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Geräteentwicklungsplatine SMT -Baugruppe

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Grundlegende Übersicht

Was ist ein Entwicklungsboard??

Das Entwicklungsboard ist eine Leiterplatte, die für die Entwicklung eingebetteter Systeme verwendet wird, einschließlich einer Reihe von Hardwarekomponenten wie der Zentraleinheit, Erinnerung, Eingabegerät, Ausgabegerät, Datenpfad/Bus, und externe Ressourcenschnittstelle.

Plattformen in der Entwicklung eingebetteter Systeme

Im allgemeinen Entwicklungsprozess eingebetteter Systeme, Die Hardware ist im Allgemeinen in zwei Plattformen unterteilt: die Entwicklungsplattform (Gastgeber) und der Zielplattform (Ziel), das heißt, Das Entwicklungsboard. Die Entwicklungsplattform bezieht sich auf die Verwendung eines Computers, um über eine Übertragungsschnittstelle eine Verbindung zur Zielplattform herzustellen, wie zum Beispiel eine serielle Schnittstelle (RS-232), USB, Parallelport, oder Netzwerk (Ethernet).

Zwecke und Arten von Entwicklungsboards

Entwicklungsboards werden im Allgemeinen von Entwicklern eingebetteter Systeme entsprechend den Entwicklungsanforderungen angepasst und können auch von Benutzern selbst erforscht und entworfen werden. Sie werden von Einsteigern genutzt, um die Hard- und Software des Systems zu verstehen und zu erlernen. Einige Entwicklungsboards bieten auch die grundlegende integrierte Entwicklungsumgebung, Software-Quellcode, und Hardware-Schaltplan. Zu den gängigen Typen gehören: 51, ARM, FPGA, und DSP-Entwicklungsboards.

Geräteentwicklungsplatine SMT -Baugruppe

Auswahlvoraussetzungen

Für die Entwicklung eingebetteter Systeme, Der erste Schritt besteht darin, den CPU-Typ auszuwählen, FPGA, und DSP, die den Entwicklungsanforderungen entsprechen. Dann, Wählen Sie die Reihe von Entwicklungsboards aus, die den ausgewählten Chip unterstützen. Bevorzugt werden die Fähigkeiten und das Niveau der Entwicklungsumgebung sowie der technische Support durch das Entwicklungsboard. Endlich, Bedenken Sie, dass das Entwicklungsboard nicht nur die CPU integrieren sollte, FPGA, DSP, usw., sondern auch eine relativ vollständige Eingabe- und Ausgabeschnittstelle, wie Tastatur und LCD, Programm-Download-Schnittstelle, Erinnerung (RAM), FlashROM, Stromversorgungsmodul, usw. Spezielle Pins, wie JTAG-Schnittstelle, USB, und serielle Schnittstellen, sollten für die Verwendung durch externe Debugging-Module verfügbar sein, um das Debuggen in der Anfangsphase der Entwicklung zu erleichtern.

Entwicklungsmigration

Erste Systementwicklung und Umgebungseinrichtung

Nach Auswahl der Hardware und Spezifikationen, Der nächste Schritt besteht darin, mit der anfänglichen Systementwicklung zu beginnen und eine offene Umgebung einzurichten. Wenn das im Projekt verwendete eingebettete Betriebssystem von anderen Herstellern gekauft wird, Sie bieten meist eine integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) und einen Emulator, um den Entwicklungsprozess zu beschleunigen. Sobald das vom Systemhersteller bereitgestellte Betriebssystem vorliegt und ausreichende relevante Informationen bestätigt sind, Für die Zielplattform können Integrationsaktionen durchgeführt werden.

Verwenden von Entwicklungstools und Kompilieren

Nach der Auswahl des Betriebssystems, In der Regel werden die auf der Entwicklungsplattform verwendeten Entwicklungstools angegeben, wie Compiler und Linker. Die Kompilierungsparameter, die während der Entwicklung festgelegt werden müssen, variieren je nach Umgebung. Dieser Teil muss eine ausführbare Image-Datei gemäß den Hardwarespezifikationen und -anweisungen kompilieren, und dann mit dem Brennwerkzeug auf die Zielplattform brennen.

