硬件設計及驅動開發(fā)

嵌入式培訓課程第三節(jié)：硬件系統(tǒng)設計及驅動開發(fā)硬件系統(tǒng)設計采購、焊接、系統(tǒng)調(diào)試設計工具簡介嵌入式外設編程課程內(nèi)容功能模塊劃分電源電路模塊復位電路模塊JATG接口模塊時鐘與電源管理模塊存儲器模塊硬件系統(tǒng)設計系統(tǒng)總線外圍總線

系統(tǒng)總線仲裁器存儲器控制器LCD控制器中斷控制器ZDMA控制器總線橋接器|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看門狗ADCTAP控制器PLL功耗管理LCD觸摸屏RS232接口EEPROMJATGANI[7:0]32KHz電源復位音頻編碼器Mic&Speak外部總線以太網(wǎng)接口USB接口以太網(wǎng)控制器USB控制器8LED控制器8LED鍵盤鍵盤控制器SDRAMFLASHLEDs功能模塊劃分處理器電源電路模塊。電源電路模塊提供嵌入式系統(tǒng)所需的各種電源，由5V直流電源/USB接口、線性調(diào)節(jié)器IC與退偶電容組成。復位電路模塊。復位電路模塊由一個機械開關及濾波電路組成，用于產(chǎn)生系統(tǒng)復位脈沖。JATG接口模塊。JATG接口模塊包括TAP控制器及一個20針的JATG連接器，用于提供JATG接口。時鐘與電源管理模塊。時鐘與電源管理模塊包括晶體、鎖相環(huán)PLL及電源管理單元，用于提供系統(tǒng)工作時鐘，并進行電源管理。存儲器模塊。存儲器模塊包括存儲器控制器、SDRAM與Flash，用于管理存儲器與外部總線。RS232接口模塊。RS232接口模塊包括UART控制器與RS232接口連接器DB-9，用于提供一個簡單的三線RS232接口。功能模塊劃分USB接口模塊。USB接口模塊包括USB控制器芯片USBN9603與USB接口連接器，用于提供一個USB接口。以太網(wǎng)接口模塊。以太網(wǎng)接口模塊包括一個太網(wǎng)控制器芯片DM9000與以太網(wǎng)接口連接器RJ-45，用于提供以太網(wǎng)接口。8段數(shù)碼管模塊。8段數(shù)碼管模塊包括8段數(shù)碼管控制器與一個8段數(shù)碼管，用于顯示十六進制字符0~F及小數(shù)點。鍵盤模塊。鍵盤模塊包括鍵盤控制器與鍵盤。LCD模塊。LCD模塊包括LCD控制器與LCD屏。ADC與觸摸屏模塊。ADC與觸摸屏模塊包括模數(shù)轉換器ADC與觸摸屏。觸摸屏的觸點坐標為模擬量，需轉換成數(shù)字量以進行處理。功能模塊劃分LED與GPIO模塊。LED與GPIO模塊包括發(fā)光二極管LED與GPIO控制器。因LED通常掛在I/O口上，故將LED與GPIO放在一起進行介紹。EEPROM與IIC模塊。EEPROM與IIC模塊包含EEPROM與IIC控制器，因EEPROM帶有IIC總線，可直接掛接到IIC控制器上，故將其放在一起進行介紹。定時器模塊。定時器模塊包括PWM定時器、看門狗定時器與實時時鐘。這三個功能模塊雖相互獨立，但由于其組成、工作原理與功能均相似，故將他們歸為一個模塊進行介紹。中斷控制器模塊。中斷控制器模塊僅包括中斷控制器。IIS總線接口模塊。IIS總線接口模塊包括IIS總線控制器、IIS總線協(xié)議與音頻編解碼器。功能模塊劃分功能模塊劃分電源電路模塊復位電路模塊JATG接口模塊時鐘與電源管理模塊存儲器模塊硬件系統(tǒng)設計設計實例通過5V穩(wěn)壓器或USB接口供電系統(tǒng)中需要+5V、+2.5V與+3V三種電源。內(nèi)核，I/O接口采用+3.3V供電，一些外圍芯片需+3.3V、顯示屏背光28V，另外一些需5V。因此需DC-DC穩(wěn)壓器將5V輸入轉換成3.3V、28V。5V的外圍芯片可直接供電。DC-DC穩(wěn)壓器有線性穩(wěn)壓器與開關穩(wěn)壓器兩種電源電路模塊電源電路線性穩(wěn)壓器優(yōu)勢不在電路板上產(chǎn)生噪聲；元件數(shù)量少；價格不高。線性穩(wěn)壓器劣勢不能輸出比輸入高的電壓效率不高，產(chǎn)生熱量。電源電路模塊電源電路開關穩(wěn)壓器優(yōu)勢

