嵌入式系统

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<strong>1 、电路设计原理</strong>

（1）电路板设计主要分为3个步骤：设计电路原理图、生成网络表、设计印制电路版。

（2） 网络表是电路原理设计和印制电路板设计中的一个桥梁，它是设计工具软件自动布线的灵魂。

（3）网络表的格式包括2部分：元器件声明和网络定义。（缺少任一部分都有可能在布线的时候出错）

（4） 电路原理图设计不仅是整个电路设计的第一步，也是电路设计的基础。包括以下的一些具体步骤：

A、建立元器件库中没有的库元件。
B、设置图纸属性。
C、放置元件。
D、原理图布线。
E、检查与校对。
F、电路分析与仿真。
G、生成网络表。
H、保存与输出。

<strong>2、 PCB 电路设计</strong>

（1）PCB 设计是电子产品物理结构设计的一部分，它的主要任务是根据电路的原理和所需元件的封装形式进行物理结构的布局和布线。

（2）PCB 设计包括下面一些具体步骤：

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<strong>12 、PCI 接口</strong>

（1）PCI 总线是 地址 、 数据多路复用的高性能32位和64位总线，是微处理器与外围控制部件、外围附加板之间的互连机构。

（2）从数据宽度上看，PCI 定义了32位数据总线，且可扩展为64位。从总线速度上分，有33MHz 和66MHz两种。

（3）与 ISA 总线相比，PCI 总线的地址总线与数据总线分时复用，支持即插即用、中断共享等功能。

<strong>13 、 USB 接口</strong>

（1）USB 总线的主要特点：

<strong>1 、存储器系统的层次架构</strong>

计算机系统的存储器被组织城一个 金字塔的层次结构。自上而下为：CPU 内部寄存器、芯片内部高速缓存(cache)、芯片外部高速缓存(SRAM、SDRAM、DRAM) 、主存储器(FLASH、EEPROM)、外部存储器(磁盘、光盘、CF 卡、SD 卡)和远程二级存储器(分布式文件系统 、WEB 服务器)，6个层次的结构。上述设备从上而下，依次速度更慢、容量更大、访问频率更小，造价更便宜。

<strong>2、高速缓存 (cache)</strong>

（1）工作原理 ：主要利用了程序的 局部性特点。地址映象是指把主存地址空间映象到 cache 的地址空间。地址变换是指当程序或数据已经装入到 cache 后，在实际运行过程中，把主存地址如何编程 cache 空间的地址。

常用的地址映象和地址变换的方式有：

<strong>1 、嵌入式软件基础</strong>

（1）嵌入式软件的特点：
A、规模较小。
B、开发难度大。
C、实时性和可靠性要求高。
D、要求固化存储。

（2）嵌入式软件分类：
A、 系统软件：控制和管理嵌入式系统资源，如嵌入式操作系统、驱动程序、中间件等。
B、 应用软件：定义嵌入式设备的主要功能和用途，负载与用户进行交互。
C、 支撑软件：辅助软件开发的工具软件。

（3）无操作系统的嵌入式软件的两种实现方式：

A、 循环轮转
优点：简单、直观、开销小、可预测。
缺点：过于简单，所有代码顺序执行，无法处理异步事件，缺乏并行处理能力。

B、 前后台系统（在循环轮转的基础上增加了中断处理功能）
前台（事件处理级）：中断服务程序，负载处理异步事件。
后台（任务级）：一个无限循环，负载资源分配、任务管理和系统调度。

（4）有操作系统的三大优点：
A、提高系统的可靠性。
B、提高了系统的开发效率，降低了开发成本，缩短了开发周期。
C、有利于系统的扩展与移植。

<strong>1 、嵌入式系统的定义</strong>

（1）定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

（2）嵌入式系统发展的 4 个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet 阶段。

（3）知识产权核（IP 核）：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片（SOC）的基本构件。

（4）IP 核模块有 行为、 结构和 物理 3 级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同可以分为三类： 软核、固核、硬核。

<strong>2 、嵌入式系统的组成： 硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层</strong>

（1）硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和 I/O 接口。

嵌入式核心模块＝微处理器＋电源电路＋时钟电路＋存储器

Cache ：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。

在嵌入式系统中，异步串口(UART)使用非常频繁，可以用于与各种外部系统(帧括PC)之间的通信。在硬件上UART通过在每个字节的传输中插入开始位和停止位，保证接收端可以正确地找到字节的开始和结束，同时也可以通过插入奇偶校验位，让接收端检验收到的字节是否正确。而且，由于有开始位和停止位的存在，使得字节之间可以插入任意的空闲位(与停止位同为高电平)，而不影响下一个字节的正常传输。因此，UART硬件保证了每个字节的正确传输，并可以有效检出字节传输的错误。但并不保证一串字节的正确传输，这需要软件来完成。

<strong>1.设计目的</strong>

随着科技的进步，智能化成为了人们关注的焦点，同时也越来越贴近人们的生活。人们对于健康生活方式的需求催生出了智能可穿戴设备，智能手环就属于其中的一种代表性产物。其主要应用于监测运动，监测睡眠以及智能化的安排人的生活作息方式等。是一款突出个性与人性的智能化产物。

本文讲述一套初步的智能手环解决方案，对于智能手环的设计以及制造有可行性方案指导作用。

<strong>2.用户需求</strong>

智能手环是一种穿戴式智能设备。通过这款手环，用户可以记录日常生活中的锻炼、睡眠、部分还有饮食等实时数据，并将这些数据与手机、平板、ipod touch同步，起到通过数据指导健康生活的作用。

随着电子信息科学技术信息化，智能化，网络化的发展，单片机与嵌入式也获得了广阔的应用空间。本文简单分析了单片机与嵌入式系统的联系、组成结构对比等基础知识，并列举了几种适用于PIC18F系列单片机的几种嵌入式实时操作系统。

<strong>单片机与嵌入式系统组成结构对比</strong>

(1)单片机基本结构
单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。

(2)嵌入式系统成部分:
嵌入式系统一般由以下几组嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、特定的应用程序。
嵌入式系统设计的第一步是结合具体的应用，综合考虑系统对成本、性能、可扩展性、开发周期等各个方面的要求，确定系统的主控器件，并以之为核心搭建系统硬件平台。

<strong>单片机与嵌入式系统的联系</strong>