Prezentare generală de bază
Ce este un consiliu de dezvoltare?
Placa de dezvoltare este o placă de circuit utilizată pentru dezvoltarea sistemelor încorporate, inclusiv o serie de componente hardware, cum ar fi unitatea centrală de procesare, memorie, dispozitiv de intrare, dispozitiv de ieșire, cale de date/bus, și interfață de resurse externe.
Platforme în dezvoltarea sistemelor încorporate
În procesul general de dezvoltare a sistemului încorporat, hardware-ul este în general împărțit în două platforme: platforma de dezvoltare (gazdă) și platforma țintă (ţintă), adică, placa de dezvoltare. Platforma de dezvoltare se referă la utilizarea unui computer pentru a se conecta la platforma țintă printr-o interfață de transmisie, cum ar fi un port serial (RS-232), USB, port paralel, sau rețea (Ethernet).
Scopuri și tipuri de consilii de dezvoltare
Plăcile de dezvoltare sunt în general personalizate de către dezvoltatorii de sisteme încorporate în funcție de nevoile de dezvoltare și pot fi, de asemenea, cercetate și proiectate de utilizatorii înșiși. Sunt folosite de începători pentru a înțelege și învăța hardware-ul și software-ul sistemului. Unele plăci de dezvoltare oferă, de asemenea, mediul de dezvoltare integrat de bază, codul sursă al software-ului, și diagramă schematică hardware. Tipurile comune includ 51, BRAŢ, FPGA, și plăci de dezvoltare DSP.
Placă de dezvoltare a dispozitivelor SMT Assembly
Cerințe de selecție
Pentru dezvoltarea sistemelor încorporate, primul pas este selectarea tipului de procesor, FPGA, și DSP care răspund nevoilor de dezvoltare. Apoi, alegeți gama de plăci de dezvoltare care acceptă cipul selectat. Ar trebui să se acorde preferințe abilității și nivelului mediului de dezvoltare și suportului tehnic oferit de consiliul de dezvoltare. In sfarsit, consideră că placa de dezvoltare ar trebui să integreze nu numai CPU, FPGA, DSP, etc., dar și o interfață de intrare și ieșire relativ completă, cum ar fi tastatura și LCD, interfață de descărcare a programului, memorie (RAM), FlashROM, modul de alimentare, etc. Ace speciale, cum ar fi interfața JTAG, USB, și porturi seriale, ar trebui să fie disponibil pentru utilizare de către modulele externe de depanare pentru a facilita depanarea în stadiul inițial de dezvoltare.
Dezvoltare Migrație
Dezvoltarea inițială a sistemului și configurarea mediului
După selectarea hardware-ului și a specificațiilor, următorul pas este de a intra în dezvoltarea inițială a sistemului și de a stabili un mediu deschis. Dacă sistemul de operare încorporat utilizat în proiect este achiziționat de la alți producători, ele oferă în principal un mediu de dezvoltare integrat (IDE) și un emulator pentru a accelera procesul de dezvoltare. Odată ce sistemul de operare furnizat de producătorul sistemului este obținut și sunt confirmate suficiente informații relevante, acțiunile de integrare pot fi efectuate pentru platforma țintă.
Utilizarea instrumentelor de dezvoltare și compilarea
După selectarea sistemului de operare, instrumentele de dezvoltare utilizate pe platforma de dezvoltare sunt de obicei specificate, cum ar fi compilatorii și linkerii. Parametrii de compilare care trebuie setați în timpul dezvoltării vor varia în funcție de fiecare mediu. Această parte trebuie să compilați un fișier imagine executabil în conformitate cu specificațiile și instrucțiunile hardware, și apoi ardeți-l pe platforma țintă prin instrumentul de ardere.
