第一篇：嵌入式處理器基于SPI引導(dǎo)的RAM 自檢論文

0 引言

隨著全球網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步擴(kuò)展到新終端設(shè)備和以前未連接的行業(yè)中，網(wǎng)絡(luò)安全對(duì)消費(fèi)者、企業(yè)和其他機(jī)構(gòu)變得越來(lái)越重要。人們?cè)絹?lái)越需要性能安全、價(jià)格便宜的裝置設(shè)備。為了降低成本，往往需要簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。例如，采用SPI 方式引導(dǎo)硬件，使用SPI Flash 作為存儲(chǔ)媒介，減少總線的布線，是簡(jiǎn)化硬件電路的較好的方法。但采用SPI 方式引導(dǎo)硬件，需要將程序引導(dǎo)到DDR 內(nèi)存中,同時(shí)又需要對(duì)DDR 內(nèi)存進(jìn)行檢查,這就出現(xiàn)了矛盾?；赟PI 的硬件引導(dǎo)

本文以一個(gè)實(shí)例，對(duì)嵌入式處理器基于SPI 引導(dǎo)硬件時(shí)如何進(jìn)行RAM 檢查進(jìn)行詳細(xì)的介紹。是嵌入式處理器使用SPI 引導(dǎo)的硬件框圖。硬件引導(dǎo)程序和系統(tǒng)程序放在SPI Flash 中，在上電引導(dǎo)后，系統(tǒng)程序會(huì)被搬移到DDR 空間，在D DR 空間運(yùn)行起來(lái)。現(xiàn)在以U-Boot 硬件引導(dǎo)程序?yàn)槔榻B以SPI 引導(dǎo)模式引導(dǎo)系統(tǒng)硬件的情況。U-Boot 是德國(guó)DENX 小組的開發(fā)用于多種嵌入式CPU 的Bootloader 程序，可以支持多種嵌入操作系統(tǒng)和多種處理器。編譯的U-Boot 程序，往往是運(yùn)行在NOR Flash 或DDR 中的。但在基于SPI 引導(dǎo)時(shí)，需要先從SPI Flash 往片內(nèi)RAM 里運(yùn)行一段程序，將DDR 內(nèi)存檢查一遍，然后再將U-Boot 引導(dǎo)到DDR 內(nèi)存中去運(yùn)行。SPI 引導(dǎo)采用的數(shù)據(jù)格式

在TI 公司的DSP 及ARM 處理器，飛思卡爾公司POWERPC 及ARM 處理器，都支持基于SPI 的引導(dǎo)模式。在這些處理器的片內(nèi)ROM 都包含基本的SPI 引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)程序。本文以飛思卡爾公司的QorIQ P1010 處理器為例介紹其引導(dǎo)過程。P1010 片內(nèi)的SPI 驅(qū)動(dòng)程序能夠把SPI 接口Flash 中的程序拷貝到DDR 內(nèi)存或片內(nèi)RAM 中。不過，在拷貝之前，需要先對(duì)DDR 控制器或片內(nèi)RAM 進(jìn)行配置。這就需要定義一個(gè)特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，完成引導(dǎo)程序所需要的環(huán)境配置。對(duì)于不同的處理器，生產(chǎn)廠家定義的引導(dǎo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是不同的。在P1010 處理器完成復(fù)位序列后，通過選擇使用處理器片內(nèi)ROM 的SPI 引導(dǎo)配置程序，而后處理器內(nèi)核開始運(yùn)行該片內(nèi)ROM 程序，配置SPI 控制器，并與外部的SPI Flash 通信，將程序拷貝出來(lái)并跳到指定的位置運(yùn)行時(shí)配置數(shù)據(jù)寫入此地址。當(dāng)最低位為1 時(shí)，配置地址域高30 bit 代表的是指令，此時(shí)配置數(shù)據(jù)寫入此地址。這樣的結(jié)構(gòu)讓用戶可以方便地配置4 B 對(duì)齊的內(nèi)存，完成控制指令操作，或定義程序配置階段的結(jié)束

當(dāng)CNT(最低位)=0 時(shí)，則高30 bit 用作要寫入數(shù)據(jù)的地址，配置數(shù)據(jù)包含要寫入的數(shù)據(jù)。

當(dāng)CNT=1 時(shí)，則高30 bit 用作控制指令。

當(dāng)EC=1 時(shí)，代表配置階段結(jié)束指令。

當(dāng)DLY=1 時(shí)，代表延時(shí)一定時(shí)間指令。

當(dāng)CF=1 時(shí)，代表更改SPI 頻率的指令。

CNT 表示地址模式與指令模式的切換。

當(dāng)處理器內(nèi)核開始拷貝程序時(shí)，先判斷0X40 位置的標(biāo)志是否正確，如果正確，先根據(jù)配置的地址/數(shù)據(jù)對(duì)的個(gè)數(shù)N 來(lái)配置一些外圍寄存器，然后從0X50 處指示的Flash 地址搬移用戶代碼數(shù)據(jù)到0X58 指示的地址。搬移完成后，從0X60 指示的地址開始運(yùn)行。將片內(nèi)運(yùn)行的這一段程序叫TPL 程序。片內(nèi)RAM 運(yùn)行的TPL 程序

P1010 包含256 KB 的L2CACHE，也可以當(dāng)片內(nèi)RAM 使用。要檢查DDR 內(nèi)存，要先在片內(nèi)RAM 里運(yùn)行一小段TPL 程序。這一段程序是對(duì)基于DDR 引導(dǎo)程序U-Boot 的一個(gè)裁剪，主要完成內(nèi)核的配置，初始化串口終端，初始化DDR 內(nèi)存控制器，然后檢查DDR 內(nèi)存。在這里不需要設(shè)置U-Boot 的環(huán)境變量，不需要配置以太網(wǎng)等其他的外圍器件。編譯后的TPL 目標(biāo)文件為uboot-tpl.bin。TPL 程序的編譯按RAM 引導(dǎo)的方式處理。程序的開始地址設(shè)為：0xc0030000~0xc0038800?，F(xiàn)在需要對(duì)編譯后的uboot-tpl.bin 進(jìn)行格式處理，在其前面加上SPI 引導(dǎo)的可以識(shí)別的數(shù)據(jù)表頭，是按照(SPI 引導(dǎo)模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))和(配置地址域的數(shù)據(jù)格式)完成的一個(gè)SPI 引導(dǎo)配置實(shí)例。在這個(gè)實(shí)例中，將L2CACHE 設(shè)為片內(nèi)RAM，開始地址設(shè)為0xc0000000。這一部分空間在處理器內(nèi)核引導(dǎo)時(shí)已經(jīng)通過TLB 映射，可以直接使用。結(jié)論

