《嵌入式硬件基礎(chǔ)》課件

《嵌入式硬件基礎(chǔ)》PPT課件CATALOGUE目錄嵌入式硬件概述ARM處理器基礎(chǔ)嵌入式存儲器系統(tǒng)嵌入式硬件接口與外設(shè)嵌入式硬件開發(fā)工具與環(huán)境嵌入式硬件概述CATALOGUE01嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，它通常具有特定的應(yīng)用目標(biāo)，并且其軟件和硬件都是根據(jù)需要進(jìn)行定制的。嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如工業(yè)控制、智能家居、醫(yī)療設(shè)備等。嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它被嵌入到一個設(shè)備中，以控制、監(jiān)視或幫助該設(shè)備進(jìn)行操作。嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域智能家居交通工具嵌入式系統(tǒng)用于智能家電、智能照明、智能安防等。嵌入式系統(tǒng)用于車輛控制、導(dǎo)航系統(tǒng)、自動駕駛等。工業(yè)控制醫(yī)療設(shè)備消費(fèi)電子嵌入式系統(tǒng)用于自動化生產(chǎn)線控制、機(jī)器人控制等。嵌入式系統(tǒng)用于醫(yī)療儀器、監(jiān)護(hù)設(shè)備、遠(yuǎn)程診斷等。嵌入式系統(tǒng)用于智能手機(jī)、平板電腦、智能手表等。其他組件如時鐘、復(fù)位電路等。電源為嵌入式系統(tǒng)提供電力。輸入/輸出接口用于與外部設(shè)備進(jìn)行通信和控制。微處理器嵌入式系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)執(zhí)行指令和控制設(shè)備。存儲器用于存儲程序代碼和數(shù)據(jù)。嵌入式硬件的組成ARM處理器基礎(chǔ)CATALOGUE02ARM處理器是一種低功耗、高性能的嵌入式處理器，廣泛應(yīng)用于移動設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等領(lǐng)域。ARM公司設(shè)計(jì)并授權(quán)ARM處理器知識產(chǎn)權(quán)，許多半導(dǎo)體公司根據(jù)ARM架構(gòu)設(shè)計(jì)自己的處理器芯片。ARM處理器具有高性能、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)，是嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的主流處理器之一。ARM處理器簡介ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)采用精簡指令集（RISC）設(shè)計(jì)，具有簡單、高效的特點(diǎn)。ARM處理器支持多種指令集擴(kuò)展，如浮點(diǎn)運(yùn)算、多媒體處理等，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)還包括高速緩存（Cache）、內(nèi)存管理單元（MMU）等硬件模塊，以提高系統(tǒng)性能和內(nèi)存管理效率。03ARM指令集還支持條件執(zhí)行、并行處理等擴(kuò)展指令，以提高處理器性能和效率。01ARM指令集是一種精簡指令集，具有短小、高效的特點(diǎn)。02ARM指令集包括算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸、控制轉(zhuǎn)移等類型的指令，以支持各種應(yīng)用場景。ARM處理器的指令集ARM處理器的編程模型包括寄存器、堆棧、內(nèi)存等基本元素。ARM處理器的內(nèi)存管理單元（MMU）用于實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存到物理內(nèi)存的映射，支持進(jìn)程切換和內(nèi)存保護(hù)等功能。ARM處理器的寄存器是32位的，包括通用寄存器、程序計(jì)數(shù)器等，用于存儲數(shù)據(jù)和執(zhí)行指令。ARM處理器的堆棧用于存儲局部變量和函數(shù)調(diào)用的返回地址，遵循后進(jìn)先出（LIFO）原則。ARM處理器的編程模型嵌入式存儲器系統(tǒng)CATALOGUE03010203存儲器是嵌入式系統(tǒng)中用于存儲數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備，包括程序代碼、數(shù)據(jù)和文件等。存儲器按照讀寫速度和容量可以分為高速緩存、主存和輔助存儲器等類型。存儲器的主要技術(shù)指標(biāo)包括容量、速度、可靠性和功耗等。存儲器概述RAM（隨機(jī)存取存儲器）用于存儲運(yùn)行中的程序和數(shù)據(jù)，具有讀寫速度快的特點(diǎn)。Flash存儲器具有非易失性，可擦寫次數(shù)多，適用于長期保存數(shù)據(jù)和程序。ROM（只讀存儲器）存儲固定數(shù)據(jù)和程序，如BIOS、引導(dǎo)加載程序等。嵌入式系統(tǒng)的存儲器分類123MMU是嵌入式系統(tǒng)中用于管理存儲器的重要組件。MMU的主要功能包括地址轉(zhuǎn)換、內(nèi)存保護(hù)和內(nèi)存管理等。通過MMU，操作系統(tǒng)可以對內(nèi)存進(jìn)行虛擬化，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)運(yùn)行和內(nèi)存保護(hù)等重要功能。存儲器管理單元（MMU）嵌入式硬件接口與外設(shè)CATALOGUE04總結(jié)詞通用輸入輸出接口詳細(xì)描述GPIO（General-PurposeInput/Output）接口是一種常見的嵌入式硬件接口，用于連接和控制各種外設(shè)。它具有通用性，既可以作為輸入接口讀取外設(shè)狀態(tài)，也可以作為輸出接口控制外設(shè)行為。