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嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)第一頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日Outline1、總線2、通訊3、平臺(tái)搭建4、SOC5、節(jié)能計(jì)算第二頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日1、嵌入式系統(tǒng)中的總線特點(diǎn)定制性非擴(kuò)展性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單第三頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日1)、CPU總線傳統(tǒng)計(jì)算機(jī):CPU-內(nèi)存總線,I/O總線嵌入式系統(tǒng):CPU,存儲(chǔ)器加上設(shè)備第四頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日總線是連接I/O設(shè)備、CPU、存儲(chǔ)器各子系統(tǒng)間的共享通信線路最大優(yōu)點(diǎn):價(jià)格低、通用性、靈活性好最大缺點(diǎn):通信瓶頸(帶寬)商用系統(tǒng):I/O頻繁科學(xué)系統(tǒng):I/O速度要與處理機(jī)速度相匹配第五頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日總線類型傳輸方向單向雙向(半雙工、全雙工)用法專用:流量高、無(wú)爭(zhēng)用現(xiàn)象、控制簡(jiǎn)單;總線數(shù)目多,時(shí)間利用率低,難小型化。非專用:共享性。造價(jià)低、模塊性強(qiáng),易擴(kuò)充會(huì)出現(xiàn)爭(zhēng)用現(xiàn)象、對(duì)失效敏感。第六頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日非專用總線的多種連接方式:
單總線--可靠性差簡(jiǎn)化和統(tǒng)一的接口,多重總線總線流量與總線長(zhǎng)度有矛盾多組非專用總線
CPU-Memory總線:短、快
I/O總線:長(zhǎng),各設(shè)備有不同的數(shù)據(jù)寬度、延時(shí)、和帶寬。使用總線標(biāo)準(zhǔn)。遠(yuǎn)距離通訊總線(集線器)縱橫開(kāi)關(guān)矩陣(每行每列最多只有一個(gè)開(kāi)關(guān)接通)第七頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日通訊方式同步通訊:兩部件由定寬、定距的時(shí)標(biāo)同步。傳輸速率高,受總線長(zhǎng)度影響小。但有同步誤差。提高可靠性的方法:目的部件作回答。異步通訊:?jiǎn)蜗蚩刂?-(源/目的)雙向控制--互鎖/非互鎖
第八頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日總線標(biāo)準(zhǔn)ESIA總線:IBM-PC的ISA發(fā)展而來(lái),32,33MSCSI總線:來(lái)源于數(shù)組多路通道PCI總線:IPI總線:第九頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日異步總線協(xié)議四周期基本協(xié)議1、設(shè)備1上升Req2、當(dāng)設(shè)備2就緒,上升ACK3、數(shù)據(jù)傳輸完畢時(shí),設(shè)備2下降Req4、設(shè)備1下降A(chǔ)CK第十頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日總線地址線數(shù)據(jù)線控制線ReqACKDataRdyRead/WriteEtc.第十一頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日提高CPU總線利用率突發(fā)傳輸一次Addr多個(gè)數(shù)據(jù)非連接傳輸請(qǐng)求與響應(yīng)分開(kāi)第十二頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日DMADMA控制器在CPU啟動(dòng)I/O操作后,直接在設(shè)備與存儲(chǔ)器間傳遞數(shù)據(jù)。傳送完畢再向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求。通過(guò)周期挪用方式占用總線。第十三頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日DMA控制器寄存器起始地址寄存器長(zhǎng)度寄存器狀態(tài)寄存器控制電路控制器基本工作原理第十四頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日多總線方式CPU,高速設(shè)備:高速總線低速設(shè)備:低速總線總線之間:總線橋橋:傳輸指令協(xié)議翻譯第十五頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日2)ARM的AMBA總線AMBA總線寬度有32位、64位和128位多種定義AMBA的AHB連接高性能和高時(shí)鐘頻率的系統(tǒng)模塊,同時(shí)具有多主機(jī)、脈沖傳輸和分段處理的功能第十六頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日高級(jí)高性能總線AHBAHB的作用允許在主從器件之間傳輸數(shù)據(jù)AHB主器件可以向從器件傳輸數(shù)據(jù)向其提供外部地址空間中的地址以接收從器件的數(shù)據(jù)AHB從器件在選中后,提供或接收主器件的數(shù)據(jù)。從器件可以延遲數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程或返回錯(cuò)誤代碼。 AHB主器件的實(shí)例為ARM處理器,或其它有DMA(直接存儲(chǔ)訪問(wèn))功能的外設(shè),如以太網(wǎng)MAC或USB主機(jī)/器件控制器。第十七頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日信號(hào)主要的AHB信號(hào)HCLK總線參考時(shí)鐘