嵌入式處理器在使用SPI 引導(dǎo)硬件時(shí)，先通過片內(nèi)RAM 運(yùn)行一段程序，對(duì)DDR 內(nèi)存進(jìn)行自檢，而后再將U-Boot 程序及環(huán)境變量引導(dǎo)到DDR 空間，把硬件系統(tǒng)引導(dǎo)起來(lái)。通過實(shí)例化的應(yīng)用，證明這在高性價(jià)比的嵌入式應(yīng)用中是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，不僅能提高系統(tǒng)的可靠性，而且簡(jiǎn)單易行。

第二篇：嵌入式論文

信息工程學(xué)院

課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 0312412 學(xué) 號(hào)： 031241217 學(xué)生姓名： 肖文洲 指導(dǎo)教師： 劉三軍

計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程的研究與實(shí)踐

【摘 要】隨著電子技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)成為當(dāng)今信息技術(shù)發(fā)展的主流技術(shù)。嵌入式技術(shù)作為高校計(jì)算機(jī)專業(yè)的一個(gè)新方向已被許多學(xué)校采用。本文通過對(duì)嵌入式技術(shù)的分析，提出了嵌入式系統(tǒng)課程體系建設(shè)的基本方法，包括專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)以及嵌入式系統(tǒng)教學(xué)模式與教學(xué)方法創(chuàng)新等?！娟P(guān)鍵詞】嵌入式技術(shù)；研究與實(shí)踐；計(jì)算機(jī)專業(yè)

隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展及嵌入式硬件技術(shù)與軟件技術(shù)的不斷成熟，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如智能家電、手機(jī)、汽車電子、網(wǎng)絡(luò)通信及電子娛樂產(chǎn)品等，隨之而來(lái)的是社會(huì)對(duì)嵌入式產(chǎn)品開發(fā)人才的需求也越來(lái)越多。因此，許多高校都開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方面的系列課程。由于嵌入式系統(tǒng)課程涉及的知識(shí)面寬、實(shí)踐性強(qiáng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求較高，包括實(shí)驗(yàn)教師、硬件配置、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置等。因此，作為對(duì)新技術(shù)研究和探索最活躍的群體，高等院校如何接受嵌入式技術(shù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，盡快開設(shè)嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)理論與實(shí)驗(yàn)課程，并逐漸形成較規(guī)范的教學(xué)體系已成為一個(gè)重要的研究課題。

一、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的特點(diǎn)

設(shè)置嵌入式系統(tǒng)課程的目的是讓未來(lái)的軟硬件開發(fā)人員了解和掌握必要的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的概念、方法和工具。同時(shí)由于嵌入式系統(tǒng)對(duì)其他學(xué)科領(lǐng)域的滲透，其他相關(guān)專業(yè)的學(xué)生也有學(xué)習(xí)該課程的需求與必要。如其他電子、自動(dòng)化專業(yè)都可開設(shè)相應(yīng)的選修課程，在某種程度上可以提升畢業(yè)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)力、就業(yè)率。嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、硬件構(gòu)架、軟件編程及外圍設(shè)備接口和驅(qū)動(dòng)等，注重培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和軟件開發(fā)能力;盡量反映該領(lǐng)域近年來(lái)最新的理論與技術(shù)，使學(xué)生了解學(xué)科的最新發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)課程的特點(diǎn)是涉及知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)，并且學(xué)科發(fā)展快，因而學(xué)習(xí)難度大，難以形成一個(gè)簡(jiǎn)單明確的知識(shí)體系。同時(shí)該課程講授難度很大，它要求教師不僅具備一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件知識(shí)，而且需要真正從事過嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)踐，才能對(duì)嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)性等抽象概念和系統(tǒng)調(diào)試過程有感性認(rèn)識(shí)。嵌入式系統(tǒng)教學(xué)主要有以下三個(gè)特點(diǎn):(1)基礎(chǔ)性。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)涉及多個(gè)專業(yè)，如計(jì)算機(jī)工程、軟件工程、工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電工程、精密儀器和電子工程等，嵌入式技術(shù)與各個(gè)專業(yè)相互滲透融合，將逐漸形成新的學(xué)科研究方向，因此，嵌入式系統(tǒng)可作為上述各專業(yè)的基礎(chǔ)平臺(tái)課，以強(qiáng)化專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。(2)綜合性。嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件設(shè)計(jì)的完美結(jié)合。它涉及電子信息、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等諸多專業(yè)相關(guān)課程的內(nèi)容，如語(yǔ)言、微機(jī)原理、單片機(jī)設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)等課程，有很強(qiáng)的綜合性，因此，可以有效地對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合能力的培養(yǎng)。(3)實(shí)踐性。嵌入式系統(tǒng)是理論與實(shí)踐結(jié)合密切的課程。實(shí)驗(yàn)是嵌入式系統(tǒng)課程的重要組成部分，缺乏實(shí)驗(yàn)的嵌入式系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)是紙上談兵，因此，學(xué)生必須通過大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，來(lái)加深對(duì)嵌入式系統(tǒng)理論知識(shí)的理解。

二、適合計(jì)算機(jī)專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)課程體系

嵌入式系統(tǒng)涉及電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等諸多專業(yè)知識(shí)，專業(yè)性強(qiáng)，包括了操作系統(tǒng)、微機(jī)原理、編程語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和接口設(shè)計(jì)等內(nèi)容，是軟件、硬件的完美結(jié)合。因此，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與技術(shù)不是一門課程所能講授的，需要建立一個(gè)課程體系。