Clasificarea Consiliului de Dezvoltare
Microcomputer cu un singur cip
51 Seria MCU
Există multe tipuri de 51 serie de microcalculatoare cu un singur cip. 8031/8051/8751 sunt primele produse ale Intel, în timp ce AT89C51 și AT89S52 ale ATMEL sunt mai practice. ATMEL-urile 51 Seria include și AT89C2051, AT89C1051, și alte soiuri. Aceste cipuri sunt versiuni simplificate formate după ce unele funcții sunt simplificate pe baza AT89C51. Cipurile disponibile în prezent pe piață includ ATMEL 51 şi 52 chips-uri, Seria GMS97 de la HYUNDAI, WINBOND 78e52, 78e58, și 77e58.
MCU seria PIC
Prezentare generală a microcontrolerelor PIC
Peste tot în lume, Microcontrolerele PIC pot fi utilizate pe scară largă în diverse domenii de la perifericele computerelor, controlul electrocasnicelor, telecomunicatii, instrumente inteligente, electronică auto până la electronică financiară.
Clasificarea seriilor PIC
- Seria de bază: Potrivit pentru aparate electrocasnice sensibile la costuri (De ex., PIC16C5X).
- Seria intermediară: De înaltă performanță, cu funcții precum convertorul A/D intern, E2PROM, ieșirea comparatorului, Ieșire PWM, I2C, și interfețe SPI (De ex., PIC12C6XX).
- Seria avansată: Funcții bogate de control I/O, extensibil cu EPROM și RAM (De ex., PIC17CXX).
MCU seria AVR
Introducere în microcontrolere AVR
Microcomputerul AVR cu un singur cip este un RISC îmbunătățit (CPU cu set de instrucțiuni redus) cu Flash încorporat dezvoltat de ATMEL în 1997. Este un microcomputer de mare viteză, pe 8 biți, cu un singur cip, cu un set de instrucțiuni redus.
Aplicații ale microcontrolerelor AVR
Microcontrolerele AVR pot fi utilizate în perifericele computerelor, control industrial în timp real, instrumentaţie, Echipament de comunicare, si aparate electrocasnice.
Consiliul de dezvoltare ARM
Prezentare generală a consiliului de dezvoltare ARM
Placa de dezvoltare ARM este o versiune de dezvoltare încorporată a cipului de bază ARM, inclusiv ARM7, ARM9, ARM11, Cortex-M, Cortex-A, și Cortex-R. Documentația este unificată și facilitează dezvoltarea.
Producători și produse
Chips-uri de la ATMEL, NXP, SF, și Freescale au lansat cipuri bazate pe nuclee ARM și plăci de dezvoltare corespunzătoare.
CPLD/FPGA
CPLD (Dispozitiv logic programabil complex)
CPLD este o scară largă, circuit integrat digital complex dezvoltat din dispozitive PAL și GAL. Utilizatorii pot construi funcții logice în funcție de nevoile lor.
Chip-uri CPLD comune
- Altera EPM7128S (PLCC84)
- Grile LC4128V (TQFP100)
- Xilinx XC95108 (PLCC84)
FPGA (Matrice de porți programabilă în câmp)
FPGA este un circuit semi-personalizat bazat pe dispozitive programabile precum PAL, GAL, și CPLD. Rezolvă deficiențele circuitelor personalizate și porților limitate în dispozitivele programabile originale.
Soiuri comune FPGA
- Seria XC a lui XILINX
- Seria TPC a companiei TI
- Seria FIEX a companiei ALTERA
DSP (Procesor de semnal digital)
Prezentare generală a DSP
DSP este un microprocesor care procesează o cantitate mare de informații cu semnale digitale. Acesta convertește semnalele analogice în semnale digitale, modifică, sterge, și le întărește, apoi le interpretează înapoi în date analogice sau în alte formate.
Caracteristicile DSP
- Programabil
- Viteză de rulare în timp real de zeci de milioane de programe complexe de instrucțiuni pe secundă
Chip-uri DSP mainstream
- DE 2000 serie, DE 5000 serie, Seria TI6000
- Seria ADI DSP a companiei ADI
BRAŢ
Prezentare generală a ARM
BRAŢ (Mașini RISC avansate) este o clasă de înaltă performanță, ieftin, și procesoare RISC de putere redusă proiectate de ARM, o companie cunoscută în industria microprocesoarelor.
