嵌入式系统的以太网接口设计

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嵌入式系统的以太网接口设计

作者：于申申

来源：《硅谷》2011年第17期

摘要：随着网络和嵌入式系统的发展，嵌入式系统与网络的结合已经成为最新的研究方向。使用处理器S3C44B0X和以太网接口芯片RTL8019AS，设计一种通用的嵌入式系统以太网接口设计与实现方案。这种设计结构简单，实现方便，具有很好的实用价值。

关键词： S3C44BOX； RTL8019AS； uCLinux操作系统

中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0910067－01

目前，随着计算机技术、通信技术的飞速发展，以太网以它的普遍性及低廉的接口价格，已经作为一种最通用的网络，广泛应用于生产和生活中。使得我们在计算机进行网络互连的同时，许多领域的嵌入式设备如工业控制、数据采集、数控机床和智能仪表等也有接入网络的需求。伴随着信息家电出现，嵌入式设备的网络化必将拥有更广阔的发展前途。在这个过程里，首先要解决的是嵌入式设备如何实现网络互连。

本文基于常用的嵌人式处理器S3C44B0X和以太网驱动器RTL8019AS以及μClinux系统设计了一款嵌人式以太网接口。该方案和其它设计比较具有高性能、低功耗、软硬件易扩展特点，是当前及今后工业以太网控制器的理想选择方案。本设计的特点是，既可仅用于嵌人式以太网驱动设备，方便简单，又可进行扩展其他模块，必要时可以移植操作系统，应用于其他复杂领域。

1 芯片简介

1.1 S3C44B0X芯片概述

系统的CPU采用S3C44B0X，它是Samsung公司推出的16/32位RISC处理器，采用了ARM7TDMI内核，0.25um工艺的CMOS标准宏单元和存储编译器。S3C44B0X还采用了一种新的总线结构，即SAMBA-II（三星ARM嵌入式微处理器总线结构）。S3C44B0X[1]通过提供全面的、通用的片上外设，大大减少了系统电路中外围元器件配置，从而最小化系统的成本，它为一般应用提供了高性价比和高性能的微处理器解决方案。

由于S3C44B0X微处理器集成了丰富的外设，非常适合控制管理。而μClinux系统又可对多种硬件资源进行控制，加之S3C44B0X对μClinux操作系统的完美支持，故采用了三星公司S3C44B0X芯片作为微处理器。

以太网EMC接口电路设计与PCB设计说明

以太网EMC接口电路设计及PCB设计 我们现今使用的网络接口均为以太网接口，目前大部分处理器都支持以太网口。目前以太网按照速率主要包括10M、10/100M、1000M三种接口，10M应用已经很少，基本为10/100M所代替。目前我司产品的以太网接口类型主要采用双绞线的RJ45接口，且基本应用于工控领域，因工控领域的特殊性，所以我们对以太网的器件选型以及PCB设计相当考究。从硬件的角度看，以太网接口电路主要由MAC（Media Access Controlleroler）控制和物理层接口（Physical Layer，PHY）两大部分构成。大部分处理器内部包含了以太网MAC控制，但并不提供物理层接口，故需外接一片物理芯片以提供以太网的接入通道。面对如此复杂的接口电路，相信各位硬件工程师们都想知道该硬件电路如何在PCB上实现。 下图1以太网的典型应用。我们的PCB设计基本是按照这个框图来布局布线，下面我们就以这个框图详解以太网有关的布局布线要点。 图1 以太网典型应用 1.图2网口变压器没有集成在网口连接器里的参考电路PCB布局、布线图，下面就以图2介绍以太网电路的布局、布线需注意的要点。 图2 变压器没有集成在网口连接器的电路PCB布局、布线参考 a)RJ45和变压器之间的距离尽可能的短，晶振远离接口、PCB边缘和其他的高频设备、走线或磁性元件周围，PHY层芯片和变压器之间的距离尽可能短，但有时为了

顾全整体布局，这一点可能比较难满足，但他们之间的距离最大约10~12cm，器件布局的原则是通常按照信号流向放置，切不可绕来绕去； b)PHY层芯片的电源滤波按照要芯片要求设计，通常每个电源端都需放置一个退耦电容，他们可以为信号提供一个低阻抗通路，减小电源和地平面间的谐振，为了让电容起到去耦和旁路的作用，故要保证退耦和旁路电容由电容、走线、过孔、焊盘组成的环路面积尽量小，保证引线电感尽量小； c)网口变压器PHY层芯片侧中心抽头对地的滤波电容要尽量靠近变压器管脚，保证引线最短，分布电感最小； d)网口变压器接口侧的共模电阻和高压电容靠近中心抽头放置，走线短而粗（≥15mil）； e)变压器的两边需要割地：即RJ45连接座和变压器的次级线圈用单独的隔离地，隔离区域100mil以上，且在这个隔离区域下没有电源和地层存在。这样做分割处理，就是为了达到初、次级的隔离，控制源端的干扰通过参考平面耦合到次级； f)指示灯的电源线和驱动信号线相邻走线，尽量减小环路面积。指示灯和差分线要进行必要的隔离，两者要保证足够的距离，如有空间可用GND隔开； g)用于连接GND和PGND的电阻及电容需放置地分割区域。 2.以太网的信号线是以差分对（Rx±、Tx±）的形式存在，差分线具有很强共模抑制能力，抗干扰能力强，但是如果布线不当，将会带来严重的信号完整性问题。下面我们来一一介绍差分线的处理要点： a)优先绘制Rx±、Tx±差分对，尽量保持差分对平行、等长、短距，避免过孔、交叉。由于管脚分布、过孔、以及走线空间等因素存在使得差分线长易不匹配，时序会发生偏移，还会引入共模干扰，降低信号质量。所以，相应的要对差分对不匹配的情况作出补偿，使其线长匹配，长度差通常控制在5mil以内，补偿原则是哪里出现长度差补偿哪里； b)当速度要求高时需对Rx±、Tx±差分对进行阻抗控制，通常阻抗控制在100Ω±10%； c)差分信号终端电阻（49.9Ω，有的PHY层芯片可能没有）必须靠近PHY层芯片的Rx±、Tx±管脚放置，这样能更好的消除通信电缆中的信号反射，此电阻有些接电源，有些通过电容接地，这是由PHY芯片决定的； d)差分线对上的滤波电容必须对称放置，否则差模可能转成共模，带来共模噪声，且其走线时不能有stub ，这样才能对高频噪声有良好的抑制能力。