HADDR地址(由AHB主器件發(fā)出)
HWRITE傳輸方向:讀/寫(由AHB主器件發(fā)出)
HREADY傳輸完成響應(yīng)(由AHB從器件發(fā)出)
HWDATA寫入數(shù)據(jù)總線(從AHB主器件至AHB從器件)
HRDATA讀取數(shù)據(jù)總線(從AHB從器件至AHB主器件)(AHB)控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)HRESP傳輸狀態(tài)(由AHB從器件發(fā)出)
HBURST脈沖模式(由AHB主器件發(fā)出)
HTRANS傳輸狀態(tài)(由AHB主器件發(fā)出)
HSIZE脈沖長(zhǎng)度(由AHB主器件發(fā)出)
HPROT保護(hù)類型(由AHB主器件發(fā)出)第十八頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日AHB外設(shè)可能立即發(fā)送/接收數(shù)據(jù),或通過(guò)發(fā)出HREADY信號(hào)插入等待狀態(tài)。從器件也通過(guò)HRESP信號(hào)返回傳輸狀態(tài),狀態(tài)如下OKAY(成功):傳輸成功-成功完成信號(hào)傳輸?shù)娜笔№憫?yīng)。ERROR(錯(cuò)誤):不成功的傳輸-表示出現(xiàn)了異常中斷,例如訪問(wèn)一個(gè)不存在的內(nèi)存地址。RETRY(重試):從器件無(wú)法立即實(shí)現(xiàn)操作,主器件應(yīng)在稍后重試。SPLIT(等待):從器件將要求列隊(duì)等待-從器件將在可以提供或接收數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)出通知,可用于中斷多個(gè)傳輸(脈沖)。重試和等待的主要區(qū)別重試表明從器件仍未就緒;主器件可在任意時(shí)刻重發(fā)命令等待包含的協(xié)議較為復(fù)雜,它就緒后將通過(guò)這一協(xié)議通知判優(yōu)器。等待處理對(duì)從器件邏輯的要求較為復(fù)雜,并非必備的從器件功能。第十九頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日AHB主器件判優(yōu)信號(hào)HREQ總線要求(由AHB主器件發(fā)出)HGNT總線指派(由AHB判優(yōu)器發(fā)出)HLOCK總線鎖定(由AHB主器件發(fā)出)HMASTER指定目前工作的主器件(由AHB判優(yōu)器發(fā)出)HMASTLOCK主器件執(zhí)行鎖定傳輸(由AHB判優(yōu)器發(fā)出)
第二十頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日
AHB-Lite,定義了一種沒(méi)有多主總線功能的純AHB接口子集第二十一頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日AHB和AHB-Lite之間的關(guān)鍵差別不論是主模塊還是從模塊,后者都可以通過(guò)各種互連策略鏈接,在芯片設(shè)計(jì)中獲得最大帶寬第二十二頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日第二十三頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日
第二十四頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日
第二十五頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日高級(jí)外設(shè)總線(APB)用于連接速度較慢的系統(tǒng)模式和帶寬較低的外設(shè),將功耗降至最低,并減小接口的復(fù)雜性所有的總線信號(hào)都與時(shí)鐘有關(guān),可以使用時(shí)鐘頻率較低的總線(低于AHB)AHB主器件不直接與APB外設(shè)相連,而是通過(guò)APB橋進(jìn)行通信第二十六頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日
第二十七頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日主要的APB信號(hào)PCLK外部時(shí)鐘,可以是HCLK的乘積,由APB橋控制
PADDR外設(shè)地址
PWRITE外設(shè)傳輸方向(讀/寫)
PSELx外設(shè)選中,與HSEL相似
PWDATA寫入數(shù)據(jù)總線(寫入外設(shè))
PRDATA讀取數(shù)據(jù)總線(從外設(shè)中讀取)
PENABLE外設(shè)數(shù)據(jù)起動(dòng)第二十八頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日AMBA例子Excalibur是Altera公司的系列嵌入式處理器可編程邏輯解決方案單個(gè)Excalibur器件上包含了單端口RAM和雙端口RAM、30萬(wàn)門的標(biāo)準(zhǔn)單元區(qū)域、嵌入式處理器IP內(nèi)核和一百萬(wàn)門的APEX20KEPLD,片上的晶體管總數(shù)達(dá)到了8千多萬(wàn)IP包括基于ARM的嵌入式處理器、基于MIPS的嵌入式處理器或其它任何商用嵌入式處理器第二十九頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日總線可以分成三層。最上二層完全包含在帶內(nèi),而其它兩條總線用于在系統(tǒng)的可編程部分集成用戶IP。在嵌入式ARM器件內(nèi)的所有總線的寬度都為32位如圖第三十頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日
