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第 2 章 架构设计

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第 2 章 架构设计. 本章目标. 什么是架构； 如何选择合适的架构。. 本章结构. 2.1 、相关知识简介 2.2 、 流行服务器的 CPU 构架 2.3 、系统架构 2.4 、硬件架构 2.5 、软件架构. 2.1 、 相关知识简介. 2.1.1 、嵌入式系统的组成与结构 2.1.2 、嵌入式系统的层次结构 2.1.3 、嵌入式系统的硬件架构 2.1.4 、嵌入式微处理器的选型 2.1.5 、嵌入式系统的软件架构. 2.1.1 、 嵌入式系统的组成与结构. 嵌入式系统的结构形式主要有四种： （ 1 ）通用平台 （ 2 ）模块化平台

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第 2 章 架构设计

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Presentation Transcript

  1. 第2章 架构设计

  2. 本章目标 • 什么是架构； • 如何选择合适的架构。

  3. 本章结构 2.1、相关知识简介 2.2、流行服务器的CPU构架 2.3、系统架构 2.4、硬件架构 2.5、软件架构

  4. 2.1、相关知识简介 2.1.1、嵌入式系统的组成与结构 2.1.2、嵌入式系统的层次结构 2.1.3、嵌入式系统的硬件架构 2.1.4、嵌入式微处理器的选型 2.1.5、嵌入式系统的软件架构

  5. 2.1.1、嵌入式系统的组成与结构 嵌入式系统的结构形式主要有四种： （1）通用平台 （2）模块化平台 （3）专用平台 （4）专用产品

  6. 2.1.2、嵌入式系统的层次结构 嵌入式系统的软硬件层次结构如下图：

  7. 2.1.3、嵌入式系统的硬件架构（1） 未来嵌入式系统的总体硬件架构的模式将如下图所示。

  8. 2.1.3、嵌入式系统的硬件架构（2） 结点的组成结构分为三部分：输入单元、控制单元、输出单元，如下图： 输入单元把检测信号转换为控制单元可接收的信号，经过控制单元进行控制变换，输出的信号经过输出单元转换为可被利用的输出。

  9. 2.1.3、嵌入式系统的硬件架构（3） 数字控制单元有很多实现方案，按实现方式的不同可以归纳 为如下几类： • 通用处理器 • 专用处理器：单片机、DSP、NCU • 可编程逻辑控制器 • 专用数字集成电路 按控制方式的不同，有三类：处理器、可编程逻辑控制器、 逻辑控制器。

  10. 2.1.4、嵌入式微处理器的选型（1） （1）嵌入式微处理器 （Embedded Microprocessor Unit，EMPU） （2）嵌入式微控制器 （Microcontroller Unit，MCU） （3）嵌入式DSP （Embedded Digital Signal Processor，EDSP） （4）嵌入式片上系统 （SystemOnChip）

  11. 2.1.4、嵌入式微处理器的选型（2） （5）几类处理器的比较

  12. 2.1.5、嵌入式系统的软件架构 嵌入式系统的软件层次架构如下图。

  13. 2.2、流行服务器的CPU构架 现在流行服务器的CPU架构有以下几种 （1）CISC架构服务器 （2）RISC架构服务器 （3）VLIW架构服务器

  14. 2.3、系统架构 2.3.1、网络架构 2.3.2、操作系统简介 2.3.3、操作系统选择 2.3.4、WEB服务器方案

  15. 2.3.1、网络架构 基于WEB的远程控制系统是以嵌入式WEB服务器为中心， 通过Internet网远程访问嵌入式WEB服务器，嵌入式WEB服 务器通过现场总线控制各个结点，以达到远程监控的目的。 现场总线可以是RS485、CAN或ZigBee等。 基于WEB远程控制系统的网络示意图如下

  16. 2.3.2、操作系统简介（1） 操作系统(OS，OperatingSystem)的基本思想是隐藏底层不 同硬件的差异，向在其上运行的应用程序提供一个统一的调 用接口。应用程序通过这一接口实现对硬件的使用和控制， 不必考虑不同硬件操作方式的差异。这样软件设计人员就不 必关心具体硬件的操作细节，能够专注于所擅长领域的开 发。

  17. 2.3.2、操作系统简介（2） （1）Linux Linux是目前最为流行的一款开放源代码的操作系统 （2）μC/OS-II 开放源代码。如果作为非商业用途，μC/OS-II是完全免费的。 （3）WinCE Windows CE系列在通信和网络的能力，以及多媒体方面极具优势。

  18. 2.3.3、操作系统选择 • WinCE有良好的开发工具，但占用系统的资源比较大，提高了嵌入式WEB服务器的成本。 • 采用RTOS，占用系统的资源比较少，可有效控制成本，但服务器应用程序等可选择的比较少，在软件方面的工作量比较多。 • Linux有很多的共享代码，可裁减性也比较好，占用系统的资源适中，但软件方面的工作量比较多。 我们选择Linux或uClinux做为系统的操作系统平台。

  19. 2.3.4、WEB服务器方案 WEB服务器方案主要有两大类： （1）BOA+CGI 嵌入式Web系统提供了一种经济、实用的互联网嵌入式接入 方案。在Linux系统下，嵌入式Web Server BOA+CGI程序 设计技术，是实现嵌入式Web系统的一种不错的方案。 （2）Apache+Tomcat Java是一种面向对象的、跨平台的计算语言开发网络应用系 统的最理想的工具。

  20. 2.4、硬件架构 2.4.1、选择主控芯片体系结构 2.4.2、了解相关芯片 2.4.3、选择主控芯片 2.4.4、设计硬件方案

  21. 2.4.1、选择主控芯片体系结构 从应用的角度出发，在选择ARM微处理器时所应考虑的主要 问题有以下几个方面。 （1）ARM微处理器内核的选择 （2）系统的工作频率 （3）芯片内存储器的容量 （4）片内外围电路的选择

  22. 2.4.2、了解相关芯片 我们考察了以下几种相关的芯片。 （1）三星S3C4510b 集成了以太网控制器 ，成本低，停产。 （2）三星S3C2440/2410 价格便宜，资源丰富。 （3）三星S3C44B0 性价比高，体积小，功能少。

  23. 2.4.3、选择主控芯片 在硬件设计中，主控芯片的选择是设计的核心。主控芯片的 选择可以从芯片的性能、供应情况、价格以及使用方的情况 等方面来考虑。 三星S3C2440/2410这款芯片在市面上比较流行，相关的资 料及其软件方面的资料也很丰富，价格适中偏高，芯片的主 要定位是用在手机或PDA上，但考虑到基于这款芯片的软硬 件平台资源比较丰富，我们也积累了不少的经验和技术，上 手比较快。决定用这款芯片做为首版，并集成一些控制结点 的功能。

  24. 2.4.4、设计硬件方案 （1）基于S3C2440的硬件方案 硬件系统的主控芯片采用S3C2440，并使用64M SDRAM和64Mflash的存储构架 。 （2）基于S3C44B0的硬件方案 硬件系统的主控芯片采用S3C44B0，并使用16M SDRAM和2Mflash的存储构架 。

  25. 2.5、软件架构 操作系统采用Linux/uClinux，WEB服务器软件采用 BOA+CGI。BOA是一个单任务的小型HTTP服务 器，源代码开放、性能优秀，特别适合应用在嵌入 式系统中。目前的linux的代码中已经包含BOA的源 代码。

  26. 本章总结 • 本章介绍了嵌入式系统架构设计的相关知识和流行服务器的CPU构架，并阐述了嵌入式WEB服务器的系统架构和软硬件架构。

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