嵌入式产品开发扫盲文

©2008HFUT第一章嵌入式系统©2008HFUT§1.1嵌入式系统的含义与发展历史1.单片机MCU内部总线（控制总线、数据总线、地址总线）CPURAMFlash存储器A/D转换接口工作支撑模块定时器接口串行通信接口其他I/O模块……一个典型的MCU内部框图©2008HFUT2.MCU与嵌入式系统的关系嵌入式系统通常可分为4种：工控机通用CPU模块嵌入式微处理器嵌入式微控制器MCU从体系结构到指令系统都是按照嵌入式系统的应用特点专门设计的，能很好地满足应用系统的嵌入、面向测控对象、现场可靠运行等方面的要求，故由MCU构成的系统是发展最快、品种最多、数量最大、应用最广的嵌入式应用系统。§1.1嵌入式系统的含义与发展历史©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语一、与硬件相关的术语1.封装（Package）2.印刷电路板（PCB）3.动态随机存储器（DRAM）4.静态随机存储器（SRAM）5.只读存储器（ROM）6.Flsah存储器（FlashMemory）7.模拟量8.开关量©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语1.封装（Package）单列直插ZIP双列直插DIPZ字形直插ZIP©2008HFUT小外形封装SOP紧缩小外形封装SSOP四方扁平封装QFP薄方封装LQFP球栅阵列封装BGA插针网格阵列封装CPGA塑料扁平组件式封装PFP带载封装TCP§1.2嵌入式系统常用术语©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语2.印刷电路板（PCB）主要功能是提供集成电路等各种电子元件固定、装配的机械支撑；实现集成电路等各种电子元件之间的布线和电气连接（信号传输）；为自动装配提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形等。©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语3.动态随机存储器（DRAM）4.静态随机存储器（SRAM）5.只读存储器（ROM）6.Flsah存储器（FlashMemory）简称闪存，比E2PROM的擦除速度更快，集成度更高。如Freescale公司的HC08芯片采用了第三代0.25µm的闪存技术，可擦写10万次，页擦写只需几十毫秒。可系统内编程，不需另外的器件。©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语7.模拟量8.开关量©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语二、与通信相关的术语1.并行通信2.串行通信3.串行外设接口SPI4.集成电路互连总线I2C5.通用串行总线USB6.控制器局域网CAN7.背景调试模式BDM8.边界扫描测试协议JTAG©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语1.并行通信2.串行通信3.串行外设接口SPI也是一种串行通信方式，主要用于MCU扩展外围芯片。4.集成电路互连总线I2C是由PHILIPS公司开发的两线制串行总线，主要用于MCU与其外围电路的连接。5.通用串行总线USB是一种MCU与外界进行数据通信的方式。©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语6.控制器局域网CANCAN总线（ControlAreaNetwork，控制局域网络）最早是由德国Bosch公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，广泛应用于离散控制领域，并得到了Philips、Intel、Siemens、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上，但只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，通信速率可达1Mbps（通信距离最长为40m），直接通信距离最长可达10km（通信速率5kbps以下），最多可挂接设备110个。©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语7.背景调试模式BDM背景调试模式BDM是Freescale公司提出的一种调试接口，主要用于嵌入式MCU的程序下载和程序调试。©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语8.边界扫描测试协议JTAG边界扫描测试协议JTAG是由国际联合测试行动组开发的、对芯片进行测试的一种方式，可将其用于对MCU的程序进行载入和调试。JTAG能获取芯片寄存器等内容，或者测试遵守IEEE规范的器件之间引脚连接情况。©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语三、与功能模块相关的术语1.通用输入/输出GPIO2.A/D与D/A3.脉冲宽度调制器PWM4.看门狗5.液晶显示器LCD6.发光二极管LED7.键盘©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语1.通用输入/输出GPIO2.A/D与D/A3.脉冲宽度调制器PWM是一个D/A转换器，可以产生一个高电平和低电平交替的输出信号。4.看门狗5.液晶显示器LCD可分为字段型、点阵字符型和点阵图形3类。©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语6.发光二极管LED7.键盘嵌入式系统中最常见的输入设备。©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语四、与嵌入式软件相关的术语1.中断2.中断服务程序3.实时操作系统RTOS4.µC/OS-II5.临界区©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语1.中断2.中断服务程序3.实时操作系统RTOSRTOS是一种运行于嵌入式系统上的操作环境，在可预测的时间间隔内能对特定的事件做出反应。