Klassifizierung des Entwicklungsboards

Einzelchip-Mikrocomputer

51 Serie MCU

Es gibt viele Arten von 51 Serie von Single-Chip-Mikrocomputern. 8031/8051/8751 sind frühe Produkte von Intel, while AT89C51 and AT89S52 of ATMEL are more practical. ATMEL’s 51 series also includes AT89C2051, AT89C1051, and other varieties. These chips are simplified versions formed after some functions are simplified on the basis of AT89C51. Currently available chips in the market include ATMEL’s 51 Und 52 Chips, HYUNDAI’s GMS97 series, WINBOND’s 78e52, 78e58, and 77e58.

PIC Series MCU

Overview of PIC Microcontrollers

All over the world, PIC microcontrollers can be widely used in various fields from computer peripherals, home appliance control, Telekommunikation, smart instruments, automotive electronics to financial electronics.

Classification of PIC Series

MCU der AVR-Serie

Einführung in AVR-Mikrocontroller

Der AVR-Einzelchip-Mikrocomputer ist ein erweiterter RISC (CPU mit reduziertem Befehlssatz) mit integriertem Flash, entwickelt von ATMEL in 1997. Es handelt sich um einen Hochgeschwindigkeits-8-Bit-Single-Chip-Mikrocomputer mit reduziertem Befehlssatz.

Anwendungen von AVR-Mikrocontrollern

AVR-Mikrocontroller können in Computerperipheriegeräten verwendet werden, industrielle Echtzeitsteuerung, Instrumentierung, Kommunikationsausrüstung, und Haushaltsgeräte.

ARM-Entwicklungsboard

Übersicht über das ARM-Entwicklungsboard

Das ARM-Entwicklungsboard ist eine eingebettete Entwicklungsversion des ARM-Kernchips, einschließlich ARM7, ARM9, ARM11, Cortex-M, Cortex-A, und Cortex-R. Die Dokumentation ist einheitlich und erleichtert die Entwicklung.

Hersteller und Produkte

Chips von ATMEL, NXP, ST, und Freescale haben Chips auf Basis von ARM-Kernen und entsprechende Entwicklungsboards auf den Markt gebracht.

CPLD/FPGA

CPLD (Komplexes programmierbares Logikgerät)

CPLD ist groß angelegt, komplexer digitaler integrierter Schaltkreis, der aus PAL- und GAL-Geräten entwickelt wurde. Benutzer können Logikfunktionen entsprechend ihren Anforderungen erstellen.

Gängige CPLD-Chips

FPGA (Feldprogrammierbares Gate-Array)

FPGA ist eine semi-kundenspezifische Schaltung, die auf programmierbaren Geräten wie PAL basiert, GAL, und CPLD. Es behebt die Mängel kundenspezifischer Schaltkreise und begrenzter Gatter in ursprünglichen programmierbaren Geräten.

Gängige FPGA-Varianten

DSP (Digitaler Signalprozessor)

Überblick über DSP

DSP ist ein Mikroprozessor, der eine große Menge an Informationen mit digitalen Signalen verarbeitet. Es wandelt analoge Signale in digitale Signale um, ändert, löscht, und stärkt sie, interpretiert sie dann zurück in analoge Daten oder andere Formate.

Merkmale von DSP

Mainstream-DSP-Chips

ARM

Übersicht über ARM

ARM (Fortschrittliche RISC-Maschinen) ist eine Hochleistungsklasse, billig, und von ARM entwickelte RISC-Prozessoren mit geringem Stromverbrauch, ein bekanntes Unternehmen der Mikroprozessorbranche.

Anwendungen von ARM

Anwendbar auf eingebettete Steuerung, Verbraucher-/Bildungsmultimedia, DSP, und mobile Anwendungen.

Mainstream-ARM-Kategorien

MIPS

Überblick über MIPS

MIPS (Mikroprozessor ohne ineinandergreifende verrohrte Stufen) ist ein weltweit beliebter RISC-Prozessor. Es verwendet Softwaremethoden, um datenbezogene Probleme in der Pipeline zu vermeiden.

