嵌入式硬件系统设计与开发实例详解

嵌入式系统中Bootloader 的设计与实现马学文1，朱名日1,2，程小辉1 (1. 桂林工学院电子与计算机系，桂林541004；2.中南大学信息物理工程学院，长沙410083)—97—作者所承研的项目中硬件平台是基于ARM7TDMIRISC 内核的三星公司S3C4510B 微处理器，采用的嵌入式Linux 系统为uCLinux。

系统有64MB SDRAM, 其地址从0x 0800.0000 ～0x0bff.ffff, 还有32MB Flash, 其地址从0x0c00.0000～0x0dff.ffff。

32MB Flash 具体规划如下：从0x0c00.0000 开始的第1 个1MB 放Bootloader，从0x0c10.0000开始的2MB放Linux kernel, 从0x0c30.0000开始的余下部分都给rootdisk。

64MB SDRAM 启动后的具体程序分布示意图如图2 所示。

图2 64MB SDRAM 的程序分布示意图Bootloader 一般有几个文件组成。

先是START.s，也是唯一的一个汇编程序，其余的都是C 语言写成的，START.s主要用来初始化堆栈：_start:ldr r1,=StackInit /* r1 是参数字符串的地址*/ldr sp,[r1]int main().equ StackInitValue,_end_data+0x1000/* 在连结脚本中指定4K __end_data*/StackInit:.long StackInitValue.global JumpToKernelJumpToKernel: /*拷贝内核的代码*/mov pc, r0 /*获得Kernel 地址*/.global JumpToKernel0x /*用来扩展内核*/JumpToKernel0x: /*拷贝获得的扩展内核*/mov r8, r0mov r0, r1mov r1, r2mov r2, r3mov r3, r4mov pc, r8.section“.data.boot”.section“.bss.boot”其中main 函数的C 语言实现过程如下：int main(){U32 *pSource, *pDestin, count;U8 countDown, bootOption;U32 delayCount;U32 fileSize, i;char c;char *pCmdLine;char *pMem;init(); /*初始化Flash 控制器和CPU 时钟*/EUARTinit(); /*串口初始化*/EUARTputString("\n\n Linux Bootloader\n"); /*打印信息*/ EUARTputString((U8 *)cmdLine); /*command_line 支持, 用于定制内核*/EUARTputString("\n\n");用command_line 可以给内核传一些参数，自己定制内核的行为。