第三十一頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日4)SHARC總線兩個(gè)接口外部存儲(chǔ)接口主機(jī)接口DMA內(nèi)存,外存,設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)第三十二頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日外存接口外部數(shù)據(jù)總線寬度16bit-48bitDM總線與IO處理器可以訪問(wèn)整個(gè)外部地址空間PM總線24bit外存分為4個(gè)區(qū)接口信號(hào)(略)第三十三頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日主機(jī)接口將SHARC連接到標(biāo)準(zhǔn)微處理器總線上主機(jī)將DSP功能移交給SHARC接口信號(hào)(略)第三十四頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日SHARCDMA10個(gè)通道外部端口DMA通道,鏈接端口DMA通道:雙向串口DMA:?jiǎn)蜗蛎總€(gè)DMA通道一個(gè)中斷第三十五頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日總結(jié)嵌入式系統(tǒng)中總線針對(duì)設(shè)備無(wú)通用性功耗低第三十六頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日2、通訊現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)基本都有通訊有線無(wú)線第三十七頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日1)嵌入式TCP/IP協(xié)議棧應(yīng)用前提
連接在互聯(lián)網(wǎng)上的電子裝置不一定比單獨(dú)使用的電子裝置具有更高的智能功能,但連通意味著提高智能化管理水平TCP/IP是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛的標(biāo)準(zhǔn),利用它可以接通并控制電子裝置,通過(guò)絕大多數(shù)傳輸媒體幾乎可以和運(yùn)行在所有操作系統(tǒng)上的軟件進(jìn)行通信通過(guò)TCP/IP與基礎(chǔ)設(shè)施連接十分簡(jiǎn)單第三十八頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日嵌入式TCP/IP協(xié)議棧適用的范圍在商業(yè)系統(tǒng)中,可以利用它來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視服務(wù)嵌入式TCP/IP的最大優(yōu)越性也許在于它可以使得嵌入式電子裝置支持嵌入式的萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器嵌入式TCP/IP的主要用途是進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器還可以對(duì)一個(gè)電子裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程配置第三十九頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日存在的局限首先嵌入式棧是建在專用的軟socket(插座)API之上的提供可靠傳輸,占用了大量的資源體積太大,許多場(chǎng)合不適用第四十頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日實(shí)施的方法
采用軟件的方式lwIP硬件方法采用iReady的芯片或芯核,雖然使用的是4位微處理器也能夠和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)直接連接DSP方法也可以選用DSP為基礎(chǔ)的TCP/IP協(xié)議棧第四十一頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日采用方法選擇根據(jù)所設(shè)計(jì)的電子裝置的實(shí)際情況來(lái)決定使用硬件功能如何?打算如何來(lái)實(shí)現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)的連接?需要發(fā)送和接收那些種類的信息?將軟件或硬件芯片整合到所設(shè)計(jì)的電子裝置中去,有沒(méi)有困難?增加一個(gè)協(xié)議棧,是否需要對(duì)所設(shè)計(jì)的電子裝置進(jìn)行重大更改等等第四十二頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日2)無(wú)線通訊介紹現(xiàn)在無(wú)線電技術(shù)已經(jīng)非常成熟,已經(jīng)在各種場(chǎng)合得到非常廣泛的應(yīng)用,而嵌入式系統(tǒng)中無(wú)線通訊更是隨處可見(jiàn)。首先我們將概要介紹無(wú)線傳輸。所有的無(wú)線通訊都是基于無(wú)線傳輸?shù)?。然后是無(wú)線局域網(wǎng)(WirelessLocalAreaNetworks)和移動(dòng)通訊。因?yàn)橐苿?dòng)手持設(shè)備市場(chǎng)前景廣闊,我們將重點(diǎn)介紹移動(dòng)通訊的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。第四十三頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日無(wú)線傳輸