经典中的经典 以太网电接口采用UTP设计的EMC设计指导书

?以太网电接口采用UTP设计的EMC设计指导书 一、UTP（非屏蔽网线）的介绍 非屏蔽网线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成，两根绝缘铜导线按照一定密度绞在一起，每一根导线在传输中辐射的电波会与另外一根的抵消，这样可降低信号的干扰程度。 用来衡量UTP的主要指标有： 1、衰减：就是沿链路的信号损失度量。 2、近端串扰：测量一条UTP链路对另一条的影响。 3、直流电阻。 4、衰减串扰比（ACR）。 5、电缆特性。 二、10/100/1000BASE-T以太网电接口原理图设计 10/100/1000BASE-T以太网口电路按照连接器的种类网口电路可以分为：网口变压器集成在连接器里的网口电路和网口变压器不集成在连接器里的网口电路。 1、网口变压器未集成在连接器里的网口电路原理图 网口电路主要包括PHY芯片，网口变压器，网口连接器三部分，图中左侧的八个49.9Ω的电阻是差分线上的终端匹配电阻，其阻值的大小由差分线的特性阻抗决定，当变压器内的线圈匝数发生变化时，其阻值也跟随变化，保证两者的阻抗匹配。由电容组成的差模、共模滤波器可以增强EMC性能。在线圈的中心抽头处接的电容可以有效的改善电路的抗EMC性能，合理的选择电容值可以使电路的EMC做到最优。电路的右侧四个75Ω的电阻是电路的共模阻抗。 2、网口变压器集成在连接器里的网口电路原理图

网口电路主要包括PHY芯片，网口连接器两部分，网口变压器部分集成在接口内部，同样左侧的49.9Ω的电阻阻值也是由变压器的匝数及差分线的特性阻抗决定的。中间的电容组成共模、差模滤波器，滤除共模及差模噪声。75Ω的共模电阻也集成在网口连接器的内部。 3、网口指示灯电路原理图 带指示灯的以太网口电路原理图与不带指示灯灯的大致相同，只是多出指示灯的驱动电路。 注意点： 1）、两个匹配电阻是否需要根据PHY层芯片决定，如有的PHY层芯片内部集成匹配电阻就不需要。匹配电阻是接地还是接电源也是由PHY芯片决定，一般接电源。 2）、芯片侧中间抽头需要通过磁珠串接电源，并且注意每一路接一个磁珠，并通过电容0.01-0.1uf接数字地。 3）、点灯部分电路，link和ACT灯走线要加磁珠处理，同时供电电源也要加磁珠处理。但所有显示驱动灯的电源可以共用一个磁珠。 4）、变压器与连接器部分的匹配电阻75欧姆和50欧姆精度可以放低到5％。

嵌入式系统设计与应用

嵌入式系统设计与应用第五章程序设计与分析（1） 西安交通大学电信学院 任鹏举

本章主要内容 Software Design Cycle ●嵌入式软件中的组件(状态机 、循环缓存器、队列) ●编程模型，如数据流和控制图●编译方法介绍 ●根据性能、大小和功耗来分析 和优化程序 ●如何测试程序以验证其正确性

1 嵌入式程序组件 ●状态机（State machine） 用变量来表示内部的状态，根据输入完成状态的转移交通灯控制、CPU design controller ●循环缓冲区（Circular buffer） I/O input buffer ●队列（Queue）

状态机（1） ● 反应系统（reactive system ）：响应外部事件的系统。 ●外部输入是间歇到达● 适合使用状态机描述 ● 有限状态机是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。 ●Moore 机：● Mealy 机：输出只由当前状态确定 输出依赖于当前状态和输入

状态机（2） 例子：一个简单的座位安全带控制器 idle buzzer seated belted 未入座/-入座/定时器启动 未系安全带且定时器未超时/- 未系安全带/定时器启动系好安全带/-系好安全带/蜂鸣器关闭 定时器超时/蜂鸣器启动 未入座/-未入座/蜂鸣器关闭输入/输出-= 无动作

状态机（3） #define IDLE 0#define SEATED 1#define BELTED 2#define BUZZER 3switch (state) { case IDLE: if (seat) { state = SEATED; timer_on = TRUE; } break; case SEATED: if (belt) state = BELTED; else if (timer) state = BUZZER; break; case BELTED: if (!seat) state = IDLE; else if (!belt) state = SEATED; break; case BUZZER: if (belt) state = BELTED; else if (!seat) state = IDLE; break; } Inputs ：seat, belt, timer Outputs: buzzer

