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  • 嵌入式系统简析及相关晶振推荐

    嵌入式系统简析及相关晶振推荐

    嵌入式系统是现在非常火爆的东西,嵌入式系统,是一种“完全嵌入受控器件内部,为特定应用而设计的专用计算机系统”。 以应用为中心,以计算机技术为基础,可以根据用户的需求,例如功能,可靠性,成本,体积,功耗等方面的专用计算机系统。嵌入系统设计到很多领域:例如交通管理,信息家电,家庭智能管理系统,汽车电子,医疗仪器(远程医疗),电子商务,环境监测,机器人等。只有细分产品规格才能满足系统要求。 随着微电子技术的发展,嵌入式系统的宏观方面有 · 经济型:性能越来越高,而价格越来越便宜; · 小型化:嵌入式系统模块化发展可以实现小型化,并缩短设计周期,减少互连导线的寄生参数等; · 可靠性:一般环境或者苛刻条件下使用,在快速移动的交通工具上也可以进行高速的无线数据通信; · 高速度:系统可以快速的完成数据传输; · 智能型:让人们使用起来更舒服,方便; 嵌入式系统包括:专用计算机系统,交通信息监测,家庭水电气安保智能化管理,环保监控网络化管理,液晶终端,数据采集设备,网络防火墙,安防监控系统等。 晶振推荐: 1. 体积小型化 SMD 2.0x1.6mm尺寸: CMOS输出时钟振荡器(KS20/KS20W); SMD 2.5x2.0mm尺寸: · LVDS输出时钟振荡器 (KD256D); · HCSL输出时钟振荡器 (KD256C); · CMOS输出压控振荡器(KV25); · Clipped Sine输出(压控)温补振荡器(KT25CS). 2. 高稳定性, 低相噪抖动。 晶振的短期频率稳定度取决于输出信号的信噪比。从频域角度,相应的参数是相位噪声Phase Noise;从时域角度,相应的参数是抖动Jitter。KOAN推出低相噪抖动(J)的特种晶振可满足对高稳定的需求。 3. 低功耗 低功耗(P)的特种晶振。 · 1.2V低电压MHz晶体振荡器, 尺寸可选2.5x2.0mm, 3.2x2.5mm, 5.0x3.2mm, 7.0x5.0mm,型号分别为KS25/KS32/KS50/KS70; · 1.5μA低电流温补振荡器(+3.3V电压,32.768KHz,SMD 3.2x2.5mm), 型号为KT3225; · 100μA最大KHz晶体振荡器, 尺寸可选3.2x2.5mm, 5.0x3.2mm, 7.0x5.0mm, 型号分别为KS3225/KS5032/KS7050. 4. 差分输出 (P)ECL是高速领域内一个非常重要的逻辑电路。它电路速度快,驱动能力小,噪声小,高频。但是功耗大,只能特定电压驱动。广泛应用于高速计算机,数字通信系统,雷达,测量仪器,频率合成器等。LVDS为低电压差分信号; HCSL为高速电流驱动逻辑。 大家在选择晶振的时候,可以参照以上哦

    时间:2020-10-23 关键词: 嵌入式 嵌入式系统 晶振

  • 浅谈嵌入式以及嵌入式系统的入门和提高

    浅谈嵌入式以及嵌入式系统的入门和提高

    本文主要做科普,给小白看,因为首先,嵌入式有不少组合名词,例如嵌入式系统,嵌入式软件,Linux嵌入式,Android嵌入式,嵌入式Web,等等。 通常对嵌入式的定义其实是对“嵌入式系统”的定义。 网上对嵌入式系统的中文定义实在是不好理解,比较官方的中文定义是: 嵌入式系统是:以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。 当然了,这段定义是正确的,不过就是有点学究味,不够形象,不够“接地气”。 那么如何来给嵌入式系统一个接地气的定义呢? 我可以先列举目前用到嵌入式系统的IT领域: Android嵌入式开发。 Linux嵌入式开发。 智能手机,平板,智能手表。 可穿戴设备,例如Google眼镜,小米手环。 微软的Xbox和Kinect。 无人机。 VR头盔。 无线路由器。 还有很多~ 嵌入式正在渗透到我们生活的方方面面,而且会越来越多地被使用。 但是,例如Android,iOS纯app开发的话一般就不能算是嵌入式了吧,只能算软件开发。未来,也许我们可以有一身轻便的可穿戴设备,衣食住行都用得到。甚至未来可以穿一身轻薄的“飞行衣”,想去哪都行。 嵌入式编程,最近几年越来越火,虽然入门门槛比较高,但是学好了薪资水平不错哦。例如Linux嵌入式的高级工程师。而且如果你能啃下嵌入式这个“硬柿子”,学了很多方面的知识,那么其他一些编程领域,也许就能比较轻松地掌握了。就好比你如果熟练掌握了C++语言和C++,那么其他一些编程语言一般都可以轻松驾驭了。 在嵌入式编程中还有一个交叉编译的概念:什么是交叉编译呢? 简单来说,就是“在一个平台上生成另一个平台上的可执行代码”。 普通的软件开发过程中,如果是编译型的编程语言,例如C语言,C++,Java,等等,你想要运行你写的程序,需要用编译器将代码编译成可执行程序(当然,中间还有几个步骤,比如汇编,链接,在此就不提了)。 但是嵌入式系统的计算能力有限,内存有限,储存空间有限,因此无法完成比较需要资源和速度的编译过程。 比如在Android嵌入式开发中,你不可能在Android手机里直接让它编译自己的系统或软件吧。 因此,我们会先在普通电脑(比Android手机的计算能力更强,内存更大,储存空间更大)里将程序编译(需要不同于我们编译普通软件的编译器,称为“交叉编译器/软件”,比较常见的有arm-linux-gcc一族)成适配Android手机的特定可执行文件(一般会打包成镜像文件),然后通过专门的工具“烧录”到Android手机里。 入门和提高嵌入式 1、嵌入式软件的话不一定需要学很多硬件知识的(有的话当然是多多益善)。会用一些烧写工具,编译,调试工具(比如JTAG)就可以了,到时候要用了现学。开发工具也没什么固定的,一般也不一定要IDE,用文本编辑器就可以写代码(比如Vim,Emacs,nano,Sublime)了。编译一般用GCC的变种。 2、嵌入式一般要学C语言 3、C++不一定会用到,但也可以学一下。 4、Linux是要学习的。因为交叉编译经常要用到Linux系统,即使在Windows下也要用到Cygwin这类的。 5、最好花点时间学一下汇编,对理解计算机的原理,特别是内存,指针,二进制,十六进制都有很好帮助,不需要学很深。 6、嵌入式目前主流的处理器架构是ARM(以前是ARM7,ARM9,ARM11,现在都Cortex系列了)。手机,平板,大部分开发板都是ARM的天下。所以需要学一下ARM架构,有个了解。一开始对ARM不需要太深入,视以后情况而定。ARM的集成开发环境有ADS(ARMDeveloperSuite),是ARM处理器下主要的开发工具。 7、可以去买一块便宜的开发板来开始学习。

