嵌入式系统原理及应用教程第1章

刘春TEL个选择题：1.2012年全世界各种电子设备使用的操作系统中，微软的windows桌面操作系统系列所占份额大约是：A）20%B)40%C)60%D)90%2.2012年全世界销量最大的CPU芯片是由哪家制造的：A)IntelB)AMDC)ARMD)高通课程目的理论与实践相结合。以嵌入式系统基础及嵌入式处理器及其体系结构为重点，以应用为目的，全面介绍嵌入式系统的设计。使大家既能对嵌入式系统及开发有一个全景的把握，又能深入理解嵌入式实时操作系统。课程特点利用PC机就可以自己动手搭建嵌入式系统的开发平台，熟悉应用开发，更方便地学习和理解嵌入式系统的基础知识：从纯软件到硬/软件结合从“纸”上谈兵（编程序）到“板”上谈兵从“懂”怎么做到“会”做从讲/听到讲/听/做实验系统的内容目标平台开发工具嵌入式操作系统实验项目PC虚拟机ARM9开发板ADS集成开发环境Linux本课程规划1.硬件学习要求ORCAD\PADS分组完成平板电脑的完整设计（一个班6个组，每组限4人，自由组队，分产品规划与接口设计组、电源设计组、最小系统设计组、音视频接口设计组、无线信号与网络设计组、其他外设组）2.软件学习要求用虚拟机安装ubuntuLinux系统安装交叉编译环境并执行完整的编译设计一个上层应用并编译执行产品规划与接口设计组必答题1、采用什么芯片方案？为什么？2、所选用的芯片方案在现有所有方案中，性价比处于何种地位？与同类产品相比有哪些优势？3、产品规划了什么功能，这些功能有哪些指标，相应的需要设计哪些接口？4、产品规划了哪些创新点？面向的主要客户人群是哪些？规划的售价预计在什么水平？电源系统设计必答题1.设备电池的额定容量预计需要多少？2.续航时间以及充电时间预计多少？依据是什么？3.系统需要的电压共分几路？各多少伏？其中CPU需要几路？内存需要几路？4.充电接口选择何种接口，为什么？5.在你的方案中一共需要多少个电压调节器对处理器和所有外设供电？2023/2/58最小系统必答题1.最小系统除了地址总线和数据总线以外，还需要预留哪些总线与外设对接？请一一描述。2.你的最小系统需要哪几路不同的电源？3.你的最小系统支持哪几种启动模式？4.最小系统中存储设备有几种？它们的地址是怎么分配的？5.预留的调试接口是什么？选做题：晶振的可选频率范围为多少？2023/2/59音视频接口设计组必答题1、支持哪些音视频格式？2、需要预留哪些音视频接口，什么版本？3、HDMI和MHL有什么不同？4、设计平板电脑支持的最高音视频画质和音质可以达到多少？5、播放最高支持画质时可以达到的帧率是多少？无线信号与网络设计组必答题1、总共支持哪些无线信号？2、大sim卡和小sim卡有何区别？小sim卡支持的最高数据传输率提高到了多少？3、你的设计中一共需要多少根天线，这些天线会不会互相干扰，为什么?4、NFC通讯有什么功能，与wifi有何区别？5、你设计的蓝牙是什么版本？是否可以支持语音与数据的同时传输？其他接口组必答题1、USBOTG和USBHOST区别是什么？2、屏幕的接口有MIPI和LVDS，这两者有何区别？你的设计应该选用哪种，为什么？3、触摸屏有电容屏和电阻屏，你的设计应该选用哪种，为什么？4、虚拟按键和实体按键的优劣各是什么？5、陀螺仪、光感、指南针、温湿度计等的工作原理各是什么，它们都是用什么工艺制造的？课程成绩评定1.平时成绩：含点名、作业，占30％2.课程考试：占70％凡是3次点名不到或者3次作业不交，均无平时成绩课程实验8学时＋课程设计2学时：另算本次课堂作业：假如你未来会是一名嵌入式系统工程师，你愿意在哪个操作系统上进行开发，为什么？期末考试：闭卷考试70分，第十七周左右1.清华大学出版社孟祥莲主编教材2.《嵌入式Linux应用开发完全手册》韦东山人民邮电出版社3.《Android应用开发详解》郭宏志电子工业出版社4.《嵌入式LinuxC语言程序设计》5.《嵌入式系统设计与实例开发》目录第1章嵌入式系统概述第2章ARM微处理器概述与编程模型第3章ARM9指令系统第4章嵌入式程序设计基础第5章嵌入式内部可编程模块第6章嵌入式接口技术应用第7章软件开发环境第1章嵌入式系统概述嵌入式系统定义嵌入式系统的发展概述嵌入式系统的硬件和软件特征嵌入式系统的分类嵌入式系统的应用