以太网接口PCB设计经验分享

以太网口PCB布线经验分享 目前大部分32 位处理器都支持以太网口。从硬件的角度看，以太网接口电路主要由 MAC 控制器和物理层接口（Physical Layer ，PHY ）两大部分构成，目前常见的以太网接口 芯片，如LXT971 、RTL8019 、RTL8201、RTL8039、CS8900、DM9008 等，其内部结构也 主要包含这两部分。 一般32 位处理器内部实际上已包含了以太网MAC 控制，但并未提供物理层接口，因此，需外接一片物理层芯片以提供以太网的接入通道。 常用的单口10M/100Mbps 高速以太网物理层接口器件主要有RTL8201、LXT971 等，均提供MII 接口和传统7 线制网络接口，可方便的与CPU 接口。以太网物理层接口器件主 要功能一般包括：物理编码子层、物理媒体附件、双绞线物理媒体子层、10BASE-TX 编码/ 解码器和双绞线媒体访问单元等。 下面以RTL8201 为例，详细描述以太网接口的有关布局布线问题。 一、布局 CPU M A RTL8201 TX ± 变 压 RJ45 网口 器 C RX± 1、RJ45和变压器之间的距离应当尽可能的缩短. 2、RTL8201的复位信号Rtset 信号（RTL8201 pin 28 ）应当尽可能靠近RTL8021,并且，如果可能的话应当远离TX+/-,RX+/-, 和时钟信号。 3、RTL8201的晶体不应该放置在靠近I/O 端口、电路板边缘和其他的高频设备、走线或磁性 元件周围. 4、RTL8201和变压器之间的距离也应该尽可能的短。为了实际操作的方便，这一点经常被放弃。但是，保持Tx±, Rx±信号走线的对称性是非常重要的，而且RTL8201和变压器之间的距离需要保持在一个合理的范围内，最大约10~12cm。 5、Tx+ and Tx- (Rx+ and Rx-) 信号走线长度差应当保持在2cm之内。 二、布线 1、走线的长度不应当超过该信号的最高次谐波( 大约10th) 波长的1/20 。例如：25M的时钟走线不应该超过30cm，125M信号走线不应该超过12cm (Tx ±, Rx ±) 。 2、电源信号的走线( 退耦电容走线, 电源线, 地线) 应该保持短而宽。退耦电容上的过孔直径 最好稍大一点。 3、每一个电容都应当有一个独立的过孔到地。 4、退耦电容应当放在靠近IC的正端（电源），走线要短。每一个RTL8201 模拟电源端都需要退耦电容(pin 32, 36, 48). 每一个RTL8201 数字电源最好也配一个退耦电容。 5、Tx±, Rx ±布线应当注意以下几点: (1)Tx+, Tx- 应当尽可能的等长，Rx+, Rx- s 应当尽可能的等长； (2) Tx±和Rx±走线之间的距离满足下图: (3) Rx±最好不要有过孔, Rx ±布线在元件侧等。

嵌入式系统设计与应用复习资料.docx

嵌入式系统设计与应用复习资料 （一）?单项选择题： 1. 下面哪个系统属于嵌入式系统。 （ 八、“天河一号”计算机系统 C 、联想S10±网木 D ） B 、联想T400笔记本计算机 D 、联想OPhone 手机 2. 软硕件协同设计方法与传统设计方法的最大不同Z 处在于（B ）。 A 、软硬件分开描述 C 、协同测试 3. 卜?面关于哈佛结构描述正确的是（A A 、程序存储空间与数据存储空间分离 C 、程序存储空间与数据存储空间合并 4. 下面哪一种工作模式不属于ARM 特权模式 A 、用户模式 B 、系统模式 C 、 5. ARM7TDM1的工作状态包括（D ）。 A 、测试状态和运行状态 C 、就绪状态和运行状态 6. USB 接口移动硬盘最合适的传输类型为（ A 、控制传输 B 、批量传输 C 、 7. 下而哪一种功能单元不属于I/O 接口电路。（D ） A 、USB 控制器 B 、UART 控制器 C 、以太网控制器 &下面哪个操作系统是恢入式操作系统。（B ） As Red-hat Linux B 、 PCLinux C 、 Ubuntu Linux D 、 SUSE Linux 9. 使用Host-Target 联合开发嵌入式应用，（B ）不是必须的。 A 、宿主机 B 、银河麒麟操作系统 C 、目标机 D 、交叉编译器 10. 下面哪个系统不属于嵌入式系统（D ）。 A 、MP3播放器 B 、GPS 接收机 C 、“银河玉衡”核心路由器 D 、“犬河一号”计算机系统 11. 在嵌入式系统设计中，嵌入式处理器选型是在进行（C ）吋完成。 A 、需求分析 B 、系统集成 C 、体系结构设计 D 、软便件设计 12. 下面哪一类嵌入式处理器最适合于用于工业控制（B ）。 A 、嵌入式微处理器 B 、微控制器 C 、DSP D 、以上都不合适 13. 关于ARM 了程序和Thumb 了程序互相调用描述正确的是（B ）。 A 、 系统初始化Z 后，ARM 处理器只能工作在一种状态，不存在互相调用。 B 、 只要遵循一定调用的规则，Thumb 子程序和ARM 子程序就可以互相调用。 C 、 只要遵循一定调用的规则，仅能Thumb 子程序调用ARM 子程序。 D 、 只耍遵循一定调用的规则，仅能ARM 子程序调用Thumb 子程序。 14. 关于ARM 处理器的异常的描述不正确的是（C ）。 A 、复位属于异常 B 、除数为零会引起异常 B 、软硬件统一描述 D 、协同验证 B 、存储空间与10空间分离 D 、存储空间与10空间合并 （A ）0 软中断模式 D 、FTQ 模式 B 、挂起状态和就绪状态 D 、ARM 状态和Thumb 状态 B ）0 中断传输 D 、等时传输 D 、LED