    时间:2020-10-23 关键词: 嵌入式 嵌入式系统

  • 浅谈单片机的嵌入式系统加密算法的分类

    浅谈单片机的嵌入式系统加密算法的分类

    在现代社会中,信息安全所占据的地位越来越重要。但不幸的是,信息安全问题[1]正变得越来越突出。加密算法是解决上述问题的有效方法。除了消息传输的接收者之外,即使外界非法拦截密文,它也只会产生一些无意义的乱码。有许多类型的加密算法,它们适应的地方通常是不同的。在单片机和嵌入式系统中,信息的传输非常频繁,甚至没有很多机密信息。因此,信息传输的安全性变得越来越重要。 一、单片机加密的必要性 自单片机诞生以来,由于其成本低,环境适应性强,可靠性高,结构灵活,易于生产,引起了人们的广泛关注。凭借其卓越的性能,它已广泛应用于各种行业,如机器人,航空航天,仪器仪表,工业和电信。单片机的普及也对促进各个领域的技术改造起到了很好的作用。然而,在通过MCU传输信息的过程中,它经常遭受非法入侵者的各种攻击,例如伪造,篡改和盗版。但无论你攻击哪种方式,这无疑会在各个方面给用户造成无法估量的损失。在信息传输中,发送信息的一方称为发送方,信息发送的预定目标称为接收方。然而,在实际传输过程中,除了接收者之外,还有一些未知的非法拦截器将通过诸如窃听之类的各种手段获得传输的信息。更重要的是,他们会篡改,伪造,然后将收到的信息传送给收件人。如果信息被归类为机密信息,则由此产生的损失是不可想象的。因此,在发送信息之前处理该信息。要传输的信息称为明文,明文通过一组规则转换的信息称为密文。密文本是随机的,无序的,看似毫无意义的信息,所以即使密文是由拦截器获得的,也不需要担心信息泄露。当接收到密文时,需要恢复明文,并将密文恢复规则称为解密算法。通常,加密和解密算法需要一对密钥,它们可以相同或不同,并且这两种情况对应于两个不同的密码系统。 二、单片机的嵌入式系统加密算法分类 随着微型计算机的快速发展,微控制器和嵌入式系统已经渗透到人们的日常生活中。但微型计算机的信息安全问题引起了人们的担忧,在信息传递的过程中,经常会受到非法入侵者的攻击,导致信息被截取、篡改甚至伪造,从而造成巨大的损失。加密算法是保障信息安全的有效措施之一,而且加密算法还具有良好的可修改性和移植性,有关加密算法的研究及应用是极其广泛的。现代加密算法主要分为4大类:对称式加密算法、非对称式加密算法、Hash算法以及轻量级密码算法。本文就其中的2类进行分析和研究,对称式加密算法以DES算法(三重)和AES算法为代表,非对称式加密算法以RSA算法和ECC算法为代表,通过详细研究上述加密算法的加解密过程,结合各自的优缺点及适用场所,最终选取AES算法作为单片机及嵌入式系统的加密算法。 (一)公钥加密算法 公钥密码系统的概念[2]于1976年首次提到。最初提出解决私钥密码系统中的两个众所周知的问题(数字签名和密钥分发)。在此之前,几乎所有加密算法,加密过程无非就是两种基本方式-替换和替换,与公钥加密不同,它使用数学函数。可以说,公钥加密算法的出现给密码学带来了新的方向。公钥加密算法的最大特点是加密和解密使用一对不同但相关的密钥,因此公钥加密算法也称为双密钥加密算法。在这对密钥中,加密密钥是公共的,并且解密密钥对用户是私有的。这意味着在不知道解密密钥的情况下,知道密文想要恢复明文是不可行的。 (二)DES算法 数据加密标准DES算法[3]是世界上最具影响力的数据包加密算法之一。DES算法是由一种称为Lucifer算法修改以及发展而来,它有很多的优点:比如密钥容易生成,加解密速度比较理想,在软件上也易于实现。但是随着密码分析学的发展,人们发现,过去被认为足够安全的DES算法已被证明不够安全。另一方面,DES算法的密钥长度仅为56Bit,这似乎太短。由于计算机计算能力的逐年增加,DES算法终于在1998年宣布。后来,一些学者提出DES算法可以用于多个密钥的情况,这是三重DES的起源。三重DES对密码分析有着很强的抵抗能力,但是,正由于多重使用所以产生了一个难以克服的缺点,那就是实现算法的速度较慢。此外,三重DES的分组长度跟先前一样,还是短了些。尽管TripleDES的复杂性,但它越来越显示出下降的迹象。新数据加密标准最基本的要求如下:首先,必须比三重DES加解密速度快;其次,最少要与三重DES安全性一样;最后,数据包长度和密钥长度就足够了。最后,Rijndael算法在许多候选算法中成功地作为新的数据加密标准。虽说DES算法已不可避免地走向衰亡,但它的出现对密码学的发展有着很大的推动作用,对于学习分组加密算法还是有着重要的参考意义。 (三)AES算法 根据AES加密算法密钥安全性不足、加解密轮变换不对称以及S盒存在安全隐患的缺点,针对性地对密钥扩展算法、加解密算法结构以及S盒进行了改进。对于加解密算法结构,在加密算法轮变换中合并了行移位和列混合,精简了轮函数的计算部件;在解密算法中首先调整了轮函数的变换顺序,使其与加密轮变换顺序保持了一致,之后再套用加密算法中的改进,合并了逆行移位和逆列混合,使得算法结构进一步得到了优化。对于原S盒的不足,笔者提出了一种新S盒的构造,经测试证明新S盒比原S盒有着更好的密码性质,有效地提高了AES算法的安全性。现代社会越来越多地走向信息社会,信息的作用变得越来越重要。随着微型计算机进一步的智能化、微型化,人们的日常生活也越来越离不开它。但在微型计算机的应用中,如果不能保证信息传输的安全性,则无法保证。们的重视。因此,微控制器和嵌入式系统的数据加密研究是必要的,并且有关这方面的研究在今后也必定会更加广泛和深入。 这样你了解了吗?