1.1嵌入式系统定义计算机发展的三大阶段第一阶段：始于五十年代的由IBM,Burroughs,Honeywell等公司率先研制的大型机。第二阶段：始于七十年代的个人计算机。第三阶段：计算机正迈入下一个充满机遇的阶段—“后PC时代”或“无处不在的计算机”阶段。1.1嵌入式系统定义无处不在的计算机施乐公司PaloAlto研究中心主任MarkWeiser认为： “从长远来看，PC机和计算机工作站将衰落，因为计算机变得无处不在：例如在墙里、在手腕上、在手写电脑中(象手写纸一样)等等，随用随取、伸手可及”。全世界的计算机科学家正在形成一种共识:

计算机不会成为科幻电影中的那种贪婪的怪物,而是将变得小巧玲珑,无处不在.他们藏身在任何地方,又消失在所有地方,功能强大,确有无影无踪.人们将这种思想命名为:“无所不在的计算机”。嵌入式系统无处不在彼此互连1.1嵌入式系统定义什么是嵌入式系统嵌入式系统（EmbeddedSystems）是指：“嵌入到对象体系中的、用于执行独立功能的专用计算机系统”。定义为以应用为中心，以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为基础，强调硬件软件的协同性与整合性，软件硬件可剪裁的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有等严格要求的专用计算机系统。1.1嵌入式系统定义

嵌入式系统的嵌入式本质就是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去。1.1嵌入式系统定义最简单的嵌入式系统仅有执行单一功能的控制能力，在唯一的ROM中仅有实现单一功能的控制程序，无微型操作系统。复杂的嵌入式系统，例如个人数字助理（PDA）、手持电脑（HPC）等，具有与PC几乎一样的功能。实质上与PC的区别仅仅是将微型操作系统与应用软件嵌入在ROM、RAM或FLASH存储器中，而不是存贮于磁盘等载体中。很多复杂的嵌入式系统又是由若干个小型嵌入式系统组成的。马达控制器车灯嵌入式系统示例——汽车控制系统尾灯控制系统后车门控制系统前车门控制系统座椅控制系统发动器控制系统所有的控制系统都是一个完整的嵌入式系统1.1嵌入式系统定义从广义上讲，凡是带有微处理器的专用硬件系统都可以称为嵌入式系统，如各类单片机和DSP系统。这些系统在完成较为单一的专业功能时具有简洁高效的特点。但他们的软件的能力有限。因此，推荐使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己的操作系统，具有特定功能，用于特定场合的嵌入式系统。所以，一个嵌入式系统就是一个硬件和软件的集合体，它包括硬件和软件两部分。其中硬件包括嵌入式处理器、控制器、数字信号处理器（DSP）、存储及外设器件、输入输出（I/O）由于应用领域不同，应用程序千差万别。1.1嵌入式系统定义按照上述嵌入式系统的定义，只要满足定义中三要素的计算机系统，都可称为嵌入式系统。嵌入式系统按形态可分为设备级（工控机）板级（单板、模块）芯片级（MCU、SoC） 因此，有些人把嵌入式处理器当作嵌入式系统，但由于嵌入式系统是一个嵌入式计算机系统，因此，只有将嵌入式处理器构成一个计算机系统，并作为嵌入式应用时，这样的计算机系统才可称作嵌入式系统。1.1.2嵌入式系统的特点嵌入式系统特别强调“量身定做”的原则，开发人员往往需要针对某一种特殊用途开发出一个截然不同的嵌入式系统来，所以我们很难不经过“大量”修改而直接将一个嵌入式系统全套用到其他的嵌入式产品上去。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。嵌入式系统的特点是由三个基本要素衍生出来的。不同的嵌入式系统其特点会有所差异。1.1.2嵌入式系统的特点与“嵌入性”的相关特点：由于是嵌入到对象系统中，必须满足对象系统的环境要求，如物理环境（小型）、电气/环境（可靠）、成本（价廉）等要求。与“专用性”的相关特点：软、硬件的裁剪性；满足对象要求的最小软、硬件配置等。与“计算机系统”的相关特点：嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。与上两个特点相呼应，这样的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。1.1.2嵌入式系统的特点

与通用的计算机系统化相比，嵌入式系统具有以下显著特点。系统内核小专用性强运行环境差异大可靠性要求高系统精简和高实时性操作系统具有固化在非易失性存储器中的代码嵌入式系统开发工作和环境