以太网通信接口电路设计规范

目录 1目的 (3) 2范围 (3) 3定义 (3) 3.1以太网名词范围定义 (3) 3.2缩略语和英文名词解释 (3) 4引用标准和参考资料 (4) 5以太网物理层电路设计规范 (4) 5.1：10M物理层芯片特点 (4) 5.1.1：10M物理层芯片的分层模型 (4) 5.1.2：10M物理层芯片的接口 (5) 5.1.3：10M物理层芯片的发展 (6) 5.2：100M物理层芯片特点 (6) 5.2.1：100M物理层芯片和10M物理层芯片的不同 (6) 5.2.2：100M物理层芯片的分层模型 (6) 5.2.3：100M物理层数据的发送和接收过程 (8) 5.2.4：100M物理层芯片的寄存器分析 (8) 5.2.5：100M物理层芯片的自协商技术 (10) 5.2.5.1：自商技术概述 (10) 5.2.5.2：自协商技术的功能规范 (11) 5.2.5.3：自协商技术中的信息编码 (11) 5.2.5.4：自协商功能的寄存器控制 (14) 5.2.6：100M物理层芯片的接口信号管脚 (15) 5.3：典型物理层器件分析 (16) 5.4：多口物理层器件分析 (16) 5.4.1：多口物理层器件的介绍 (16) 5.4.2：典型多口物理层器件分析。 (17) 6以太网MAC层接口电路设计规范 (17) 6.1：单口MAC层芯片简介 (17) 6.2：以太网MAC层的技术标准 (18) 6.3：单口MAC层芯片的模块和接口 (19) 6.4：单口MAC层芯片的使用范例 (20) 71000M以太网（单口）接口电路设计规范 (21) 8以太网交换芯片电路设计规范 (21) 8.1：以太网交换芯片的特点 (21) 8.1.1：以太网交换芯片的发展过程 (21) 8.1.2：以太网交换芯片的特性 (22) 8.2：以太网交换芯片的接口 (22) 8.3：MII接口分析 (23) 8.3.1：MII发送数据信号接口 (24) 8.3.2：MII接收数据信号接口 (25) 8.3.3：PHY侧状态指示信号接口 (25) 8.3.4：MII的管理信号MDIO接口 (25) 8.4：以太网交换芯片电路设计要点 (27) 8.5：以太网交换芯片典型电路 (27) 8.5.1：以太网交换芯片典型电路一 (28)

嵌入式软件开发流程图

嵌入式软件开发流程 一、嵌入式软件开发流程 1.1 嵌入式系统开发概述 由嵌入式系统本身的特性所影响，嵌入式系统开发与通用系统的开发有很大的区别。嵌入式系统的开发主要分为系统总体开发、嵌入式硬件开发和嵌入式软件开发3大部分，其总体流程图如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统开发流程图 在系统总体开发中，由于嵌入式系统与硬件依赖非常紧密，往往某些需求只能通过特定的硬件才能实现，因此需要进行处理器选型，以更好地满足产品的需求。另外，对于有些硬件和软件都可以实现的功能，就需要在成本和性能上做出抉择。往往通过硬件实现会增加产品的成本，但能大大提高产品的性能和可靠性。 再次，开发环境的选择对于嵌入式系统的开发也有很大的影响。这里的开发环境包括嵌入式操作系统的选择以及开发工具的选择等。比如，对开发成本和进度限制较大的产品可以选择嵌入式Linux，对实时性要求非常高的产品可以选择Vxworks等。

1.2 嵌入式软件开发概述 嵌入式软件开发总体流程为图4.15中“软件设计实现”部分所示，它同通用计算机软件开发一样，分为需求分析、软件概要设计、软件详细设计、软件实现和软件测试。其中嵌入式软件需求分析与硬件的需求分析合二为一，故没有分开画出。 由于在嵌入式软件开发的工具非常多，为了更好地帮助读者选择开发工具，下面首先对嵌入式软件开发过程中所使用的工具做一简单归纳。 嵌入式软件的开发工具根据不同的开发过程而划分，比如在需求分析阶段，可以选择IBM的Rational Rose等软件，而在程序开发阶段可以采用CodeWarrior（下面要介绍的ADS 的一个工具）等，在调试阶段所用的Multi-ICE等。同时，不同的嵌入式操作系统往往会有配套的开发工具，比如Vxworks有集成开发环境Tornado，WindowsCE的集成开发环境WindowsCE Platform等。此外，不同的处理器可能还有对应的开发工具，比如ARM的常用集成开发工具ADS、IAR和RealView等。在这里，大多数软件都有比较高的使用费用，但也可以大大加快产品的开发进度，用户可以根据需求自行选择。图4.16是嵌入式开发的不同阶段的常用软件。 图1.2 嵌入式开发不同阶段的常用软件 嵌入式系统的软件开发与通常软件开发的区别主要在于软件实现部分，其中又可以分为编译和调试两部分，下面分别对这两部分进行讲解。 1．交叉编译 嵌入式软件开发所采用的编译为交叉编译。所谓交叉编译就是在一个平台上生成可以在另一个平台上执行的代码。在第3章中已经提到，编译的最主要的工作就在将程序转化成运行该程序的CPU所能识别的机器代码，由于不同的体系结构有不同的指令系统。因此，不同的CPU需要有相应的编译器，而交叉编译就如同翻译一样，把相同的程序代码翻译成不同CPU的对应可执行二进制文件。要注意的是，编译器本身也是程序，也要在与之对应的某一个CPU平台上运行。嵌入式系统交叉编译环境如图4.17所示。