    时间:2020-10-22 关键词: 单片机 嵌入式 嵌入式系统

  • 嵌入式系统的设计和开发资料大全

    嵌入式系统的设计和开发资料大全

    现在嵌入式系统时相当火爆的,嵌入式系统设计方法变化的背景。 嵌入式系统设计方法的演化总的来说是因为应用需求的牵引和IT技术的推动,随着微电子技术的不断创新和发展,大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高。硅材料与人类智慧的结合,生产出大批量的低成本、高可靠性和高精度的微电子结构模块,推动了一个全新的技术领域和产业的发展。 在此基础上发展起来的器件可编程思想和微处理(器)技术可以用软件来改变和实现硬件的功能。微处理器和各种可编程大规模集成专用电路、半定制器件的大量应用,开创了一个崭新的应用世界,以至广泛影响着并在逐步改变着人类的生产、生活和学习等社会活动。 计算机硬件平台性能的大幅度提高,使很多复杂算法和方便使用的界面得以实现,大大提高了工作效率,给复杂嵌入式系统辅助设计提供了物理基础。 高性能的EDA综合开发工具(平台)得到长足发展,而且其自动化和智能化程度不断提高,为复杂的嵌入式系统设计提供了不同用途和不同级别集编辑、布局、布线、编译、综合、模拟、测试、验证和器件编程等一体化的易于学习和方便使用的开发集成环境。 硬件描述语言HDL(HardwareDescrIPTIonLanguage)的发展为复杂电子系统设计提供了建立各种硬件模型的工作媒介。它的描述能力和抽象能力强,给硬件电路,特别是半定制大规模集成电路设计带来了重大的变革。目前,用得较多的有已成为IEEE为STD1076标准的VHDL、IEEESTD1364标准的VerilogHDL和Altera公司企业标准的AHDL等。由于HDL的发展和标准化,世界上出现了一批利用HDL进行各种集成电路功能模块专业设计的公司。其任务是按常用或专用功能,用HDL来描述集成电路的功能和结构,并经过不同级别的验证形成不同级别的IP内核模块,供芯片设计人员装配或集成选用。IP(IntellectualProperty)内核模块是一种预先设计好的甚至已经过验证的具有某种确定功能的集成电路、器件或部件。它有几种不同形式。IP内核模块有行为(behavior)、结构(structure)和物理(physical)3级不同程度的设计,对应有主要描述功能行为的“软IP内核(sofTIPcore)”、完成结构描述的“固IP内核(firmIPcore)”和基于物理描述并经过工艺验证的“硬IP内核(hardIPcore)”3个层次。这相当于集成电路(器件或部件)的毛坯、半成品和成品的设计技术。软IP内核通常是用某种HDL文本提交用户,它已经过行为级设计优化和功能验证,但其中不含有任何具体的物理信息。据此,用户可以综合出正确的门电路级网表,并可以进行后续结构设计,具有最大的灵活性,可以很容易地借助于EDA综合工具与其他外部逻辑电路结合成一体,根据各种不同的半导体工艺,设计成具有不同性能的器件。可以商品化的软IP内核一般电路结构总门数都在5000门以上。但是,如果后续设计不当,有可能导致整个结果失败。软IP内核又称作虚拟器件。硬IP内核是基于某种半导体工艺的物理设计,已有固定的拓扑布局和具体工艺,并已经过工艺验证,具有可保证的性能。其提供给用户的形式是电路物理结构掩模版图和全套工艺文件,是可以拿来就用的全套技术。固IP内核的设计深度则是介于软IP内核和硬IP内核之间,除了完成硬IP内核所有的设计外,还完成了门电路级综合和时序仿真等设计环节。一般以门电路级网表形式提交用户使用。 TI,Philips和Atmel等厂商就是通过Intel授权,用其MCS51的IP内核模块结合自己的特长开发出有个性的与IntelMCS51兼容的单片机。 常用的IP内核模块有各种不同的CPU(32/64位CISC/RISC结构的CPU或8/16位微控制器/单片机)、32/64位DSP、DRAM、SRAM、MRAM、EEPROM、Flashmemory、A/D、D/A、MPEG/JPEG、USB、PCIe、、MIPI、标准接口、网络单元、编译器、编码/解码器和模拟器件模块等。丰富的IP内核模块库为快速地设计专用集成电路和单片系统以及尽快占领市场提供了基本保证。 软件技术的进步,特别是嵌入式实时操作系统EOS(EmbeddedOperaTIonSystem)和RTOS的推出,为开发复杂嵌入式系统应用软件提供了底层支持和高效率开发平台。 02 嵌入式系统设计方法的变化 过去擅长于软件设计的编程人员一般对硬件电路设计“敬而远之”,硬件设计和软件设计被认为是性质完全不同的技术。 随着电子信息技术的发展,电子工程出身的设计人员,往往还逐步涉足软件编程。其主要形式是通过微控制器(国内习惯称作单片机)的应用,学会相应的汇编语言编程。在设计规模更大的集散控制系统时,必然要用到已普及的PC++机,以其为上端机,从而进一步学习使用C、C++、Python等高级语言编程作系统程序,设计系统界面,通过与单片机控制的前端机进行多机通信构成集中分布控制系统。 软件编程出身的设计人员则很少有兴趣去学习应用电路设计。但是,随着计算机技术的飞速发展,特别是硬件描述语言HDL的发明,系统硬件设计方法发生了变化,数字系统的硬件组成及其行为完全可以用HDL来描述和仿真。在这种情况下,设计硬件电路不再是硬件设计工程师的专利,擅长软件编程的设计人员可以借助于HDL工具来描述硬件电路的行为、功能、结构、数据流、信号连接关系和定时关系,设计出满足各种要求的硬件系统。EDA工具允许有两种设计输入工具,分别适应硬件电路设计人员和软件编程人员两种不同背景的需要。让具有硬件背景的设计人员用已习惯的原理图输入方式,而让具有软件背景的设计人员用硬件描述语言输入方式。