嵌入式系统最小系统硬件设计

控制系统-嵌入式系统的组成嵌入式系统最核心的层次是中央处理单元部分，它包含运算器和控制器模块，在cpu 的基础上进一步配上存储器模块、电源模块、复位模块等就构成了通常所说的最小系统。

由于技术的进步，集成电路生产商通常会把许多外设做进同一个集成电路中，这样在使用上更加方便，这样一个芯片通常称之为微控制器。

在微控制器的基础上进一步扩展电源传感与检测、执行器模块以及配套软件并构成一个具有特定功能的完整单元，就称之为一个嵌入式系统或嵌入式应用。

硬件结构尽管各种具体的嵌入式系统的功能、外观界面、操作等各不相同，甚至千差万别，但是基本的硬件结构却是大同小异的，而且和通用计算机的硬件系统有着高度的相似性。

嵌入式系统的硬件部分看起来与通用计算机系统的没有什么区别，也由处理器、存储器、外部设备、I/O接口、图形控制器等部分组成。

但是嵌入式系统应用上的特点致使嵌入式系统在软硬件的组成和实现形式上与通用计算机系统有较大区别。

为满足嵌入式系统在速度、体积和功耗上的要求，操作系统、应用软件、特殊数据等需要长期保存的数据，通常不使用磁盘这类具有大容量且速度较慢的存储介质，而大多使用EPROM、E2PROM或闪存(FlashMemory)。

在嵌入式系统中，A/D或D/A模块主要用于测控方面，这在通用计算机中用得很少。

根据实际应用和规模的不同，有些嵌入式系统要采用外部总线。

随着嵌入式系统应用领域的迅速扩张，嵌入式系统越来越趋于个性化，根据自身特点采用总线的种类也越来越多。

另外，为了对嵌入式处理器内部电路进行测试，处理器芯片普遍采用了边界扫描测试技术(JTAG)。

软件体系嵌入式系统的软件体系是面向嵌入式系统特定的硬件体系和用户要求而设计的，是嵌入式系统的重要组成部分，是实现嵌入式系统功能的关键。

嵌入式系统软件体系和通用计算机软件体系类似，分成驱动层、操作系统层、中间件层和应用层等四层，各有其特点。

驱动层驱动层是直接与硬件打交道的一层，它为操作系统和应用提供硬件驱动或底层核心支持。

嵌入式系统开发嵌入式系统是指内嵌在其他设备或系统中，实现特定功能的计算机系统。

它通常集成了硬件和软件，通过专门的开发平台进行开发和编程。

嵌入式系统广泛应用于各个领域，如汽车、家电、医疗设备、通信设备等。

本文将围绕嵌入式系统开发展开，介绍嵌入式系统的基本原理、开发流程以及相关技术。

一、嵌入式系统的基本原理嵌入式系统的基本原理是将处理器、存储器、输入输出设备等硬件组件集成在一起，通过操作系统和应用程序实现特定的功能需求。

常见的嵌入式系统采用单片机或微处理器作为核心处理器，具有较小的体积和功耗。

嵌入式系统的设计需要考虑硬件平台的选择、外设的接口设计、系统调度和任务管理等方面。

同时，软件开发也是嵌入式系统的重要组成部分，包括操作系统的移植、设备驱动程序的编写以及应用程序的开发。

二、嵌入式系统开发流程嵌入式系统的开发流程包括需求分析、硬件设计、软件开发、集成测试和发布等环节。

下面将逐一介绍各个环节的内容。

1. 需求分析在嵌入式系统开发之前，需要明确系统的功能需求和性能要求。

通过与用户沟通和需求分析，确定硬件平台、输入输出设备和外部接口等方面的需求。

2. 硬件设计硬件设计是指基于嵌入式系统的功能需求，选择合适的处理器、存储器、外设等硬件组件，并进行相应的电路设计和PCB布局。

硬件设计需要考虑系统的稳定性、扩展性和功耗等因素。

3. 软件开发软件开发是嵌入式系统开发的关键环节。

首先，根据硬件平台的选择，进行操作系统的移植和配置。

然后，编写设备驱动程序，实现对外设的控制和数据交换。

最后，根据系统需求，开发应用程序，实现特定功能。

4. 集成测试集成测试是将硬件和软件进行整合，测试系统的功能和性能是否满足需求。

通过功能测试、性能测试和稳定性测试，发现并修复系统中的缺陷和问题。

5. 发布在集成测试通过后，将嵌入式系统制作成最终产品，进行出厂测试和质量控制。

然后，将产品发布给客户或上线市场。

三、嵌入式系统开发的相关技术嵌入式系统开发涉及到多个技术领域，下面将介绍几个重要的技术。

实验一最小系统实验一、实验目的熟悉最小系统的硬件构成，掌握复位电路、晶振电路、电源电路（尤其是滤波电容的应用），编写一个例程，并在最小系统上运行；了解嵌入式开发的基本思想和过程。