嵌入式系统设计方案嵌入式系统是指以特定功能为中心，嵌入到其他设备或系统中的计算机系统，具有高度可靠性、实时性和可扩展性的特点。

为了能够设计出一套优秀的嵌入式系统，需要考虑多个方面的因素，包括硬件设计、软件开发、系统集成等。

一、硬件设计1. 系统需求分析：在设计嵌入式系统之前，首先要进行系统需求分析，明确系统的功能、性能、资源、接口等要求。

根据需求确定硬件平台的选择，包括处理器、内存、存储器、外设等。

2. 电路原理图设计：根据硬件平台的选择，进行电路原理图设计。

在设计过程中，要充分考虑电路的可靠性、稳定性和功耗等方面的因素，合理布局电路板上的元件和线路。

3. PCB设计：在完成电路原理图设计之后，进行PCB设计，将电路原理图转化为PCB布局图。

在设计过程中，要注意保持信号的完整性和稳定性，避免干扰和噪声的影响。

4. 封装和焊接：完成PCB设计后，进行封装和焊接工作，将元件焊接到PCB板上。

在焊接过程中，要注意温度控制和焊接质量，确保元件的稳定性和可靠性。

二、软件开发1. 系统架构设计：根据系统需求分析，进行系统架构设计，确定软件和硬件之间的接口和通信方式。

同时，确定软件模块的划分和功能分配，确保系统的高效性和可维护性。

2. 编程语言选择：根据系统需求和硬件平台选择合适的编程语言，如C、C++、Python等。

在选择编程语言时，要考虑语言的效率、易用性和可移植性等因素。

3. 软件模块开发：根据系统架构设计，进行软件模块的开发。

在开发过程中，要注意代码的可读性、可测试性和可重用性，采用模块化的设计方式，提高开发效率和代码的可维护性。

4. 调试和优化：完成软件模块开发后，进行系统的调试和优化工作。

通过调试，发现并解决系统中的问题和错误。

通过优化，提高系统的性能和响应速度。

三、系统集成1. 模块集成：在完成硬件和软件开发后，进行模块的集成工作。

将硬件和软件模块相互连接，确保系统的正常运行和协作。

2. 功能验证：在模块集成完成后，进行系统的功能验证，确保系统的功能和性能符合需求。

实验指导书（实验）课程名称：基于STM32的嵌入式系统设计实验实验一电路板焊接与调试-•实验简介完成实验板上部分兀件的焊接，焊接完成后进行基本测试。

实验目的及原理掌握STM32F103实验板的基本原理，掌握焊接电路板的基本技能，掌握下载测试程序的基本方法。

原理：详细内容参考教材《基于STM32的嵌入式系统原理与设计》MCU和周边电路如图为MCU及其周边电路。

图1 MCU及其周边电路1. 唤醒电路，高有效，不按时接220K 电阻下拉。

2. 复位电路，低有效。

带RC 启动复位。

3. 配置启动，用跳线选择B00T1和BOOTO 接高电平或低电平。

4. 高速晶振电路，采用8M 晶振，在STM32内部倍频为72M 。

5. AD 参考电路，采用LC 滤波，可跳线选择直接接VCC 或通过TL431稳压电路产生的参考电压。

6. 后备电池。

可通过跳线选择直接接VCC 或电池。

7. AD 输入，可选择使用RC 滤波，共8路。

&低速晶振电路，选用32. 768kHz 晶振，为产生准确的串口波特率。

USB 转串口电路USB 转串口电路可以方便没有串口的笔记本电脑用户通过USB 接口下载代码到FLASH 中，及进行RS232串行通信。

USB 转串口芯片是CP2102,该芯片稳定性较好。

当其正常工作的时候，灯LED6亮。

该 芯片DP/D+引脚连MINI USB 接口的脚3, DM/D-引脚连MINI USB 接口的脚2,为一对USB 输入输出线。

TXD 与 RXD 引脚接 MCU 的 PA10 (USART1_RX)和 PA9 (USART1_TX)。

I2C 接口电路Jusbm USB图2 USB 转串口接口电路14NCNCNCNCNCNCNCONS.LO(一XE- (一ON 二 N (INHdsfls 二N 二一二乂ON本书选择的EEPROM 是AT24C02是256字节的电可擦出PROM,通过I2C 协议与STM32 进行通信，连接十分简单。