1.2嵌入式系统的发展概述1.2.1嵌入式系统的历史与发展1．始于微型机时代的嵌入式系统（1）单片机开创了嵌入式系统独立发展之路（2）单片机的技术发展史 单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。

2.现代计算机技术的两大分支通用计算机系统嵌入式计算机系统1.2.2嵌入式系统的功能1.提供强大的网络服务针对外部联网要求，嵌入设备必须配有通信接口，相应需要TCP/IP协议簇软件支持；由于家用电器相互关联（如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息等）及实验现场仪器的协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口。同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。1.2.2嵌入式系统的功能 2.小型化、低成本、低功耗

为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求，如选用最佳的编程模型和不断改进算法，采用Java编程模式，优化编译器性能等。因此，既需要软件人员具有丰富的开发经验，更需要发展先进的嵌入式软件技术，如Java、Web和WAP等。1.2.2嵌入式系统的功能 3.人性化的人机界面

亿万用户之所以乐于接受嵌入式设备，其重要因素之一是它们与使用者之间的亲和力。它具有自然的人机交互界面，如司机操纵高度自动化的汽车主要还是通过习惯的方向盘、脚踏板和操纵杆。人们与信息终端交互要求以GUI屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件及彩色图形、图像已取得初步成效。 目前一些先进的PDA在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，但离掌式语言同声翻译还有很大距离。1.2.2嵌入式系统的功能 4.完善的开发平台

随着Internet技术的成熟、带宽的提高，ICP和ASP在网上提供的信息内容日趋丰富、应用项目多种多样，像移动电话、固定电话及电冰箱、微波炉等嵌入式电子设备的功能不再单一，电气结构也更为复杂。 为了满足应用功能的升级，设计者一方面采用更强大的嵌入式处理器，如32位、64位RISC芯片或数字信号处理器（DSP）增强处理能力；同时还采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量和缩短开发周期。1.3嵌入式系统的硬件和软件特征嵌入式系统是将嵌入了软件的计算机硬件作为其最重要部分的系统，它是一种专门用于某个应用或生产的特殊产品的计算机系统。由于其软件通常嵌入在ROM(只读存储器)中，因此，不像计算机那样需要辅助存储器，早期嵌入式系统自低向上包含3个部分。如图1-1所示。嵌入式系统的组成部分是嵌入式系统硬件平台、嵌入式操作系统（RTOS）和嵌入式系统应用。1.3嵌入式系统的硬件和软件特征应用程序与操作系统的接口

操作系统与硬件的接口

嵌入式系统应用

嵌入式实时操作系统嵌入式系统硬件平台1.3嵌入式系统的硬件和软件特征

经过不断地发展，嵌入式系统原有的3层结构逐步演化成为4层结构。这个新增加的中间层称为硬件抽象层（HardwareAbstractionLayer，HAL），有时也称为板级支持包（BoardSupportPackage，BSP）。这个新增加的中间层次位于操作系统和硬件之间，包含了操作系统中与硬件相关的大部分功能。 它能够通过特定的上层接口与操作系统进行交互，向操作系统提供底层硬件信息，并根据操作系统的要求完成对硬件的直接操作。1.3嵌入式系统的硬件和软件特征

由于引入了一个中间层，屏蔽了底层硬件的多样性，操作系统不再面对具体的硬件环境，而是面对由这个中间层次所代表的、逻辑上的硬件环境，因此，把中间层次叫做硬件抽象层（HardwareAbstractionLayer,HAL）。 图1-2显示了引用HAL以后的嵌入式系统。HAL的引入大大推动了嵌入式实时系统的通用化，从而为嵌入式系统的广泛应用提供了可能。1.3嵌入式系统的硬件和软件特征应用程序与操作系统的接口操作系统与HAL的接口HAL与硬件的接口嵌入式系统硬件平台硬件抽象层嵌入式系统应用嵌入式实时操作系统1.3.1嵌入式系统硬件平台

嵌入式系统硬件平台是以嵌入式处理器为核心，由存储器、I/O单元电路、通信模块、外部设备等必要的辅助接口组成的，如图1-3所示。USBLCD触摸屏键盘其他外设电源模块时钟复位外围电路微处理器MPUFlashROMRAM1.3.2硬件抽象层

硬件抽象层通过硬件抽象层接口向操作系统以及应用程序提供对硬件进行抽象后的服务。 当操作系统或应用程序试用硬件抽象层API进行设计时，只要硬件抽象层API能够在下层硬件平台上实现，那么操作系统和应用程序的代码就可以移植。1.3.2硬件抽象层

