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目錄

典型嵌入式系統組成

基于AMBA總線的嵌入式處理器

基于AMBA總線的嵌入式處理器

4.1嵌入式最小系統組成

4.2嵌入式處理器選型

功能參數與非功能參數選擇、

4.3 ?供電模塊設計

嵌入式系統電源需求

降壓型電源設計

利用LDO進行電源變換（5V到3.3V）

升壓型電源設計?

升壓型電源設計實例（1.5V到5V）

隔離型電源設計

隔離電源設計（5V到12V隔離變換）?

STM32F10x電源設計

4.4 時鐘與復位電路設計

??STM32F10x時鐘電路

復位模塊

簡單復位電路

專用復位芯片構建的復位電路

4.5 調試接口設計

JTAG調試接口設計

SWD調試接口設計

4.6 存儲器接口設計

STM32F10x ARM Cortex-M3微控制器地址分布

片內存儲器? ? ?

片外存儲器

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典型嵌入式系統組成

基于AMBA總線的嵌入式處理器

基于AMBA總線的嵌入式處理器

4.1嵌入式最小系統組成

? ?嵌入式最小硬件系統是嵌入式應用系統最簡單、最基本、不可或缺的硬件系統，簡稱最小系統。

4.2嵌入式處理器選型

? ?嵌入式處理器芯片品種繁多，各有特色，其選型應該遵循以下總體原則：性價比越高越好。

?(1)性能：應該選擇完全能夠滿足功能和性能要求且略有余量的嵌入式處理器，夠用就行。

?(2)價格：在滿足需求的前題下選擇價格便宜的。 除了上述總體選擇原則外，還可以考慮參數選擇原則。可分為功能性參數選擇和性能參考選擇。

功能參數與非功能參數選擇、

功能參數：包括內核類型、處理速度、片上Flash及SRAM容量、片上集成GPIO、內置外設接口、通信接口、操作系統支持、開發工具支持、調試接口、行業用途等。

非功能性需求：是指為滿足用戶業務需求而必須具有且除功能需求以外的特性，包括系統的性能、可靠性、可維護性、可擴充性和對技術/對業務的適應性等。 ? ? 有工作電壓要求、工作溫度要求、體積及封裝形式、功耗與電源管理要求、價格、供貨、抗干擾能力與可靠性、支持的開發環境及資源的豐富性

4.3 ?供電模塊設計

? ?供電模塊設計是整個系統工作的基礎，極其重要。電源模塊好，系統故障往往減少一大半。

供電模塊設計應考慮的因素

(1)輸出的電壓、電流(按硬件系統需要的最大功率)

(2)輸入的電壓、電流(直流/交流，輸入電壓和電流)

(3)安全因素(是否需要本安型電源)

(4)電磁兼容

(5)體積限制

(6)功耗限制

(7)成本限制

嵌入式系統電源需求

? ? 根據具體嵌入式應用系統的需求，系統需要的主要電源電壓：24V、12V、5V、3.3V、2.5V、1.8V等。

? ??最小系統涉及的電源主要是為嵌入式處理器供電，包括處理器內核電源、數字部分電源、模擬部分電源以及實時鐘RTC電源等，通常內核電源電壓包括存儲器接口所需電源如1.8V，而數字和模擬部分通常為3.3V，實時鐘電源1.8V到3.6V等，設計這部分電源用的最多的是LDO降壓型穩壓器如1117系列。

降壓型電源設計

典型的低差壓穩壓LDO芯片主要用于嵌入式處理器供電。 ?

? (1) AS2815-XX系列：有1.5V、2.5V、3.3V、5V，輸入電壓高于輸出電壓0.5－1.2V，小于等于7V。 ? ?

(2) 1117-XX系列(AMS、LM、SPX、TS、IRU等前綴) ：有1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V，輸入電壓為XX+1.5V－12V，輸出電流800mA，輸入高于輸出1.5V以上。 ? ?

(3) AMS2908-XX系列：有1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V，輸入電壓為XX+1.5V-12V，輸出電流800mA，輸入高于輸出1.5V以上。 ?? ?

(4) CAT6219系列：有1.25V、1.8V、2.5V、2.8V、2.85V、3.0V、3.3V，500mA。

利用LDO進行電源變換（5V到3.3V）

升壓型電源設計?

AIC1642系列可以工作在0.9V的DC-DC芯片，可變換成的電壓有2.7V、3.0V、3.3V和5V。典型應用電路如圖4.5所示。假設Vin為一節電池（1.2V~1.5V）的輸出電壓，輸出可以選擇2.7V到5V四個電壓等級的電壓輸出。 類似AIC1642的芯片還有XC6382、XC6371、RT9261B、HT77XX、BL8530、AIC1642、S8351以及HMXX1C等。一般要求最低輸入電壓0.8V，最高不超過12V，輸出電流可達500mA～700mA。 ? ?

升壓型電源設計實例（1.5V到5V）

隔離型電源設計

? ??對于需要隔離的電源可使用DC－DC隔離模塊，主要有1W和2W兩種主要隔離模塊，典型代表包括B0305、B0505、B0509、B0512、B0524、B1205、B1212、B1224、B2405、B2412以及B2424等。隔離電壓通常高于2000V，這些隔離型DC-DC模塊在抗干擾要求高的場合非常有用，缺點是代價高。圖4.6為5V變換為24V的隔離DC-DC模塊引腳示意圖，輸入5V，通過隔離變換為24V輸出。可以只設計一路電源，需要多路時可用隔離型DC-DC模擬變換成不同電壓等級的電源。 ?