由于用HDL描述进行输入,因而与系统行为描述更接近,且更便于综合、时域传递和修改,还能建立独立于工艺的设计文件,所以,擅长软件编程的人一旦掌握了HDL和一些必要的硬件知识,往往可以比习惯于传统设计的工程师设计出更好的硬件电路和系统。所以,习惯于传统设计的工程师应该学会用HDL来描述和编程。 为什么在大部分毕业生眼中,只有嵌入式、单片机、ARM、FPGA才是技术呢?现在的高校,几乎都开设这方面的专业,这方面固然有很多高层次人才,高待遇的,但这个东西并不是适合所有人的,大部分起点低的,或者年级偏大的,其实不应该去做这些东西。 现在的嵌入式都是快餐,随着大学生的不停涌入,价值越来越低,并且这些群体大部分都能做出东西来,却就是做不稳定,最后就是白菜价格也卖不出去,而根本点在于缺少对生产、质量、售后、测试、模拟基础功底的漠视。 中国发展这么多年,本质上讲,真正赚钱的,还是这帮搞生产,抓质量,懂销售的群体赚钱,绝对不是研发技术人员。但技术人员,总是把技术举得高高的,而支撑技术变成产品再销售出去的环节,则非常漠视,最后一辈子只能打工。相反,若抓其他几个环节,则完全可以发展出来当老板,自己聘请技术人员即可。 到今天为止,一个公司的倒闭,没有几个是因为技术问题导致的,大多数都是因为其他原因,比如市场、生产、品质等等。赚钱是一个体系,研发只是其中一块。 可以说,对于国内大部分公司来说,就今天来说,贸、工、技路线远比技、工、贸容易成功的多。 21ic援引一位标准的技术人员的话:现在我教给我同事的,大部分都是工厂的东西:一看、二想、三做、四检查。其次就是基于事实,用常理去推理分析,让他们舍去所谓的高科技,把常理用好。通过这两点来做各种事情,而不仅仅限于技术。同时,尽可能避开大家做的东西,大家都喜欢做嵌入式,那我们就做给嵌入式配套的设备,或者嵌入式群体做不了的设备,只有这样,才能获得高额的利润。 03 嵌入式系统设计的3个层次 21ic家了解到,嵌入式系统设计有3个不同层次: 第1层次:以PCBCAD软件和ICE为主要工具的设计方法 这是过去直至现在我国单片机应用系统设计人员一直沿用的方法,其步骤是先抽象后具体。抽象设计主要是根据嵌入式应用系统要实现的功能要求,对系统功能细化,分成若干功能模块,画出系统功能框图,再对功能模块进行硬件和软件功能实现的分配。具体设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计主要是根据性能参数要求对各功能模块所需要使用的元器件进行选择和组合,其选择的基本原则就是市场上可以购买到的性价比最高的通用元器件。必要时,须分别对各个没有把握的部分进行搭试、功能检验和性能测试,从模块到系统找到相对优化的方案,画出电路原理图。硬件设计的关键一步就是利用印制板(PCB)计算机辅助设计(CAD)软件对系统的元器件进行布局和布线,接着是印制板加工、装配和硬件调试。工作量最大的部分是软件设计。软件设计贯穿整个系统的设计过程,主要包括任务分析、资源分配、模块划分、流程设计和细化、编码调试等。软件设计的工作量主要集中在程序调试,所以软件调试工具就是关键。最常用和最有效的工具是在线仿真器(ICE)。第2层次:以EDA工具软件和EOS为开发平台的设计方法 随着微电子工艺技术的发展,各种通用的可编程半定制逻辑器件应运而生。在硬件设计时,设计师可以利用这些半定制器件,逐步把原先要通过印制板线路互连的若干标准逻辑器件自制成专用集成电路(ASIC)使用,这样,就把印制板布局和布线的复杂性转换成半定制器件内配置的复杂性。 然而,半定制器件的设计并不需要设计人员有半导体工艺和片内集成电路布局和布线的知识和经验。随着半定制器件的规模越来越大,可集成的器件越来越多,使印制板上互连器件的线路、装配和调试费用越来越少,不仅大大减少了印制板的面积和接插件的数量,降低了系统综合成本,增加了可编程应用的灵活性,更重要的是降低了系统功耗,提高了系统工作速度,大大提高了系统的可靠性和安全性。这样,硬件设计人员从过去选择和使用标准通用集成电路器件,逐步转向自己设计和制作部分专用的集成电路器件,而这些技术是由各种EDA工具软件提供支持的。半定制逻辑器件经历了可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL、复杂可编程逻辑器件CPLD和现场可编程门阵列FPGA的发展过程。其趋势是集成度和速度不断提高,功能不断增强,结构趋于更合理,使用变得更灵活和方便。设计人员可以利用各种EDA工具和标准的CPLD和FPGA等,设计和自制用户专用的大规模集成电路。然后再通过自下而上的设计方法,把用半定制器件设计自制的集成电路、可编程外围器件、所选择的ASIC与嵌入式微处理器或微控制器在印制板上布局、布线构成系统。第3层次:以IP内核库为设计基础,用软硬件协同设计技术的设计方法 20世纪90年代后,进一步开始了从“集成电路”级设计不断转向“集成系统”级设计。目前已进入单片系统SOC(Systemo-nachip)设计阶段,并开始进入实用阶段。这种设计方法不是把系统所需要用到的所有集成电路简单地二次集成到1个芯片上,如果这样实现单片系统,是不可能达到单片系统所要求的高密度、高速度、高性能、小体积、低电压、低功耗等指标的,特别是低功耗要求。 单片系统设计要从整个系统性能要求出发,把微处理器、模型算法、芯片结构、外围器件各层次电路直至器件的设计紧密结合起来,并通过建立在全新理念上的系统软件和硬件的协同设计,在单个芯片上完成整个系统的功能。有时也可能把系统做在几个芯片上。因为,实际上并不是所有的系统都能在一个芯片上实现的;还可能因为实现某种单片系统的工艺成本太高,以至于失去商业价值。目前,进入实用的单片系统还属简单的单片系统,如智能IC卡等。但几个着名的半导体厂商正在紧锣密鼓地研制和开发像单片PC这样的复杂单片系统。单片系统的设计如果从零开始,这既不现实也无必要。