板级支持包（BoardSupportPackage，BSP）是现有的大多数商用嵌入式操作系统实现可移植性所采用的一种方案，是硬件抽象层的一种实现。

BSP隔离了所支持的嵌入式操作系统与底层硬件平台之间的相关性，是嵌入式操作系统能够通用与BPS所支持的硬件平台，从而实现嵌入式操作系统的可移植性和跨平台性，以及嵌入式操作系统的通用性、复用性。1.3.2硬件抽象层

BSP是相对于操作系统而言的，不同的操作系统对应于不同定义形势的BSP。 例如，对应同一个CPU来说，要实现同样的功能，VxWorks的BSP和Linux的BSP的写法和接口定义却完全不同。

因此，BSP一定要按照具体操作系统BSP的定义形式来写（BSP的编程过程大多数是在某一个成型的BSP模板上进行修改），这样才能与上层操作系统保持正确的接口，良好地支持上层操作系统。1.3.3嵌入式操作系统嵌入式操作系统的主要特点如下:体积小实时性

特殊的开发调试环境1.3.3嵌入式操作系统驱动程序、HAL/BSP驱动层应用程序接口（API）数据库模块网络模块图形驱动OS核内存管理文件管理OS层应用层基本模块扩展模块进程调度应用程序文件系统/图形用户接口硬件层1.4嵌入式系统的分类根据不同的标准，嵌入式系统有不同的分类方法。

1.按嵌入式微处理器的位数分类4位8位16位32位64位…….

其中，4位、8位、16位嵌入式系统已经获得了大量应用，32位嵌入式系统正成为主流发展趋势。 而一些高度负责和要求高速处理的嵌入式系统已经开始使用64位嵌入式微处理器。1.4嵌入式系统的分类2.按软件实时性需求分类非实时系统（如PDA）软实时系统（如消费类产品）硬实时系统（如工业实时控制系统）3.按嵌入式系统的复杂程度分类小型嵌入式系统中型嵌入式系统复杂嵌入式系统1.5嵌入式系统的应用工业过程控制网络通信设备消费电子产品航空航天设备军事电子设备和现代武器2023/2/549Hi3716系列各芯片接口规格对比Hi3716系列应用系统总体设计电源、时钟和复位电路设计存储部分电路设计音视频部分接口电路设计其它外设部分电路设计内容案例研究（CaseStudy）:Hisilicon3716接口2023/2/550Hi3716系列各芯片接口规格对比Hi3716系列包括三种芯片：Hi3716C、Hi3716H和Hi3716M。其硬件接口规格对比见下表所示：

Hi3716MHi3716HHi3716CCPU性能1500DMIPS2000DMIPS2500DMIPSVDAC6通道6通道6通道ADAC1路立体声1路立体声1路立体声SPDIFTX（支持7.1声道透传）1路1路1路HDMITX（1.3c）1路1路1路2023/2/5Hi3716系列各芯片接口规格对比

Hi3716MHi3716HHi3716CUART2路2路2路USB2路2.0HOST2路2.0HOST2路2.0HOSTIR1路红外解码，两路红外输入1路红外解码，两路红外输入1路红外解码，两路红外输入KEYPAD2*4键盘2*4键盘2*4键盘LEDLED*4/SPILED*4/SPILED*4/SPIFE（10/100M）2路MAC接口：RMII0、MII1/RMII12路MAC接口：RMII0、MII1/RMII12路MAC接口：RMII0、MII1/RMII1GE（1000M）无无1路：RGMII（与MII1复用）DRAM32bit-DDR2/DDR3最大容量512MB32bit-DDR2/DDR3最大容量1GB32bit-DDR2/DDR3最大容量1GBSCI2路2路2路2023/2/552Hi3716系列各芯片接口规格对比

Hi3716MHi3716HHi3716C高安全CANagra/Irdeto/conax/Nagra/Irdeto/conax/Nagra/Irdeto/conax图形处理2D3DOpenGLES2.03DOpenGLES2.0NANDFLASH单片选双片选双片选SPIFLASH双片选双片选双片选IIC3路3路3路QAM解调1路1路1路TSI1路并行TSI2路并行TSI2路并行TSIVIU无1路BT.6561路BT.656/BT.1120音频I2S无1路1路SPI同步串口1路1路1路RGB888无无1路SATA无1路1路PCIe无无1路PCIe*1SDIO无无1路2023/2/553Hi3716系列各芯片接口规格对比通过上表对比可以看出：1、Hi3716C性能最高，接口种类最全，是Hi3716系列中的最高端芯片，功能强大，主要应用于多媒体融合、高端高清机顶盒、TC终端等要求处理性能比较高的设备。2、Hi3716H性能次之，主要应用于三网融合机顶盒，高清播放器，网络电视等应用。3、Hi3716M性能比Hi3716H稍低，能够满足高清机顶盒的基本需求，主要应用于DVB-C和IPTV机顶盒高清平移。2023/2/554目录Hi3716系列各芯片接口规格对比