掌握最小系统的构成，在将来的项目运用中能根据不同的场合选择相应的复位电路。

二、实验原理本实验通过一个简短的 Boot 引导程序介绍 ARM 开发平台的启动过程，同时该引导程序也可其他章节程序引导的示例程序。

本程序主要为了让读者能够清晰理解启动程序的基本架构组成部分以及掌握ARM 引导程序的编写方法。

三、主要实验设备1．硬件：宿主机、ARM教学试验箱；2．软件：Windows操作系统、ADS1.2集成开发环境。

四、实验内容构建最小系统，用示波器观察一下晶振电路的波形，测一下晶振正常工作时的电压。

编写一个例程，编译并运行。

设置ARM仿真器的开发环境。

程序架构如下：1．程序头IMPORT MDCNFG ;声明 MDCNFG（读写寄存器）物理地址0x48000000IMPORT MDREFR ;声明 MDREFR（刷新寄存器）0x48000004IMPORT MDMRS ;声明 MDMRS（模式/设置寄存器 0x48000040IMPORT init_MDCNFG ; 声明 init_MDCNFG 0x02000ac9IMPORT init_MDREFR ; 声明 init_MDREFR 0x0011e018IMPORT init_MDMRS ; 声明 init_MDMRS 0x320032IMPORT StackSvc ; 声明 StackSvc 0xa0600000IMPORT StackIrq ; 声明 StackIrq 0xa0605000IMPORT StackFiq ; 声明 StackFiq 0xa060a000IMPORT StackAbt ; 声明 StackAbt 0xa060e000IMPORT StackUnd ; 声明 StackUnd 0xa0714000IMPORT StackUsr ; 声明 StackUsr 0xa0720000IMPORT mainIMPORT宏通知编译器本源码文件需要引用在其他文件中定义的变量或函数。

嵌入式系统硬件体系结构设计一、嵌入式计算机系统体系结构体系主要组成包括：硬件层中涵盖嵌入式微处理器、存储器（sdram、rom、flash等）、通用设备USB和i/oUSB（a/d、d/a、i/o等）。

在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。

其中操作系统和应用程序都可以固化在rom中。

硬件层与软件层之间为中间层，也称作硬件抽象化层（hardwareabstractlayer，hal）或板级积极支持纸盒（boardsupportpackage，bsp），它将系统上层软件与底层硬件拆分开去，并使系统的底层驱动程序与硬件毫无关系，上层软件开发人员无须关心底层硬件的具体情况，根据bsp层提供更多的USB即可展开研发。

该层通常涵盖有关底层硬件的初始化、数据的输出/输入操作方式和硬件设备的布局功能。

3.系统软件层系统软件层由实时多任务操作系统（real-timeoperationsystem，rtos）、文件系统、图形用户USB（graphicuserinterface，gui）、网络系统及通用型组件模块共同组成。

rtos就是嵌入式应用软件的基础和研发平台。

功能层主要由实现某种或某几项任务而被开发运行于操作系统上的程序组成。

一个嵌入式系统装置通常都由嵌入式计算机系统和继续执行装置共同组成，而嵌入式计算机系统就是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层共同组成。