效率更高；

不產(chǎn)生那么多的熱量；

可從任意輸入電壓產(chǎn)生任意輸出電壓；開關穩(wěn)壓器劣勢噪聲大，并且元件數(shù)量多。

電源電路模塊電源電路電源電路模塊電源電路電源電路模塊電源電路電源電路模塊電源電路電源電路模塊電源電路電源與地線設計中需注意的問題電源線與地線盡量粗，最好用平面地線與電源線組成的回路面積應盡量小模擬與數(shù)字部分要獨立供電數(shù)字地與模擬地分開電源線與地線間加退耦電容電源電路模塊電源電路PCBLayout不推薦！單面板電源電路模塊電源電路PCBLayout推薦！單面板電源電路模塊電源電路PCBLayout柵格布局推薦！雙層板電源電路模塊電源電路PCBLayout指狀布局不推薦！雙層板電源電路模塊電源電路PCBLayout電源電路模塊電源電路PCBLayout電源電路模塊電源電路PCBLayout電源電路模塊電源電路PCBLayout功能模塊劃分電源電路模塊復位電路模塊JATG接口模塊時鐘與電源管理模塊存儲器模塊硬件系統(tǒng)設計復位電路用于產(chǎn)生復位脈沖，使系統(tǒng)復位。PC機與大部分嵌入式系統(tǒng)上均有一個復位按鍵，按下時系統(tǒng)便會復位（重啟）復位電路模塊復位電路模塊功能模塊劃分電源電路模塊復位電路模塊JATG接口模塊時鐘與電源管理模塊存儲器模塊硬件系統(tǒng)設計JTAG（JointTestActionGroup，聯(lián)合測試行動小組）是一種國際標準測試協(xié)議（IEEE1149.1標準），主要用于芯片內(nèi)部測試、系統(tǒng)仿真與調(diào)試及Bootloader的下載JTAG技術是一種嵌入式調(diào)試技術，它在芯片內(nèi)部封裝了專門的測試電路TAP（TestAccessPort,測試訪問口)，通過專用的JTAG測試工具對內(nèi)部節(jié)點進行測試。目前JTAG有兩種標準，即14針接口和20針接口。JTAG接口模塊JTAG14連接器JTAG接口模塊VCC（1、13）：接電源GND（2、4、6、8、10、14）：接地線nTRST（3）：JTAG復位信號，復位JTAG的狀態(tài)機和內(nèi)部的宏單元（Macrocell）TDI（5）：數(shù)據(jù)輸入信號TMS（7）：測試模式選擇（TestModeSelect），通過TMS信號控制JTAG狀態(tài)機的狀態(tài)TCK（9）：JTAG的時鐘信號TDO（11）：數(shù)據(jù)輸出信號NC（12）：未連接

JTAG接口電路JTAG接口模塊功能模塊劃分電源電路模塊復位電路模塊JATG接口模塊時鐘與電源管理模塊存儲器模塊硬件系統(tǒng)設計時鐘與電源管理模塊概述時鐘產(chǎn)生電路電源管理模塊時鐘與電源管理模塊驅動程序時鐘與電源管理模塊時鐘與電源管理模塊負責向CPU和外設提供工作時鐘，并進行電源的管理。電源管理是通過向CPU和外設提供不同頻率的時鐘信號以達到電源管理的一個功能單元。有5種電源管理模式：正常模式低速模式空閑模式停止模式SL空閑模式時鐘與電源管理模塊概述時鐘與電源管理模塊時鐘產(chǎn)生電路由時鐘源電路，振蕩器放大器OSC，鎖相環(huán)PLL，時鐘控制邏輯組成。時鐘產(chǎn)生電路時鐘與電源管理模塊時鐘產(chǎn)生電路時鐘與電源管理模塊電源管理模塊通過軟件控制系統(tǒng)的工作時鐘以實現(xiàn)對電源的管理，如提供低速時鐘或不提供時鐘時，功耗將降低。此部分包括兩個內(nèi)容：電源管理模式控制寄存器電源管理模塊時鐘與電源管理模塊正常模式(Normal)對全部外設（UART、DMA、定時器等）與基本模塊（CPU核、總線控制器、存儲器控制器、中斷控制器和電源模塊）提供時鐘信號，但也可以通過軟件選擇性地停止部分外設的時鐘信號以減少功耗；空閑模式（IDLE）

CPU時鐘被停止，但對總線控制器、存儲控制器、中斷控制器和電源管理模塊提供時鐘信號。外部中斷與RTC告警中斷可使系統(tǒng)退空閑模式。時鐘產(chǎn)生電路時鐘與電源管理模塊停止模式（STOP）所有模塊，包括PLL和OSC都停止。SL_IDLE模式(S_LCDMode)除LCD外，其它所有模塊的時鐘都停止，功耗比IDLE低。低速模式（SLOW）關PLL，提供低頻時鐘作為系統(tǒng)以降功耗，頻率時鐘產(chǎn)生電路時鐘與電源管理模塊功能模塊劃分電源電路模塊復位電路模塊JATG接口模塊時鐘與電源管理模塊存儲器模塊硬件系統(tǒng)設計RAM:“Random-access”memorySRAMDRAM存儲1bit的電路？DataWData'SRAMDataWDRAMSDRAM（SynchronousDRAM）存儲器芯片選擇存儲器模塊ROM:“Read-Only”MemoryMask-programmedROMOTPROM:One-timeprogrammableROMEPROM:ErasableprogrammableROMEEPROM:ElectricallyerasableprogrammableROMFlashMemory存儲器芯片選擇存儲器模塊三種ROM比較EPROM紫外線擦除，慢，整片擦除EEPROM電擦除，快，單字擦除Flash電擦除，快，塊擦除存儲器芯片選擇存儲器模塊兩種RAM比較SRAM單元電路：6MOS不需刷新，速度快集成度低、成本高應用：片上RAM、cache、寄存器DRAM/SDRAM單元電路：1MOS+1C需刷新，速度慢集成度高、成本低應用：內(nèi)存（如PC內(nèi)存條）存儲器芯片選擇存儲器模塊FLASHSDRAM存儲器芯片選擇存儲器模塊蛇形線目的：等長，時序匹配盡量避免！存儲器PCBLayout存儲器模塊硬件系統(tǒng)設計采購、焊接、系統(tǒng)調(diào)試設計工具簡介嵌入式外設編程課程內(nèi)容元器件采購元件清單系統(tǒng)調(diào)試Part-by-Part調(diào)試方式；調(diào)試順序：焊接情況->電源->時鐘->時序；記錄詳