因为除了设计不成熟、未经过时间考验,其系统性能和质量得不到保证外,还会因为设计周期太长而失去商业价值。为了加快单片系统设计周期和提高系统的可靠性,目前最有效的一个途径就是通过授权,使用成熟优化的IP内核模块来进行设计集成和二次开发,利用胶粘逻辑技术GLT(GlueLogicTechnology),把这些IP内核模块嵌入到SoC中。IP内核模块是单片系统设计的基础,究竟购买哪一级IP内核模块,要根据现有基础、时间、资金和其他条件权衡确定。 购买硬IP内核模块风险最小,但付出最大,这是必然的。但总的来说,通过购买IP内核模块不仅可以降低开发风险,还能节省开发费用,因为一般购买IP内核模块的费用要低于自己单独设计和验证的费用。当然,并不是所需要的IP内核模块都可以从市场上买得到。为了垄断市场,有一些公司开发出来的关键IP内核模块(至少暂时)是不愿意授权转让使用的。像这样的IP内核模块就不得不自己组织力量来开发。这3个层次各有各的应用范围。从应用开发角度看,在相当长的一段时间内,都是采用前2种方法。第3层次设计方法对一般具体应用人员来说,只能用来设计简单的单片系统。而复杂的单片系统则是某些大的半导体厂商才能设计和实现的,并且用这种方法实现的单片系统,只可能是那些广泛使用、具有一定规模的应用系统才值得投入研制。还有些应用系统,因为技术问题或商业价值问题并不适宜用单片实现。当它们以商品形式推出相应单片系统后,应用人员只要会选用即可。 所以,3个层次的设计方法会并存,并不会简单地用后者取代前者。初级应用设计人员会以第1种方法为主;富有经验的设计人员会以第2种方法为主;很专业的设计人员会用第3种方法进行简单单片系统的设计和应用。但所有的设计人员都可以应用半导体大厂商推出的用第3种方法设计的专用单片系统。 04 嵌入式硬件系统设计 嵌入式设计是个庞大的工程,在软件方面嵌入式ARM已经有了多次介绍,具体可以观看《深度:嵌入式系统的软件架构设计!》一文。在硬件电路设计方面,21ic家了解到有几个注意事项,首先,咱们了解下嵌入式的硬件构架。 我们知道,CPU是这个系统的灵魂,所有的外围配置都与其相关联,这也突出了嵌入式设计的一个特点硬件可剪裁。在做嵌入式硬件设计中,以下几点需要关注。 第一、电源确定 电源对于嵌入式系统中的作用可以看做是空气对人体的作用,甚至更重要:人呼吸的空气中有氧气、二氧化碳和氮气等但是含量稳定,这就相当于电源系统中各种杂波,我们希望得到纯净和稳定符合要求的电源,但由于各种因素制约,只是我们的梦想。这个要关注两个方面: a、电压嵌入式系统需要各种量级的电源比如常见的5v、3.3v、1.8v等,为尽量减小电源的纹波,在嵌入式系统中使用LDO器件。如果采用DCDC不仅个头大,其纹波也是一个很头疼的问题。 b、电流嵌入式系统的正常运行不但需要稳定足够的电源,还要有足够的电流,因此在选择电源器件的时候需要考虑其负载,我设计时一般留有30%的余量。 如果是多层板,电源部分在layout的时候需电源分割,这时需要注意分割路径,尽量将一定量的电源放置在一起。如果是双面板,则走线宽度需要注意,在板子允许的情况下尽量加宽。合适的退耦电容尽量靠近电源管脚。 第二、晶振确定 晶振相当于嵌入式系统的心脏,其稳定与否直接关系其运行状态和通讯性能。常见的振有无源晶振,有源晶振,首先要确定其振荡频率,其次要确定晶振类型。 a、无源晶振其匹配电容和匹配电阻的选择,这部分一般依据参考手册。在单片机设计中,经常使用插件晶振配合瓷片电容。在ARM中,为了减少空间和便于布线,经常使用四角无源晶振配合贴片电容。虽然我们对于固定晶振的匹配电路比较熟悉,但是为了达到万无一失,还是要看参考手册确定电容大小,是否需要匹配电阻等细节。 b、有源晶振具有更好的更准确的时钟信号,但是相比之下,比无缘晶振价格高,因此这也是在硬件电路设计中需要关注的成本。 在做电路板设计时需要注意晶振走线尽量靠近芯片,关键信号远离时钟走线。在条件允许的情况下增加接地保护环。如果是多层板,也要讲关键信号远离晶振的走线。 第三、预留测试IO口 在嵌入式调试阶段,在管脚资源丰富的情况下,我通常预留一个IO口连接led或者喇叭,为下一步软件的编写做铺垫。在嵌入式系统运行过程中适当控制该IO接口,从而判断系统是否正常运行。 第四、外扩存储设备 一个嵌入式系统如果有电源、晶振和CPU,那么这就是我们熟悉的最小系统。如果该嵌入式系统需要运行大点的操作系统,那么不但需要CPU具有MMU,CPU还需要外接SDRAM和NANDFLASH。如果该cpu具有SDRAM和NANDFLASH控制器,那么在硬件设计上不用过多的考虑地址线的使用。如果没有相关的控制器,那么需要注意地址线的使用。 这部分在LAYOUT的时候是一个重点,究其原因就是要使相关信号线等长以确保信号的延时相等,时钟和DQS的差分信号线走线。在布线的时候各种布线技巧需要综合使用,例如与cpu对称分布,菊花链布线、T型布线,这都需要依据内存的个数多少来进行选择,一般来说个数越多,布线越复杂,但是知道其关键点,一切迎刃而解。 第五、功能接口 一个嵌入式系统最重要的就是通过各种接口来控制外围模块,达到设计者预设的目的。常用的接口有串口(可用来连接蓝牙,wifi和3G等模块),USB接口、网络接口、JTAG接口、音视频接口、HDMI接口等等。由于这些接口与外部模块连接,做好电磁兼容设计是重要的一项工作。除此之外,在LAYOUT的时候注意差分线的使用。 第六、屏幕 这个功能之所以单独列出来,是由于其可有可无。如果一个嵌入式系统只是作为一个连接器连接外围设备模块,通过相关接口连接到电脑主机或者直接挂在网络上,那么屏幕就不需要了。但是如果做出来的是一个消费类产品,与用户交互频繁,这就不得不唠叨几句。 电容屏幕是嵌入式屏幕的首选,在电路设计中需要注意触屏连接线和显示屏连接线的布局。