GPIO接口總結(jié)詞：多功能性詳細(xì)描述：GPIO接口通常具有多種工作模式，可以根據(jù)需要進(jìn)行配置。例如，它可以配置為輸入模式來讀取傳感器數(shù)據(jù)，或者配置為輸出模式來控制LED燈的亮滅。GPIO接口總結(jié)詞：簡單易用詳細(xì)描述：由于GPIO接口具有通用性，因此使用起來相對簡單。通過簡單的編程操作，可以實(shí)現(xiàn)對外設(shè)的控制和狀態(tài)讀取。GPIO接口GPIO接口總結(jié)詞：應(yīng)用廣泛詳細(xì)描述：GPIO接口在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，可以用于連接各種傳感器、執(zhí)行器和其他外設(shè)，實(shí)現(xiàn)各種功能和控制?？偨Y(jié)詞串行通信接口詳細(xì)描述UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）接口是一種常見的串行通信接口，用于嵌入式系統(tǒng)中的設(shè)備間通信。它支持異步串行數(shù)據(jù)傳輸，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信和遠(yuǎn)程通信。UART接口通信協(xié)議簡單UART接口通信協(xié)議相對簡單，只需要兩根線即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。一根線用于發(fā)送數(shù)據(jù)（TX），另一根線用于接收數(shù)據(jù)（RX）。UART接口詳細(xì)描述總結(jié)詞傳輸速率可調(diào)總結(jié)詞UART接口的傳輸速率可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同的通信需求。常見的傳輸速率有9600、19200、4800等。詳細(xì)描述UART接口UART接口支持多種數(shù)據(jù)格式總結(jié)詞UART接口可以支持多種數(shù)據(jù)格式，如8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無奇偶校驗(yàn)等。用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行配置，以滿足不同的通信需求。詳細(xì)描述VS同步串行通信接口詳細(xì)描述SPI（SerialPeripheralInterface）接口是一種同步串行通信接口，常用于連接嵌入式系統(tǒng)中的各種外設(shè)，如傳感器、存儲器等。它支持全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速率較高?？偨Y(jié)詞SPI接口通信協(xié)議簡單高效SPI接口的通信協(xié)議相對簡單高效，通過四根線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。一根線用于時鐘信號（SCK），三根線用于數(shù)據(jù)傳輸（MOSI、MISO和NSS）?？偨Y(jié)詞詳細(xì)描述SPI接口總結(jié)詞支持多種工作模式要點(diǎn)一要點(diǎn)二詳細(xì)描述SPI接口支持多種工作模式，如模式0、模式1和模式2等。不同的工作模式會影響時鐘極性和相位，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行配置。SPI接口總結(jié)詞傳輸速度快詳細(xì)描述SPI接口的傳輸速度較快，可以達(dá)到幾Mbps到幾十Mbps的傳輸速率。這使得SPI接口在需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊暇哂袃?yōu)勢。SPI接口總結(jié)詞兩線串行總線接口詳細(xì)描述I2C（Inter-IntegratedCircuit）接口是一種兩線串行總線接口，常用于連接嵌入式系統(tǒng)中的各種外設(shè)，如EEPROM、傳感器等。它支持多機(jī)通信和總線仲裁功能。I2C接口通信協(xié)議簡單穩(wěn)定總結(jié)詞I2C接口的通信協(xié)議相對簡單穩(wěn)定，通過兩根線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。一根線用于時鐘信號（SCL），另一根線用于數(shù)據(jù)傳輸（SDA）。詳細(xì)描述I2C接口總結(jié)詞支持多個從設(shè)備地址詳細(xì)描述I2C接口支持多個從設(shè)備地址，每個外設(shè)都有一個唯一的地址，以便在總線上進(jìn)行識別和通信。這使得I2C總線可以掛載多個外設(shè)。I2C接口傳輸速率可調(diào)范圍廣總結(jié)詞I2C接口的傳輸速率可調(diào)范圍較廣，常見的傳輸速率有100kHz、400kHz和1MHz等。用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行配置，以滿足不同的通信需求。詳細(xì)描述I2C接口嵌入式硬件開發(fā)工具與環(huán)境CATALOGUE05包括原理圖編輯器、電路仿真器、邏輯分析儀等，用于設(shè)計(jì)、仿真和調(diào)試嵌入式硬件。硬件開發(fā)工具軟件開發(fā)工具工具鏈集成包括嵌入式C/C編譯器、調(diào)試器、集成開發(fā)環(huán)境等，用于編寫、編譯和調(diào)試嵌入式軟件。將硬件和軟件開發(fā)工具集成在一起，提供完整的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)解決方案。030201嵌入式硬件開發(fā)工具鏈硬件仿真器用于模擬嵌入式硬件的行為，幫助開發(fā)者在真實(shí)硬件上測試和驗(yàn)證嵌入式系統(tǒng)。調(diào)試工具用于實(shí)時監(jiān)控和調(diào)試嵌入式硬件和軟件，包括寄存器、內(nèi)存、中斷等。仿真與調(diào)試集成將硬件仿真器和調(diào)試工具集成在一起，提高開發(fā)效率。嵌