嵌入式必备知识

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1、嵌入式系统开发必备知识学习嵌入式需要的条件： 编程能力 （C 语言） 内核框架的知识字符设备input 子系统总线设备驱动模型platformI2C网卡驱动的框架framebuffer 硬件的知识设备和 CPU 的连接方式1） GPIO2) 地址总线 数据总线3）协议类总线中断号硬件的芯片手册CPU 手册 1 嵌入式系统： 1）uCos-II uC/OS-II 是一种基于优先级的可抢先的硬实时内核。应用广泛，专门为嵌入式设备设计， 支持多种 CPU，可运行在位到 64 位的各种系统上。 .51 版本之后，就通过了美国 FAA 认证，可以运行在诸如航天器等对安全要求极为苛刻 的系统之上（可用在生

2、命攸关项目中） 。 商用要支付版权费，可以得到源代码。 2）Vxworks vxworks 是这几种实时系统中性能最好的一个也是比较贵的，主要用于商业领域和科研 领域。飞到火星去的探测器上安装的就是这个系统。实时性好。 3）Nuclues 实时性比较好。对文件系统，网络协议栈的支持也比较不错，带的图形显示。nuclues 内核很小。 4）Threadx ThreadX 是优秀的硬实时操作系统，具有规模小、实时性强、可靠性高、易于使用等特 点。 并且支持大量的处理器和 SoC，包括 ARM、PowerPC、SH 4、MIPS、ADI DSP、TI DPS、Nios II 等，广泛应用于消费电子、

3、汽车电子、工业自动化、网络解决方案、军事与 航空航天等领域中 2005 年 7 月 4 日，美国宇航局成功实施“深度撞击”号宇宙飞船对坦普尔 1 号彗星的准 确撞击，此事件成为全球关注的焦点。其中， “深度撞击”号宇宙飞船中关键的任务由著名 的 hreadX 实时操作系统完成。 2005 年 8 月 12 日，美国宇航局发射的火星探测器 MRO, 其关键任务仍由 ThreadX 实时操作系统担当。 5）freertos FreeRTOS 免费的开源实时操作系统 ,短小精悍 。 6）eCos ECOS 由 RedHat 推出的小型实时系统（Real Time Operating System)，

4、最低编译核心可 小至 10K 的级别， 采用 C+编写 。 此系统和嵌入式 Linux 系统的差异是他将操作系统做成静态连接的方式。 7）RT-Thread 来自中国的开源实时操作系统，是一款 高效、稳定的实时操作系统内核，支持的特性 包括：全抢占的实时多任务内核、小巧而与底层具体实现无关的文件系统、轻型的 TCP/IP 协 议栈、命令即 C 语言的 shell 命令行、轻型的多窗口。 目前在国内已经有十多家企业在使用，从数据采集、数据监控到机械控 制，证明其是一款稳定并可用于产品的嵌入式实时系统。 8） Nut/OS NUT/OS 是一个 RTOS，开源免费，支持标准 C 库，支持网络 9）

5、QNX 采用微内核架构的类 Unix 实时操作系统，遵从 POSIX 规范，主要用于嵌入式领域，是 业界公认的 X86 平台上最好的嵌入式实时系统之一，其应用极广，包含车载音乐和媒体功 能、核电站和美国陆军无人驾驶 Crusher 坦克的控制系统，RIM 公司的 BlackBerry PlayBook 平板电脑等。 10）Win8 在嵌入系统上占有重要地位，主要用于 PDA，实时性比较差。支持多线程，支持 j2me ，支持.net framwork mobile。和 winxp 等系统同宗，开发使用 EVC、VS，容易被开发者接 受。后续有 Windows mobile6、Windows Ph

6、one 7 等版本推出。 11）Rtems 实时多处理器系统(Real Time Executive for Multiprocessor Systems)，最早用于美国国防 系统，早期的名称为实时导弹系统（Real Time Executive for Missile Systems） ，目前无论是 航空航天、军工，还是民用领域都有着极为广泛的应用。 12）Nuttx 一个年轻的 RTOS 系统，采用微内核架构，支持 POSIX 标准，目标标准化嵌入式系统。扩展性强，适用于 8 位到 32 位系统。 http:/ nand flash 与 nor flash 价格 cpu 连接方式 程序执行

7、 写入 nor 以字节为单位 nand 以页为单位 擦除 nand 快，擦一个块 nor 只需要擦一个字节 位交换 坏块 NAND 器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块,并将坏块标记为不可用。在已制 成的器件中在使用 NAND 器件时,必须先写入驱动程序,才能继续执行其他操作。向 NAND 器件写入信息需要相当的技巧,因为设计师绝不能向坏块写入,这就意味着在 NAND 器件上 自始至终都必须进行虚拟映射。NOR 闪存是随机存储介质，用于数据量较小的场合；NAND 闪存是连续存储介质，适合存 放大的数据 Nand flash 型号：K9K8G08U0B(以 K9G 或 K9L 为开头型号的三星