嵌入式系統(tǒng)本身就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。從廣義上講，目前計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系中所設(shè)置的許多專業(yè)基礎(chǔ)課，比如數(shù)字邏輯、C/C++程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)同樣重要。在此，只從狹義的角度探討嵌入式系統(tǒng)的課程體系設(shè)置。

由于嵌入式系統(tǒng)涉及的知識(shí)面廣、應(yīng)用層面廣，所以應(yīng)針對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的不同層面的需求，設(shè)置不同層面的課程體系。從狹義上劃分，嵌入式系統(tǒng)課程體系可以有以下三個(gè)不同的層面: 第一層面:針對(duì)將來(lái)只是應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)硬件、軟件平臺(tái)來(lái)進(jìn)行二次開發(fā)的學(xué)生而言，應(yīng)側(cè)重培養(yǎng)其基于某個(gè)嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)上(包括硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái))進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的能力。因此，針對(duì)這一層面的學(xué)生應(yīng)開設(shè)以下幾門主要課程: 《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)》：選取一個(gè)具體的操作系統(tǒng)比如uCLinux為例，講授嵌入式操作系統(tǒng)的原理及應(yīng)用，重點(diǎn)介紹如何進(jìn)行任務(wù)劃分、如何編寫I/ O驅(qū)動(dòng)程序等?！肚度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)》：重點(diǎn)介紹嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、方法，重點(diǎn)介紹嵌入式應(yīng)用軟件的開發(fā)技術(shù)，以及嵌入式系統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)及軟件優(yōu)化技術(shù)?！肚度胧骄W(wǎng)絡(luò)技術(shù)》：重點(diǎn)介紹基于嵌入式環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及應(yīng)用，比如I2C總線技術(shù)、USB接口技術(shù)、嵌入式Web技術(shù)等，掌握相關(guān)的通信技術(shù)及接口編程。

第二層面:針對(duì)將來(lái)從事嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)及合作開發(fā)的學(xué)生而言，除需要學(xué)習(xí)上述三門課程外，還必須開設(shè)《嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》課程。該課程重點(diǎn)介紹某個(gè)具有代表性的嵌入式CPU(如ARM系列)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、匯編指令系統(tǒng)、中斷管理機(jī)制、常用外圍接口，使學(xué)生掌握嵌入式平臺(tái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)。前提是學(xué)生具備數(shù)字邏輯方面的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。對(duì)于與第一個(gè)層面相同的課程，其授課中重點(diǎn)也不完全一樣。比如，《嵌入式操作系統(tǒng)》課程可以嵌入式Linux為主，重點(diǎn)介紹進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、內(nèi)存管理和I/O驅(qū)動(dòng)機(jī)制等，使學(xué)生具備進(jìn)行操作系統(tǒng)的裁剪、移植的基本能力。

第三層面:針對(duì)將來(lái)從事SOC(systemonChip)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開發(fā)的學(xué)生而言。主要課程有數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)與應(yīng)用、電子電路原理與PCB技術(shù)、EDA技術(shù)(FPGA設(shè)計(jì)及應(yīng)用)、嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)等，偏重于底層的設(shè)計(jì)。

通過以上分析可以看出，第一層至第三層分別是嵌入式系統(tǒng)中由軟到硬、由高層至底層的三個(gè)不同應(yīng)用層次，對(duì)應(yīng)不同的知識(shí)結(jié)構(gòu)需求。第一層偏軟，對(duì)底層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及接口等要求較低，是在當(dāng)前比較容易實(shí)現(xiàn)的一個(gè)培養(yǎng)方向。在計(jì)算機(jī)本科專業(yè)中，軟件方向比較適合開展第一個(gè)層面的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)，應(yīng)用方向比較適合開展第二個(gè)層面的嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)。根據(jù)以上分析，可以提出在計(jì)算機(jī)本科專業(yè)開設(shè)嵌入式系統(tǒng)方向需要參照的課程體 系:(1)專業(yè)基礎(chǔ)課:嵌入式系統(tǒng)概論、嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術(shù)。(2)專業(yè)必修課:嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)。

(3)專業(yè)選修課:嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)、嵌入式工程應(yīng)用(即行業(yè)領(lǐng)域，如移動(dòng)通信技術(shù)與應(yīng)用、數(shù)字家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)等)、分布式嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)等。

作為課程體系的一部分，實(shí)踐教學(xué)是嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的關(guān)鍵。實(shí)踐教學(xué)設(shè)置的總體指導(dǎo)思想是:以培養(yǎng)創(chuàng)新動(dòng)手能力為核心，建立“系統(tǒng)的多級(jí)課程實(shí)踐”的實(shí)驗(yàn)體系，包含課程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì);同時(shí)，以“項(xiàng)目為中心”設(shè)計(jì)多層次的集中實(shí)踐題目，各層次的題目難度不等，以適合不同層次的學(xué)生[4]。

(1)每門課保證至少30%以上的上機(jī)或?qū)嶒?yàn)學(xué)時(shí)，完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。(2)至少有兩門課的課程設(shè)計(jì)(約兩周)，如ARM匯編程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)移植實(shí)驗(yàn)、LCD/觸摸屏等接口實(shí)驗(yàn)等等。(3)至少完成一個(gè)綜合課程設(shè)計(jì)(課余時(shí)間+綜合實(shí)訓(xùn)時(shí)間共約40學(xué)時(shí))，類似于一個(gè)簡(jiǎn)單的工程項(xiàng)目，有設(shè)計(jì)、編程調(diào)試、性能測(cè)試等完整的步驟如手機(jī)游戲、校園導(dǎo)航、電子詞典、嵌入式WEB服務(wù)器等。

(4)校企合作，建立實(shí)習(xí)基地，聯(lián)合完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

