2.3 Nor FLASH存储器Nor FLASH是一种非易失性的半导体存储器，具有以下特点：1拥有独立的数据总线和数据总线，使CPU能快速地、直接地从中读取指令执行指令。2芯片尺寸大、引脚多、集成度低、本钱高。3假设程序被固化在Nor Flash，启动时，CPU直接从Nor Flash 中取指令，执行主程序。2.2.4 DMA控制器1、何为DMA?DMA(Direct Memory Acess)，即直接存储器存取，它是一种外围设备与内存之间

19、数据传送的方式。该数据传送方式有以下优点：u数据传送无需CPU介入，从而提高了CPU的任务效率。u消除了因CPU与外围设备速度不匹配引起的数据丧失问题。2、DMA控制器DMA控制器是实现外围设备与内存之间直接数据传送的电路部件。DMA操作的主要过程如下：u外围设备向DMA控制器发出DMA恳求。uDMA控制器向CPU发出总线恳求。uCPU呼应DMA恳求，将总线控制权出让给DMA控制器。uDMA控制器向外围设备发DMA呼应信号，预备开场数据传送。u进展DMA 数据传送。u数据传送终了，DMA控制器向CPU发中断恳求信号，CPU在接纳到此信号后，转入中断处置程序进展DMA后续任务的处置。uCPU执行

20、完该中断子程序后，前往到被中断的程序继续执行。CPU重新获得总线控制权。三、micro2440系统的开发和调试3.1 micro2440开发板的简介3.2 采用ADS集成开发环境对嵌入式系统的开发和调试3.3 采用Linux开发环境对嵌入式系统的开发和调试3.1 micro2440开发板的简介Micro2440 嵌入式系统的构造是采用中心板+底板方式。3.1.1 Micro2440 嵌入式系统的中心板。Micro2440 中心板配置Micro2440 中心板其实是一个最小系统板，它具有最根本的系统配置u CPU - 三星S3C2440，运转于400Mhzu NOR FLASH 2M，u NAN

21、D FLASH - 64M(可晋级到128M-1G)u SDRAM 64M， SDRAM 地址空间：0 x30000000 0 x34000000u 1 个电源指示灯和4 个用户指示灯u 专业复位芯片u 在板 JTAGu 专业电压调理芯片3.1.2 Micro2440 嵌入式系统的底板Micro2440SDK 底板资源特点Micro2440SDK 参考底板除了常见的规范接口：音频输入和输出、DB9 串口COM0,COM1、COM2、USB Host 和 USB Slave、RJ-45 网络接口、SD 卡座等，为了方便学习开发，还引出了其他GPIO、系统总线接口等外设和接口.1、用户LEDLED

22、 是开发中最常用的形状指示设备，Micro2440 具有4 个用户可编程LED，它们直接与CPU 的GPIO 相衔接，低电平有效(点亮)，详细的资源占用如下表：LED电路2、用户按键A/D 输入测试本开发板总共可以引出3 路A/D(模数转换)转换通道，它们位于板上的CON6 接口，为了方便测试，其中AIN0 衔接到了开发板上的可调电阻 W1，原理图如下所示。3.1.3Micro2440 3.1.3Micro2440 开发板运用阐明1、 启动方式选择S2 接到Nor Flash 标识一侧时，系统将从Nor Flash 启动；S2 接到Nand Flash 标识一侧时，系统将从Nand Flash

23、 启动。2、 外部接口衔接u 请运用直连串口线衔接开发板的串口 0 和PC 机的串口u 用交叉网线将开发板的网络接口与 PC 相连u 用5V 电源适配器衔接到板上的5V 输入插座u 用 USB 电缆衔接开发板和PC运用阐明续3、设置超级终端超级终端是micro2440系统中软件BIOS的操作平台。为了经过串口衔接开发板，必需运用一个模拟终端程序，几乎一切的类似软件都可以运用。4、安装USB 下载驱动安装的USB 驱动是在BIOS 方式下，配合dnw.exe 软件将程序下载到micro2440的SDRAM中执行。非操作系统下的外围资源测试1、下载运转测试程序2440test 是一个裸机测试程序。

24、在images2440test目录中找到2440test.bin 文件，经过BIOS 下载运转该测试程序，步骤如下(1)衔接好开发板电源，串口线，USB 线，并设置拨动开关S2 为Nor Flash 启动系统，分别翻开串口超级终端和DNW，上电启动开发板。(2)保证USB 驱动曾经安装好(前面曾经详细引见了USB 驱动的安装方法)，这时可以看到DNW 的标题栏显示USB：OK，假设没有安装好驱动会显示USB：x下载运转测试程序续在windows平台工具文件夹中执行DNW.EXE程序，PC机屏幕上出现以下窗口：下载运转测试程序续(3)点DNW 菜单Configuration，设置USB 下载运转地址为0 x30000000下载运转测试程序续(4)这时在超级终端的BIOS 功能菜单中选择功能号d，出现USB 下载等待提示信息下载运转测试程序续(5)点击DNW 程序的“USB Port“Transmit，选择2440test.bin 这个映象文件(在光盘的images2440test目录下面)，接着点“翻开，这样就开场下载了。下载运转测试程序续(6)下载终了后，会自动运转，出现如下界面，同时在micro2440系统的LCD 上会出现一副“向日葵“画面：2、 外围资源测试(1)蜂