(完整word版)嵌入式系统设计与应用

嵌入式系统设计与应用 本文由kenneth67贡献 ppt文档可能在W AP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 课程名称：课程名称：嵌入式系统设计与应用 总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12 36学时12学时总学时：其中讲课36学时，上机实践环节12学时教材：嵌入式系统设计教程》教材：《嵌入式系统设计教程》电子工业出版社马洪连参考书：参考书：1、《嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 嵌入式系统开发与应用》北航出版社、田泽编著. 2、《ARM体系结构与编程》清华大学出版社杜春雷编著ARM体系结构与编程体系结构与编程》嵌入式系统设计与实例开发—ARM ARM与C/OS3、《嵌入式系统设计与实例开发ARM与μC/OS-Ⅱ》清华大学出版社王田苗、魏洪兴编著清华大学出版社王田苗、ARM嵌入式微处理器体系结构嵌入式微处理器体系结构》4、《ARM嵌入式微处理器体系结构》北航出版社、马忠梅等著. 北航出版社、马忠梅等著. 张石．ARM嵌入式系统教程嵌入式系统教程》5、张石．《ARM嵌入式系统教程》．机械工业出版2008年社．2008年9月 1 课程内容 绪论：绪论： 1）学习嵌入式系统的意义2）高校人才嵌入式培养情况嵌入式系统设计（实验课）3）嵌入式系统设计（实验课）内容安排 第1章嵌入式系统概况 1.1 嵌入式系统的定义1.2 嵌入式系统的应用领域及发展趋势1.3 嵌入式系统组成简介 第2章嵌入式系统的基本知识 2.1 2.2 2.3 嵌入式系统的硬件基础嵌入式系统的软件基础ARM微处理器的指令系统和程序设计ARM微处理器的指令系统和程序设计 2 第3章 3.1 3.2 3.3 基于ARM架构的嵌入式微处理器基于ARM架构的嵌入式微处理器ARM 概述嵌入式微处理器的组成常用的三种ARM ARM微处理器介绍常用的三种ARM 微处理器介绍 第4章 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 嵌入式系统设计 概述嵌入式系统的硬件设计嵌入式系统接口设计嵌入式系统人机交互设备接口嵌入式系统的总线接口和网络接口设计嵌入式系统中常用的无线通信技术 3 第5章嵌入式系统开发环境与相关开发技术 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6.1 6.2 6.3 6.4 概述嵌入式系统的开发工具嵌入式系统调试技术嵌入式系统开发经验嵌入式系统的Bootloader Bootloader技术嵌入式系统的Bootloader技术μC/OS-II操作系统概述C/OS-II操作系统概述ADS开发环境ARM ADS开发环境C/OS-II操作系统在ARM系统中的移植操作系统在ARM μC/OS-II操作系统在ARM系统

RJ45以太网接口EMC防雷设计方案

以太网接口EMC设计方案 一、接口概述 RJ45以太网接口是目前应用最广泛的通讯设备接口，以太网口的电磁兼容性能关系到通讯设备的稳定运行。 二、接口电路原理图的EMC设计 百兆以太网接口2KV防雷滤波设计 图1 百兆以太网接口2KV防雷滤波设计 接口电路设计概述： 本方案从EMC原理上，进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计；从设计层次解决EMC问题；同时此电路兼容了百兆以太网接口防雷设计。 本防雷电路设计可通过IEC61000-4-5或GB17626.5标准，共模2KV，差摸1KV的非屏蔽平衡信号的接口防雷测试。 电路EMC设计说明： （1） 电路滤波设计要点： 为了抑制RJ45接口通过电缆带出的共模干扰，建议设计过程中将常规网络变压器改为接口带有共模抑制作用的网络变压器，此种变压器示意图如下。

图2 带有共模抑制作用的网络变压器 RJ45接口的NC空余针脚一定要采用BOB-smith电路设计，以达到信号阻抗匹配，抑制对外干扰的作用，经过测试，BOB-smith电路能有10个dB左右的抑制干扰的效果。 网络变压器虽然带有隔离作用，但是由于变压器初次级线圈之间存在着几个pF的分布电容；为了提升变压器的隔离作用，建议在变压器的次级电路上增加对地滤波电容，如电路图上C4-C7，此电容取值5Pf~10pF。 在变压器驱动电源电路上，增加LC型滤波，抑制电源系统带来的干扰，如电路图上L1、C1、C2、C3，L1采用磁珠，典型值为600Ω/100MHz，电容取值0.01μF~0.1μF。 百兆以太网的设计中，如果在不影响通讯质量的情况，适当减低网络驱动电压电平，对于EMC干扰抑制会有一定的帮助；也可以在变压器次级的发送端和接收端差分线上串加10Ω的电阻来抑制干扰。 （2） 电路防雷设计要点： 为了达到IEC61000-4-5或GB17626.5标准，共模2KV，差摸1KV的防雷测试要求，成本最低的设计方案就是变压器初级中心抽头通过防雷器件接地，电路图上的D1可以选择成本较低的半导体放电管，但是要注意“防护器件标称电压要求大于等于6V；防护器件峰值电流要求大于等于50A；防护器件峰值功率要求大于等于300 W。注意选择半导体放电管，要注意器件“断态电压、维持电流”均要大于电路工作电压和工作电流。 根据测试标准要求，对于非屏蔽的平衡信号，不要求强制性进行差模测试，所以对于差模1KV以内的防护要求，可以通过变压器自身绕阻来防护能量冲击，不需要增加差模防护器件。 接口电路设计备注： 如果设备为金属外壳，同时单板可以独立的划分出接口地，那么金属外壳与接口地直接电气连接，且单板地与接口地通过1000pF电容相连。

嵌入式系统设计与应用-西安交通大学教师个人主页

嵌入式系统设计与应用第六章进程和操作系统（3）西安交通大学电信学院孙宏滨 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y

● 我们该如何评估调度策略？● 能满足所有截止时限 ● CPU 利用率---CPU 执行有用工作所占的时间比例● 调度开销---做调度决策所需的时间 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y

● 分配优先级主要有两种方法：● 静态优先级：在整个执行过程中优先级始终不变● 动态优先级：在执行过程中优先级发生变化 i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y