三、嵌入式系統(tǒng)課程體系在計(jì)算機(jī)專業(yè)的實(shí)踐

我們?cè)诜治隽似髽I(yè)對(duì)嵌入式人才需求的基礎(chǔ)上，提出了“在計(jì)算機(jī)本科專業(yè)培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)人才”的具體實(shí)施方案，并在2007級(jí)、2008級(jí)本科生中進(jìn)行了實(shí)踐。

該課程定位為實(shí)驗(yàn)研究型。目標(biāo)是通過嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)學(xué)習(xí)構(gòu)建一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的一般方法，熟悉一些常用的微處理器、存儲(chǔ)器、外設(shè)接口并學(xué)習(xí)軟硬件設(shè)計(jì)方法。掌握嵌入式操作系統(tǒng)，定制內(nèi)核，編譯下載調(diào)試，編寫驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序等，最后要求實(shí)現(xiàn)或部分實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體嵌入式應(yīng)用的解決方案，并在硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)出來(lái)。

課程的主要內(nèi)容包括:(1)典型嵌入式系統(tǒng)的基本配置?硬/軟件綜合設(shè)計(jì)方法和流程?應(yīng)用范例?(2)硬件環(huán)境微處理器?存儲(chǔ)器?I/O 口?外設(shè)接口和驅(qū)動(dòng)?電源轉(zhuǎn)換和管理?總線?硬件調(diào)試?(3)嵌入式操作系統(tǒng)?操作系統(tǒng)內(nèi)核?Linux 和uCLinux?任務(wù)和任務(wù)調(diào)度?實(shí)時(shí) OS? GUI?API?文件系統(tǒng)等?(4)嵌入式網(wǎng)絡(luò)通過和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合, 開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)接的應(yīng)用?(5)軟件開發(fā)過程?交叉編譯?鏈接調(diào)試?下載?板級(jí)支持包?(6)驅(qū)動(dòng)程序?設(shè)備驅(qū)動(dòng)機(jī)制?按鍵和觸摸屏驅(qū)動(dòng)?網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)?紅外?USB 驅(qū)動(dòng)?

實(shí)驗(yàn)是嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)大綱的制定是保證課程教學(xué)大綱目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，制定出符合學(xué)生實(shí)際的實(shí)驗(yàn)大綱對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。按難易程度的不同，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為兩個(gè)層次：基本實(shí)驗(yàn)與綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?；緦?shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣W(xué)生了解嵌入式軟件和硬件的一般開發(fā)環(huán)境與流程，進(jìn)行基本的嵌入式程序開發(fā)。綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣W(xué)生綜合運(yùn)用前面所學(xué)到的知識(shí)，按照指定的題目，自行設(shè)計(jì)開發(fā)嵌入式應(yīng)用程序。基本實(shí)驗(yàn)包括嵌入式軟件開發(fā)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、人機(jī)接口實(shí)驗(yàn)、通信與音頻接口實(shí)驗(yàn)、簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶒?yàn)和嵌入式操作系統(tǒng)移植實(shí)驗(yàn)等。對(duì)于綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，給出多個(gè)題目，選擇其一，學(xué)生也可以自選題目。設(shè)備選 擇 了 北 京 博 創(chuàng) 公 司 所 開 發(fā) 的PXA270教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),由于 PXA270 性能好,實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的外圍設(shè)備又很豐富，使得實(shí)驗(yàn)選題更加靈活。

課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用與提高在理論學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)有了較深入的理解與掌握。我們的方法是在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中深化學(xué)習(xí)。課程設(shè)計(jì)中，結(jié)合實(shí)驗(yàn)用開發(fā)平臺(tái)，選擇了如MP3模擬控制系統(tǒng)等在實(shí)際中真正是嵌入式大行其道的應(yīng)用領(lǐng)域。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們布置了諸如“嵌入式智能控制器”，“嵌入式音頻控制器”，“內(nèi)核裁減”設(shè)計(jì)等工作，這些設(shè)計(jì)要求學(xué)生從軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)到軟硬件的測(cè)試方法等有深刻的掌握。還有組織學(xué)生參加大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)競(jìng)賽等教學(xué)活動(dòng)。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著嵌入式應(yīng)用的迅猛發(fā)展,企業(yè)對(duì)嵌入式人才需求的缺口越來(lái)越大,越來(lái)越多的高校開始加強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)和科研,培養(yǎng)更多的適應(yīng)社會(huì)需求嵌入式系統(tǒng)人才。本文所設(shè)置的針對(duì)計(jì)算機(jī)本科專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)課程體系,融合了企業(yè)的需求和計(jì)算機(jī)專業(yè)的特點(diǎn),符合實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)兩年實(shí)踐中存在的問題,在以后的教學(xué)中將不斷完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.[2]符意德.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的探討[J].軍工高

[3]賈志平.嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.[4]柳翔.嵌入式軟件工程人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育,2005,5.

第三篇：嵌入式論文總結(jié)

嵌入式論文總結(jié)

所謂嵌入式系統(tǒng)(Embedded Systems)．實(shí)際上是“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的簡(jiǎn)稱，它是相對(duì)于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言的。在有些系統(tǒng)里也有計(jì)算機(jī)，但是計(jì)算機(jī)是作為某個(gè)專用系統(tǒng)中的一個(gè)部件而存在的。像這樣“嵌入”到更大、專用的系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱之為“嵌入式計(jì)算機(jī)”、“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”或“嵌入式系統(tǒng)”。

在日常生活中，早已存在許多嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，如天天必用的移動(dòng)電話、帶在手腕上的電子表、烹調(diào)用的微波爐、辦公室里的打印機(jī)、汽車?yán)锏墓┯蛧娚淇刂葡到y(tǒng)和防抱死剎車系統(tǒng)(ABS)．以及現(xiàn)在流行的個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等等，它們內(nèi)部都有一個(gè)中央處理器CPU。