Aplicații ale ARM
Aplicabil controlului încorporat, multimedia de consum/educațional, DSP, și aplicații mobile.
Categorii ARM principale
- ARM7TDMI: Game Boy Advance, Nintendo DS, iPod
- ARM9TDMI: Armadillo, GP32, GP2X (primul nucleu), Tapwave Zodiac (Motorola. MX1); GP2X (al doilea nucleu)
- ARM9E: Nintendo DS, Nokia N-Gage, Conexant 802.11 chips-uri; ST Micro STR91xF
- ARM11: Nokia N93, Zune, Nokia N800, NOKIA E72
- Cortexul: Texas Instruments OMAP3, Broadcom, Familia de microcontrolere Luminary Micro
MIPS
Prezentare generală a MIPS
MIPS (Microprocesor fără etape interblocate) este un procesor RISC popular în întreaga lume. Folosește metode software pentru a evita problemele legate de date în curs.
Istoria și dezvoltarea MIPS
Dezvoltat de Universitatea Stanford la începutul anilor 1980, Produsele MIPS sunt folosite de Sony, Console de jocuri Nintendo, Routere Cisco, și supercalculatoare SGI.
Miezuri de procesor MIPS
- MIPS324Kc: De înaltă performanță, miez MIPS RISC de joasă tensiune pe 32 de biți pentru System-On-a-Chip.
- MIPS64 5Kc: Miez de procesor de înaltă performanță pe 64 de biți.
- MIPS32 4KcTM: Proiectat special pentru System-On-a-Chip folosind tehnologia MIPS.
- MIPS 64 20Kc: Capacitate puternică de virgula mobilă, potrivit pentru stațiile de lucru grafice.
- MIPS R12000: Aplicat pe serverul SGI, cu o frecvență principală de până la 400MHz.
Aplicații ale MIPS
Adoptat de majoritatea producătorilor de cipuri, cu excepția Intel, datorită taxelor de autorizare mai mici. Concentrați-vă pe sistemele încorporate, dezvoltarea de înaltă performanță, nuclee de procesor cu putere redusă.
Microprocesoare MIPS din seria K
Microprocesoarele din seria MIPS K sunt în prezent unul dintre cele mai utilizate procesoare după ARM (MIPS a fost cel mai folosit procesor din lume înainte 1999), iar domeniile sale de aplicare acoperă consolele de jocuri, routere, imprimante laser, calculatoare portabile, etc. Pe lângă o proporție foarte mică de aplicații din telefoanele mobile, MIPS a obținut rezultate destul de bune în consumul digital general, voce pe internet, divertisment personal, comunicare, și piețele de aplicații pentru afaceri. Și cel mai utilizat pe scară largă ar trebui să fie aparatele audio-vizuale de acasă (inclusiv set-top box-uri), produse Netcom, și electronice auto.
PowerPC
Prezentare generală
PowerPC este o unitate centrală de procesare (CPU) cu un set de instrucțiuni redus (RISC) arhitectură. Designul său de bază provine de la POWER IBM (Performanță optimizată cu RISC îmbunătățit) arhitectură. În anii 1990, IBM, Măr, și Motorola a dezvoltat cu succes cipuri PowerPC și a fabricat computere multiprocesoare bazate pe PowerPC. Arhitectura PowerPC se caracterizează printr-o scalabilitate bună, comoditate, și flexibilitate.
Implementări și performanță încorporată
Procesoarele PowerPC vin într-o gamă largă de implementări, de la procesoare de server de ultimă generație, cum ar fi Power4, până la piața procesoarelor încorporate (Nintendo Gamecube folosește PowerPC). Procesorul PowerPC are o performanță încorporată foarte puternică datorită performanței sale excelente, consum redus de energie, și disipare scăzută a căldurii. În afară de I/O integrate, cum ar fi controlerele seriale și Ethernet, acest procesor încorporat diferă destul de mult de a “desktop” CPU. De exemplu, seria 4xx de procesoare PowerPC nu avea aritmetica în virgulă mobilă și folosea, de asemenea, un TLB controlat de software pentru gestionarea memoriei, mai degrabă decât tabelele de pagini inversate ca în cipurile desktop.
