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嵌入式硬件设计

Liky@felabLikai @ustc.edu

嵌入式硬件设计

嵌入式硬件设计的特点 硬件的四大关键技术 嵌入式硬件的开发流程 一个具体的开发实例 软 cpu 核－－ NIOS II

嵌入式硬件设计的特点

没有规则，量体裁衣

同系统软件密切相关 硬件所有的资源都很紧张的 为实现功能选用的每个芯片都是专用的，需要从底层进行开发

PC 硬件

功能模块固定

体积大小固定

外部接口规范

功耗控制简单

嵌入式系统硬件

没有必须支持的功能

没有固定的体积大小

没有必须提供的接口

功耗控制复杂

硬件的四大关键技术

Mcu 微控制器 Dsp 数字信号处理器 Fpge 可编程逻辑器件 内存

Eprom ， Eeprom ， Flash ， Sram ， Sdram

几种主要器件的比较应用 硬件灵

活性软件灵活性

功耗 开发

Mcu 复杂控制

中 高 低 Handbook

Dsp 数据处理

低 中 中 Handbook ＋算法

Fpga 接口设计简单控制

高 不支持 高 Vhdl， Verilog

嵌入式硬件的开发流程

确定嵌入式系统的需求（最关键） 体系结构设计，软硬件分割（最困难） 详细的硬件设计 软硬件的联调和集成 测试

一个具体的开发实例

BF533@500M 5249

@120M

A/D D/A

TV

S-video CVBS

Flash Sdram Wlan

Ps2

红外

以太网

CPLD

以太网控制器

MP3解码器

Amp

D/A

硬盘

SPI@12M

设计中遇到的问题

两个分离中心，开发难度增大 系统速度瓶颈－ SPI 外部总线任务过于繁重 Mp3 解码速度受限 PCMCIA 控制信号时序不兼容 指令 Cache 过小，软件加速困难 红外遥控软件解码，消耗资源过多 I/O 不够不可能找到满足我们所有要求的 CPU ！！

软 cpu 核－ NIOS II

Fpga 嵌入 MCU 是目前的一个趋势 NIOS II Basics Design your cpu as your wish NIOS II 的不足 NIOS II 开发方法

Fpga 中嵌入 cpu 的优势

The pins on the chip can be rearranged to make board design easier

Extra pins and logic resources can be used for functions unrelated to the processor

Xlinx （ Powerpc ） Atmel （ ARM7TDMI),

Altera （ NIOS II)

NIOS II Basic

Design your cpu as your wish

Custumize your soft － core more or less a feature ， 3 kind of soft － core Custunmize your peripheral set add or remove your peripheral Custunmize your instructions use custom instructions to increase system

performance

3 kind of soft － core

What can we do with NIOS II?

BF533@500M 5249

@120M

A/D D/A

TV

S-video CVBS

Flash Sdram Wlan

Ps2

红外

以太网

CPLD

以太网控制器

MP3解码器

Amp

D/A

硬盘

SPI@12M

设计中遇到的问题

两个分离中心，开发难度增大 系统速度瓶颈－ SPI 外部总线任务过于繁重 Mp3 解码速度受限 PCMCIA 控制信号时序不兼容 指令 Cache 过小，软件加速困难 红外遥控软件解码，消耗资源过多 I/O 不够不可能找到满足我们所有要求的 CPU ！！

NIOS II 的不足

速度慢， 150MIPS 。 Sram 工艺和连线特性使 NIOS II 无法提供一个高性能的可配置的片上总线

灵活性不是神话，实现高度的灵活性仍然有大的技术难度

功耗大，电源管理难于实现

NIOS II 的开发方法

硬件开发环境： Quartus II 4.0 ， SOPC builder ，原理图设计， Cyclone

www.opencore.org IP core 下载 软件开发环境： IDE 软件开发工具

谢谢！