嵌入式系統(tǒng)無(wú)處不在，從家庭中的洗衣機(jī)、電冰箱、小汽車，到辦公室中的遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)等，都屬于可以使用嵌入式技術(shù)進(jìn)行開發(fā)和改造的產(chǎn)品。嵌入式系統(tǒng)本身是一個(gè)相對(duì)模糊的定義，一個(gè)手持的MP3和一個(gè)P(:104的微型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)都可以認(rèn)為是嵌入式系統(tǒng)。根據(jù)英國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)(IEE)的定義：嵌入式系統(tǒng)是用來(lái)控制或監(jiān)視機(jī)器、裝置或工廠等大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)備。可以看出此定義是扶應(yīng)用上考慮的，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)電等附屬裝置。國(guó)內(nèi)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的一般定義是：以應(yīng)用為中心．以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，從而能夠適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了各種通用計(jì)算機(jī)。一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備中就包含了5～10個(gè)嵌入式微處理器，鍵盤、硬盤、顯示器、Modem、網(wǎng)卡、聲卡、打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、集線器等均是由嵌入式處理器進(jìn)行控制的。在制造工業(yè)、過程控制、通信、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費(fèi)類產(chǎn)品等方面，嵌入式系統(tǒng)都有用武之地。在大型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，為了使嵌入式開發(fā)更方便、快捷，需要具備一種穩(wěn)定、安全的軟件模塊集合，用來(lái)管理存儲(chǔ)器分配、中斷處理、任務(wù)間通信和定時(shí)器響應(yīng)，以及提供多任務(wù)處理等，這樣的軟件模塊集合就是嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)的引入大大擴(kuò)展了嵌入式系的功能，方便了應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)，但同時(shí)也占用了嵌入式系統(tǒng)的寶貴資源。一般在比較大型或多任務(wù)的應(yīng)用場(chǎng)合．才考慮使用嵌入式操作系統(tǒng)。

早期的嵌入式系統(tǒng)幾乎都用于控制，或多或少都有些實(shí)時(shí)要求，所以從前“嵌入式操作系統(tǒng)”實(shí)際上是“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”的代名詞。近年來(lái)，由于手持式計(jì)算機(jī)和掌上電腦等設(shè)備的出現(xiàn)，也有了許多不帶實(shí)時(shí)要求的嵌入式系統(tǒng)。另一方面，由于C:PU速度的提高，一些原先被認(rèn)為是“實(shí)時(shí)”的反應(yīng)速度現(xiàn)在已經(jīng)很普遍了，以前需要在“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”上才能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，現(xiàn)在己不難在常規(guī)的操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。在這樣的背景下，“嵌入式操作系統(tǒng)”和“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”就成了不同的概念和名詞

嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用于特定環(huán)境下、面對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)，不同于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多樣化和適用性。它與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)：

(l)嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的，一般都有實(shí)時(shí)要求。嵌入式處理器大多工作在為特定用戶群所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，通常具有功耗低、體積小、集成度高、成本低等特點(diǎn)，從而使嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)趨于小型化、專業(yè)化，同時(shí)移動(dòng)能力大大增強(qiáng)，與網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來(lái)越緊密。

(2)嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體工藝、電子技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與各領(lǐng)域的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。這一特點(diǎn)決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。

(3)嵌入式系統(tǒng)與具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，其升級(jí)換代也與具體產(chǎn)品同步進(jìn)行。因此，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，一般具有較長(zhǎng)的生命周期。

(4)嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，在保證穩(wěn)定、安全、可靠的基礎(chǔ)上，量體裁衣，去除冗余，力爭(zhēng)在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能。這樣，才能最大限度地降低應(yīng)用成本。在縣體應(yīng)用中，對(duì)處理器的選擇決定了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。(5)嵌入式系統(tǒng)常常還有減小功耗的要求。這一方面是為了省電，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)往往以電池供電；另一方面是要減少發(fā)熱量，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)中常常沒有風(fēng)扇等排熱手段。

(6)可靠性與穩(wěn)定性對(duì)于嵌入式系統(tǒng)有著特別重要的意義，所以即使邏輯上的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，在物理組成上也會(huì)有所不同。由于對(duì)所用元器件（包括接插件、電源等等）的質(zhì)量和可靠性要求都比較高，所以元器件的平均無(wú)故障時(shí)間MTBF-(Mean Time Between F-ailure)成為關(guān)鍵性的參數(shù)。此外，環(huán)境溫度也是需要重點(diǎn)考慮的參數(shù)。

嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，強(qiáng)調(diào)體積和功能的可裁剪性，是以完成控制、監(jiān)視等功能為目標(biāo)的專用系統(tǒng)。在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中．執(zhí)行任務(wù)的軟硬件都嵌入在實(shí)際的設(shè)備環(huán)境中，通過專門的I/()接口和外界交換信息。它們執(zhí)行的任務(wù)程序一般不由用戶編制。

嵌入式系統(tǒng)主要用于各種信號(hào)處理與控制，目前己在國(guó)防、國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)生活各領(lǐng)域普遍應(yīng)用操作系統(tǒng)OS(Operation Systems)是一組計(jì)算機(jī)程序的集合，用來(lái)有效地控制和管理計(jì)算機(jī)的硬件和軟件資源，即合理地對(duì)資源進(jìn)行調(diào)度，并為用戶提供方便的應(yīng)用接口。它為應(yīng)用ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)支持軟件提供運(yùn)行環(huán)境，即為程序開發(fā)者提供功能強(qiáng)、使用方便的開發(fā)環(huán)境。

從資源管理的角度，操作系統(tǒng)主要包含如下功能。1．處理器管理

對(duì)處理器進(jìn)行分配，并對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行有效的控制和管理。在多任務(wù)環(huán)境下，合理分配由任務(wù)共享的處理器，使CPU能滿足各程序運(yùn)行的需要，提高處理器的利用率，并能在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候收回分配給某任務(wù)的處理器。處理器的分配和運(yùn)行都是以進(jìn)程為基本單位進(jìn)行的，因此對(duì)處理器的管理可以歸結(jié)為對(duì)進(jìn)程的管理，包括進(jìn)程控制、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信、作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度等。2．存儲(chǔ)器管理