Hi3716系列应用系统总体设计电源、时钟和复位电路设计存储部分电路设计音视频部分接口电路设计其它外设部分电路设计PCB设计要点2023/2/555Hi3716系列应用系统总体设计2023/2/556Hi3716系列应用系统总体设计模拟视频输出：内置两个视频编码器模块，每个模块有三个视频DAC通道，总共有六路视频DAC通道。每个模块可以分别配置成标清或高清视频输出，标清支持CVBS、S-Video信号，高清支持YPbPr输出。输出信号一般经过视频BUFFER器件送到连接器接口RCA端子，标清视频BUFFER推荐选用FMS6143，高清视频BUFFER推荐选用FMS6363。数字音视频输出HDMI：集成了一路HDMITX，支持HDMI1.3c，可以输出数字视频信号和数字音频信号，最大分辨率支持1080P/60。HDMI接口的防护器件注意选用低结电容器件，必须保证C<1pF。模拟音频输出：由Hi3716系列芯片输出的音频线性信号经过运放后输出一路立体声线性模拟音频。音频输出建议增加开关机静音电路，减弱开机和关机时的爆音。数字视频输入（VIU）（Hi3716M除外）支持并行数字视频信号（BT.656或BT.1120）输入。数字视频信号可以是视频ADC输出或者HDMIRX输出。ADC推荐选用TVP5150/ADV7401，HDMIRX推荐选用SiI9034。2023/2/557Hi3716系列应用系统总体设计QAM解调模块：内置一路QAM解调模块。TS流接口：Hi3716M支持1路并行TS流输入//两路串行TS流输入//1路串行TS流输入+1路串行TS流输出，TS流输出接口，支持QAM环回输出；Hi3716H和Hi3716C支持两路并行TS流输入//1路并行TS流输入+1路并行TS流输出//两路串行TS流输入+1路串行TS流输出//两路串行TS流输入+1路并行TS流输出，TS流输出接口，支持QAM环回输出。I2S接口：标准I2S接口，支持音频ADC、DAC和CODEC芯片，也可以支持SLIC接口芯片。推荐CODEC芯片采用TLV320AIC31。以太网接口：两路百兆以太网MAC接口：RMII0、MII1/RMII1，对接以太网PHY芯片推荐选用KSZ8041。另外Hi3716C的MII1可以配置成一个千兆以太网MAC接口RGMII。USB接口：内置了两路USB2.0HOST接口。UART接口：两个UART串口，第一路串口内置驱动，支持上电即可使用，用来直接下载烧结FLASH程序。2023/2/558Hi3716系列应用系统总体设计硬盘接口：Hi3716H和Hi3716C支持SATA接口。SATA和ESATA接口兼容，区别在于是否外部供电，ESATA由外部单独供电。PCIe接口：Hi3716C有一路PCIe*1接口，PCIe接口传输速率较高，主要用于WiFi/千兆以太网等高速接口扩展。SCI接口：支持两路SCI接口。NandFlash：Hi3716M支持8bit位宽NandFlash，Hi3716H和Hi3716C支持8/16bit位宽的NandFlash，SLC和MLC的NandFlash都可以支持，支持1/4/8/24bitECC模式。SpiFlash接口：支持2片SpiFlash，单片最大容量32MB。DDR接口：支持DDR2和DDR3接口。Hi3716M最大支持容量为512MB，Hi3716H和Hi3716C最大支持容量1GB。待机模块：芯片内置独立的待机模块，支持待机时把芯片的Core电源、大部分IO电源和大部分外围电路电源关断，进一步降低待机功耗。2023/2/559启动配置项，选择正确的上拉或下拉连接方式。BOOT_SEL0启动memeory类型选择，{BOOTSEL1,BOOTSEL0}的关系是：

00：SPIflash

01：Nandflash

10：Norflash

11：eMMCNF_ADNUM发给NANDFlash器件的地址数目，只在上电的瞬间有效:NF_ADNUM+4,默认是5个地址BOOT_SEL1NF_PAGE0boot时，NandFlash器件的page容量。

