基于硬件构件的嵌入式系统开发方法

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1、第4章基于硬件构件的嵌入式系统开发方法主要内容4.1嵌入式系统开发所遇到的若干问题4.2嵌入式硬件构件的基本思想与应用方法4.3基于硬件构件的嵌入式系统硬件电路设计4.4基于硬件构件的嵌入式底层软件构件的编程方法4.1嵌入式系统开发所遇到的若干问题嵌入式系统开发主要存在以下两大问题：硬件设计缺乏重用支持导致硬件设计缺乏重用支持的主要原因是：目前缺少可供硬件设计工程师们共同遵守的设计规范驱动程序可移植性差驱动程序的开发在嵌入式系统的开发中具有举足轻重的地位，长期以来，开发人员在编写驱动程序时缺少软件工程思想的支撑，软、硬件设计过程孤立，造成与硬件密切相关的底层软件缺乏通

2、用性，可移植性和可复用性较差，开发过程中缺少标准化、文档化的管理，给开发人员之间的交流以及日后系统的维护带来很大的困难4.2嵌入式硬件构件的基本思想与应用方法什么是嵌入式硬件构件？嵌入式硬件构件是指将一个或多个硬件功能模块、支撑电路及其功能描述封装成一个可重用的硬件实体，并提供一系列规范的输入/输出接口接口的分类根据接口之间的生产消费关系，接口可分为两类提供接口需求接口硬件构件的分类根据所拥有接口类型的不同，硬件构件分为三类核心构件:只有提供接口，没有需求接口中间构件:既有需求接口又有提供接口终端构件:终端构件只有需求接口类型需求接口提供接口举例核心构件无有AW60最

3、小系统中间构件有有电源控制构件、232电平转换构件终端构件有无LCD构件、LED构件、键盘构件核心构件、中间构件和终端构件的区别4.3基于硬件构件的嵌入式系统硬件电路设计4.3.1设计时需要考虑的基本问题MCU的选择MCU功能、价格、功耗、供电电压、I/O口电平管脚数目、MCU的封装、电气性能等因素电源考虑系统对电源的需求考虑芯片与器件对电源波动性的需求考虑工作电源是使用电源模块还是使用外接电源普通I/O口上拉、下拉电阻开关量输入。一定要保证高低电压分明开关量输出。高电平接近电源电压，低电平接近地电平A/D电路与D/A电路A/D电路：要清楚前端采样基本原理，对电阻型、

4、电流型和电压型传感器采用不同的采集电路D/A电路：考虑MCU的引脚通过何种输出电路控制实际对象控制电路4.3.2硬件构件化电路原理图绘制的简明规则硬件构件设计的通用规则元器件命名格式：对于核心构件，其元器件直接编号命名，同种类型的元件命名时冠以相同的字母前缀为硬件构件添加详细的文字描述，包括中文名称、英文名称、功能描述、接口描述、注意事项等，以增强原理图的可读性将前两步产生的内容封装在一个虚线框内，组成硬件构件的内部实体为该硬件构件添加与其它构件交互的输入/输出接口标识核心构件设计规则核心构件设计的目标是：凡是使用该MCU进行硬件系统设计时，核心构件可以直接“组装”到

5、系统中，无须任何改动电源控制构件可变频率产生构件LCD构件键盘构件中间构件设计规则中间构件是核心构件与终端构件之间通信的桥梁。既要有接受其它构件提供的服务的接口，又要有为其他构件提供服务的接口将构件的需求接口放置在构件实体的左侧，提供接口放置在右侧终端构件设计规则终端构件是嵌入式系统中最常见的构件。有与上一级构件交互的需求接口，因而接口标识均为斜体标注的接口注释。例如LCD、LED、指示灯构件使用硬件构件组装系统的方法使用硬件构件化思想设计嵌入式硬件系统的过程是：根据系统的功能划分出若干个硬件构件将所有硬件构件原理图“组装”在一起为中间构件和终端构件添加接口网标4.3

6、.3PCB设计基本原则布局规划首先要打印出相应的原理图，确定整个PCB板的大体布局，即各个硬件构件的位置安排PCB板的形状如无其他要求，一般为矩形，长宽比为4:3或3:2考虑面板上元件的放置要求。考虑边缘接口元件放置芯片尽可能正放。元件放置整齐。同一硬件构件内的元件尽可能排放在一起电源模块的滤波电容要求靠近电源，考虑元件间的距离PLL滤波电路应尽量靠近MCU有关设定导线尽可能宽，这样既可以减小阻抗，又可以防止由于制造工艺的原因导致导线断路导线间距离以及导线与元件间距离要尽可能地大，这样可以有效解决焊接时短路的问题过孔大小设定要适中布线布线时，应该首先对时钟和高速信号进

7、行布线，以确保它们的走线尽可能直接石英晶振和对噪声特别敏感的器件下面不要走线布板完成后一定要进行自动与人工检查测量点原理图中模块的输入输出引脚最小系统模块中MCU的引脚各硬件功能模块单元的输入、输出口模块标示PCB板上用矩形框将各个硬件构件区分开并用汉字标出构件名（与原理图一致），并注意字体字号铺地在铺地前，要设定地与导线、地与引脚之间的距离，并要求该距离尽可能大如果电路板中有数字地和模拟地，应将它们隔离开，两者间使用磁珠相连空余位置的利用电源、地，空白处多留几排电源和地双排孔，留出几排两孔相连的排孔，以用来扩展或试验时焊接其他元件固定孔，在PCB上