嵌入式

嵌入式开发项目中，首先需要做需求分析，然后根据需求分析进行综合考虑，这里给出几个嵌入式硬件设计时特别要注意的问题。

<strong>1、MCU的选择</strong>

选择 MCU 时要考虑 MCU 所能够完成的功能、MCU 的价格、功耗、供电电压、I/O 口电平、管脚数目以及 MCU 的封装等因素。MCU 的功耗可以从其电气性能参数中查到。供电电压有 5V、3.3V 以及 1.8V 超低电压供电模式。为了能合理分配 MCU 的I/O资源，在 MCU 选型时可绘制一张引脚分配表，供以后的设计使用。

<strong>2、电源</strong>

①考虑系统对电源的需求，例如系统需要几种电源，如24V、12V、5V或者3.3V等，估计各需要多少功率或最大电流（mA）。在计算电源总功率时要考虑一定的余量，可按公式“电源总功率=2×器件总功率”来计算。

②考虑芯片与器件对电源波动性的需求。一般允许电源波动幅度在 ±5% 以内。对于A/D转换芯片的参考电压一般要求 ±1% 以内。

③考虑工作电源是使用电源模块还是使用外接电源。

<strong>3、普通I/O口</strong>

基于STM平台且满足实时控制要求操作系统，有以下5种可供移植选择，分别为μClinux、μC/OS-II、eCos、FreeRTOS和都江堰操作系统(djyos)。

下面分别介绍这五种嵌入式操作系统的特点及不足。

<font color="blue"><strong>1、μClinux</strong></font>

μClinux是一种优秀的嵌入式Linux版本，其全称为micro-control Linux，从字面意思看是指微控制Linux。同标准的Linux相比，μClinux的内核非常小，但是它仍然继承了Linux操作系统的主要特性，包括良好的稳定性和移植性、强大的网络功能、出色的文件系统支持、标准丰富的API，以及TCP／IP网络协议等。因为没有MMU内存管理单元，所以其多任务的实现需要一定技巧。

μClinux在结构上继承了标准Linux的多任务实现方式，分为实时进程和普通进程，分别采用先来先服务和时间片轮转调度，仅针对中低档嵌入式CPU特点进行改良，且不支持内核抢占，实时性一般。

<strong>1 嵌入式系统的知识体系</strong>

嵌入式系统的应用范围可以粗略分为两大类：
(1)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、数据采集等等);
(2)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，需要有硬件、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，需要以下软件硬件基础知识与实践训练：

1：硬件最小系统(包括电源、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A/D(各种传感器信号的采集与处理，如红外、温度、光敏、超声波、方向等等);

4：数模转换D/A(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);

时间片轮询法，在很多书籍中有提到，而且有很多时候都是与操作系统一起出现，也就是说很多时候是操作系统中使用了这一方法。不过我们这里要说的这个时间片轮询法并不是挂在操作系统下，而是在前后台程序中使用此法。也是本文要详细说明和介绍的方法。

对于时间片轮询法，虽然有不少书籍都有介绍，但大多说得并不系统，只是提提概念而已。下面本人将详细介绍本人模式，并参考别人的代码建立的一个时间片轮询架构程序的方法，我想将给初学者有一定的借鉴性。

这里我们先介绍一下定时器的复用功能。

使用1个定时器，可以是任意的定时器，这里不做特殊说明，下面假设有3个任务，那么我们应该做如下工作：

1. 初始化定时器，这里假设定时器的定时中断为1ms(当然你可以改成10ms，这个和操作系统一样，中断过于频繁效率就低，中断太长，实时性差)。

2. 定义一个数值：

<font size="3"><strong>ARM嵌入式系统硬件设计</strong></font>

图1是系统硬件结构图“系统采用外部3.6864MHz的晶振产生内核所需要的18.432MHz、36.864MHz、49.152MHz或73.728MHz的时钟。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2018-08/wen_zhang_/100013593-46338-1.jpg&q…; alt="一招教你ARM嵌入式系统硬件怎么用？"></center>

以下主要针对此硬件开发平台，进行结构、储存器扩展、主要接口、显示及其外设方面设计的介绍。

<strong>1、电源部分设计</strong>

做嵌入式系统开发，经常要接触硬件。做嵌入式开发对数字电路和模拟电路要有一定的了解。这样才能深入的研究下去。

下面我们简单的介绍嵌入式开发中的一些硬件相关的概念。

<font color="#33b1c8"><strong>一、电平(Level)</strong></font>
在数字电路中，1表示高电平，0表示低电平，一个数字电路的管脚，总是存在一个电平的，要么高要么低，或者说要么1要到0。

<font color="#33b1c8"><strong>二、总线(Bus)</strong></font>
将每个外设采用独立的信号线连到处理器不可行，且处理器在单一时间内只会对一个外设进行访问，那么久采用共享的信号线将所有的芯片连在一起呢?这就是总线概念的由来。

<font size="3"><strong>基本功能</strong></font>

在本设计中，数据的处理可以使用PC机的MATLAB等功能强大的软件，但是这类现有的数据处理软件并不能对特有的数据采集系统的下位机采集模块进行直接控制，因此需要针对特定的数据采集系统编写对应的上位机软件，上位机软件是针对上述目的而设计与编写的，是整个采集系统的控制前端和数据存储及处理中心。控制功能主要包括控制下位机采集的开始与终止，采集的频率等，数据处理功能主要包括绘制波形图，将数据显示于列表，将数据存储于文件，其中将数据存储于文件将便于使用现有的数据处理软件对数据进行一些数值算法处理，以达到科学研究，结论验证等目的。

<font size="3"><strong>开发环境</strong></font>

C++程序设计语言可以很好地实现面向对象的编程思想，采用C++编写上位机程序，可以将每一个功能模块封装成一个类，修改某个类的实现，增加类的功能不会影响整个程序的框架，这样就很容易维护和扩展功能；加之我们要实现的软件功能中需要调用大量的windows API函数库，所以采用VC++6.0作为上位机的开发环境。