在走线的过程中尽量短的靠近主控cpu,同时注意配对信号走差分线,RGB控制信号走等长。各种信号走线间距遵循3W规则,避免相互干扰。在屏幕的设计中,一定要确保功率和防止干扰,以防屏幕闪屏和花屏现象的出现。 06 嵌入式产品开发流程 嵌入式产品,与普通电子产品一样,开发过程都需要遵循一些基本的流程,都是一个从需求分析到总体设计,详细设计到最后产品完成的过程。但是,与普通电子产品相比,嵌入式产品的开发流程又有其特殊之处。它包含嵌入式软件和嵌入式硬件两大部分,针对嵌入式硬件和软件的开发,在普通的电子产品开发过程中,是不需要涉及的。21ic家了解到嵌入式产品的研发流程具体如下图: 下面,针对嵌入式产品的开发过程中的各个阶段,我们进行详细探讨。 阶段1:产品需求 在这一个阶段,我们需要弄清楚的是产品的需求从何而来,一个成功的产品,我们需要满足哪些需求。只有需求明确了,我们的产品开发目标才能明确。在产品需求分析阶段,我们可以通过以下这些途径获取产品需求: 1)市场分析与调研,主要是看市场有什么需求,还有就是前沿的技术是什么(站在做一款产品的角度);2)客户调研和用户定位,从市场广大客户那获取最准确的产品需求(要注意分析市场,产品生命周期,升级是否方便);3)利润导向(成本预算);4)如果是外包项目,则需要我们的客户提供产品的需求(直接从客户那获取,让客户签协议); 当一个项目做完的时候,如果客户突然又增加需求,增加功能,将导致你的项目周期严重拖延,成本剧烈上升,并且测试好的产品可能要全部重新测试,原本的设计可能将不会满足当前的要求,所以做项目之前,最好要跟客户把需求确定下来,并且签定一份协议,否则,你辛苦多少个日日夜夜,得到的将是一个无法收拾的烂摊子! 阶段2:产品规格说明 在前一个阶段,我们搜集了产品的所有需求。那么在产品规格说明阶段,我们的任务是将所有的需求,细化成产品的具体的规格,就比如一个简单的USB转串口线,我们需要确定产品的规格,包括: 1)产品的外观;2)产品支持的操作系统;3)产品的接口形式和支持的规范; 等等诸如此类,切记,在形成了产品的规格说明后,在后续的开发过程中,我们必须严格的遵守,没有200%的理由,不能随意更改产品的需求。否则,产品的开发过程必将是一个反复无期的过程。 《产品规格说明》主要从以下方面进行考虑: 1)考虑该产品需要哪些硬件接口;2)产品用在哪些环境下,要做多大,耗电量如何。如果是消费类产品,还跟设计美观,产品是否便于携带,以确定板子大小的需求,是否防水;3)产品成本要求;4)产品性能参数的说明(例如交换机,如果是百兆的速率,用于家庭和一般公司;如果是用于整个省的交换,那设计的速率肯定数十万兆以上了)所以说,产品性能参数的不同,就会影响到我们设计考虑的不同,那么产品的规格自然就不同了;5)需要适应和符合的国家标准,国际标准,或行业标准; 阶段3:产品总体设计方案 在完成了产品规格说明以后,我们需要针对这一产品,了解当前有哪些可行的方案,通过几个方案进行对比,包括从成本、性能、开发周期、开发难度等多方面进行考虑,最终选择一个最适合自己的产品总体设计方案。 在这一阶段,我们除了确定具体实现的方案外,我们还需要综合考虑,产品开发周期,多少人月的工作量,需要哪些资源或者外部协助,以及开发过程中可能遇到的风险及应对措施,形成整个项目的项目计划,指导我们的整个开发过程。 阶段4:产品概要设计 产品概要设计主要是在总体设计方案的基础上进一步的细化,具体从硬件和软件两方面入手: 硬件模块概要设计 硬件模块概要设计,主要从硬件的角度出发,确认整个系统的架构,并按功能来划分各个模块,确定各个模块的的大概实现。首先要依据我们到底要哪些外围功能以及产品要完成的工作,来进行CPU选型(注意:CPU一旦确定,那么你的周围硬件电路,就要参考该CPU厂家提供的方案电路来设计)。然后再根据产品的功能需求选芯片,比如是外接AD还是用片内AD,采用什么样的通讯方式,有什么外部接口,还有最重要的是要考虑电磁兼容。 一般一款CPU的生存周期是5-8年,你考虑选型的时候要注意,不要选用快停产的CPU,以免出现这样的结局:产品辛辛苦苦开发了1到2年,刚开发出来,还没赚钱,CPU又停产了,又得要重新开发。很多公司就死在这个上面。 软件模块概要设计 软件模块概要设计阶段,主要是依据系统的要求,将整个系统按功能进行模块划分,定义好各个功能模块之间的接口,以及模块内主要的数据结构等。 阶段5:产品详细设计 硬件模块详细设计 主要是具体的电路图和一些具体要求,包括PCB和外壳相互设计,尺寸这些参数。接下来,我们就需要依据硬件模块详细设计文档的指导,完成整个硬件的设计。包括原理图、PCB的绘制。软件模块详细设计 功能函数接口定义,该函数功能接口完成功能,数据结构,全局变量,完成任务时各个功能函数接口调用流程。在完成了软件模块详细设计以后,就进入具体的编码阶段,在软件模块详细设计的指导下,完成整个系统的软件编码。 一定要注意需要先完成模块详细设计文档以后,软件才进入实际的编码阶段,硬件进入具体的原理图、PCB实现阶段,这样才能尽量在设计之初就考虑周全,避免在设计过程中反复修改。提高开发效率,不要为了图一时之快,没有完成详细设计,就开始实际的设计步骤。 阶段6&7:产品调试与验证 该阶段主要是调整硬件或代码,修正其中存在的问题和BUG,使之能正常运行,并尽量使产品的功能达到产品需求规格说明要求。 硬件部分: 1)目测加工会得PCB板是否存在短路,器件是否焊错,或漏焊接;2)测试各电源对地电阻是否正常;3)上电,测试电源是否正常;4)分模块调试硬件模块,可借助示波器、逻辑分析仪等根据。 软件部分: 验证软件单个功能是否实现,验证软件整个产品功能是否实现。 