00：512byte；

01：2KB；

10：4KB；

11：8KB。ROMBOOT_SEL选择是否从ROM启动：

0：从ROM中启动

1：不从ROM启动，直接从FLASH中启动NF_PAGE1SELF_BOOT选择是否启动自举：

0：不自举，启动后直接跳转到FLASH中执行

1：启动自举，启动后运行bootrom中的UART驱动，等待从串口下载程序NF_BLKSIZEboot时，NandFlash器件的block容量。

0：64page，对应SLC器件；

1：128page，对应MLC器件；JTAG_SEL选择是否启动快速开机流程：

0：SOCJTAG

1：ARMJTAGNFC_ECC_TYPE0boot时，选择ECC模式。

000：无ECC。

001：1bit模式。

010：4byte模式。

011：8byte模式。

100：24bits模式for1KB。

101：24bits模式for512B。

110~111:保留。FUNC_SEL功能模式和测试模式选择：

0：功能模式

1：测试模式NFC_ECC_TYPE1NFC_ECC_TYPE2NF_BOOTBWNorflash/NandflashBOOT的位宽选择，仅在上电的时候有效：

0：16位(Norflash)/8位（Nandflash）/4位(eMMC)

1：8位（Norflash）/16位（Nandflash）/8位(eMMC)2023/2/560整机方案BOM成本优点支持DDR2DRAM，整机可选择采用单片或两片DDR2（16bit位宽）器件方案，主芯片有两套DDR2接口，Hi3716M可实现DDR2两层板布线，相比四层板节约PCB成本约10元以上。支持DDR3DRAM，在有大容量DDR需求时，有较大成本优势。DDR3单颗粒可达到2Gb和4Gb，相比DDR2要少用一半以上的颗粒，减小了PCB面积，降低DDR布线复杂程度和单板层数。例如需求1GB的DDR容量时，用DDR2颗粒要用8颗，单板至少需要用六层PCB布线；改用DDR3颗粒，只需要4颗2Gb颗粒即可，单板层数可减少为四层PCB，单板成本可大大降低。另外从长远来看，DDR3颗粒的价格会低于DDR2颗粒价格。支持SpiFlash接口和NandFlash接口，一般应用可以采用NandFlash方案来提升性价比，128MB的NandFlash约$1.9，而16MB的SpiFlash约$1.9；如果对Flash有可靠性要求的时候，可以采用2MB的SpiFlash约$0.3，128MB的NandFlash约$1.9，相比于16MB的SpiFlash，成本相近，但容量上增加了8倍。NandFlash容量可以进一步扩大，这样可以扩展一些附加功能，例如存放节目、照片等。2023/2/561接口能力增强点双网口，支持2路10/100M以太网接口。双USB接口，支持双路USB2.0Host。六路视频DAC支持全功能配置，每一路都可以单独配置成CVBS/Y-C/YPbPr/RGB信号中的某一个信号。支持1080P/60输出。双SCI接口。DDR2/DDR3兼容接口SATA接口PCIe接口2023/2/562目录Hi3716系列各芯片接口规格对比Hi3716系列应用系统总体设计电源、时钟和复位电路设计存储部分电路设计音视频部分接口电路设计其它外设部分电路设计PCB设计要点内容2023/2/563电源方案Hi3716系列芯片需要四种电源：1.0V、DDR电源（1.8V/1.5V）、2.5V、3.3V。采用DDR2时，DDR电源为1.8V；采用DDR3时，DDR电源为1.5V。单板上还另外需要5V用于视频BUFFER和USB等模块供电；需要5V或12V用于音频运放的供电。对于有待机小于1W的要求，DVB机顶盒最好采用内置电源模块的方式。采用外置Adapter开关电源，需要再加DC-DC开关电源转换到单板所需要的电源，两次开关电源转换导致效率降低，较难满足待机1W的需求。另外所选用的AC-DC和DC-DC器件轻载时电源效率对待机功耗有较大的影响。DC-DC选型原则：正常工作效率>85%，轻载时效率>70%，额定电流和输入输出额定电压满足要求。整机电源方案种类很多，根据供电方案灵活确定。下面列举三种典型电源方案。