继续执行装置也称作被控对象，它可以拒绝接受嵌入式计算机系统收到的掌控命令，继续执行所规定的操作方式或任务。

本网关硬件环境以单片机s3c2440芯片和dm9000以太网控制芯片为主，实现rj45接口和rs232接口的数据传输。

内容包括硬件环境的初始化，数据的收发控制，封包解包设计，操作系统的移植等。

硬件框图就是直观的将每个功能模块列举，也就是一个基本的模块女团，可以简约的每个模块的功能彰显出。

soc最小系统原理
SOC最小系统是一种集成电路系统，它包含了实现特定功能的所有硬件和软件组件，并在单一芯片上集成。

它的工作原理可以从硬件和软件两个方面来解释。

在硬件方面，SOC最小系统通过将各种硬件组件集成在单一芯片上，实现了高度的集成化。

这些硬件组件可能包括微处理器、存储器、输入输出接口、信号处理电路等。

这些组件之间的连接是通过芯片内部的电路实现的，使得它们之间的通信和数据传输速度极快，从而提高了系统的整体性能。

在软件方面，SOC最小系统通常采用嵌入式软件来控制和管理硬件组件的工作。

这些软件通常被预先加载到存储器中，并在系统启动时或根据需要自动加载和运行。

通过嵌入式软件的编程和控制，SOC最小系统可以实现各种复杂的功能，例如数据处理、信号处理、人机交互等。

总的来说，SOC最小系统的原理是通过高度集成化的硬件和嵌入式软件的有机结合，实现了系统的智能化和自动化。

这种技术具有很多优点，例如低功耗、高性能、小型化、可靠性高等，因此在许多领域都有广泛的应用前景。

嵌入式系统设计与开发1. 引言嵌入式系统是最近几十年来较为重要的技术之一，具有广泛的应用领域。

嵌入式系统一般是指在计算机系统或其他电子设备中嵌入了专门的软件与硬件，以完成特定的任务。

它广泛应用于家用电器、汽车、医疗设备、通信设备、工业控制、航空航天等领域。

本文将从嵌入式系统的设计与开发角度来讨论该技术的基本实现原理、软件开发流程、硬件设计原则以及一些应用场景。

2. 基本实现原理嵌入式系统的设计思路与传统计算机系统不同，它通常需要一个微小的芯片来扮演整个系统的角色。

因此，嵌入式系统的设计架构非常紧凑，尽量减少硬件和软件的耗用，以实现更快的运行速度与更低的功耗。

嵌入式系统的设计与开发分为两个主要方面：软件开发和硬件设计。

3. 软件开发流程嵌入式系统的软件开发一般有以下五个步骤：1. 系统需求分析在开发嵌入式系统之前，需要对系统进行需求分析。

这可以帮助设计团队确定需要实现哪些功能，并定义硬件和软件的最小要求。

2. 软件设计在嵌入式系统的软件设计过程中，需要使用编程语言来实现所需的功能。

常用的编程语言有C、C++、Assembly等。

由于嵌入式系统通常只有很小的空间来存储程序，因此在设计时需要注意代码的体积和效率。

3. 软件开发在软件开发过程中，需要实现软件设计的方法和要求。

在这里，开发人员需要验证软件的正确性，并进行相关的测试，以确保程序的正确执行。

4. 系统集成在硬件和软件开发完成后，需要将系统硬件和软件进行集成。

在集成过程中，需要对系统进行调试和测试，以确保所有组件能够正常工作，并实现预期的任务。

5. 运行维护系统开发完成后，需要对其进行维护和管理。

在运行过程中需要进行相关检查和保养，以确保系统能够正常运行。

4. 硬件设计原则嵌入式系统的硬件设计需求取决于具体应用场景。

通常，硬件设计需要满足以下几个方面的要求：1. 可靠性和安全性嵌入式系统在很多关键应用中发挥着重要作用，因此，系统的可靠性和安全性至关重要。

嵌入式系统设计与实现近年来，随着物联网和智能设备行业的迅速发展，嵌入式系统设计与实现成为了一个备受关注的热点话题。

嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，通常被嵌入到其他设备中，用于控制设备的各种功能。

在这样一个信息时代，嵌入式系统已经无处不在，并且在各行各业中扮演着重要的角色。

一、嵌入式系统的定义和特点嵌入式系统是指一种专门为特定应用设计的计算机系统，通常包括处理器、内存、输入输出设备以及操作系统和应用程序。

嵌入式系统的特点是体积小、功耗低、成本低，并且具有高度可靠性和实时性。

因此，嵌入式系统通常被用于控制、监测、数据采集等实时应用场景。

二、嵌入式系统的设计流程嵌入式系统的设计流程通常包括需求分析、系统设计、硬件设计、软件设计、验证测试等几个关键阶段。

在需求分析阶段，工程师需要明确系统的功能需求和性能指标；在系统设计阶段，需要确定系统的整体结构和模块划分；在硬件设计阶段，需要选择合适的处理器、存储器、传感器等硬件部件；在软件设计阶段，需要编写系统的应用程序和驱动程序；最后，在验证测试阶段，需要对系统进行功能验证和性能测试，确保系统的稳定性和可靠性。