● 单调速率调度（Rate-Monotonic Scheduling, RMS ）：首先为实时操作系统开发的调度策略之一，直至现在仍然被广泛使用。● RMS 属于静态调度策略。事实证明，固定优 先级的做法在许多情况下都足以有效地调度进程。● RMS 的理论基础是单调速率分析（Rate Monotonic Analysis, RMA ）。i n S u n i 'a n J i a o t o n g U i v e r s i t y I n t e r n a l T e a c h i n g U s e O n l y

嵌入式系统的以太网接口设计

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/385608955.html, 嵌入式系统的以太网接口设计 作者：于申申 来源：《硅谷》2011年第17期 摘要：随着网络和嵌入式系统的发展，嵌入式系统与网络的结合已经成为最新的研究方向。使用处理器S3C44B0X和以太网接口芯片RTL8019AS，设计一种通用的嵌入式系统以太网接口设计与实现方案。这种设计结构简单，实现方便，具有很好的实用价值。 关键词： S3C44BOX； RTL8019AS； uCLinux操作系统 中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0910067－01 目前，随着计算机技术、通信技术的飞速发展，以太网以它的普遍性及低廉的接口价格，已经作为一种最通用的网络，广泛应用于生产和生活中。使得我们在计算机进行网络互连的同时，许多领域的嵌入式设备如工业控制、数据采集、数控机床和智能仪表等也有接入网络的需求。伴随着信息家电出现，嵌入式设备的网络化必将拥有更广阔的发展前途。在这个过程里，首先要解决的是嵌入式设备如何实现网络互连。 本文基于常用的嵌人式处理器S3C44B0X和以太网驱动器RTL8019AS以及μClinux系统设计了一款嵌人式以太网接口。该方案和其它设计比较具有高性能、低功耗、软硬件易扩展特点，是当前及今后工业以太网控制器的理想选择方案。本设计的特点是，既可仅用于嵌人式以太网驱动设备，方便简单，又可进行扩展其他模块，必要时可以移植操作系统，应用于其他复杂领域。 1 芯片简介 1.1 S3C44B0X芯片概述 系统的CPU采用S3C44B0X，它是Samsung公司推出的16/32位RISC处理器，采用了ARM7TDMI内核，0.25um工艺的CMOS标准宏单元和存储编译器。S3C44B0X还采用了一种新的总线结构，即SAMBA-II（三星ARM嵌入式微处理器总线结构）。S3C44B0X[1]通过提供全面的、通用的片上外设，大大减少了系统电路中外围元器件配置，从而最小化系统的成本，它为一般应用提供了高性价比和高性能的微处理器解决方案。 由于S3C44B0X微处理器集成了丰富的外设，非常适合控制管理。而μClinux系统又可对多种硬件资源进行控制，加之S3C44B0X对μClinux操作系统的完美支持，故采用了三星公司S3C44B0X芯片作为微处理器。

江苏科技大学通信专业嵌入式系统设计及应用_复习大纲

嵌入式系统设计复习 题型： 1、填空，15分左右 2、选择，30分左右 3、简答题40分左右 4、综述15分左右 第一章嵌入式系统概述 提纲： 1、掌握嵌入式系统的定义 2、了解嵌入式系统的一般组成 嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序 （嵌入式系统一般由嵌入式计算机和执行部件组成。其中嵌入式计算机是整个嵌入式系统的核心，主要包括硬件层、中间层、系统软件层以及应用软件层） 知识点： 1、嵌入式系统的定义与特点 定义：是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统 特点：软件硬件可裁剪 ①专用性：嵌入式系统具有特定的功能,用于特定的任务； ②低成本：嵌入式系统极其关注成本； ③低功耗：嵌入式系统大都有功耗的要求； ④高实时性OS； ⑤嵌入式系统的运行环境广泛； ⑥嵌入式系统的软件通常要求固态化存储； ⑦嵌入式系统的软件、硬件可靠性要求更高； 2.RISC指令系统的特点 答：指令系统：RISC设计者把上要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来实现。因此，在RISC机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。 存储器操作：RISC对存储器操作有限制，使控制简单化 程序：RISC汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计 中断：RISC机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断 CPU：由于RISC CPU包含少的单元电路，因而面积小、功耗低 设计周期：RISC微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术易用性：RISC微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用 应用范围：由于RISC指令系统的确定与特定的应用领域有关，所以RISC机器更适合于嵌入式应用 3、嵌入式系统由硬件与软件组成，其中软件的组成 答：由实时多任务操作系统、文件系统、图形用户界面接口、网络系统及通用组件模块组成 4、嵌入式系统的运行可靠性指标

90192-嵌入式-“嵌入式系统”之设计方法

目前，嵌入式实时系统已经渗透到社会的每个角落，不管在军事还是民用领域。由此，学者对嵌入式实时系统的研究也如火如荼，当然对其的设计方法也应密切关注。嵌入式设计阶段的主要任务是如何在给定的约束条件下完成系统的目标。当下，嵌入式实时系统的设计方法主要分为结构化设计方法、面向对象的设计方法和基于组件的设计方法。 结构化设计方法是嵌入式软件最成熟、使用最广泛的设计方法。由于应用系统可抽象成一个不断处理外部事件的过程，结构化设计方法就是按照结构化的设计原则分别设计好各个事件处理模块。其中，CODARTS（concurrent design approach for real-time systems,并发性实时系统结构设计方法）是最好的，它使用了信息隐藏技术，并适用于处理任务结构。 结构化设计方法的主要步骤为（1）开发系统的环境模型和行为模型，将大型系统分解成若干个子系统，并且确定子系统中对象和功能以及它们在外部事件序列场景下进行交互的方式；（2）应用任务结构化标准确定系统中的并发任务，主要内容包括并发任务的确定、任务间通信以及同步接口的确定；（3）应用模块结构化标准确定系统中信息隐藏模块；（4）根据任务划分和信息隐藏模块划分构造软件架构；（5）定义组件接口规范，以增量方式开发软件。 嵌入式实时系统的开发是面向对象技术的主要应用领域之一，采用面向对象的分析与设计方法，便于大型复杂的嵌入式系统的分解和设计。面向对象的设计方法将系统划分为对象，处理各对象之间的交互，完成系统的功能实现，同时实现信息隐藏。其中，ObjectGeode是目前嵌入式系统开发中较为流行的一套面向对象方法学，它既是方法学，又是CASE工具软件。 面向对象的设计方法主要步骤为（1）对象建模实现系统的静态模型，描述系统的静态关系，从而确定出与系统有关的实体，然后，动态建模通过用户实例建模来进行，以描述系统的动态行为和确定出系统与环境、系统内部各组成部分之间的交互关系；（2）定义应用的体系结构，使用自顶向下的分析方法将一个问题划分为比较容易解决的子问题，使用自底向上的分析方法来复用已存在的组件，同时确定并行对象之间的通信关系；（3）详细设计对系统行为进行全面描述，对并行对象和被动对象做进一步详细描述；（4）测试实例设计对并行对象的内部结