無(wú)線傳輸?shù)拿浇槭请姶挪?,所有的信?hào)都以電磁波的方式被發(fā)送和接收用來(lái)進(jìn)行無(wú)線傳輸?shù)碾姶挪úㄗV一般從無(wú)線電波(radio)開(kāi)始到可見(jiàn)光部分無(wú)線電波因?yàn)轭l率不是很高,較容易產(chǎn)生,可以遠(yuǎn)距離傳輸,并能夠較容易地穿透和繞過(guò)障礙物線電波的傳播是如水波似的擴(kuò)散型的無(wú)線電波的特性跟它的頻率有關(guān)第四十四頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日無(wú)線局域網(wǎng)
無(wú)線局域網(wǎng)可以有兩種組織方式:一種是以一個(gè)基站(basestation)為中心,所有的移動(dòng)設(shè)備都連接到這個(gè)基站上去,因此基站也稱為接入點(diǎn)(accesspoint);另一種是沒(méi)有基站,移動(dòng)設(shè)備之間相互連接組成局域網(wǎng)第四十五頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日無(wú)線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)802.11由IEEE制定第一個(gè)高速無(wú)限局域網(wǎng)是802.11a。1999年,IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)制定完成,該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無(wú)線局域網(wǎng)工作頻段在5.15~5.825GHz,數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到54Mbps/72Mbps(Turbo),傳輸距離控制在10~100米1999年9月IEEE802.11b被正式批準(zhǔn)該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無(wú)線局域網(wǎng)工作頻段在2.4~2.4835GHz,數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到11Mbps。2003年6月,IEEE推出最新版本IEEE802.11g認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)該標(biāo)準(zhǔn)提出擁有IEEE802.11a的傳輸速率,安全性較IEEE802.11b好IEEE802.11e標(biāo)準(zhǔn)對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)MAC層協(xié)議提出改進(jìn),以支持多媒體傳輸,以支持所有無(wú)線局域網(wǎng)無(wú)線廣播接口的服務(wù)質(zhì)量保證QoS機(jī)制。IEEE802.11f,定義訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)之間的通信,支持IEEE802.11的接入點(diǎn)互操作協(xié)議(IAPP)。IEEE802.11h用于802.11a的頻譜管理技術(shù)。IEEE802.11i標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)合IEEE802.1x中的用戶端口身份驗(yàn)證和設(shè)備驗(yàn)證,對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)MAC層進(jìn)行修改與整合,定義了嚴(yán)格的加密格式和鑒權(quán)機(jī)制,以改善無(wú)線局域網(wǎng)的安全性。個(gè)人無(wú)線局域網(wǎng)(wirelesspersonalareanetworks)標(biāo)準(zhǔn)802.15,這就是藍(lán)牙的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第四十六頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日無(wú)線移動(dòng)通訊概述無(wú)線通訊分為兩類,一類是無(wú)線局域網(wǎng),另一類是無(wú)線移動(dòng)通訊無(wú)線設(shè)備可以是單向的,也可以是雙向的。單向通信包括只接收信號(hào)的BP機(jī)。雙向通信系統(tǒng)包括分組無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)和蜂窩系統(tǒng)分組無(wú)線電通信(Packet-RadioCommunication)。分組無(wú)線電通信將一次傳輸分解成許多小的包含源地址和目的地址,以及錯(cuò)誤檢測(cè)信息的數(shù)字分組。這些分組被上聯(lián)到一個(gè)衛(wèi)星,然后再進(jìn)行廣播。接收設(shè)備只接收編址到它的數(shù)字分組。由于這種傳輸是雙向的,因而要使用查錯(cuò)和糾錯(cuò)技術(shù)。蜂窩數(shù)字分組通信(CellularDigitalPacketCommunication)。蜂窩通信設(shè)備是一種提供用戶和他們的家庭、辦公室或網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行雙向通信的移動(dòng)計(jì)算設(shè)備。這些設(shè)備具有電子函件處理能力,并且可以傳輸文件和其它信息。