存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)，是為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，包括內(nèi)存分配、內(nèi)存保護(hù)、地址映射、內(nèi)存擴(kuò)充等。例如，為每道程序分配必要的內(nèi)存空間，使它們各得其所，且不致因互相重疊而丟失信息；不因某道程序出現(xiàn)異常情況而破壞其他程序的運(yùn)行；方便用戶使用存儲(chǔ)器；提高存儲(chǔ)器的利用率；能從邏輯上來(lái)擴(kuò)充內(nèi)存等。3．設(shè)備管理

完成用戶提出的設(shè)備請(qǐng)求，為用戶分配l/()設(shè)備；提高C.PU和l／()的利用率；提高l／()速度．方便用戶使用l/()設(shè)備。設(shè)備管理包括緩沖管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理、形成虛擬邏輯設(shè)備等。4．文件管理

在計(jì)算機(jī)中，大量的程序和毅據(jù)是以文件的形式存放的。文件管理的主要任務(wù)就是對(duì)系統(tǒng)文件和用戶文件進(jìn)行管理，方便用戶的使用，保證文件的安全性。文件管理包括對(duì)文件存儲(chǔ)空間的管理、目錄管理、文件的讀／寫管理以及文件的共享與保護(hù)等。

5．用戶接口

用戶與操作系統(tǒng)的接口是用戶能方便地使用操作系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。用戶通常只需以命令形式和系統(tǒng)調(diào)用即程序接口形式與系統(tǒng)打交道。使用圖形用戶接口(GUI)．可以將文字、圖形和圖像集成在一起，用非常容易識(shí)別的圖標(biāo)將系統(tǒng)的各種功能、應(yīng)用程序和文件直觀地表示出來(lái)，用戶可以通過鼠標(biāo)來(lái)獲取操作系統(tǒng)的服務(wù)。

隨著l_inux的迅速發(fā)展，嵌入式Linux現(xiàn)在已經(jīng)有許多版本，包括強(qiáng)實(shí)時(shí)的嵌入式Linux（如新墨西哥工學(xué)院的RT-I_inux和堪薩斯大學(xué)的KURT-I_inux）和一般的嵌入式Linux(如riClinux和Pocket I。lnux等)。其中．RT-Iinux通過把通常的Iinux任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)為最低，而所有的實(shí)時(shí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)都高于它，以達(dá)到既兼容通常的I。Inux任務(wù)又保證強(qiáng)實(shí)時(shí)性能的目的。另一種常用的嵌入式Linux是riClinux．它是針對(duì)沒有MMU的處理器而設(shè)計(jì)的。它不能使用處理器的虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，對(duì)內(nèi)存的訪問是直接的，所有程序中訪問的地址都是實(shí)際的物理地址。它專為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。

嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)在以下幾個(gè)方面有比較明顯的差別： 1．人機(jī)交互界面

嵌入式系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)之間的最大區(qū)別就在于人機(jī)交互界面。嵌入式系統(tǒng)可能根本就不存在鍵盤、顯示器等設(shè)備，它所完成的事情也可能只是監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)情況或者傳感器的變化情況，并按照事先規(guī)定好的過程及時(shí)完成相應(yīng)的處理任務(wù)。2．有限的功能

嵌入式系統(tǒng)的功能在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)定制好，在開發(fā)完成投入使用之后就不再變化。系統(tǒng)將反復(fù)執(zhí)行這些預(yù)定好的任務(wù)，而不像通用計(jì)算機(jī)那樣可以隨時(shí)運(yùn)行新任務(wù)。雖然嵌入式操作系統(tǒng)可以添加新的任務(wù)，刪除舊的任務(wù)，但這樣的變化對(duì)嵌入式系統(tǒng)而言是關(guān)鍵性變化，有可能會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)行為產(chǎn)生影響。3．時(shí)間關(guān)鍵性和穩(wěn)定性

嵌入式系統(tǒng)可能要求實(shí)時(shí)響應(yīng)，具有嚴(yán)格的時(shí)序性。同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)還要求有非常可靠的穩(wěn)定性。其工作環(huán)境可能非常惡劣，如高溫、高壓、低溫、潮濕等，這就要求在設(shè)計(jì)時(shí)考慮目標(biāo)系統(tǒng)的工作環(huán)境，合理選擇硬件和保護(hù)措施。軟件穩(wěn)定也是一個(gè)重要特征。軟件系統(tǒng)需要經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，達(dá)到預(yù)先規(guī)定的要求才能真正投入使用。

嵌入式軟件的開發(fā)與傳統(tǒng)軟件的開發(fā)有許多共同點(diǎn)，它繼承了許多傳統(tǒng)軟件的開發(fā)習(xí)慣。由于嵌入式軟件運(yùn)行于特定昀目標(biāo)應(yīng)用環(huán)境，而該目標(biāo)環(huán)境只針對(duì)特定的應(yīng)用領(lǐng)域，所以嵌入式軟件的功能比較專一，只完成預(yù)期要完成的功能。出于對(duì)系統(tǒng)成本方面的考慮，應(yīng)用系統(tǒng)的C:PU、存儲(chǔ)器、通信資源都恰到好處。嵌入式軟件的開發(fā)具有其自身的特點(diǎn)：

在Iinux的發(fā)展歷程中．Unix和Minix扮演著十分重要的角色。1990年，芬蘭人Unus 'ror-valds在赫爾辛基大學(xué)接觸到Unix；但是當(dāng)時(shí)上機(jī)學(xué)習(xí)要排隊(duì)等候很長(zhǎng)時(shí)間，所以I。inus購(gòu)買了自己的PC機(jī)，希望安裝一個(gè)類似的操作系統(tǒng)。由于Unix的內(nèi)核代碼不容易得到，所以他安裝了Minix。Minix是一個(gè)基于微內(nèi)核技術(shù)的類似于Unix的操作系統(tǒng)，是Andrew Tanebaum教授利用業(yè)余時(shí)間開發(fā)的用于教學(xué)的操作系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)．Minix并不是完全免費(fèi)的，而且Andrew Tane-baum教授不允許別人為Minix再加入其他東西，目的是為了教學(xué)的簡(jiǎn)明扼要。