三、嵌入式系统的实现技术嵌入式系统的实现技术包括硬件设计技术和软件设计技术两个方面。

在硬件设计技术方面，需要掌握电子电路设计、PCB设计、嵌入式处理器选型等知识；在软件设计技术方面，需要掌握C/C++编程、嵌入式操作系统、实时系统编程等知识。

此外，还需要了解信号处理、通信技术、嵌入式网络等相关技术，才能够设计和实现复杂的嵌入式系统。

四、嵌入式系统的应用领域嵌入式系统已经广泛应用于各个行业领域，如消费电子、汽车电子、智能家居、医疗器械等。

在消费电子领域，嵌入式系统被广泛应用于智能手机、智能手表、智能音箱等产品中，为用户提供更加智能和便捷的生活体验；在汽车电子领域，嵌入式系统被应用于汽车的发动机管理、车身控制、信息娱乐系统等方面，提高了驾驶安全性和舒适性；在智能家居领域，嵌入式系统被应用于智能灯光、智能门锁、智能家电等产品中，实现了家居自动化的目标。

STM32最小系统原理图STM32是一款高性能、高可靠性的32位单片机系列产品，采用Cortex-M内核。

它可以用来设计各种嵌入式系统，包括家电、医疗设备、汽车电子和工业自动化等领域。

在进行STM32的设计时，我们需要先画出最小系统原理图，该原理图包含了STM32所需的电源和外围器件。

首先，我们需要为STM32提供合适的电源。

通常情况下，我们可以使用LM1117-3.3三端稳压器作为主芯片的电源。

其输入电压可以在6V至12V之间，输出电流为800mA，输出电压为3.3V。

此外，还需要添加适当的电容来提供电源稳定性。

接下来，我们需要为STM32添加晶振电路。

晶振电路主要包括一个晶振和两个电容。

在选择晶振时，我们需要确定频率和精度。

常见的选择包括8MHz和16MHz的晶振。

晶振电路的作用是为STM32提供系统时钟信号。

复位电路是STM32系统中非常重要的部分，它用于在系统启动时将芯片复位到初始状态。

复位电路主要由一个复位按钮、一个电阻和一个电容组成。

在启动或出现故障时，按下复位按钮将使STM32芯片重新启动。

调试电路主要用于在开发和调试过程中进行调试操作。

它包括JTAG或SWD接口、调试器、与调试器连接的引脚等。

通过调试电路，开发人员可以通过调试器进行单步调试、变量查看和性能分析等操作。

最后，我们需要为STM32添加一些扩展接口电路，如LED指示灯、按键开关、LCD模块、以太网接口、USB接口、UART接口等。

这些扩展接口可以根据实际应用需求来选择和设计。

51单片机最小系统原理图51单片机是一种常用的微控制器，它具有体积小、功耗低、性能稳定等特点，因此在嵌入式系统中得到了广泛的应用。

而要搭建一个完整的嵌入式系统，首先需要设计并搭建一个最小系统，本文将介绍51单片机最小系统的原理图设计。

首先，我们需要明确51单片机最小系统的组成部分。

一个完整的最小系统包括51单片机、晶振、复位电路、电源电路、下载电路等几个基本部分。

其中，晶振是单片机工作的时钟信号源，复位电路用于单片机的复位控制，电源电路提供单片机所需的电源，下载电路用于单片机的程序下载。

其次，我们需要根据这几个基本部分设计出相应的原理图。

首先是晶振电路，一般使用的是12MHz的晶振，其原理图是将晶振的两端分别连接到单片机的晶振输入引脚和晶振输出引脚。

接下来是复位电路，复位电路一般由一个电阻和一个电容组成，其原理是通过电容的充放电来实现单片机的复位控制。

然后是电源电路，电源电路一般包括稳压电路和滤波电路，其原理是通过稳压电路将输入的电压稳定在单片机所需的工作电压范围内，并通过滤波电路去除电源中的杂波。

最后是下载电路，下载电路一般由一个串口电平转换芯片和一个串口接口组成，其原理是通过串口电平转换芯片将电脑串口的TTL电平转换成单片机所需的电平，并通过串口接口与单片机相连接。