Geschichte und Entwicklung von MIPS

Entwickelt von der Stanford University in den frühen 1980er Jahren, MIPS-Produkte werden bei Sony verwendet, Nintendo-Spielekonsolen, Cisco-Router, und SGI-Supercomputer.

MIPS-Prozessorkerne

Anwendungen von MIPS

Wird von den meisten Chipherstellern außer Intel aufgrund niedrigerer Autorisierungsgebühren übernommen. Fokus auf eingebettete Systeme, Hochleistung entwickeln, Prozessorkerne mit geringem Stromverbrauch.

Mikroprozessoren der MIPS K-Serie

Mikroprozessoren der MIPS K-Serie gehören derzeit nach ARM zu den am häufigsten verwendeten Prozessoren (MIPS war zuvor der meistgenutzte Prozessor der Welt 1999), und seine Anwendungsbereiche umfassen Spielekonsolen, Router, Laserdrucker, Handheld-Computer, usw. Darüber hinaus gibt es nur einen sehr geringen Anteil an Anwendungen in Mobiltelefonen, MIPS hat im allgemeinen digitalen Konsum recht gute Ergebnisse erzielt, Internetstimme, persönliche Unterhaltung, Kommunikation, und Geschäftsanwendungsmärkte. Am weitesten verbreitet dürften audiovisuelle Heimgeräte sein (einschließlich Set-Top-Boxen), Netcom-Produkte, und Automobilelektronik.

PowerPC

Überblick

PowerPC ist eine Zentraleinheit (CPU) mit reduziertem Befehlssatz (RISC) Architektur. Sein grundlegendes Design stammt von IBMs POWER (Leistungsoptimiert mit verbessertem RISC) Architektur. In den 1990er Jahren, IBM, Apfel, und Motorola entwickelte erfolgreich PowerPC-Chips und stellte Multiprozessor-Computer auf Basis von PowerPC her. Die PowerPC-Architektur zeichnet sich durch eine gute Skalierbarkeit aus, Bequemlichkeit, und Flexibilität.

Implementierungen und eingebettete Leistung

PowerPC-Prozessoren gibt es in einer Vielzahl von Implementierungen, von High-End-Server-CPUs wie dem Power4 bis zum Embedded-CPU-Markt (Nintendo Gamecube verwendet PowerPC). Der PowerPC-Prozessor verfügt aufgrund seiner hervorragenden Leistung über eine sehr starke eingebettete Leistung, geringer Stromverbrauch, und geringe Wärmeableitung. Abgesehen von integrierten I/O wie seriellen und Ethernet-Controllern, this embedded processor differs quite significantly from a “desktop” CPU. Zum Beispiel, Den PowerPC-Prozessoren der 4xx-Serie fehlte die Gleitkomma-Arithmetik und sie nutzten außerdem einen softwaregesteuerten TLB für die Speicherverwaltung anstelle von invertierten Seitentabellen wie bei Desktop-Chips.

Hardwaretreiber

Überblick

Die meiste eingebettete Hardware erfordert eine Art Software zur Initialisierung und Verwaltung. Software, die direkt mit einer Hardware interagiert und diese steuert, wird als Gerätetreiber bezeichnet. Alle eingebetteten Systeme, die Software erfordern, benötigen Gerätetreibersoftware auf ihrer Systemsoftwareebene. Gerätetreiber sind Softwarebibliotheken, die Hardware initialisieren. Sie verwalten den Zugriff von High-Level-Software auf Hardware. Es ist das Bindeglied zwischen Hardware und Betriebssystemen, Middleware, und Anwendungsschichten.