第四篇：嵌入式課程論文

研究生課程論文

論文題目: 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的定位算法綜述

學(xué) 院: 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè): 儀器儀表工程

班 級(jí): 81430 學(xué) 號(hào): 8143035 學(xué)生姓名：

沈天穎

二○一五 年 一 月 十 日

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是一個(gè)多學(xué)科的研究領(lǐng)域，具有很廣泛的應(yīng)用前景，其中，WSN的定位是非常重要的研究方向。本課程論主要對(duì)WSN定位研究進(jìn)行了歸納和總結(jié)。將每種定位算法按照需不需要測(cè)距分為兩大類，而且在具體算法中討論了其以下幾個(gè)特征，包括：需要/不需要錨節(jié)點(diǎn)、集中式/分布式、固定/移動(dòng)等。

質(zhì)心定位算法

DV-Hop算法

MDS-MAP算法

分簇算法

改進(jìn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法

第五篇：實(shí)驗(yàn)四 Nios II 嵌入式處理器關(guān)浩亮2012029180002

關(guān)浩亮2012029180002 實(shí)驗(yàn)四 Nios II 嵌入式處理器

一、實(shí)驗(yàn)要求：

1、實(shí)現(xiàn)一個(gè)由Nios II控制的由18個(gè)發(fā)光二級(jí)管組成的流水燈效果；

2、為了點(diǎn)亮LED燈，程序運(yùn)行速度不要太快，需要進(jìn)行適當(dāng)延時(shí)。

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1，掌握基于SOPC Builder和Nios SBT實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)過程； 2，學(xué)會(huì)根據(jù)需求定制一個(gè)Nios II硬件系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上編寫應(yīng)用程序。

三、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1、SOPC技術(shù)

SOPC(System On a Programmable Chip)是指用可編程邏輯技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊硅片上。它是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)。一方面，它是片上系統(tǒng)(SOC)，即由單個(gè)芯片完成整個(gè)系統(tǒng)的主要邏輯功能；另一方面，它是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁減、擴(kuò)充、升級(jí)，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。這項(xiàng)技術(shù)將EDA、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)、DSP等技術(shù)融為一體。SOPC 結(jié)合了SOC 和PLD、FPGA 各自的優(yōu)點(diǎn)，一般具備以下基本特征:至少包含一個(gè)嵌入式處理器內(nèi)核；具有小容量片內(nèi)高速RAM 資源；豐富的IP Core 資源可供選擇；足夠的片上可編程邏輯資源；處理器調(diào)試接口和FPGA 編程接口；可包含部分可編程模擬電路；單芯片，低功耗，微封裝。

隨著EDA 技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模可編程器件性能的不斷提高，SOPC 技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。首先，SOPC 在極大提高了許多電子系統(tǒng)性能價(jià)格比的同時(shí)，還開辟了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，如高端的數(shù)字信號(hào)處理、通信系統(tǒng)、軟件無(wú)線電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、微處理器及大型計(jì)算機(jī)處理器的設(shè)計(jì)等等；同時(shí)，由于SOPC 具有基于EDA 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)語(yǔ)言與系統(tǒng)測(cè)試手段、規(guī)范的設(shè)計(jì)流程與多層次的仿真功能以及高效率的軟硬件開發(fā)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，使得SOPC 及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)無(wú)可爭(zhēng)議地成為現(xiàn)代電子技術(shù)最具時(shí)代特征的典型代表。與基于ASIC 的SOC 相比，SOPC 具有更多的特點(diǎn)與吸引力：開發(fā)軟件成本低，硬件實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)低，產(chǎn)品上市效率高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可重構(gòu)及硬件可升級(jí)等，它還具有設(shè)計(jì)者易學(xué)易用、高附加值、產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本低等優(yōu)勢(shì)。

關(guān)浩亮2012029180002 Nios II是Altera公司推出的新一代軟核嵌入式處理器。借助于Nios II、FPGA和Altera公司完整的開發(fā)套件，可以快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，有效提高系統(tǒng)性能。

2、基于Nios II的硬件開發(fā)基本過程

（1）定義NiosⅡ嵌入式處理器系統(tǒng)：使用SOPC Builder系統(tǒng)綜合軟件選取合適的CPU、存儲(chǔ)器以及外圍器件，并定制其功能。

（2）指定目標(biāo)器件、分配引腳、編譯硬件：使用QuartusⅡ選取Altera器件系列，并對(duì)SOPC Builder生成的HDL設(shè)計(jì)文件進(jìn)行布局布線；再選取目標(biāo)器件，分配管腳，進(jìn)行硬件編譯選項(xiàng)或時(shí)序約束的設(shè)置。編譯，生成網(wǎng)表文件和配置文件。

（3）硬件下載：使用QuartusⅡ軟件和下載電纜，將配置文件下載到開發(fā)板上的FPGA中。

3、基于Nios II的軟件開發(fā)基本過程

（1）在使用SOPC Builder/Qsys進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)，就可以開始編寫?yīng)毩⒂谄骷腃/C++軟件，比如算法或控制程序。用戶可以使用現(xiàn)成的軟件庫(kù)和開放的操作系統(tǒng)內(nèi)核來(lái)加快開發(fā)過程。

（2）在NiosⅡSBT中建立新的軟件工程時(shí)，SBT會(huì)根據(jù)SOPC Builder/Qsys對(duì)系統(tǒng)的硬件配置自動(dòng)生成一個(gè)定制HAL(硬件抽象層)系統(tǒng)庫(kù)。這個(gè)庫(kù)能為程序和底層硬件的通信提供接口驅(qū)動(dòng)程序。

（3）使用NiosⅡSBT對(duì)軟件工程進(jìn)行編譯、調(diào)試。

（4）將硬件設(shè)計(jì)下載到開發(fā)板后，就可以將軟件下載到開發(fā)板上并在硬件上運(yùn)行。

4、基于Nios II的流水燈實(shí)現(xiàn)

在Nios II處理器定制完成后，編寫程序控制與發(fā)光二極管相連的引腳電平，循環(huán)點(diǎn)亮每一個(gè)發(fā)光二極管，同時(shí)熄滅其它二極管，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的流水燈效果。其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：