RTOS为每个任务建立一个可执行的环境，在任务之间传递消息，区分任务执行的优先级，并协调多个任务对同一个I/O设备的调用。一个规模大、结构复杂的嵌入式系统可以分解为一系列较小、较简单的并行任务来实现，各个任务之间互不干扰，使用RTOS排除并行任务中的人为因素，降低复杂度，增强模块化，使工程由更简易和标准化的模块组成，处理起来更加轻松、快捷。©2008HFUT§1.2嵌入式系统常用术语4.µC/OS-II是一个可移植、可裁剪的抢占式多任务实时操作系统，在嵌入式系统中得到广泛应用。5.临界区是RTOS中使用的一个术语，指一段必须按次序执行的代码，并且不能被中断，否则程序有可能无法正常运行。©2008HFUT§1.3嵌入式系统开发方法导引一、嵌入式产品的一般构成一个以MCU为核心的、比较复杂的嵌入式应用系统，一般包含模拟量的输入/输出、开关量的输入/输出和数据通信等部分。©2008HFUT放大器：将微弱电信号放大成MCU可接受的电信号传感器：将实际物理信号转换为微弱电信号实际模拟信号MCUD/A转换接口I/0接口A/D转换接口将实际开关信号转换成MCU可接受的电信号实际开关信号模拟量驱动机构：将MCU送出的信号放大模拟量执行机构通信接口开关量驱动机构：将MCU送出的信号放大开关量执行机构通信信号匹配电路其他通信设备一个典型的嵌入式应用系统框图MCU工作支撑电路其他输入信号其他输出信号§1.3嵌入式系统开发方法导引©2008HFUT二、嵌入式产品的一般开发方法1.基本输入/输出分析2.选择MCU的基本方法3.选择评估系统并对与MCU相关的硬件进行初步评估4.设计并制作硬件系统5.进行硬件系统的模块测试6.软件系统设计7.系统测试8.进一步工作§1.3嵌入式系统开发方法导引©2008HFUT1.基本输入/输出分析2.选择MCU的基本方法考虑的因素：处理性能、功耗、价格、封装形式、软硬件开发工具、设计者的熟悉程度等。①MCU的总I/O口个数应略多于系统功能所需的个数，以备功能扩展和调试时使用；②使用到的外设功能模块应尽可能集成在MCU内部，以简化系统硬件、降低系统功耗、提高系统的可靠性；③尽量选择较为熟悉和开发工具完备的芯片，以减少开发周期、提高开发效率。§1.3嵌入式系统开发方法导引©2008HFUT3.选择评估系统并对与MCU相关的硬件进行初步评估4.设计并制作硬件系统5.进行硬件系统的模块测试6.软件系统设计7.系统测试是系统开发中一个十分重要的过程，其根本任务是发现系统中的缺陷。8.进一步工作§1.3嵌入式系统开发方法导引©2008HFUT第二章HCS12/HCS12X系列MCU简介与MC9S12DG128的最小系统©2008HFUT§2.1HCS12系列MCU概述一、HCS12系列MCU的命名规MC9S12Dx256BxxxE①②③④⑤⑥⑦⑧⑨①产品状态：MC－完全合格品；XC－部分合格品；PC－生产工程；KMC、KXC－样品包装。②存储器类型标志：“9”表示片内带Flash。③CPU标志：表示中央处理器为CPU12。©2008HFUT§2.1HCS12系列MCU概述④系列标志Dx表示为D系列产品。⑤存储空间大小256表示256KB。⑥Flash版本标志反映不同的擦写电压、时间等。⑦工作温度范围标志“无”表示温度范围为0～70℃；“C”表示温度范围为-40～85℃；“V”表示温度范围为-40～105℃；“M”表示温度范围为-40～125℃；©2008HFUT§2.1HCS12系列MCU概述⑧封装标志表示芯片的封装形式。⑨无铅组装标志©2008HFUT§2.1HCS12系列MCU概述二、HCS12各子系列MCU简介系列：A系列；B系列；C系列；D系列；E系列；GC系列；H系列；NE系列；Q系列；T系列；UF系列。相同点：工作电压一般为5V。不同点：ROM大小；RAM大小；EEPROM大小；Flash容量；I/O口数；串行借口；A/D转换器。RAM容量最大可达14KB，最小为2KB；I/O口数最多有117个，最少只有25个；Flash容量最大可达512KB，最小只有16KB。©2008HFUT§2.2HCS12X系列MCU概述一、HCS12X系列MCU与HCS12系列MCU的主要差异1.主要特点•大容量的FlashEEPROM（32KB～1MB）；•40MHz的增强CPU；•XGATE模块；•32KB的RAM；•4KB的EEPROM•控制器区域网络（CAN）•SCI/LIN；•SPI；•I2C；©2008HFUT§2.2HCS12X系列MCU概述•高级中断功能；•增强的捕捉定时器；•10位ADC；•8通道PWM；•带有追踪缓存的片上单线背景调试模式（BDM）；•-40～125℃的温度范围。2.内部寄存器6个16位寄存器D、IX、IY、SP、PC和CCRW，2个8位寄存器A、B。©2008HFUT§2.2HCS12X系列MCU概述3.寻址方式基本的寻址方式有8种，具体的寻址方式有16种。直接寻址方式与HCS12有所不同，且增加了全局寻址方式。4.指令集增加了两条与CCRW寄存器相关的堆栈操作指令PSHCW和PULCW。©2008HFUT§2.2HCS12X系列MCU概述二、典型HCS12X系列MCU简介HCS12XE系列HCS12XF系列HCS12XS系列©2008HFUT§2.2HCS12X系列MCU概述三、HCS12X系列MCU中的新增模块简介XGATE协处理器模块FlexRay模块©2008HFUT§2.3MC9S12DG128MCU及其最小系统一、MCU性能概述1.时钟和复位模块、存储器与封装形式时钟和复位模块（CRG）：包括振荡器、锁相环时钟频率放大器、看门狗、实时中断和时钟监控器。存储器：128KB的FlashEEPROM、8KB的RAM、2KB的EEPROM。封装形式：80引脚的TQFP和112引脚LQFP。具有5V输入和驱动能力，CPU工作频率可达50MHz，支持BDM，可在线设置硬件断点。©2008HFUT§2.3MC9S12DG128MCU及其最小系统2.丰富的I/O接口•通用I/O接口：29路独立的I/O接口，20路带中断和唤醒功能。•A/D转换接口：两个8通道的10位AD转换器，具有外部转换触发能力。•CAN总线接口：内部集成了3个CAN协议控制器—MSCAN12模块，符合CAN2.0A/B协议标准；可编程传输速率达1Mb/s；具有5个接收缓冲区和3个发送缓冲区；灵活的标识符滤波模式，可配置成2个32位过滤码，或4个16位过滤码，或8个8位过滤码；含有4个独立的中断输入引脚；内置低通滤波的唤醒功能。©2008HFUT§2.3MC9S12DG128MCU及