嵌入式系统设计教程(第2版)简答题答案.pdf

第一章嵌入式系统概论 1.嵌入式系统的定义是什么？ 答：以应用为中心，以计算机技术为基础，硬件、软件可裁剪，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 2.简述嵌入式系统的主要特点。 答：（1）功耗低、体积小、具有专用性 （2）实时性强、系统内核小 （3）创新性和高可靠性 （4）高效率的设计 （5）需要开发环境和调试工具 3. 嵌入式系统一般可以应用到那些领域？ 答：嵌入式系统可以应用在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、网络及电子商务、环境监测和机器人等方面。 4. 简述嵌入式系统的发展趋势 答：（1）嵌入式应用的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持 （2）连网成为必然趋势 （3）精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本 （4）提供精巧的多媒体人机界面 （5）嵌入式软件开发走向标准化 5.嵌入式系统基本架构主要包括那几部分？ 答：嵌入式系统的组织架构是由嵌入式处理器、存储器等硬件、嵌入式系统软件和嵌入式应用软件组成。嵌入式系统一般由硬件系统和软件系统两大部分组成，其中，硬件系统包括嵌入式处理器、存储器、I/O系统和配置必要的外围接口部件；软件系统包括操作系统和应用软件。 6.嵌入式操作系统按实时性分为几种类型，各自特点是什么？ 答：（1）具有强实时特点的嵌入式操作系统。 （2）具有弱实时特点的嵌入式操作系统。 （3）没有实时特点的嵌入式操作系统。 第二章嵌入式系统的基础知识 1.嵌入式系统体系结构有哪两种基本形式？各自特点是什么？ 答：冯诺依曼体系和哈佛体系。冯诺依曼体系结构的特点之一是系统内部的数据与指令都存储在同一存储器中，其二是典型指令的执行周期包含取指令TF，指令译码TD，执行指令TE，存储TS四部分，目前应用的低端嵌入式处理器。 哈佛体系结构的特点是程序存储器与数据存储器分开，提供了较大的数据存储器带宽，适用于数据信号处理及高速数据处理的计算机。

2019嵌入式课程设计-嵌入式系统设计与应用(第2版)-王剑-清华大学出版社

嵌入式系统课程设计计划 具体内容、进度安排及要求 （附课表，包含指导、答疑、上机的时间、地点，指导教师，学生班级，分组情况等）一、内容及要求： 通过本次课设，使学生了解嵌入式系统的特点，进一步理解和巩固课堂所学的嵌入式系统的基本理论和知识。掌握嵌入式系统的基本设计与分析方法，从而达到理论与实际相结合，并为今后从事嵌入式系统设计及其相关领域的各项工作打下坚实的基础。具体要求如下： 1、掌握嵌入式系统的硬件设计原理。 2、掌握嵌入式linux操作系统下的C语言应用程序设计技术 3、掌握嵌入式linux操作系统驱动程序设计技术 4、掌握嵌入式linux操作系统的移植技术 5、掌握嵌入式linux操作系统的交叉编译与动态调试技术 具体内容如下： （1）熟悉嵌入式硬件系统基础知识及基于Linux的应用开发环境的建立和程序设计方法 熟悉嵌入式硬件系统基础知识，熟悉嵌入式操作系统Linux的特点，了解Linux的主要模块及各自的功能。掌握虚拟机VMW ARE的使用方法，掌握通过交互式的环境来设计和定制内核、选择系统特性，然后进行编译和调试的全过程。了解BSP在嵌入式系统中位置及其作用。掌握在嵌入式操作系统Linux上搭建嵌入式应用开发环境的方法，熟悉Bootloader的使用方法。 （2）嵌入式操作系统Linux平台的编译移植搭建 安装嵌入式实验开发平台的BSP。根据嵌入式实验开发平台的特点和系统需求，利用VMARE环境配置Linux操作系统的特性和功能, 熟悉Bootloader的使用方法,使用TOOLCHAIN进行交叉编译、链接生成操作系统内核，生成系统映像文件ZImage。下载并运行编译好的Linux系统内核。对文件系统同样进行相关编译移植下载至嵌入式开发平台上。 （3）嵌入式数据库SQLITE与UI开发工具QT的掌握。 （4）根据所学理论知识和嵌入式硬件开发平台的具体情况，设计一个具有一定规模较复杂功能的嵌入式系统（如嵌入式系统设备驱动程序），一般来讲需要2个学生共同完成. （5）编写课设报告。课设报告要求： 1．要求使用A4纸打印，必须有封面和目录。封面内容有课设题目、班级、序号(两位)、姓名、指导教师、日期等内容。 2．课设内容一般应包含如下部分： ①课设名称、目的、要求、内容。 ②嵌入式系统a8开发硬件平台的基本概述。 ③嵌入式操作系统Linux配置、编译、移植的基本原理和过程及测试程序设计。 ④嵌入式数据库sqlite的移植过程及程序设计。 ⑤基于QT的数据库应用程序设计。 ⑥目标系统如嵌入式设备驱动程序的设计。 ⑦课设结果及分析。 ⑧收获、体会和建议。 二、进度安排： 1．嵌入式开发平台的熟悉（硬件设计环境和软件开发环境）（1天） 2．嵌入式操作系统Linux平台的编译移植搭建（1天） 3．嵌入式linux操作系统的交叉编译与动态调试（1天） 4．嵌入式数据库SQLITE的熟悉（1天）