關(guān)浩亮2012029180002 CLKPIO_0PIO_1LED_0LED_1CPURESETPIO_171.圖中，CLK為CPU的運(yùn)行時(shí)鐘；RESET為CPU的復(fù)位信號(hào)，一般與電源VCC相連，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)自動(dòng)完成處理器的復(fù)位；并行I/O引腳PIO_0~PIO_17分別與發(fā)光二極管相連，用于控制二極管的發(fā)光和熄

??LED_17四．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及仿真波形結(jié)果：

硬件設(shè)計(jì)步驟為：（1）（2）創(chuàng)建QuartusⅡ工程

Nios II 軟核配置：?jiǎn)?dòng)SOPC Builder，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行命名，添加Nios II Processor，經(jīng)濟(jì)型內(nèi)核“Nios II/e”，JTAG Debug Module配置，配置存儲(chǔ)器，配置并行I/O口，（3）完成硬件設(shè)計(jì)：完成Nios II 軟核配置后，回到Quartus II ； ? 在原理圖編輯窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵將打開一個(gè)浮動(dòng)菜單，選擇“Insert→Symbol”命令打開電路符號(hào)“Symbol”選擇對(duì)話框，或者雙擊原理圖空白處。在對(duì)話框左側(cè)的“Libraries”選擇欄中選擇Project下的“Nios2WalLd”，右邊的符號(hào)窗口將出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的電路符號(hào)。這個(gè)模塊就是SOPC Builder工具產(chǎn)生的Nios II軟核處理器系統(tǒng)。

? Nios II軟核處理器系統(tǒng)引腳“clk_50”應(yīng)該與時(shí)鐘輸入連接； 復(fù)位信號(hào)輸入端“reset_n”與電源符號(hào)“VCC”連接，當(dāng)芯片上電時(shí)自動(dòng)完成

關(guān)浩亮2012029180002 處理器的復(fù)位；引腳“pio_18led[17...0]”分別與18個(gè)發(fā)光二級(jí)管連接。

? 執(zhí)行命令A(yù)ssignments->Import Assignments?導(dǎo)入板載FPGA的引腳分配文件DE2_115_pin_assignments.csv，并正確命名原理圖上的引腳名，使之與正確引腳一一對(duì)應(yīng)。? 正確編譯。軟件設(shè)計(jì)步驟為：

Nios II嵌入式開發(fā)環(huán)境的軟件開發(fā)工作需要前面產(chǎn)生的Nios II軟核處理器系統(tǒng)硬件的支持。在SOPC Builder的“System Generation”選項(xiàng)卡的“Nios II Tools”欄目中單擊“Nios II Software Builder Tools for Eclipse”按鈕可以打開Nios II SBT開發(fā)平臺(tái)。Nios II SBT工程建立 ：

在Quartus工程目錄下，建立“software”文件夾；

File->Switch Workspce->Other?，切換為上述“software”文件夾 建立項(xiàng)目

Nios II SBT工程設(shè)置 ：

選擇Quartus工程目錄下的SOPC Information File，設(shè)定項(xiàng)目名，并選擇參考模板中的“Blank_project”，會(huì)自動(dòng)載入相關(guān)信息。C源程序設(shè)計(jì)： File→New→Source File 編譯：

“Project→Build Project 編譯完成后，“console”欄目將給出儲(chǔ)存器的占用情況。之后硬件下載，然后調(diào)試/運(yùn)行程序。C語(yǔ)言程序代碼為:

關(guān)浩亮2012029180002 #include “system.h” #include “altera_avalon_pio_regs.h” void delay(void);int alt_main(void){

} void delay(void){ unsigned int i;i=1000000;unsigned char led_data;unsigned int led_code;while(1){

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_18LED_BASE,led_code);

} return 0;} delay();for(led_data=0;led_data<18;led_data++){ led_code = 0x001<

關(guān)浩亮2012029180002

}

while(i>0){ } i--;實(shí)驗(yàn)板仿真結(jié)果如下：

關(guān)浩亮2012029180002

關(guān)浩亮2012029180002

關(guān)浩亮2012029180002

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

在實(shí)驗(yàn)板上，正確顯示了流水燈依次點(diǎn)亮的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，圖示為流水燈依次點(diǎn)亮間隔時(shí)間的圖像結(jié)果，滿足實(shí)驗(yàn)要求，該實(shí)驗(yàn)成功的完成了。

五、問題及思考：

1、如何通過軟件設(shè)計(jì)，將實(shí)驗(yàn)中的簡(jiǎn)單流水燈效果設(shè)計(jì)得更加多樣化？ 在while循環(huán)語(yǔ)句中添加下面的程序段： for(led_data=0;led_data<18;led_data++)

IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_18LED_BASE,led_code);} { led_code =led_data>>0x001;delay();

關(guān)浩亮2012029180002 可實(shí)現(xiàn)左右來(lái)回循環(huán)的流水燈，增加流水燈的設(shè)計(jì)效果。

2、如果將流水燈效果用實(shí)驗(yàn)板上的LCD來(lái)實(shí)現(xiàn)，硬件和軟件上應(yīng)該做哪一些修改？

LCD為液晶顯示屏，在硬件上需要將顯示屏的按鍵連接到原理圖的輸入輸出上。在軟件中，要將液晶屏初始化，并添加按鍵實(shí)現(xiàn)燈亮的程序塊。

六，心得體會(huì)：

本實(shí)驗(yàn)完成了流水燈的實(shí)現(xiàn)，根據(jù)課件的實(shí)驗(yàn)步驟內(nèi)容，基本掌握了基于SOPC Builder和Nios SBT實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)過程；學(xué)會(huì)了根據(jù)需求定制一個(gè)Nios II硬件系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上編寫應(yīng)用程序。程序需用C語(yǔ)言來(lái)寫，利用已有的Nios II嵌入式處理器實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的流水燈依次點(diǎn)亮的實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)使我明白了如何利用已設(shè)計(jì)好的嵌入式處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的具體實(shí)驗(yàn)。