２０１４年第１期　总第１８１期　光通信研究　

ＳＴＵＤＹ　０Ｎ　ＯＰＴＩＣＡＬ　Ｃ０ＭＭＵＮＩＣＡＴ１０ＮＳ　２Ｏ１４．０２　

（Ｓｕｍ．Ｎｏ．１８１）　

光通信系统与网络技术　基于嵌入式系统的ＰＣＥ硬件设计及实现　

袁广前，郑小平，华楠，金秋实。刘海蛟　（清华大学电子工程系，北京　１０００８４）　摘要：介绍一个基于嵌入式Ｌｉｎｕｘ的ＰＣＥ（路径计算单元）硬件系统设计及实现实例，其主要目的是用于光网络中“ＰＣＥ＋网　管”架构的测试，也可用于多域多层异构光网络设备间的互联互通及路径计算。考虑到ＰＣＥ开发需求及嵌入式系统的特点，　为硬件系统的使用者预先载入板级支持包，完成硬件的启动引导。文中首先根据该ＰＣＥ架构的需求比较了主流嵌入式　Ｌｉｎｕｘ操作系统的异同及优缺点，然后就硬件系统的设计、实现和初始化做了详细的阐述，最后给出了一个可以成功运行的　ＰＣＥ测试实例及部分实验成果。　关键词：光网络；路径计算单元；嵌入式操作系统　中图分类号：ＴＮ９１５．１１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００５—８７８８（２０１４）０１—０００５—０４　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｌｉｎｕｘ－ｂａｓｅｄ　ＰＣＥ　ｈａｒｄｗａｒｅ　Ｙｕａｎ　Ｇｕａｎｇｑｉａｎ，Ｚｈｅｎｇ　Ｘｉａｏｐｉｎｇ，Ｈｕａ　Ｎａｎ，Ｊｉｎ　Ｑｉｕｓｈｉ，Ｌｉｕ　Ｈａｉｊｉａｏ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｗｉｌｌ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ　ａ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＰＣＥ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｌｉｎｕｘ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｃｈｉｅｆｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔｓ　ｏｆ　ＰＣＥ＋ｎｅｔｗｏｒｋ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｉｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ／ｉｎ—　ｔｅｒｗｏｒｋｉｎｇ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｉｎ　ｍｕｌｔｉ—ｄｏｍａｉｎ／ｍｕｌｔｉ—ｌａｙｅｒ　ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ　ａｎｄ　ｐａｔｈ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ．Ｉｎ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａ—　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ＰＣＥ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ａ　ｂｏａｒｄ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｐａｃｋａｇｅ　ｉｓ　ｐｒｅｌｏａｄ—　ｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｅｒｓ　ｔｏ　ｂｏｏｔ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ。ｔｈｅ　ｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ａｎｄ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ａｇａｉｎｓｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＰＣＥ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ，ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ａｎｄ　ａｎ　ｏｐｅｒａｂｌｅ　ＰＣＥ　ｔｅｓｔ　ｃａｓｅ　ａｎｄ　ｐａｒｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｇｉｖｅｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｐｔｉｃａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ；ｐａｔｈ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｅｌｅｍｅｎｔ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　

嵌入式系统中的硬件设计与嵌入式软件开发嵌入式系统是一种为特定应用领域设计的计算机系统，它通常用于工业控制、汽车电子、医疗电子、家电控制等领域。

嵌入式系统中的硬件设计和嵌入式软件开发是嵌入式系统开发的两个重要方面，本文将从这两个方面对嵌入式系统进行探讨。

一、嵌入式系统中的硬件设计嵌入式系统中的硬件设计是指对嵌入式系统中的电路图、原理图、PCB布局等进行设计和调试的过程。

嵌入式系统中的硬件设计需要涉及的内容包括：1. 电路设计：电路设计是嵌入式系统硬件设计的核心，它涉及到各种电子元器件的选择、电路图的设计、模拟仿真、PCB布局等。