第四十七頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日GSMGSM:“全球移動(dòng)通信系統(tǒng)”(GlobalSystemforMobilecommunications)蜂窩概念GSM使用時(shí)分多址方法GSM移動(dòng)臺(tái)分為兩部分一部分包含無(wú)線接口特有的軟件和硬件另一部分是用戶數(shù)據(jù)——用戶識(shí)別卡(SIM)GSM支持這么多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),但是它基本上還是為了話音業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的第四十八頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日GRPSGRPS是GeneralPacketRadioServiceGPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的科技,即以分組的“形式”把數(shù)據(jù)傳送到用戶手上GPRS擁有171.2kbps的訪問(wèn)速度GPRS是基于包轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的GPRS是根據(jù)數(shù)據(jù)流量收費(fèi)的GPRS完全支持了移動(dòng)Internet的功能GPRS的缺點(diǎn)是:一個(gè)蜂窩小區(qū)內(nèi)容量有限,并且實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速度遠(yuǎn)低于理論值第四十九頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日CDMACDMA全稱碼分多址接入技術(shù)(CodeDivisionMultipleAccess)建立在正交編碼、相關(guān)接收的理論基礎(chǔ)上運(yùn)用擴(kuò)頻通信技術(shù)解決無(wú)線通信的選址問(wèn)題的多址接入方式在CDMA技術(shù)中,先用一個(gè)擴(kuò)頻碼(spreadingcode)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制,然后傳輸CDMA還有一個(gè)非常顯著的優(yōu)點(diǎn)是它能充分利用多路衰減現(xiàn)象第五十頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日CDMA與GSM/GPRS比較GSM/GPRS系統(tǒng)有一個(gè)缺點(diǎn),就是移動(dòng)臺(tái)在跨越兩個(gè)蜂窩小區(qū)的時(shí)候,要先跟原來(lái)所在的小區(qū)的基站斷開(kāi)連接,然后跟后來(lái)所在的小區(qū)的基站進(jìn)行連接,這個(gè)稱為先斷后連的轉(zhuǎn)臺(tái)(handover),又稱為硬轉(zhuǎn)臺(tái)(hardhandover)。這種情況下,正在進(jìn)行的通話可能斷開(kāi)。而這種情況在CDMA技術(shù)中就不存在了,因?yàn)樗械幕径际褂孟嗤念l道,所以完全可以在斷開(kāi)之前先跟下一個(gè)基站連接好,這稱為先連后斷的轉(zhuǎn)臺(tái),又稱為(softhandover)。CDMA的信號(hào)功率遠(yuǎn)小于GSM等系統(tǒng)的功率,所以其輻射也很小,這對(duì)人體健康可能有一定好處第五十一頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日從1G到3G,4G隨著對(duì)通信業(yè)務(wù)種類和數(shù)量需求的劇增業(yè)務(wù)類型主要限于語(yǔ)音和低速數(shù)據(jù)的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)已不能滿足需要,大容量、高速率、全方位的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)應(yīng)運(yùn)而生1G網(wǎng)絡(luò)(NMT,C-Nets,AMPS,TACS)是最早的模擬蜂窩系統(tǒng)2G網(wǎng)絡(luò)(GSM,cdmaOne,DAMPS)是最早的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)(UMTSFDDandTDD,cdma20001xEVDO,cdma20003x,TD-SCDMA,AribWCDMA,EDGE,IMT-2000DECT)是目前已投入商用的帶寬最高的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)4G:應(yīng)該是集3G與WLAN于一體,4G系統(tǒng)在移動(dòng)過(guò)程中,可以達(dá)到10Mb/s至20Mb/s的數(shù)據(jù)帶寬,甚至可以達(dá)到100Mb/s,能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求。第五十二頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日3G的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)范圍移動(dòng)音頻業(yè)務(wù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議傳送聲音靜態(tài)圖像移動(dòng)圖像虛擬本地環(huán)境電子代理未來(lái)的移動(dòng)手持設(shè)備將不僅是現(xiàn)在的移動(dòng)電話一樣以通話作為主要功能,而將是一種移動(dòng)通訊設(shè)備跟移動(dòng)計(jì)算設(shè)備的結(jié)合,也就是智能手機(jī)(IntelligentCellPhone)第五十三頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日3、構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)0、評(píng)估板1、入門級(jí)