Driver hardware
Prezentare generală
Majoritatea hardware-ului încorporat necesită un anumit tip de software pentru inițializare și gestionare. Software-ul care interacționează direct cu și controlează o piesă hardware se numește driver de dispozitiv. Toate sistemele încorporate care necesită software necesită software de driver de dispozitiv la nivelul lor de software de sistem. Driverele de dispozitiv sunt biblioteci de software care inițializează hardware-ul. Aceștia gestionează accesul software-ului de nivel înalt la hardware. Este legătura dintre hardware și sistemele de operare, middleware, și straturi de aplicare.
Tipuri de drivere de dispozitiv
Driverele de dispozitiv sunt de obicei împărțite în drivere de dispozitiv specifice arhitecturii și drivere de dispozitiv generice. Driverele de dispozitiv specifice arhitecturii gestionează hardware-ul încorporat în procesorul principal (arhitectură). Driverele specifice arhitecturii sunt responsabile pentru inițializarea componentelor din procesorul gazdă. Exemple de astfel de drivere includ drivere pentru memoria pe cip, manageri de memorie integrati (MMU-uri), și hardware în virgulă mobilă. Driverele de dispozitiv generice gestionează hardware-ul de pe placă, precum și hardware-ul care nu este integrat în procesorul principal. Într-un driver de dispozitiv generic, o parte din codul sursă specific arhitecturii este de obicei inclusă, deoarece procesorul principal este unitatea centrală de control, iar accesul la orice componentă de pe placă trece de obicei prin procesorul principal. Cu toate acestea, un driver generic poate gestiona și hardware-ul la nivel de placă care nu este dedicat unui anumit procesor, ceea ce înseamnă că un driver generic poate fi configurat pentru utilizare pe multe arhitecturi, atâta timp cât arhitectura conține hardware-ul căruia îi corespunde driverul. Driverul generic conține cod care inițializează și gestionează accesul la componentele majore rămase de pe placă, inclusiv autobuzele la nivel de bord (I2C, PCI, PCMCIA, etc.), memorie off-chip (controlor, nivel 2+ cache, flash, etc.), și I/O off-chip (Ethernet, RS-232, afişa, mouse, etc.).
Componentă
Microprocesor încorporat
Miezul stratului hardware al sistemului încorporat este microprocesorul încorporat. Cea mai mare diferență între microprocesorul încorporat și CPU de uz general este că majoritatea microprocesoarelor încorporate funcționează într-un sistem special conceput pentru un anumit grup de utilizatori.. Sarcinile finalizate sunt integrate în interiorul cipului, care este propice pentru miniaturizarea designului sistemului încorporat și are, de asemenea, eficiență și fiabilitate ridicate.
Arhitectura microprocesorului încorporat poate adopta arhitectura Von Neumann sau arhitectura Harvard; sistemul de instrucțiuni poate alege computer cu set de instrucțiuni redus (RISC) și sistem de instruire complex CISC (Set de instrucțiuni complex Computer, CISC). Calculatorul RISC include doar cele mai utile instrucțiuni din canal pentru a se asigura că canalul de date execută rapid fiecare instrucțiune, îmbunătățind astfel eficiența execuției și ușurând proiectarea structurii hardware a procesorului.
Microprocesoarele încorporate au diverse sisteme, chiar și în același sistem, pot avea frecvențe de ceas și lățimi ale magistralei de date diferite, sau să integreze diferite periferice și interfețe. Conform unor statistici incomplete, sunt mai mult de 1,000 microprocesoare încorporate în lume în prezent, si sunt mai mult de 30 serie de arhitecturi, printre care sistemele mainstream sunt ARM, UGPCB, PowerPC, X86, și SH. Dar diferit de piața globală de computere, nu există un microprocesor încorporat care să poată domina piața. În ceea ce privește produsele pe 32 de biți, sunt mai mult de 100 microprocesoare încorporate. Alegerea microprocesorului încorporat este determinată în funcție de aplicația specifică.
