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第九章：嵌入式系统的硬件设计

第九章：嵌入式系统的硬件设计. 9.1 SDRAM 硬件设计 9.2 FLASH 硬件设计 9.3 键盘硬件设计 9.4 PCB 设计注意事项. 9.1 SDRAM 硬件设计. SDRAM 芯片： HY57V561620CT-H :4Bank×4M×16bit 地址： 0x30000000 ～ 0x34000000 － 1 Row Address ： A0 ～ A12 Column Address ： A0 ～ A8 [2**(13 ＋ 9 ）＝ 4M×16bit/bank] BA0:ADDR24;BA1:ADDR25

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第九章：嵌入式系统的硬件设计

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Presentation Transcript

  1. 第九章：嵌入式系统的硬件设计 • 9.1 SDRAM硬件设计 • 9.2 FLASH硬件设计 • 9.3 键盘硬件设计 • 9.4 PCB设计注意事项

  2. 9.1 SDRAM硬件设计 SDRAM芯片： • HY57V561620CT-H :4Bank×4M×16bit • 地址：0x30000000～0x34000000－1 • Row Address：A0～A12 • Column Address：A0～A8 [2**(13＋9）＝4M×16bit/bank] • BA0:ADDR24;BA1:ADDR25 • 两片SDRAM并联为32bit、64Mbyte。

  3. 9.1 SDRAM硬件设计 SDRAM引脚说明: • clk－系统时钟输入 • Cke－时钟使能 • BA0/BA1－bank选择地址 • /RAS－行地址使能命令 • /CAS－列地址使能命令 • /WE－写入使能 • LDQM－低地址输入/输出屏蔽 • UDQM－高地址输入/输出屏蔽 • /CS－片选使能 • A0～A12－地址输入 • DQ0～DQ15－数据输入输出 • VDD－电源；VDDQ－I/O口电源 • VSS－地；VSSQ－I/O口地

  4. 9.2 FLASH硬件设计 Flash有两种：Nor flash和Nand flash，二者区别： • 性能比较－－NOR的读速度比NAND稍快一些 、NAND的写入速度比NOR快很多 、NAND的200us块写入和2ms的块擦除；Nor flash块擦除时间20ms。 • 接口差别－－NOR flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。 • 容量成本－－NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半 ，NOR flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的产品当中，这也说明NOR主要应用在代码存储介质中，NAND适合于数据存储，。 • 可靠性和耐用性 －－在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR的擦写次数是十万次。

  5. 9.2 FLASH硬件设计 • 易使用性 －－直接地使用基于NOR的闪存，直接运行代码 ；在使用NAND器件时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他操作。 NOR的特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。 NAND的特点是提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理和需要特殊的系统接口。

  6. 9.2 FLASH硬件设计 Norflash芯片： • SST39VF1601：1M×16bit＝2MB • 地址：0x00000000～0x001fffff （地址总线：ADDR0～ADDR19） Norflash引脚： • /CE－片选使能 • /OE－输出使能 • /WE－写使能 • DQ0～DQ15：数据输入/输出 • A0～A19：地址输出 • VSS－地 • VDD－电源

  7. 9.2 FLASH硬件设计 Nand flash芯片： • K9F1208：64M×8bit＋2M×8bit其中： • 数据：4plane×1024block×32page×512byte。 • 寄存器：4plane×1024block×32page×16byte。 • 读取以page为单位，擦除以block为单位。 Nand flash引脚： • I/O0~I/O7－数据输入/输出 • CLE－命令锁存使能 • ALE－地址锁存使能 • /CE－片选使能 • /WE－写使能 • /RE－读使能 • /WP－写保护 • R/B－读/忙输出 • VCC－电源 • VSS－地

  8. 9.2 FLASH硬件设计 Flash详细硬件设计见电路图。 Flash的编程实现见实验八。

  9. 9.3 键盘硬件设计 • 键盘采用行列中断扫描

  10. 9.3 键盘硬件设计 键盘的设计及实现详见实验七

  11. 注意： 其他硬件电路的设计在电路图上讲。

  12. 9.4 PCB设计注意事项 S3C2410的板层安排：

  13. 9.4 PCB设计注意事项 BGA封装 PCB布线

  14. 9.4 PCB设计注意事项 S3C2410的布线方法： • 红色－toplayer，在toplayer走线。 • 棕色－toplayer to midlayer1盲孔，在midlayer1走线。 • 绿色－toplayer to midlayer2盲孔，在midlayer2走线。 • 蓝色－toplayer to bottom layer盲孔，在bottom layer走线。

  15. 9.4 PCB设计注意事项 数字地及模拟地 • 模拟电路一般工作在低频状态，数字电路常常工作在高频状态。数字电路产生的噪音会通过地线干扰模拟电路。 • 一般把数字地和模拟地分开布线，数字地和模拟地通过低值电阻或者磁珠连接。

  16. 9.4 PCB设计注意事项 • 发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布 •  贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm • 元器件的外侧距板边的距离为5mm。 • 3. 卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路。 • 电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔。

  17. 9.4 PCB设计注意事项 • 贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过。 • 有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致 • 贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致。 • 板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于8mil(或0.2mm)。 • 按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开

  18. 9.4 PCB设计注意事项 • PCB布局的顺序： • a、固定元件 • b、有条件限制 • c、关键元件 • d、面积比较大 • e、零散元件

  19. 9.4 PCB设计注意事项 布局检查： • 1、检查元件在二维、三维空间上是否有冲突。 • 2、元件布局是否疏密有序，排列整齐。 • 3、元件是否便于更换，插件是否方便。 • 4、热敏元件与发热元件是否有距离。 • 5、信号流程是否流畅且互连最短。 • 6、插头、插座等机械设计是否矛盾。 • 7、元件焊盘是否足够大。

  20. 9.4 PCB设计注意事项 布线注意事项： • 平行信号线用地线隔离，两相邻层的布线最好垂直，平行易产生耦合。 • 器件的电源和地线之间要加0.1uF的去藕电容，且去藕电容尽量接近器件。 • 尽量加大电源和地线的宽度，地线>电源线>信号线。 • 晶体的外壳一般接地。 • 高频数字电路的走线尽量细些，短些。 • 大电流、高电压信号与小信号之间应该注意隔离（光电耦合器）。 • 走线的拐角尽可能不大于90度。 • 地址线和数据线的长度尽量等长。 • 线路板表层使用网格覆铜，对线路板补“泪滴”。 • 信号线、数据线、控制线如果长度过长，或者接负载较多，可以接缓冲器。

  21. 9.4 PCB设计注意事项 检查布线 • 1、间距是否合理，是否满足生产要求。 • 2、电源线和地线的宽度是否合适，电源与地线之间是否紧耦合（低的波阻抗）。 • 3、对于关键的信号线是否采取了最佳措施，输入线及输出线要明显地分开。 • 4、模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。 • 5、后加在PCB中的图形（如图标、注标）是否会造成信号短路。 • 6、对一些不理想的线形进行修改。 • 7、在PCB上是否加有工艺线？阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否 • 合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。 • 8、多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外容 • 易造成短路。

  22. 9.4 PCB设计注意事项 高频数字电路pcb布线规则： • 高频数字信号线要用短线。 • 主要信号线集中在pcb板中心。 • 时钟发生电路应在板的中心附近，时钟扇出应采用菊链式和并联布线。 • 电源线应远离高频数字信号线，或用地线隔开，电路布局必须减少电流回路，电源的分布必须是低感应的（多路设计) • 输入与输出之间的导线避免平行。

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