2、訓(xùn)練級(jí)3、高手級(jí)4、大師級(jí)第五十四頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日0、評(píng)估板目標(biāo)板(Target)嵌入式應(yīng)用軟件的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境也可是替代實(shí)際環(huán)境的仿真系統(tǒng)目標(biāo)板體積小、集成度高目標(biāo)板的外圍設(shè)備輸入設(shè)備可以有鍵盤、鼠標(biāo)、串口、紅外口、觸摸屏等輸出設(shè)備可以有顯示器、串口、液晶屏等硬件資源有限第五十五頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日1、入門級(jí):用一個(gè)開(kāi)發(fā)商支持的開(kāi)發(fā)模塊(操作系統(tǒng)+硬件開(kāi)發(fā)模塊(購(gòu)買或租借)+開(kāi)發(fā)系統(tǒng)),目標(biāo)是搭建一個(gè)系統(tǒng)。相應(yīng)的開(kāi)發(fā)套件為:(1)
華恒HHCO5272-LCD-IDE-R1嵌入式Linux開(kāi)發(fā)套件研究意義:ColdFire5272(內(nèi)置10/100以太網(wǎng),66MHz),UcLinux(源代碼支持)(2)
WH5307SDK(模塊WH5307SOM+電路板WH5307DB+SDK軟件)研究意義:ColdFire5307(88.472MHz),UcLinux,嵌入式Internet第五十六頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日2、訓(xùn)練級(jí):用Linux等在現(xiàn)有硬件模塊上跑起來(lái),并對(duì)部分應(yīng)用模塊進(jìn)行裁剪。應(yīng)用開(kāi)發(fā)的仿真。(1)
以色列786CoreModule
研究意義:PC兼容單板機(jī),CeleronorPentium-IIIselection,400-700MHz支持包括Linux、Dos(支持網(wǎng)絡(luò)功能)、VxWorks和WindowsCE/98/NT等多種操作系統(tǒng)(2)
ARM教育版DeltaOS開(kāi)發(fā)套件(DeltaCore+LambdaIDE+ARM7EHP)研究意義:DeltaOS,LambdaTOOL,ARM7單板機(jī)第五十七頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日3、高手級(jí):修改部分內(nèi)核,重建操作系統(tǒng),熟悉多個(gè)操作系統(tǒng)與多個(gè)處理器。著手定制硬件模塊。(1)
CAD-ULWorkbench研究意義:X86系列CPU的開(kāi)發(fā)環(huán)境和工具處于業(yè)界領(lǐng)先位(2)
CodeWarrior*IDE研究意義:
提供統(tǒng)一的圖形用戶界面來(lái)集成各種開(kāi)發(fā)工具,支持多種主機(jī)平臺(tái)、多種編程語(yǔ)言、多種處理器和多種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),稱為下一代集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。第五十八頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日(3)
pRISM+研究意義:是一個(gè)集成多種嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、分析、測(cè)試工具的綜合開(kāi)發(fā)環(huán)境,是與pSOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)結(jié)合得最緊密的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。Tornadol/VxWorks(4)
TMS320VS5471DevelopmentBundle(LinuxOS,drivers,utilities,GNUARM+C54xLinuxtools研究意義:DSP54xx+ARM7雙核處理器(5)
Intel無(wú)線移動(dòng)嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)—SA1110研究意義:StrongARM,PDA,藍(lán)牙協(xié)議,WinCE第五十九頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日4、
大師級(jí):自己動(dòng)手搭建操作系統(tǒng)內(nèi)核,擁有自有產(chǎn)權(quán)的硬件產(chǎn)品。(1)
CCS2.1(OMAP研究意義:DSP55xx+ARM9,高性能嵌入式處理器之一(2)
PXA250/210開(kāi)發(fā)平臺(tái)1:Intel?PCADevelopmentKits開(kāi)發(fā)平臺(tái)2:Accelent'sPXA250basedIDPs研究意義:PXA,Intel的XScale架構(gòu),高性能嵌入式處理器之一
第六十頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日4、SOCSystemOnChip:系統(tǒng)級(jí)芯片VLSI工藝技術(shù)->器件特征尺寸越來(lái)越小,芯片規(guī)模越來(lái)越大數(shù)百萬(wàn)門級(jí)的電路集成在一個(gè)芯片上兼容工藝技術(shù)->將差別很大的不同種器件在同一個(gè)芯片上集成第六十一頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日具備完整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的芯片包含可執(zhí)行控制/運(yùn)算或信號(hào)處理功能的處理器、內(nèi)存、外圍電路及系統(tǒng)IP特定邏輯電路第六十二頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日單片數(shù)字系統(tǒng)把功能復(fù)雜的若干個(gè)數(shù)字邏輯電路放在同一個(gè)芯片上SOC還包括其它類型的電子功能器件模擬器件專用存貯器射頻器件MEMS系統(tǒng)級(jí)芯片起碼應(yīng)在單片上包括數(shù)字系統(tǒng)和模擬電子器件。