最后，我们需要将这几个部分的原理图进行整合，设计出完整的51单片机最小系统原理图。

在设计原理图时，需要注意各个部分之间的连接关系，以及引脚的连接方式。

同时，还需要考虑到原理图的布局和美观性，尽量使得原理图清晰易懂，方便后续的调试和维护工作。

总的来说，设计51单片机最小系统原理图是搭建一个完整嵌入式系统的第一步，它直接关系到后续系统的稳定性和可靠性。

因此，在设计原理图时需要认真对待，确保各个部分的连接正确，电路设计合理，从而为后续的系统开发奠定良好的基础。

希望本文的介绍能够对大家有所帮助，谢谢阅读。

基于ARM芯片的小型嵌入式系统设计与程序开发随着技术的飞速发展，越来越多的小型嵌入式设备出现在我们的生活中，如智能手表、智能家居、智能车等，这些设备都需要嵌入式系统的支持。

而基于ARM芯片的小型嵌入式系统，具有低功耗、高性能、易于开发和广泛应用等优点，成为了当前最为流行和常用的嵌入式系统之一。

基于ARM芯片的小型嵌入式系统设计需要考虑以下几个方面：首先，要根据嵌入式设备的不同使用场景，确定合适的芯片型号和外围器件，以保证系统的稳定性和性能。

ARM芯片的种类很多，如Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-A53等，不同芯片具有不同的处理能力和功耗。

因此，在选择芯片型号时，需要考虑到嵌入式设备的具体应用场景，如是否需要高性能处理、是否需要低功耗等。

其次，需要根据系统的需求（如需要哪些功能，需要支持哪些接口等），进行硬件电路设计，确定适当的外围器件。

硬件电路设计包括各种传感器、存储器、通讯接口等，其中，存储器和通讯接口是非常重要的一部分。

存储器主要用于存储程序代码和数据，而通讯接口则用于与外部设备进行通讯。

因此，在进行硬件电路设计时，需要考虑到存储器容量大小和通讯接口的类型和数量等。

最后，进行开发板的设计和制作，在开发板上安装合适的软件操作系统，如uC/OS、FreeRTOS等，并进行程序开发。

程序开发主要包括开发设备驱动程序、编写应用程序和测试程序等。

在ARM芯片上开发程序，可以使用Keil等集成开发环境（IDE）进行程序开发和调试，也可以使用GNU工具链进行程序开发。

总之，基于ARM芯片的小型嵌入式系统设计需要进行硬件电路设计、开发板设计和软件程序开发等多个方面的工作。

虽然工作量比较大，但随着市场需求的不断增加，基于ARM芯片的小型嵌入式系统已成为未来的趋势。

1 嵌入式系统的知识体系嵌入式系统的应用范围可以粗略分为两大类：电子系统的智能化（工业控制、现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统、数据采集等），计算机应用的延伸（MP3、手机、通信、网络、计算机外围设备等）。

从这些应用可以看出，要完成一个以MCU为核心的嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识。

硬件主要有MCU的硬件最小系统、输入/输出外围电路、人机接口设计。

软件设计有固化软件的设计，也可能含PC机软件的设计。

行业知识需要通过协作、交流与总结获得。

概括地说，学习以MCU为核心的嵌入式系统，需要以下软硬件基础知识与实践训练：①硬件最小系统（电源、晶振、复位、写入调试接口）；②通用I/O（开关量输入/输出，涉及各种二值量检测与控制）；③模/数转换（各种传感器信号的采集与处理，如红外、温度、光敏、超声波、方向等）；④数/模转换（对模拟量设备利用数字进行控制）；⑤通信（串行通信接口SCI、串行外设接口SPI、集成电路互联总线I2C、CAN、USB、嵌入式以太网、ZigBee技术等）；⑥显示（LED、LCD等）；⑦控制（控制各种设备，包括PWM等控制技术）；⑧数据处理（图形、图像、语音、视频等的处理或识别）；⑨各种具体应用。

万变不离其宗，任何应用都可以归入这几类。

而应用中的硬件设计、软件设计、测试等都必须遵循嵌入式软件工程的方法、原理与基本原则。

所以，嵌入式软件工程也是嵌入式系统知识体系的有机组成部分，只不过它融于具体项目的开发过程之中。

以上实践训练涉及硬件基础、软件基础及相关领域知识。

计算机语言、操作系统、开发环境等均是达到这些目的的工具。

有些初学者，容易把工具的使用与所要达到的真正目的相混淆。

例如，有的学习者学了很长时间的嵌入式操作系统移植，而不进行实际嵌入式系统产品的开发，到最后也做不好一个嵌入式系统小产品，偏离了学习目标，甚至放弃嵌入式系统领域。

这就是进入了嵌入式系统学习误区，下面对此作一些分析。