硬件设计及驱动开发

嵌入式培训课程第三节：硬件系统设计及驱动开发硬件系统设计采购、焊接、系统调试设计工具简介嵌入式外设编程课程内容功能模块划分电源电路模块复位电路模块JATG接口模块时钟与电源管理模块存储器模块硬件系统设计系统总线外围总线

系统总线仲裁器存储器控制器LCD控制器中断控制器ZDMA控制器总线桥接器|仲裁|BDMAGPIO控制器I2C控制器UART控制器I2S控制器SIO控制器PWM控制器RTC看门狗ADCTAP控制器PLL功耗管理LCD触摸屏RS232接口EEPROMJATGANI[7:0]32KHz电源复位音频编码器Mic&Speak外部总线以太网接口USB接口以太网控制器USB控制器8LED控制器8LED键盘键盘控制器SDRAMFLASHLEDs功能模块划分处理器电源电路模块。电源电路模块提供嵌入式系统所需的各种电源，由5V直流电源/USB接口、线性调节器IC与退偶电容组成。复位电路模块。复位电路模块由一个机械开关及滤波电路组成，用于产生系统复位脉冲。JATG接口模块。JATG接口模块包括TAP控制器及一个20针的JATG连接器，用于提供JATG接口。时钟与电源管理模块。时钟与电源管理模块包括晶体、锁相环PLL及电源管理单元，用于提供系统工作时钟，并进行电源管理。存储器模块。存储器模块包括存储器控制器、SDRAM与Flash，用于管理存储器与外部总线。RS232接口模块。RS232接口模块包括UART控制器与RS232接口连接器DB-9，用于提供一个简单的三线RS232接口。功能模块划分USB接口模块。USB接口模块包括USB控制器芯片USBN9603与USB接口连接器，用于提供一个USB接口。以太网接口模块。以太网接口模块包括一个太网控制器芯片DM9000与以太网接口连接器RJ-45，用于提供以太网接口。8段数码管模块。8段数码管模块包括8段数码管控制器与一个8段数码管，用于显示十六进制字符0~F及小数点。键盘模块。键盘模块包括键盘控制器与键盘。LCD模块。LCD模块包括LCD控制器与LCD屏。ADC与触摸屏模块。ADC与触摸屏模块包括模数转换器ADC与触摸屏。触摸屏的触点坐标为模拟量，需转换成数字量以进行处理。功能模块划分LED与GPIO模块。LED与GPIO模块包括发光二极管LED与GPIO控制器。因LED通常挂在I/O口上，故将LED与GPIO放在一起进行介绍。EEPROM与IIC模块。EEPROM与IIC模块包含EEPROM与IIC控制器，因EEPROM带有IIC总线，可直接挂接到IIC控制器上，故将其放在一起进行介绍。定时器模块。定时器模块包括PWM定时器、看门狗定时器与实时时钟。这三个功能模块虽相互独立，但由于其组成、工作原理与功能均相似，故将他们归为一个模块进行介绍。中断控制器模块。中断控制器模块仅包括中断控制器。IIS总线接口模块。IIS总线接口模块包括IIS总线控制器、IIS总线协议与音频编解码器。功能模块划分功能模块划分电源电路模块复位电路模块JATG接口模块时钟与电源管理模块存储器模块硬件系统设计设计实例通过5V稳压器或USB接口供电系统中需要+5V、+2.5V与+3V三种电源。内核，I/O接口采用+3.3V供电，一些外围芯片需+3.3V、显示屏背光28V，另外一些需5V。因此需DC-DC稳压器将5V输入转换成3.3V、28V。5V的外围芯片可直接供电。DC-DC稳压器有线性稳压器与开关稳压器两种电源电路模块电源电路线性稳压器优势不在电路板上产生噪声；元件数量少；价格不高。线性稳压器劣势不能输出比输入高的电压效率不高，产生热量。电源电路模块电源电路开关稳压器优势