Memorie
Sistemele încorporate necesită memorie pentru stocarea și executarea codului. Memoria sistemelor încorporate include Cache, memoria principală, și memorie auxiliară.
Memoria cache
Prezentare generală
Cache este o matrice de memorie cu capacitate mică și viteză mare. Este situat între memoria principală și nucleul microprocesorului încorporat, și stochează codurile de program și datele pe care microprocesorul le folosește cel mai recent.
Funcţie
Când este necesară o operație de citire a datelor, microprocesorul citește datele din Cache cât mai mult posibil în loc să citească din memoria principală, care îmbunătățește considerabil performanța sistemului și îmbunătățește conexiunea dintre microprocesor și rata de transfer de date a memoriei principale.
Scop
Scopul principal al Cache este reducerea blocajului de acces la memorie cauzat de memorie (precum memoria principală și memoria auxiliară) la miezul microprocesorului, astfel încât viteza de procesare este mai rapidă și performanța în timp real este mai puternică. În sistemul încorporat, Cache-ul este integrat în microprocesorul încorporat, care poate fi împărțit în Cache de date, instrucțiunea Cache sau cache mixtă, iar dimensiunea cache-ului depinde de diferite procesoare. În general, microprocesoarele încorporate mid-high-end vor integra Cache.
Memoria principală
Prezentare generală
Memoria principală este un registru pe care microprocesorul încorporat îl poate accesa direct, și este folosit pentru a stoca programe și date ale sistemului și ale utilizatorilor.
Locație și capacitate
Poate fi amplasat în interiorul sau în exteriorul microprocesorului, iar capacitatea sa este de 256KB~1GB, in functie de aplicatia specifica. În general, memoria pe cip are o capacitate mică și viteză mare, iar memoria off-chip are o capacitate mare.
Tipuri
Amintirile utilizate în mod obișnuit ca memorie principală includ: ROM NOR Flash, EPROM, și PROM. tip RAM SRAM, DRAM și SDRAM, etc. Printre ei, NOR Flash a fost utilizat pe scară largă în domeniul încorporat datorită avantajelor sale de timpi mari de reinscriere, viteza mare de stocare, capacitate mare de stocare, si pret mic.
Memorie auxiliară
Prezentare generală
Memoria auxiliară este utilizată pentru a stoca coduri de program sau informații cu o cantitate mare de date. Are o capacitate mare, dar viteza sa de citire este mult mai mică decât cea a memoriei principale, și este folosit pentru a stoca informații despre utilizator pentru o perioadă lungă de timp.
Tipuri
Stocarea externă utilizată în mod obișnuit în sistemele încorporate sunt: hard disk, Flash NAND, card CF, MMC și card SD, etc.
Interfață comună
Prezentare generală
Interacțiunea dintre sistemul încorporat și lumea exterioară necesită o anumită formă de interfață a dispozitivului de uz general, precum A/D, D/A, I/O, etc. Perifericele realizează intrarea/ieșirea microprocesorului prin conectarea cu alte dispozitive sau senzori off-chip Funcție.
Tipuri de interfețe
Fiecare periferic are de obicei o singură funcție, care poate fi on-chip sau off-chip. Există multe tipuri de periferice, mergând de la un simplu dispozitiv de comunicație în serie până la unul foarte complex 802.11 dispozitiv fără fir.
Interfețe comune pentru echipamente
În prezent, interfețele de echipamente generale utilizate în mod obișnuit în sistemele încorporate includ A/D (interfață de conversie analog/digitală), D/A (interfață de conversie digitală/analogică), iar interfețele I/O includ interfața RS-232 (interfață de comunicare serială), Ethernet (Interfață Ethernet), USB (Interfață Universal Serial Bus), Interfață audio, Interfață de ieșire video VGA, I2C (Autobuz de câmp), SPI (Interfață periferică serială) și IrDA (Interfață cu infraroșu), etc.