2023/2/564电源方案——内置AC-DC电源方案（以Hi3716M为例）2023/2/565电源方案——内置AC-DC电源方案（以Hi3716H为例）2023/2/566电源电路——外置ADAPTER电源方案（以Hi3716C为例）2023/2/567Hi3716系列芯片电源设计关键点PLL电源——PLL数字电源VDDLV10采用1.0V供电，与CORE电源VDD10需要通过磁珠隔离；PLL模拟电源VDDHV25采用2.5V供电，需要通过磁珠隔离；PLL地VSS_PLL直接与数字地连接在一起。各PLL电源需要尽量靠近管脚处放置对地滤波电容，滤波电容组合推荐0.1uF加上10uF。CORE数字电源VDD10采用1.0V供电；IO数字电源DVDD33采用3.3V供电；DDRIO数字电源DDR_DVDD采用1.8V或1.5V供电，参考电压DDR_REF由DDR_DVDD经过分压电阻提供分压得到参考电平，分压电阻采用1%精密电阻；VSS地直接接单板数字地GND。待机控制模块电源需要单独供电；DVDD33_STANDBY采用3.3V供电，VDD_STANDBY采用1.0V供电。待机控制模块电源供电与芯片core电源、IO电源分开。视频DAC模拟电源AVDD3V3_VDAC采用3.3V供电，与数字IO电源DVDD33通过磁珠隔离；视频模拟地AGND_VDAC直接连接单板数字地GND；音频DAC模拟电源AVDD3V3_ADAC采用3.3V供电，与数字IO电源DVDD33通过磁珠隔离；音频模拟地AGND_ADAC直接连接单板数字地GND。USB电源、SATA电源、PCIE电源，需要通过磁珠隔离滤波；地可直接与单板数字地ＧＮＤ连接。PLL电源、待机控制模块电源和DDR电源需要一直供电，其它电源在待机时可以关断。2023/2/568待机低功耗设计2023/2/569待机低功耗设计待机电源控制电路可以采用MOSFET开关控制电路，如下图所示：2023/2/570时钟电路——Hi3716系列工作时钟Hi3716系列的时钟推荐采用24.000MHz±30PPM，可以采用无源晶体或有源钟振来提供时钟信号。2023/2/571时钟电路——SATA参考时钟SATA参考时钟可以由内部PLL产生，或采用外部100MHz差分钟振产生，推荐采用内部PLL产生SATA参考时钟。2023/2/572时钟电路——PCIe参考时钟PCIe采用内部PLL产生，或外部100MHz差分LVDS时钟信号，对于主芯片和PCIe槽位，这两路时钟需要是同源的。推荐采用内部PLL产生PCIe参考时钟。2023/2/573复位电路和看门狗推荐使用专用复位电路对系统进行复位，例如ＩＭＰ８０９；使用内部Watchdog时注意WDG＿RSTN信号为OD门输出，需要接外部上拉电阻；对于待机关断电源的外部功能模块电路，推荐采用ＧＰＩＯ来进行复位控制，例如Tuner和网口PHY。2023/2/574目录Hi3716系列各芯片接口规格对比Hi3716系列应用系统总体设计电源、时钟和复位电路设计存储部分电路设计音视频部分接口电路设计其它外设部分电路设计PCB设计要点内容2023/2/575存储部分电路设计NandFlash接口电路SpiFlash接口电路DDRSDRAM接口电路目录2023/2/576NandFlash接口NandFlash接口：1、Hi3716系列推荐采用8bit数据位宽的NandFlash颗粒。2、支持SLC和MLC这两个种类的NandFlash。3、支持1/4/8/24bitECC模式。4、和NandFlash相关的启动配置管脚如右表所示。5、US指上电默认为高电平，DS指上电默认为低电平。6、当所选用NandFlash器件与默认配置不符时，相应更改配置管脚的上拉或下拉状态，通过电阻上拉或下拉实现，阻值选择4.7K欧姆。NF_ADNUM（US）发给NANDFlash器件的地址数目，只在上电的瞬间有效:NF_ADNUM+4,默认是5个地址NF_PAGE0（US）boot时，NandFlash器件的page容量。

00：512byte；

01：2KB；

10：4KB；

11：8KB。NF_PAGE1（DS）NF_BLKSIZE（DS）boot时，NandFlash器件的block容量。

0：64page，对应SLC器件；

1：128page，对应MLC器件；NFC_ECC_TYPE0（US）boot时，选择ECC模式。

000：无ECC。

001：1bit模式。

010：4byte模式。

011：8byte模式。

100：24bits模式for1KB。

101：24bits模式for512B。

110~111:保留。NFC_ECC_TYPE1（DS）NFC_ECC_TYPE2（DS）NF_BOOTBW（DS）Norflash/NandflashBOOT的位宽选择，仅在上电的时候有效：

0：16位(Norflash)/8位（Nandflash）/4位（eMMC)