阶段8:测试 功能测试(测试不通过,可能是有BUG); 压力测试(测试不通过,可能是有BUG或哪里参数设计不合理); 性能测试(产品性能参数要提炼出来,供将来客户参考,这个就是你的产品特征的一部分); 其他专业测试:包括工业级的测试,例如含抗干扰测试,产品寿命测试,防潮湿测试,高温和低温测试(有的产品有很高的温度或很低的温度工作不正常,甚至停止工作)。 有的设备电子元器件在特殊温度下,参数就会异常,导致整个产品出现故障或失灵现象的出现;有的设备,零下几十度的情况下,根本就启动不了,开不了机;有的设备在高温下,电容或电阻值就会产生物理的变化,这些都会影响到产品的质量。这里要引出一个话题,工业级产品与消费类产品有什么区别呢?工业级的产品就要避免这些异常和特殊问题,有的产品是在很深的海里工作,或者在严寒的山洞工作,或者火热沙漠工作,或者颠簸的设备上,比如汽车;或者是需要防止雷击;所以这就是工业级产品跟消费类产品的区别,消费类的产品就不需要做这么多的测试。 阶段9:产品 通过上一阶段完整测试验证,在此阶段,即得到我们开发成功的产品。在此阶段,可以比较实际的产品和最初的形成的产品规格说明,看经过一个完整的开发过程,是否产品完全符合最初的产品规格说明,又或者,中途发现产品规格说明存在问题,对它进行了多少修改呢? 附录:嵌入式硬件开发流程 之前,我们详细讲述了嵌入式产品的研发流程,那么在这一节,我们具体以嵌入式产品的硬件部分为例,再次讲解其开发过程,希望通过这一节,大家能对嵌入式硬件开发流程有更深刻的认识,在以后的学习和工作中,更加规范化和标准化,提高开发技能。嵌入式硬件开发流程一般如下图,分为8个阶段: 嵌入式产品的硬件形态各异,CPU从简单的4位/8位单片机到32位的ARM处理器,以及其他专用IC。另外,依据产品的不同需求,外围电路也各不相同。每一次硬件开发过程,都需要依据实际的需求,考虑多方面的因素,选择最合适的方案来。 硬件阶段1:硬件产品需求 和普通的嵌入式产品需求一样。阶段1:产品需求。 硬件阶段2:硬件总体设计方案 一个硬件开发项目,它的需求可能来自很多方面,比如市场产品的需要或性能提升的要求等,因此,作为一个硬件设计人员,我们需要主动去了解各个方面的需求并分析,根据系统所要完成的功能,选择最合适的硬件方案。 在这一阶段,我们需要分析整个系统设计的可行性,包括方案中主要器件的可采购性,产品开发投入,项目开发周期预计,开发风险评估等,并针对开发过程中可能遇到的问题,提前选择应对方案,保证硬件的顺利完成。 硬件阶段3:硬件电路原理图设计 在系统方案确定后,我们即可以开展相关的设计工作,原理设计主要包括系统总体设计和详细设计,最终产生详细的设计文档和硬件原理图。 原理设计和PCB设计是设计人员最主要的两个工作之一,在原理设计过程中,我们需要规划硬件内部资源,如系统存储空间,以及各个外围电路模块的实现。另外,对系统主要的外围电路,如电源、复位等也需要仔细的考虑,在一些高速设计或特殊应用场合,还需要考虑EMC/EMI等。 电源是保证硬件系统正常工作的基础,设计中要详细的分析:系统能够提供的电源输入;单板需要产生的电源输出;各个电源需要提供的电流大小;电源电路效率;各个电源能够允许的波动范围;整个电源系统需要的上电顺序等等。 为了系统稳定可靠的工作,复位电路的设计也非常重要,如何保证系统不会在外界干扰的情况下异常复位,如何保证在系统运行异常的时候能够及时复位,以及如何合理的复位,才能保证系统完整的复位后,这些也都是我们在原理设计的时候需要考虑的。 同样的,时钟电路的设计也是非常重要的一个方面,一个不好的时钟电路设计,可能会引起通信产品的数据丢包,产生大的EMI,甚至导致系统不稳定。原理图设计中要有“拿来主义”!现在的芯片厂家一般都可以提供参考设计的原理图,所以要尽量的借助这些资源,在充分理解参考设计的基础上,做一些自己的发挥。 硬件阶段4:PCB图设计 PCB设计阶段,即是将原理图设计转化为实际的可加工的PCB线路板,目前主流的PCB设计软件有PADS,Candence和Protel几种。 PCB设计,尤其是高速PCB,需要考虑EMC/EMI,阻抗控制,信号质量等,对PCB设计人员的要求比较高。为了验证设计的PCB是否符合要求,有的还需要进行PCB仿真。并依据仿真结果调整PCB的布局布线,完成整个的设计。 硬件阶段5:PCB加工文件制作与PCB打样 PCB绘制完成以后,在这一阶段,我们需要生成加工厂可识别的加工文件,即常说的光绘文件,将其交给加工厂打样PCB空板。一般1~4层板可以在一周内完成打样。 硬件阶段6:硬件产品的焊接与调试 在拿到加工厂打样会的PCB空板以后,接下来我们,需要检查PCB空板是否和我们设计预期一样,是否存在明显的短路或断痕,检查通过后,则需要将前期采购的元器件和PCB空板交由生产厂家进行焊接(如果PCB电路不复杂,为了加快速度,也可以直接手工焊接元器件)。 当PCB已经焊接完成后,在调试PCB之前,一定要先认真检查是否有可见的短路和管脚搭锡等故障,检查是否有元器件型号放置错误,第一脚放置错误,漏装配等问题,然后用万用表测量各个电源到地的电阻,以检查是否有短路,这样可以避免贸然上电后损坏单板。调试的过程中要有平和的心态,遇见问题是非常正常的,要做的就是多做比较和分析,逐步的排除可能的原因,直致最终调试成功。 在硬件调试过程中,需要经常使用到的调试工具有万用表和示波器,逻辑分析仪等,用于测试和观察板内信号电压和信号质量,信号时序是否满足要求。 硬件阶段7:硬件产品测试 当硬件产品调试通过以后,我们需要对照产品产品的需求说明,一项一项进行测试,确认是否符合预期的要求,如果达不到要求,则需要对硬件产品进行调试和修改,直到符合产品需求文明(一般都以需求说明文档作为评判的一句,当然明显的需求说明错误除外)。 硬件阶段8:硬件产品 我们最终开发的硬件成功。一个完整的,完成符合产品需求的硬件产品还不能说明一个成功的产品开发过程,我们还需要按照预定计划,准时高质量的完成。才是一个成功的产品开发过程。