8、闪存则是 MLC，以 HYUU 或 HYUV 为开头型号的现代闪存应是 MLC) 1）使用前必须格式化（必须有文件系统） NOR FLASH： 一般几十 M ,和指针一样可以直接使用 ,最大不超过 4G ,可以直接访 问，一一对应, 接口和内存一样，读写和内存一样. NAND FLASH:不能随机访问，因为不是一一对应的，内存可以直接访问，所以 nand flash 中的数据先放到内存中，然后才送到处理器 只有 8 根数据线，没有地址线 Nand flash 的读写的基本单位是页 page(512,2k,4k) 若干个页可以拼成一个块 （block）(64page)，擦除的基本单位是块，当写入

9、一个页时，要先把这个页所在的块中的 内容复制的缓冲区，把要写入的页修改，然后把这个块擦除，最后回写到块中;当写入一个 块的多个页时，要先把块内容复制到缓冲区，然后修改各个页的内容，然后擦除这个块， 最后回写这个块。 Nand flash page 有 2k 的空间，还有 64B 的校验区 如果以字节为单位，那么最大是 4G，以页为单位，一页是 2k,那么最大是 2k*4G 一个块有 64 个页 2）管脚功能： ALE：被拉高 传入的是地址 CLE：被拉高 传入的是命令 nCE：片选使能，用的时候置高电平，不用的时候置低电平 nRE: 读使能 nWR：写使能 读写一个为高，另外一个一定为低 R/

10、nB :ready/busy output 高电平空闲 低电平忙等待 3）软件编程： 1 传命令 通过 8 根数据线 2 传地址 页内部地址：A0A11 16-12=4 0 页偏移地址：A12A30 19+5 5 0 0x800 2k 3 存数据 Rising edge 上升沿 Falling edge 下降沿Register: Configuration 0xb0e0 0000 fff2 MLC nand flash 多层 SLC nand flash 单层 Tacls （命令或者地址锁存）建立时间 Twrph0 写使能的运行时间 Twrph1 结束时间 Control 0xb0e00004

11、 1 Command b0e0 0008 Address b0e0 000c Date b0e0 0010Nand Flash 也有几种，根据技术方式，分为 SLC、MCL、MirrorBit 等三种。SLC 是 Single level cell 的缩写，意为每个存储单元中只有 1bit 数据。而 MLC 就是 Multi-Level- Cell，意为该技术允许 2 bit 的数据存储在一个存储单元当中。将两个单位的信息存入一个 Floating Gate（闪存存储单元中存放电荷的部分） ，然后利用不同电位（Level）的电荷，通 过内存储存的电压控制精准读写。MLC 通过使用大量的电压等级

12、，每一个单元储存两位数 据，数据密度比较大。SLC 架构是 0 和 1 两个值，而 MLC 架构可以一次储存 4 个以上的 值，因此，MLC 架构可以有比较好的储存密度.而 MirrorBit 则是每个存储单元中只有 4bit 数据。 SLC 的技术存储比较稳定，SLC 的技术也最为成熟。然而 MLC 可以在一个单元中 有 2bit 数据，这样同样大小的晶圆就可以存放更多的数据，也就是成本相同的情况下，容 量可以做的更大，这也是同样容量，MLC 价格比 SLC 低很多的原因。 读写速度：SLC 的非常快，MLC 的采用先进工艺生产 MLC 闪存方面困难重重。随着 闪存技术的演进，在浮动栅(fl

13、oating gate)中存储的电荷总量减少了，使得检测存储的信息 变得更加困难，尤其是对 MLC 芯片而言，它需要识别四个电压值，而非两个。4)NAND FLASH 和 NOR FLASH 的区别 Intel 于 1988 年首先开发出 NOR flash 技术,彻底改变了原先由 EPROM 和 EEPROM 一 统天下的局面。紧接着,1989 年,东芝公司发表了 NAND flash 结构,强调降低每比特的成本, 更高的性能,并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。 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

14、再把代码读到系统 RAM 中。 NOR 的传输效率很高,在 14MB 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 结构能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。 任何 flash 器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情况下,在进行 写入操作之前必须先执行擦除。NAND 器件执行擦除操作是十分简单的,而 NOR 则要求在 进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为 0。 NOR 的读速度比 NAND 稍快一些。 NAND 的写入速度比 NOR

15、 快很多。 NAND 的 4ms 擦除速度远比 NOR 的 5s 快。 大多数写入操作需要先进行擦除操作。 NAND 的擦除单元更小,相应的擦除电路更少。 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,各个产品或厂商的方法可能各不相同。 8 个引脚用来传送控制、地址和数据信息。 NAND 读和写操作采用 512 字节的块,这一点有点像硬盘管理此类操作,很自然地,基于 NAND 的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。位交换 所有 flash 器件都受位交换现象的困扰。在某些情

16、况下(很少见,NAND 发生的次数要 比 NOR 多),一个比特位会发生反转或被报告反转了。一位的变化可能不很明显,但是如果发生在一个关键文件上,这个小小的故障可能导致 系统停机。如果只是报告有问题,多读几次就可能解决了。当然,如果这个位真的改变了,就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转 的问题更多见于 NAND 闪存,NAND 的供应商建议使用 NAND 闪存的时候,同时使用 EDC/ECC 算 法。这个问题对于用 NAND 存储多媒体信息时倒不是致命的。当然,如果用本地存储设备来 存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时,必须使用 EDC/ECC 系统以确保可靠性。坏块处理NAND 器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力,但发现成品率太低, 代价太高,根本不划算。NAND 器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块,并将坏块标记为不可用。在已制成 的器件中,如果通过