第8章嵌入式系统硬件设计基础与标准第八章嵌入式系统硬件设计基础与标准一个完整的嵌入式系统包括硬件部分和软件部分。硬件是嵌入式系统底层的、基础的部分，对于不同的嵌入式系统，其硬件的实现基本不同。但是，一般的嵌入式系统硬件可分为如下几个部分：嵌入式微处理器、存储器、输入/输出设备、通信及扩展接口。一、嵌入式微处理器二、存储器三、输入/输入设备四、通信与扩展接口嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心部件，是决定嵌入式系统功能的主要因素，也决定了嵌入式系统的应用范围和开发复杂度。嵌入式微处理器与通用处理器的最大区别在于，嵌入式微处理器一般工作于特定的系统中，通常把通用处理器中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于实现嵌入式系统设计小型化、高效率、高可靠性等特点。有时，为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器还会在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面加以增强。一般来说，嵌入式微处理器具有以下特点：具有较强的实时多任务处理能力，能完成多任务并且中断响应时间较短，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低程度。具有强大的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已实现模块化，为了避免在软件模块之间出现错误操作和不必要的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。可扩展的处理器结构。一般在处理器内部都留有很多扩展接口，以便对应用进行扩展。提供丰富的调试功能。嵌入式系统的开发过程大部分使用交叉编译，丰富的调试接口可以使嵌入式系统的开发更加方便。嵌入式微处理器必须功耗很低，对于那些靠电池供电的便携式系统更是如此，有的系统要求功耗达到mW甚至μW级。许多嵌入式微处理器提供几种工作模式，如正常工作模式、备用模式、省电模式等，从而为嵌存储器是嵌入式系统的“记忆”部件，是嵌入式系统的另一个重要的组成部分。在嵌入式系统中，按照信息的易失性，把存储器分为易失性存储器和非易失性存储器。易失性存储器是指存储器中的信息掉电即消失，不能持久保存；相比之下，非易失性存储器中的数据则不会在掉电后消失，可以持久保存。下面来详细介绍嵌入式系统中常用的易失性和非易失性存储器。1.易失性存储器在嵌入式系统中，最常用的易失性存储器是随机存储器（RandomAccessMemory，简称RAM）。按照存储机理的不同，RAM又可分为动态RAM（DynamicRAM，DRAM）和静态RAM（StaticRAM，SRAM）。2.非易失性存储器在嵌入式系统中，常用的非易失性存储器有只读存储器（ROM）、Flash和微硬盘（MicroDrive）。1.输入设备计算机要按人的要求进行工作，就必须能够接受人的命令，将完成各种工作所需要的原始数据送入计算机系统内。承担这些任务的就是计算机的输入设备。输入设备的功能是输入程序、数据、指令及各种字符信息。操作者通过输入设备可对系统发出指令，与系统“对话”，是人与系统之间进行信息交换的主要装置之一。嵌入式系统同样也离不开输入设备。通用计算机系统的输入设备种类不是很多，比较常用的有键盘、鼠标、触摸屏和扫描仪等。相比之下，嵌入式系统的输入设备就是五花八门了，比较常见的有按键、键盘、鼠标、手柄、触摸屏、声控/光控开关等。按照输入设备实现机理的不同，嵌入式系统的输入设备可分为机械式、触控式、声光式三类。2.输出设备输出设备是计算机系统向用户传送计算、处理信息结果的部件。输出设备的功能是输出处理结果，把系统对信息进行加工、处理的结果显示或打印出来。通用计算机系统中常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等，在嵌入式系统中除了以上几种之外，还有LED指示灯以及扬声器等音频设备。显示器是最常用的输出设备，可分为球面显示器和平板显示器两类。球面显示器中最常见的就是传统的CRT显示器。由于球面显示器的体积都比较大，因此不适合用于嵌入式系统的显示。在嵌入式系统中通常使用平板显示器来输出、显示数据。在平板显示技术中最重要的就是液晶显示技术。现在，液晶显示器（LiquidCrystalDisplay，LCD）已广泛用于嵌入式系统。嵌入式系统与外设及其他计算机系统通信时，若要进行功能扩展，就离不开通信和扩展接口。接口是在主板和某一类外设之间的适配电路，可以解决主板和外设之间在工作速度、数据格式和电压等级上的相互匹配问题。接口在嵌入式系统中扮演着沟通外部世界的“桥梁”作用。嵌入式系统中接口的形式和方法多种多样。嵌入式系统的通信接口可分为有线接口和无线接口两种。有线接口在设计上必须考虑以下几个因素。首先是电位匹配，就是嵌入式系统微处理器所提供与接收信号的点位必须与相连接的外围装置相同，否则会发生一方点位较高，导致电路的毁损，或者是电位不同，无法准确判断所代表的正确信号。其次就是要防止连接时干扰的产生。当接口连接时，