Arten von Gerätetreibern

Gerätetreiber werden normalerweise in architekturspezifische Gerätetreiber und generische Gerätetreiber unterteilt. Architekturspezifische Gerätetreiber verwalten die im Hauptprozessor eingebettete Hardware (Architektur). Architekturspezifische Treiber sind für die Initialisierung von Komponenten innerhalb des Hostprozessors verantwortlich. Beispiele für solche Treiber sind Treiber für On-Chip-Speicher, integrierte Speichermanager (MMUs), und Gleitkomma-Hardware. Generische Gerätetreiber verwalten sowohl Hardware auf der Platine als auch Hardware, die nicht im Hauptprozessor integriert ist. In einem generischen Gerätetreiber, In der Regel ist ein Teil des architekturspezifischen Quellcodes enthalten, denn der Hauptprozessor ist die zentrale Steuereinheit, und der Zugriff auf alle Komponenten auf der Platine erfolgt normalerweise über den Hauptprozessor. Jedoch, Ein generischer Treiber kann auch Hardware auf Platinenebene verwalten, die nicht einem bestimmten Prozessor zugeordnet ist, Dies bedeutet, dass ein generischer Treiber für die Verwendung auf vielen Architekturen konfiguriert werden kann, sofern die Architektur die Hardware enthält, für die der Treiber geeignet ist. Der generische Treiber enthält Code, der den Zugriff auf die verbleibenden Hauptkomponenten auf der Platine initialisiert und verwaltet, einschließlich Bordbussen (I2C, PCI, PCMCIA, usw.), Off-Chip-Speicher (Regler, Ebene 2+ Cache, Blitz, usw.), und Off-Chip-I/O (Ethernet, RS-232, Anzeige, Maus, usw.).

Komponente

Eingebetteter Mikroprozessor

Der Kern der Hardwareschicht des eingebetteten Systems ist der eingebettete Mikroprozessor. Der größte Unterschied zwischen dem eingebetteten Mikroprozessor und der Allzweck-CPU besteht darin, dass die meisten eingebetteten Mikroprozessoren in einem System arbeiten, das speziell für eine bestimmte Benutzergruppe entwickelt wurde. Die erledigten Aufgaben werden im Chip integriert, Dies trägt zur Miniaturisierung des eingebetteten Systemdesigns bei und weist außerdem eine hohe Effizienz und Zuverlässigkeit auf.

Die Architektur des eingebetteten Mikroprozessors kann die Von-Neumann-Architektur oder die Harvard-Architektur übernehmen; Das Unterrichtssystem kann Computer mit reduziertem Befehlssatz wählen (RISC) und komplexes Unterrichtssystem CISC (Computer mit komplexem Befehlssatz, CISC). Der RISC-Computer fügt nur die nützlichsten Anweisungen in den Kanal ein, um sicherzustellen, dass der Datenkanal jede Anweisung schnell ausführt, Dadurch wird die Ausführungseffizienz verbessert und das Design der CPU-Hardwarestruktur vereinfacht.

Eingebettete Mikroprozessoren verfügen über verschiedene Systeme, sogar im selben System, Sie können unterschiedliche Taktfrequenzen und Datenbusbreiten haben, oder unterschiedliche Peripheriegeräte und Schnittstellen integrieren. Laut unvollständiger Statistik, Es gibt mehr als 1,000 derzeit weltweit der größte eingebettete Mikroprozessor, und es gibt mehr als 30 Reihe von Architekturen, Zu den Mainstream-Systemen zählen ARM, UGPCB, PowerPC, X86, und SH. Aber anders als auf dem globalen PC-Markt, Es gibt keinen eingebetteten Mikroprozessor, der den Markt dominieren kann. In Bezug auf 32-Bit-Produkte, Es gibt mehr als 100 eingebettete Mikroprozessoren. Die Wahl des eingebetteten Mikroprozessors richtet sich nach der jeweiligen Anwendung.

Erinnerung

Eingebettete Systeme benötigen Speicher zum Speichern und Ausführen von Code. Der Speicher eingebetteter Systeme umfasst Cache, Arbeitsspeicher, und Hilfsspeicher.

Cache-Speicher

Überblick

Cache ist ein Speicherarray mit geringer Kapazität und hoher Geschwindigkeit. Es befindet sich zwischen dem Hauptspeicher und dem eingebetteten Mikroprozessorkern, und speichert die Programmcodes und Daten, die der Mikroprozessor zuletzt verwendet hat.

Funktion

Wenn ein Datenlesevorgang erforderlich ist, Der Mikroprozessor liest so viele Daten wie möglich aus dem Cache, anstatt sie aus dem Hauptspeicher zu lesen, Dadurch wird die Leistung des Systems erheblich verbessert und die Datenübertragungsrate zwischen dem Mikroprozessor und dem Hauptspeicher verbessert.