第六十三頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日單片系統(tǒng)級(jí)芯片Vs多芯片系統(tǒng)速度功耗成本專用第六十四頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日SOC的優(yōu)勢(shì)1、降低耗電量2、減少體積3、增加系統(tǒng)功能4、提高速度5、節(jié)省成本第六十五頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日一:系統(tǒng)級(jí)芯片特點(diǎn)1、規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。數(shù)百萬(wàn)門乃至上億個(gè)元器件設(shè)計(jì)規(guī)模電路結(jié)構(gòu)包括MPU、SRAM、DRAM、EPROM、閃速存貯器、ADC、DAC以及其它模擬和射頻電路采用被稱為知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)的更大的部件或模塊第六十六頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日2、速度高、時(shí)序關(guān)系嚴(yán)密。高達(dá)數(shù)百兆的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率各模塊內(nèi)和模塊間錯(cuò)綜復(fù)雜的時(shí)序關(guān)系問(wèn)題:時(shí)序驗(yàn)證、低功耗設(shè)計(jì)以及信號(hào)完整性和電磁干擾、信號(hào)串?dāng)_等高頻效應(yīng)第六十七頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日3、時(shí)序匹配采用深亞微米工藝加工技術(shù),在深亞微米時(shí)走線延遲和門延遲成為主要因素復(fù)雜的時(shí)序關(guān)系,電路中時(shí)序匹配困難深亞微米工藝的十分小的線間矩和層間距,線間和層間的信號(hào)耦合作用增強(qiáng),再加之十分高的系統(tǒng)工作頻率,電磁干擾、信號(hào)串?dāng)_現(xiàn)象,給設(shè)計(jì)驗(yàn)證帶來(lái)困難第六十八頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日二、SOC設(shè)計(jì)技術(shù)1、設(shè)計(jì)再利用IP復(fù)用:IntellectualProperty自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)芯核(CORE):將已經(jīng)驗(yàn)證的各種超級(jí)宏單元模塊電路制成芯核第六十九頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日芯核通常分為三種硬核,具有和特定工藝相連系的物理版圖,己被投片測(cè)試驗(yàn)證。可被新設(shè)計(jì)作為特定的功能模塊直接調(diào)用軟核,是用硬件描述語(yǔ)言或C語(yǔ)言寫成,用于功能仿真固核(firmcore),是在軟核的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的,是一種可綜合的并帶有布局規(guī)劃的軟核。第七十頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日常用復(fù)用方法依靠固核,將電阻晶體管級(jí)(RTL級(jí))描述結(jié)合具體標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)進(jìn)行邏輯綜合優(yōu)化,形成門級(jí)網(wǎng)表,再通過(guò)布局布線工具最終形成設(shè)計(jì)所需的硬核在深亞微米(DSM)下很難用軟的RTL綜合方法達(dá)到設(shè)計(jì)再利設(shè)計(jì)方法從電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)第七十一頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日設(shè)計(jì)重心原重心:邏輯綜合、門級(jí)布局布線、后模擬現(xiàn)重心:系統(tǒng)級(jí)模擬,軟硬件聯(lián)合仿真,以及若干個(gè)芯核組合在一起的物理設(shè)計(jì)第七十二頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日IP可復(fù)用第七十三頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日2、低功耗設(shè)計(jì)1)降低工作電壓:太低工作電壓將影響系統(tǒng)性能->不可行方法1:采用空閑(Id1e)模式和低功耗模式:系統(tǒng)處于等待狀態(tài)或處于低電壓低時(shí)鐘頻率的低功耗模式方法2:采用可編程電源第七十四頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日2)在電路組態(tài)結(jié)構(gòu)方面盡可能少采用傳統(tǒng)的互補(bǔ)式電路結(jié)構(gòu)互補(bǔ)電路結(jié)構(gòu)每個(gè)門輸入端具有一對(duì)P、NMOS管,形成較大的容性負(fù)載,CMOS電路工作時(shí)對(duì)負(fù)載電容開(kāi)關(guān)充放電功耗占整個(gè)功耗的百分之七十以上深亞微米的電路結(jié)構(gòu)組態(tài)多選擇低負(fù)載電容的電路結(jié)構(gòu)組態(tài),如開(kāi)關(guān)邏輯,Domino邏輯以及NP邏輯,使速度和功耗得到較好的優(yōu)化。