Starea și tendințele sistemelor încorporate
Prezentare generală
Era informației și era digitală au oferit produselor încorporate o oportunitate uriașă de dezvoltare, arătând un viitor strălucit pentru piața încorporată, și, în același timp, punând noi provocări producătorilor încorporați.
Tendințe majore de dezvoltare
1. Abordarea ingineriei sistemelor
Dezvoltarea încorporată este o inginerie de sistem, astfel încât producătorii de sisteme încorporate sunt obligați nu numai să furnizeze software-ul și sistemul hardware încorporat în sine, dar și pentru a oferi instrumente puternice de dezvoltare hardware și suport pentru pachete software.
2. Integrarea mai multor funcții
Odată cu maturitatea tehnologiei Internet și îmbunătățirea lățimii de bandă, cerinţele de networking şi informatizare au făcut ca dispozitivele cu o singură funcţie în trecut, precum telefoanele, Telefoane mobile, frigidere, cuptoare cu microunde, etc. nu mai au funcții unice, iar structurile au devenit mai complexe.
3. Interconectarea rețelei
Interconectarea rețelelor a devenit o tendință inevitabilă. Pentru a se adapta la cerințele dezvoltării rețelei, Viitoarele dispozitive încorporate trebuie să ofere diverse interfețe de comunicare în rețea pe hardware. Microcomputerul tradițional cu un singur cip are suport insuficient pentru rețea, iar noua generație de procesoare încorporate a început să încorporeze interfața de rețea. Pe lângă suportul pentru protocolul TCP/IP, unele suportă una dintre interfețele de comunicație ale IEEE1394, USB, Poate, Bluetooth sau IrDA sau Există mai multe tipuri, și software-ul corespunzător pentru protocolul de rețea de comunicații și software-ul de driver pentru stratul fizic sunt de asemenea necesare. În ceea ce privește software-ul, nucleul sistemului acceptă module de rețea, și poate chiar încorpora un browser web pe dispozitiv, astfel încât să poată folosi cu adevărat diverse dispozitive pentru a naviga pe internet oricând, oriunde.
4.Simplificați nucleul sistemului, algoritm, reduce consumul de energie și costurile hardware și software.
Produsele încorporate în viitor sunt dispozitive care sunt strâns integrate cu hardware și software. Pentru a reduce consumul de energie și costul, proiectanții trebuie să simplifice nucleul sistemului cât mai mult posibil, păstrați numai hardware și software strâns legate de funcțiile sistemului, și folosiți cele mai reduse resurse pentru a realiza cele mai adecvate funcții. Designerii trebuie să selecteze cel mai bun model de programare și să îmbunătățească continuu algoritmii pentru a optimiza performanța compilatorului. Prin urmare, nu numai personalul software trebuie să aibă cunoștințe bogate de hardware, dar, de asemenea, trebuie să dezvolte tehnologii software încorporate avansate, precum Java, Web și WAP.
5.Furnizați o interfață multimedia prietenoasă om-mașină
Cel mai important factor pentru ca un dispozitiv încorporat să fie în contact strâns cu utilizatorii este că poate oferi o interfață de utilizator foarte prietenoasă. Interfața grafică și metodele de control flexibile îi fac pe oameni să simtă că dispozitivul încorporat este ca un vechi prieten familiar. Această cerință îi face pe designerii de software încorporat să lucreze din greu la interfața grafică și tehnologia multimedia. Introducerea textului scris de mână, apelare vocală, Acces la internet, trimiterea și primirea de e-mailuri, iar grafica și imaginile colorate vor face utilizatorii să se simtă liberi. În prezent, unele PDA-uri avansate au realizat scrierea caracterelor chinezești și eliberarea vocală a mesajelor scurte pe ecranul de afișare, dar mai este un drum lung de parcurs pentru dispozitivele obișnuite încorporate.