Zweck

Das Hauptziel von Cache besteht darin, den durch den Speicher verursachten Speicherzugriffsengpass zu reduzieren (wie Hauptspeicher und Hilfsspeicher) zum Mikroprozessorkern, Damit ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit schneller und die Echtzeitleistung stärker. Im eingebetteten System, Der Cache ist vollständig in den eingebetteten Mikroprozessor integriert, die in Daten-Cache unterteilt werden kann, Befehls-Cache oder gemischter Cache, und die Größe des Caches hängt von den verschiedenen Prozessoren ab. Allgemein, Integrierte Mikroprozessoren der mittleren bis oberen Preisklasse werden Cache integrieren.

Arbeitsspeicher

Überblick

Der Hauptspeicher ist ein Register, auf das der eingebettete Mikroprozessor direkt zugreifen kann, und dient der Speicherung von Programmen und Daten des Systems und der Benutzer.

Standort und Kapazität

Es kann sich innerhalb oder außerhalb des Mikroprozessors befinden, und seine Kapazität beträgt 256 KB ~ 1 GB, abhängig von der konkreten Anwendung. Allgemein, Der On-Chip-Speicher hat eine geringe Kapazität und hohe Geschwindigkeit, und der Off-Chip-Speicher hat eine große Kapazität.

Typen

Zu den üblicherweise als Hauptspeicher genutzten Speichern gehören:: ROM NOCH Flash, EPROM, und PROM. RAM-Typ SRAM, DRAM und SDRAM, usw. Darunter, NOR-Flash wird im Embedded-Bereich aufgrund seiner Vorteile einer hohen Wiederbeschreibbarkeit häufig verwendet, schnelle Speichergeschwindigkeit, große Speicherkapazität, und niedriger Preis.

Hilfsspeicher

Überblick

Hilfsspeicher werden zum Speichern von Programmcodes oder Informationen mit großen Datenmengen verwendet. Es hat eine große Kapazität, aber seine Lesegeschwindigkeit ist viel langsamer als die des Hauptspeichers, und es wird verwendet, um Benutzerinformationen über einen langen Zeitraum zu speichern.

Typen

Häufig verwendete externe Speicher in eingebetteten Systemen sind: Festplatte, NAND-Flash, CF-Karte, MMC- und SD-Karte, usw.

Gemeinsame Schnittstelle

Überblick

Die Interaktion zwischen dem eingebetteten System und der Außenwelt erfordert eine bestimmte Form einer universellen Geräteschnittstelle, wie A/D, D/A, E/A, usw. Die Peripheriegeräte realisieren die Ein-/Ausgabe des Mikroprozessors durch Verbindung mit anderen Off-Chip-Geräten oder Sensoren.

Arten von Schnittstellen

Jedes Peripheriegerät hat normalerweise nur eine einzige Funktion, Dies kann auf dem Chip oder außerhalb des Chips erfolgen. Es gibt viele Arten von Peripheriegeräten, von einem einfachen seriellen Kommunikationsgerät bis hin zu einem sehr komplexen 802.11 drahtloses Gerät.

Gemeinsame Geräteschnittstellen

Derzeit, Zu den allgemeinen Geräteschnittstellen, die üblicherweise in eingebetteten Systemen verwendet werden, gehört A/D (Analog/Digital-Umwandlungsschnittstelle), D/A (Digital/Analog-Umwandlungsschnittstelle), Zu den E/A-Schnittstellen gehört die RS-232-Schnittstelle (serielle Kommunikationsschnittstelle), Ethernet (Ethernet-Schnittstelle), USB (Universelle serielle Busschnittstelle), Audio-Interface, VGA-Videoausgangsschnittstelle, I2C (Feldbus), SPI (Serielle Peripherieschnittstelle) und IrDA (Infrarotschnittstelle), usw.

Status und Trends eingebetteter Systeme

Überblick

Das Informationszeitalter und das digitale Zeitalter haben eingebetteten Produkten große Entwicklungschancen eröffnet, zeigt eine glänzende Zukunft für den Embedded-Markt, und stellt gleichzeitig die Embedded-Hersteller vor neue Herausforderungen.