1：8位（Norflash）/16位（Nandflash）/8位（eMMC)2023/2/577SpiFlash接口SpiFlash接口：1、Hi3716系列支持1/2/4bit位宽SpiFlash读写模式。2、1bit模式时，时钟频率最大可到100MHz。3、4bit模式时，时钟频率最大可到75MHz。4、SpiFlash支持双片选，可连接两个SpiFlash。5、单SpiFlash器件最大容量支持到256Mb。2023/2/578Flash器件兼容厂商NandFlash：主要厂商有三星、现代、MICRON、东芝。SpiFlash：主要厂商有Winbond、Spansion、旺宏、MICRON。2023/2/579Flash器件近期参考价格NandFlash(SLC)Price($)128MB1.9256MB2.3512MB3.31GB5.92GB12.2NandFlash(MLC)Price($)1GB3.72GB3.84GB4.58GB11.6SpiFlashPrice($)2MB0.34MB0.558MB1.016MB1.932MB3.82023/2/580SpiFlash电路阻抗匹配设计信号2层板PCB设计4层板PCB设计SFC_CLK主芯片端串接100欧姆电阻。主芯片端端串接33欧姆电阻。SFC_DIO/SFC_DOI/SFC_WP/SFC_HOLDFLASH端串接33欧姆电阻。直接相连。外接单片SpiFlash时，匹配设计推荐如下表所示外接两片SpiFlash时，匹配设计推荐如下表所示信号2层板PCB设计4层板PCB设计SFC_CLK主芯片端串接33欧姆电阻。主芯片端串接33欧姆电阻。SFC_DIO/SFC_DOI/SFC_WP/SFC_HOLD直接相连。直接相连。2023/2/581NandFlash电路阻抗匹配设计NandFlash在外接单片和双片器件时，匹配方式是一样的。信号2层板PCB设计4层板PCB设计NF_WEN/NF_REN/NF_CLE/NF_ALE主芯片端串接50欧姆电阻。直接相连。DQ[0:7]直接相连。直接相连。2023/2/582DDRSDRAM接口介绍支持DDR2和DDR3接口；DDR的数据宽度为32Bit。地址数目ADR0--ADR14，BA0、BA1、BA2，单片支持512Mbit、1Gbit和2Gbit的颗粒；Hi3716系列具有两套DDR接口地址和控制信号，方便布线和电路匹配设计；Hi3716M最大支持512MB内存容量，Hi3716H和Hi3716C最大支持1GB内存容量；DDR2支持800/1066器件；DDR3支持1066/1333器件。兼容器件厂商：三星、现代、南亚、MICRON等。2023/2/583DDR器件参考成本DDR2Price($)64MB1.3128MB2.3

DDR3Price($)128MB2.6256MB

2023/2/584目录Hi3716系列各芯片接口规格对比Hi3716系列应用系统总体设计电源、时钟和复位电路设计存储部分电路设计音视频部分接口电路设计其它外设部分电路设计PCB设计要点内容2023/2/585音视频部分接口电路设计模拟视频输出接口模拟音频输出接口HDMI输出接口数字音频SPDIF接口2023/2/586模拟视频输出接口Hi3716系列内带二路视频DAC，每路DAC具有三个视频DAC通道；模拟视频输出支持CVBS/S-Video/YPbPr/RGB；每通道DAC输出都可灵活配置成四种信号之一，例如：Cvbs+S-Video+YPbPr，2*YPbPr，YPbPr+RGB；配置限制：每路DAC的三个DAC通道共用一个数字视频信号源，这三个通道内容是相关的，是同源的图像。模拟视频输出建议增加视频BUFFER电路，增强视频输出驱动能力和抗ESD的能力。视频输出端子处建议加上TVS管，以防静电、浪涌等电脉冲。2023/2/587视频DAC输出推荐电路——采用视频BUFFER器件标清视频输出BUFFER电路2023/2/588视频DAC输出推荐电路——采用视频BUFFER器件高清视频输出BUFFER电路2023/2/589模拟音频输出接口Hi3716系列内嵌2路音频DAC，组成一路立体声输出；模拟音频输出幅度最大1Vrms；推荐运放电压采用9—12V，音频信号放大后动态范围比较大，可以满足广电的要求。运放参考电平可以采用电阻分压，但需要注意滤波电容的选择。推荐采用100K欧姆电阻分压，滤波电容不小于100uF。2023/2/590模拟音频输出参考电路模拟音频经过运放电路驱动放大音频信号再输出2023/2/591音频推荐静音电路2023/2/592HDMI输出接口Hi3716系列自带一路HDMI发送器，可以输出一路HDMI信号。支持HDMI1.3c。输出支持1080P/60。内嵌HDCPKey。HDMI走线采用差分对走线方式，阻抗控制在100欧姆±10%。HDMI差分线严格等长，长度越短越好，推荐走弧形线。在控制HDMI各对差分线等长的时候，需要把芯片内基板上的走线长度计算进去。HDMI差分线走线不能换层和打过孔。2023/2/593HDMI输出保护电路HDMI输出保护电路一般采用