效率更高；

不产生那么多的热量；

可从任意输入电压产生任意输出电压；开关稳压器劣势噪声大，并且元件数量多。

电源电路模块电源电路电源电路模块电源电路电源电路模块电源电路电源电路模块电源电路电源电路模块电源电路电源与地线设计中需注意的问题电源线与地线尽量粗，最好用平面地线与电源线组成的回路面积应尽量小模拟与数字部分要独立供电数字地与模拟地分开电源线与地线间加退耦电容电源电路模块电源电路PCBLayout不推荐！单面板电源电路模块电源电路PCBLayout推荐！单面板电源电路模块电源电路PCBLayout栅格布局推荐！双层板电源电路模块电源电路PCBLayout指状布局不推荐！双层板电源电路模块电源电路PCBLayout电源电路模块电源电路PCBLayout电源电路模块电源电路PCBLayout电源电路模块电源电路PCBLayout功能模块划分电源电路模块复位电路模块JATG接口模块时钟与电源管理模块存储器模块硬件系统设计复位电路用于产生复位脉冲，使系统复位。PC机与大部分嵌入式系统上均有一个复位按键，按下时系统便会复位（重启）复位电路模块复位电路模块功能模块划分电源电路模块复位电路模块JATG接口模块时钟与电源管理模块存储器模块硬件系统设计JTAG（JointTestActionGroup，联合测试行动小组）是一种国际标准测试协议（IEEE1149.1标准），主要用于芯片内部测试、系统仿真与调试及Bootloader的下载JTAG技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路TAP（TestAccessPort,测试访问口)，通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试。目前JTAG有两种标准，即14针接口和20针接口。JTAG接口模块JTAG14连接器JTAG接口模块VCC（1、13）：接电源GND（2、4、6、8、10、14）：接地线nTRST（3）：JTAG复位信号，复位JTAG的状态机和内部的宏单元（Macrocell）TDI（5）：数据输入信号TMS（7）：测试模式选择（TestModeSelect），通过TMS信号控制JTAG状态机的状态TCK（9）：JTAG的时钟信号TDO（11）：数据输出信号NC（12）：未连接

JTAG接口电路JTAG接口模块功能模块划分电源电路模块复位电路模块JATG接口模块时钟与电源管理模块存储器模块硬件系统设计时钟与电源管理模块概述时钟产生电路电源管理模块时钟与电源管理模块驱动程序时钟与电源管理模块时钟与电源管理模块负责向CPU和外设提供工作时钟，并进行电源的管理。电源管理是通过向CPU和外设提供不同频率的时钟信号以达到电源管理的一个功能单元。有5种电源管理模式：正常模式低速模式空闲模式停止模式SL空闲模式时钟与电源管理模块概述时钟与电源管理模块时钟产生电路由时钟源电路，振荡器放大器OSC，锁相环PLL，时钟控制逻辑组成。时钟产生电路时钟与电源管理模块时钟产生电路时钟与电源管理模块电源管理模块通过软件控制系统的工作时钟以实现对电源的管理，如提供低速时钟或不提供时钟时，功耗将降低。此部分包括两个内容：电源管理模式控制寄存器电源管理模块时钟与电源管理模块正常模式(Normal)对全部外设（UART、DMA、定时器等）与基本模块（CPU核、总线控制器、存储器控制器、中断控制器和电源模块）提供时钟信号，但也可以通过软件选择性地停止部分外设的时钟信号以减少功耗；空闲模式（IDLE）

CPU时钟被停止，但对总线控制器、存储控制器、中断控制器和电源管理模块提供时钟信号。外部中断与RTC告警中断可使系统退空闲模式。时钟产生电路时钟与电源管理模块停止模式（STOP）所有模块，包括PLL和OSC都停止。SL_IDLE模式(S_LCDMode)除LCD外，其它所有模块的时钟都停止，功耗比IDLE低。低速模式（SLOW）关PLL，提供低频时钟作为系统以降功耗，频率时钟产生电路时钟与电源管理模块功能模块划分电源电路模块复位电路模块JATG接口模块时钟与电源管理模块存储器模块硬件系统设计RAM:“Random-access”memorySRAMDRAM存储1bit的电路？DataWData'SRAMDataWDRAMSDRAM（SynchronousDRAM）存储器芯片选择存储器模块ROM:“Read-Only”MemoryMask-programmedROMOTPROM:One-timeprogrammableROMEPROM:ErasableprogrammableROMEEPROM:ElectricallyerasableprogrammableROMFlashMemory存储器芯片选择存储器模块三种ROM比较EPROM紫外线擦除，慢，整片擦除EEPROM电擦除，快，单字擦除Flash电擦除，快，块擦除存储器芯片选择存储器模块两种RAM比较SRAM单元电路：6MOS不需刷新，速度快集成度低、成本高应用：片上RAM、cache、寄存器DRAM/SDRAM单元电路：1MOS+1C需刷新，速度慢集成度高、成本低应用：内存（如PC内存条）存储器芯片选择存储器模块FLASHSDRAM存储器芯片选择存储器模块蛇形线目的：等长，时序匹配尽量避免！存储器PCBLayout存储器模块硬件系统设计采购、焊接、系统调试设计工具简介嵌入式外设编程课程内容元器件采购元件清单系统调试Part-by-Part调试方式；调试顺序：焊接情况->电源->时钟->时序；记录详