Wichtige Entwicklungstrends

1. Systemtechnischer Ansatz

Embedded-Entwicklung ist eine Systemtechnik, Hersteller eingebetteter Systeme müssen daher nicht nur das eingebettete Software- und Hardwaresystem selbst bereitstellen, sondern auch um leistungsstarke Hardware-Entwicklungstools und Softwarepaketunterstützung bereitzustellen.

2. Integration weiterer Funktionen

Mit der Reife der Internet-Technologie und der Verbesserung der Bandbreite, Die Anforderungen der Vernetzung und Informatisierung haben in der Vergangenheit zu Einzelfunktionsgeräten geführt, wie Telefone, Mobiltelefone, Kühlschränke, Mikrowellenherde, usw. keine Einzelfunktionen mehr haben, und die Strukturen sind komplexer geworden.

3. Netzwerkverbindung

Die Vernetzung von Netzwerken ist zu einem unvermeidlichen Trend geworden. Zur Anpassung an die Anforderungen der Netzwerkentwicklung, Zukünftige eingebettete Geräte müssen verschiedene Netzwerkkommunikationsschnittstellen auf der Hardware bereitstellen. Der herkömmliche Einzelchip-Mikrocomputer unterstützt das Netzwerk nicht ausreichend, und die neue Generation eingebetteter Prozessoren hat damit begonnen, die Netzwerkschnittstelle einzubetten. Zusätzlich zur Unterstützung des TCP/IP-Protokolls, einige unterstützen eine der Kommunikationsschnittstellen von IEEE1394, USB, DÜRFEN, Bluetooth oder IrDA oder Es gibt verschiedene Arten, Außerdem sind entsprechende Kommunikationsnetzwerkprotokollsoftware und Treibersoftware für die physikalische Schicht erforderlich. Was die Software angeht, Der Systemkern unterstützt Netzwerkmodule, und kann sogar einen Webbrowser auf dem Gerät einbetten, sodass er tatsächlich jederzeit mit verschiedenen Geräten im Internet surfen kann, überall.

4.Vereinfachen Sie den Systemkern, Algorithmus, Reduzieren Sie den Stromverbrauch sowie die Hardware- und Softwarekosten.

Eingebettete Produkte der Zukunft sind Geräte, die eng mit Hardware und Software integriert sind. Um den Stromverbrauch und die Kosten zu senken, Designer müssen den Systemkern so weit wie möglich vereinfachen, Behalten Sie nur Hardware und Software bei, die eng mit den Systemfunktionen verknüpft sind, und verwenden Sie die geringsten Ressourcen, um die am besten geeigneten Funktionen zu erreichen. Designer müssen das beste Programmiermodell auswählen und die Algorithmen kontinuierlich verbessern, um die Compilerleistung zu optimieren. daher, Nicht nur Software-Mitarbeiter müssen über umfassende Hardware-Kenntnisse verfügen, sondern müssen auch fortschrittliche eingebettete Softwaretechnologien entwickeln, wie Java, Web und WAP.

5.Stellen Sie eine benutzerfreundliche Multimedia-Mensch-Maschine-Schnittstelle bereit

Der wichtigste Faktor für den engen Kontakt eines eingebetteten Geräts mit Benutzern besteht darin, dass es eine sehr benutzerfreundliche Benutzeroberfläche bieten kann. Die grafische Benutzeroberfläche und die flexiblen Steuerungsmethoden geben den Menschen das Gefühl, dass das eingebettete Gerät wie ein vertrauter alter Freund ist. Aufgrund dieser Anforderung müssen die Entwickler eingebetteter Software hart an der grafischen Benutzeroberfläche und der Multimedia-Technologie arbeiten. Handschriftliche Texteingabe, Spracheinwahl, Internetzugang, Senden und Empfangen von E-Mails, und farbenfrohe Grafiken und Bilder sorgen dafür, dass sich Benutzer frei fühlen. Derzeit, Einige fortschrittliche PDAs verfügen über die Möglichkeit, chinesische Schriftzeichen zu schreiben und Kurznachrichten per Sprachausgabe auf dem Bildschirm anzuzeigen, Aber für gewöhnliche eingebettete Geräte ist es noch ein weiter Weg.

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