电路设计的关键是要考虑嵌入式系统的实际工作环境、所需功能等因素，确保电路可靠性和稳定性。

2. PCB设计：PCB设计（Printed Circuit Board，印刷电路板设计）是指将电路设计的原理图转化为可生产的PCB板的布局设计。

PCB设计中需要进行线路布局、电源地贯通、干扰抑制等操作，以保证电路板的性能和可靠性。

3. 器件选型：嵌入式系统中需要选用许多电子元器件，包括微控制器、传感器、电源、连接器等。

在器件选型时需要考虑器件性能、价格、可获得性等因素，确保系统的性能和稳定性。

嵌入式系统中的硬件设计是一个比较复杂和重要的工作，需要设计人员具有扎实的电子技术知识和多年的实践经验。

二、嵌入式软件开发嵌入式软件开发是指在嵌入式系统中实现各种功能的软件开发过程。

嵌入式软件开发需要涉及的内容包括：1. 系统架构设计：系统架构是嵌入式软件开发的关键，它涉及到系统的软硬件接口、系统功能的划分、任务的分配等。

系统架构的设计需要结合系统的硬件设计情况和要实现的应用功能，同时需要综合考虑性能、可靠性、安全性等因素。

2. 软件编程：软件编程是嵌入式软件开发的核心，它涉及到基本的编程语言、实时操作系统（RTOS）的使用、调试和优化等。

在嵌入式软件开发中最常用的编程语言是C语言和汇编语言，在实时操作系统选择上需要使用嵌入式系统专用的RTOS，如uCOS、FreeRTOS等。

stm32嵌入式技术应用开发全案例实践pdf资料随着科技的不断发展，嵌入式技术在各个领域得到了广泛的应用。

而STM32作为一款性能强大、功能丰富的嵌入式微控制器，受到了众多开发者的青睐。

为了帮助开发者更好地掌握STM32的应用开发技术，一份全案例实践PDF资料应运而生。

这份资料以实际案例为基础，详细介绍了STM32嵌入式技术的应用开发过程。

首先，资料从STM32的基本概念和特点入手，让读者对STM32有一个全面的了解。

接着，资料介绍了STM32的开发环境搭建，包括软件和硬件的准备工作。

通过这一部分的学习，读者可以快速上手STM32的开发工作。

接下来，资料通过一系列的案例实践，详细介绍了STM32在各个领域的应用。

比如，资料介绍了如何使用STM32进行智能家居系统的开发，包括温度控制、灯光控制等功能。

此外，资料还介绍了如何使用STM32进行智能交通系统的开发，包括红绿灯控制、车辆识别等功能。

通过这些案例实践，读者可以深入了解STM32在实际应用中的使用方法和技巧。

除了案例实践，资料还提供了大量的实验和实例代码。

这些实验和实例代码可以帮助读者更好地理解和掌握STM32的开发技术。

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通过这些实验和实例代码的学习，读者可以提高自己的实际操作能力，为将来的项目开发打下坚实的基础。

此外，资料还介绍了一些常见问题和解决方法。

在实际开发过程中，开发者常常会遇到各种各样的问题，比如硬件连接问题、软件调试问题等。

资料通过列举一些常见问题和解决方法，帮助读者更好地解决实际开发中的困难和疑惑。

总之，这份STM32嵌入式技术应用开发全案例实践PDF资料是一份非常实用的学习资料。

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希望这份资料能够帮助更多的开发者更好地应用STM32嵌入式技术，推动嵌入式技术的发展。

北航ARM9嵌⼊式系统实验实验三uCOS-II实验实验三 uCOS-II实验⼀、实验⽬的在内核移植了uCOS-II 的处理器上创建任务。

⼆、实验内容1）运⾏实验⼗，在超级终端上观察四个任务的切换。

2）任务1~3，每个控制“红”、“绿”、“蓝”⼀种颜⾊的显⽰，适当增加OSTimeDly()的时间，且优先级⾼的任务延时时间加长，以便看清三种颜⾊。

3）引⼊⼀个全局变量BOOLEAN ac_key，解决完整刷屏问题。

4）任务4管理键盘和超级终端，当键盘有输⼊时在超级终端上显⽰相应的字符。

三、预备知识1）掌握在EWARM 集成开发环境中编写和调试程序的基本过程。

2）了解ARM920T 处理器的结构。

3）了解uCOS-II 系统结构。

四、实验设备及⼯具1）2410s教学实验箱2）ARM ADS1.2集成开发环境3）⽤于ARM920T的JTAG仿真器4）串⼝连接线五、实验原理及说明所谓移植，指的是⼀个操作系统可以在某个微处理器或者微控制器上运⾏。

虽然uCOS-II的⼤部分源代码是⽤C语⾔写成的，仍需要⽤C语⾔和汇编语⾔完成⼀些与处理器相关的代码。

⽐如：uCOS-II在读写处理器、寄存器时只能通过汇编语⾔来实现。

因为uCOS-II 在设计的时候就已经充分考虑了可移植性，所以，uCOS-II的移植还是⽐较容易的。

要使uCOS-II可以正常⼯作，处理器必须满⾜以下要求：（1）处理器的C编译器能产⽣可重⼊代码可重⼊的代码指的是⼀段代码（如⼀个函数）可以被多个任务同时调⽤，⽽不必担⼼会破坏数据。

也就是说，可重⼊型函数在任何时候都可以被中断执⾏，过⼀段时间以后⼜可以继续运⾏，⽽不会因为在函数中断的时候被其他的任务重新调⽤，影响函数中的数据。

（2）在程序中可以打开或者关闭中断在uCOS-II中，可以通过OS_ENTER_CRITICAL()或者OS_EXIT_CRITICAL()宏来控制系统关闭或者打开中断。

这需要处理器的⽀持,在ARM920T的处理器上，可以设置相应的寄存器来关闭或者打开系统的所有中断。