第七十五頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日3)低功耗的邏輯設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)百兆頻率的工作的系統(tǒng)不可能處處都是幾百兆頻率工作對(duì)于電路中那些速度不高或驅(qū)動(dòng)能力不大的部位可采用低功耗的門,以降低系統(tǒng)功耗盡可能用低功耗的單元電路第七十六頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日4)采用低功耗電路設(shè)計(jì)技術(shù),MOS輸出電路幾乎都采用一對(duì)互補(bǔ)的P、NMOS管,在開(kāi)關(guān)過(guò)程中,在瞬間存在兩個(gè)器件同時(shí)通導(dǎo),造成很大功耗,對(duì)系統(tǒng)級(jí)芯片引出腿多,電路頻率高,這一現(xiàn)象更存嚴(yán)重,回此在電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能避免這一問(wèn)題出現(xiàn)以降低功耗第七十七頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日
3、可測(cè)性設(shè)計(jì)技術(shù)三種方法:(1)并行直接接入技術(shù)(2)串行掃描鏈接入法(3)接入功能測(cè)試機(jī)構(gòu)(存儲(chǔ)器芯核測(cè)試常用)完整的系統(tǒng)級(jí)芯片測(cè)試應(yīng)包括芯核內(nèi)部測(cè)試,周圍邏輯電路進(jìn)行跨芯核的測(cè)試,以及對(duì)用戶自定義邏輯電路的測(cè)試第七十八頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日4、深亞微米SOC的物理綜合物理綜合過(guò)程分為初始規(guī)劃、RTL規(guī)劃和門級(jí)規(guī)劃三個(gè)階段初始規(guī)劃階段,首先完成初始布局,將RTL模塊安置在芯片上,并完成I/O布局,電源線規(guī)劃。根據(jù)電路時(shí)序分折和布線擁擠程度的分析,設(shè)計(jì)人員可重新劃分電路模塊。通過(guò)頂層布線,進(jìn)行模塊間的布線。并提取寄生參數(shù),生成精確線網(wǎng)模型,確定各個(gè)RTL模塊的時(shí)序約束,形成綜合約束第七十九頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日RTL規(guī)劃階段是對(duì)RTL模塊進(jìn)行更精確的面積和時(shí)序的估算。通過(guò)RTL估算器快速生存門級(jí)網(wǎng)表,再進(jìn)行快速布局獲得RTL模塊的更精確描述。并基于這種描述對(duì)布局頂層布線、管腳位置進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。最后獲得每一RTL模塊的線負(fù)載模型和精確的各模塊的綜合約束第八十頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日門級(jí)規(guī)劃是對(duì)每一RTL級(jí)模塊獨(dú)立地進(jìn)行綜合優(yōu)化,完成門級(jí)網(wǎng)表,最后進(jìn)行布局布線。對(duì)每一RTL模塊和整個(gè)芯片綜合產(chǎn)生時(shí)鐘樹(shù)。還進(jìn)行時(shí)序和線扔擠度分析,如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,可進(jìn)行局部修改。由于物理綜合過(guò)程和前端邏輯綜合緊密相連,邏輯綜合是在布局布線的基礎(chǔ)上進(jìn)行,因此延遲模型準(zhǔn)確,設(shè)計(jì)反復(fù)較少第八十一頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日5、設(shè)計(jì)驗(yàn)證硬件/軟件協(xié)同驗(yàn)證技術(shù)第八十二頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日設(shè)計(jì)與驗(yàn)證并行的模式
從規(guī)格說(shuō)明(Specification)確定起,采用驗(yàn)證與設(shè)計(jì)并行的模式,正確預(yù)測(cè)項(xiàng)目時(shí)間進(jìn)度,及早的發(fā)現(xiàn)功能Bug,及時(shí)修正RTL代碼,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)周期的可控性,保證項(xiàng)目進(jìn)度按時(shí)完成第八十三頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日三:硅加工技術(shù)是單片系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵因素CMOS數(shù)字邏揖加工工藝掩模工藝系統(tǒng)對(duì)存貯器的技術(shù)要求第八十四頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日SOC實(shí)例1矽統(tǒng)科技推出的SoC產(chǎn)品SiS550單芯片整合了X86CPU,南橋與北橋及GUI引擎,并支持2D繪圖引擎、DFP/TV輸出、DSTN、PCI/USB/IDE、六聲道音效、LPT/CIR控制器與FlashROM的接口,提供給客戶功能最齊全的解決方案。SiS550定位在單一用途、功能簡(jiǎn)易的IA產(chǎn)品上,如I-Box上網(wǎng)機(jī)、Web-Pad、Thin-Client、PocketPC與IPC等第八十五頁(yè),共九十八頁(yè),2022年,8月28日
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