隔離電源設計（5V到12V隔離變換）?

STM32F10x電源設計

? ?STM32F10x有四組電源，此外模擬信號通道電流輸出還需要12V電源，因此要通過5V產生3.3V及12V等數字和模擬電源，電路構成如圖4.7所示。 ? ?

4.4 時鐘與復位電路設計

? ??時鐘電路及時鐘源選擇。嵌入式處理器的工作需要外部或內部提供時鐘信號，按照時鐘的序列執行。不同處理器要求的時鐘最高頻率不同，而嵌入式微控制器內部有時鐘電路，外部僅需提供晶體和兩只電容，加上電源 。

??STM32F10x時鐘電路

? ?STM32F10x系列微控制器有四種不同的時鐘源可供不同用途來選擇： ?

?(1) HIS(高速內部時鐘8MHz)振蕩器時鐘 ?

?(2)HSE(高速外部時鐘4~16MHz)振蕩器時鐘 ?

?(3)40kHz低速內部RC ? ?

(4) 32.768kHz低速外部晶體

復位模塊

? ??處理器正常工作必須在上電時能夠可靠復位，讓CPU找到第一條指令對應的地址去執行。ARM處理器(除ARM Cortex-M復位向量為0x00000004外)復位后PC指針指向唯一的地址0x00000000，復位向量Reset_Handler指向復位處理入口。

簡單復位電路

專用復位芯片構建的復位電路

4.5 調試接口設計

? ?現代嵌入式處理器片內都集成了邏輯跟蹤單元與調試接口，主要用于開發調試。

JTAG調試接口設計

? ?JTAG(Joint Test Action Group；聯合測試工作組)標準，JTAG是一種國際標準測試協議(IEEE1149.1兼容)，主要用于芯片內部測試。JTAG接口關鍵的信號有：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時鐘、數據輸入和數據輸出線。

SWD調試接口設計

SWD(Serial wire Debug)調試接口，即串行線調試接口。

4.6 存儲器接口設計

? ? ARM處理器的程序存儲器、數據存儲器、寄存器和輸入輸出端口被組織在同一個4GB的線性地址? ? 空間內，即存儲器與I/O采用統一編址。并且數據字以小端格式存放在存儲器中。一個字的最低地址字節被認為是該字的最低有效字節，而最高地址字節是最高有效字節。 可訪問的存儲器空間被分成8個主要塊(block0~block7)，每個塊為512MB。典型ARM Cortex-M3微控制器STM32F10x系列存儲器分布如表4.1所示。

STM32F10x ARM Cortex-M3微控制器地址分布

片內存儲器? ? ?

? ? ?片內存儲器是指嵌入式處理器內部已經嵌入了的存儲器，包括Cache(高速緩沖存儲器)、Flash、E2PROM和SRAM。 嵌入式微處理器內部大都集成了Cache，有的將數據Cache(D_Cache)與指令Cache(I_Cache)分離，以減小訪問外部存儲器的次數，提高處理速度。

? ? ?在嵌入式微控制器內部都集成了Flash以便存儲程序，集成了SRAM以存儲數據，也有許多嵌入式微控制器內部集成E2PROM或FRAM，以存儲設置參數或采集的數據并在掉電時信息不至丟失。

片外存儲器

? ??對于內置Flash不能滿足系統需求或內部沒有Flash的嵌入式處理器，必須進行外部存儲器的擴展。外部存儲器的擴展是靠ARM內核提供的高帶寬外部存儲器控制器接口完成的。不同內核的ARM芯片，其外部存儲器控制接口所支持的外部存儲器的容量大小有差別，但原理都是一樣的。

(1) 片外程序存儲器。片外程序存儲器目前主要使用NOR Flash和NAND Flash。

(2) 片外數據存儲器。嵌入式系統使用的外部數據存儲器有SDRAM、DDR/DDR2/DDR3/DDR4等。

輔助存儲器

? ? ?基于Flash的閃存卡(Flash Card)是利用閃存技術存儲信息的存儲設備，一般應用在數碼相機、掌上電腦、MP3等小型嵌入式數碼產品中作為外部存儲介質。它如同一張卡片，所以稱之為閃存卡或存儲卡。

? ??根據不同的生產廠商和不同的應用，閃存卡大概有SM (Smart Media)卡、CF(Compact Flash)卡、MMC(MultiMedia Card)卡、SD(Secure Digital ?Card)卡、記憶棒(Memory Stick)、XD卡(XD Picture Card) 、 U盤(USB flash disk，USB閃存盤) 等等。

外部存儲器擴展

? ??外部存儲器的擴展可以采用并行方式擴展，也可以采用串行方式擴展。

(1)并行存儲器擴展。就是利用嵌入式處理器片內外部總線接口EBI或存儲器控制器接口FSMC相關信號來連接外部存儲器，達到擴展的目的。不同廠家ARM處理器其EBI或FSMC信號的定義各不相同。

? ?(2)串行擴展存儲器。就是利用通常SPI接口或I2C接口來擴展串行方式的存儲器，這種方式的優點是節省大量I/O引腳。