嵌入式系统完整开发方案学习资料

嵌入式系统完整开发 方案

本文提纲 嵌入式系统完整解决方案 一、前言：简单介绍嵌入式技术的飞速发展以及作为嵌入式领域老牌劲旅的旋极 公司在这方面所提供的完整解决方案； 二、由美国ATI公司生产的Nucleus操作系统特点及其优势； 三、根据用户所选用的CPU的不同，编译器有多种不同的选择：Paradigm开发 工具、CAD-UL开发工具，ARM公司的SDT2.5X 和ADS1.X，GreenHill 编译器； 四、嵌入式开发中，代码的调试也是重要的一步，因此必须选择好的调试工具才 能生产出好的软件，通常的调试手段有三种：ICE、ICD和MONITOR，我们向大家推荐由德国Lauterbach公司生产的Trace32-ICE/ICD； 五、用户需要RTOS厂商提供原型工具，以便可以在主机上来仿真目标软件环 境； 六、最后举例说明基于ARM/MIPS的开发方案。

嵌入式系统完整开发方案 xx旋极信息技术有限公司 在嵌入式技术飞速发展的今天，嵌入式产品已经出现在社会的各个领域，包括航空、航天、军事、仪表、工业控制及家庭消费等。全球每年要消耗掉30亿颗嵌入式微处理器，嵌入式系统带来的工业年产值已经超过了1万亿美元。而在这些嵌入式应用中，大多采用了嵌入式实时多任务操作系统（RTOS）。 早期的嵌入式应用程序都是在没有操作系统支持的裸机上用汇编语言和C语言来开发，这也正是目前我国大多数嵌入式开发的工作模式。为了能够有效利用高档单片机的处理能力，现代的嵌入式产品开发大多选用RTOS作为软件的核心。这样，不仅能够把系统软件和应用软件分开处理，还可以极大地简化系统的开发过程，提高可靠性，并缩短产品上市的时间。可以说RTOS 使嵌入式软件的编写从“小生产方式”进入了“大生产方式”。 旋极公司作为国内嵌入式技术领域的老牌劲旅，从xx93年公司创建之初就致力于嵌入式技术的引进和开发。起初，只是作为国外厂商的代理，向用户提供相应的开发工具，现在，为了适应市场的要求，改变了以前的模式，从简单的提供开发工具发展到向用户提供完整的解决方案。这其中包括：操作系统（图形、网络、浏览器等）、仿真器、编译器、原型工具等产品和我们为用户提供的全方位的技术支持服务。 一、操作系统 在这里我们要向大家推荐的操作系统是Nucleus，它是美国ATI公司的产品，是为实时嵌入式应用而设计的一个抢先式多任务操作系统。其95%的代码由ANSI C语言写成，因此结构性和可移植性非常好。Nucleus操作系统的设计采用了面向对象的方法，整个软件由多个功能明确的组件构成，因此结构清晰，便于裁减和复用。 Nucleus操作系统还拥有丰富的外围模块（如下图所示），如TCP/IP网络协议栈（包括各种应用层的协议）、多种风格的图形系统（Windows和Mac风格）、基于RAM/Flash存储器的文件系统、以及一个功能可定制的Internet浏览器。

以太网接口和框图详细讲解

实时嵌入式系统 以太网接口及应用

网络层次模型

以太网层次模型

以太网层次功能 物理层：物理层：定义了数据传输与接收所需要的光与电信号光与电信号，，线路状态线路状态，，时钟基准时钟基准，，数据编码电路等编码电路等。。并向数据链路层设备提供标准接口准接口。。 数据链路层数据链路层：：提供寻址机制提供寻址机制，，数据帧的构建，数据差错检查数据差错检查，，传输控制传输控制。。向网络层提供标准的数据接口等功能提供标准的数据接口等功能。。

IP 层IP 数据报 以太网的MAC 帧格式在帧的前面插入的8 字节中的第一个字段共7 个字节，是前同步码，用来迅速实现MAC 帧的比特同步。 第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。 MAC 帧物理层 MAC 层以太网V2 MAC 帧 目的地址源地址类型数据FCS 6624字节 46 ~ 150010101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始 定界符7 字节 1 字节… 8 字节 插 入 为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比MAC 帧还多8 个字节

以太网接口的构成 从硬件的角度看，从硬件的角度看，以太网接口电路主要由MAC MAC控制器和物理层接口控制器和物理层接口控制器和物理层接口（（Physical Layer Physical Layer，，PHY PHY））两大部分构成两大部分构成。。 嵌入式网络应用的两种方案 处理器加以太网接口芯片处理器加以太网接口芯片。。芯片如芯片如RTL8019RTL8019RTL8019、、RTL8029RTL8029、、RTL8139RTL8139、、CS8900CS8900、、DM9000DM9000等等，其内部结构也主要包含这两部分部结构也主要包含这两部分。。 自带自带MAC MAC MAC控制器的处理器加物理层接口芯片控制器的处理器加物理层接口芯片控制器的处理器加物理层接口芯片。。如DP83848DP83848、、BCM5221BCM5221、、ICS1893ICS1893等等。