    时间:2020-10-22 关键词: 嵌入式 嵌入式系统

  • 第18届CCF全国嵌入式系统大会在四川召开!

    第18届CCF全国嵌入式系统大会在四川召开!

    “万物智联”时代正在加速到来,伴随着嵌入式系统的不断智能化创新,智能化的嵌入式系统已渗透到“物联网+”产业的各个领域。 为了深度聚焦和探讨“智能嵌入式系统”以及在相关领域的扩展和应用,2020年10月17日,由中国计算机协会主办、四川大学承办的第18届CCF全国嵌入式系统大会在四川召开。 安芯教育作为AIoT领域的创新教育平台,受邀参加了此次活动,并在大会上作了技术赋能嵌入式教育的主题宣讲。安芯教育总经理王翔先生表示,嵌入式系统已被广泛应用于科研、产品开发以及教育等场景。安芯教育聚焦AIoT创新教育,依托前沿技术,开发了ASC课程及人才培养体系。拥有完善的线上、线下教育平台,为相关专业教师及学生提供了丰富的师资培训、人才实训等服务。 安芯教育总经理王翔 今年疫情期间,安芯教育通过线上教育平台的在线课程、就业宣讲、线上培训等活动,已服务超过3000人次。 分享中还介绍了由极术社区推出的基于微服务器开发平台—云芯1号,受到了与会嘉宾的广泛关注。 此次会议还邀请国内外嵌入式系统领域的顶级专家学者作大会特邀报告,并设有科技成果展示、学术论文交流等形式多样的活动。

    时间:2020-10-22 关键词: ccf 嵌入式系统

  • 嵌入式系统的网络互连技术

    嵌入式系统的网络互连技术

    由于越来越多的设备需要通过Internet进行通信或者控制,因此互连和安全功能成为除操作系统之外,设计者们所面临的主要设计需求 大部分设计者在设计嵌入式系统的时候都采用传统的设计步骤:首先选择RTOS(实时操作系统),然后在此基础上构建软件应用。至于其他组件,例如网络协议,再根据它们与所选的RTOS的兼容性进行选择。这种选择顺序对于今后的嵌入式系统设计就不太合适了。 嵌入式设备的互连与移动特性日益突出,从而增强了对互连和安全性的要求。今天,没有哪一个系统在设计的时候不考虑如何与其他系统进行互连。从家用报警设备、汽车监控设备到工控设备,嵌入式系统的OEM通过IP互连技术,为广大用户提供性能更强大、可用性更佳的产品。 过去,人们在选择操作系统的时候需要仔细评估该操作系统的优缺点以及可用的开发工具。设计工程师的工作就是确保所选的操作系统胜任最大范围的工作,并且满足未来工程开发的需要。 现在,由于越来越多的设备需要通过Internet进行通信或者控制,因此互连和安全功能成为除操作系统之外,设计者们所面临的主要设计需求。嵌入 式系统的工程师们在设计的前期就要仔细选择互连和安全协议栈,确保TCP/IP协议栈和相应的安全与移动特性能够在该嵌入式系统的生命周期内,满足大部分 功能升级和设计更新的需要。 例如,对于公司和政府的办公室、工厂和研发实验室内遍布的网络而言,通过Internet(或者Intranet、VPN)通信的设备越多,这些设备对用户就越方便实用。 但是,如果黑客通过无线设备在实验室高墙之外进行破坏行为,我们该如何应对呢?尤其对于政府和军队系统来说,这种破坏的后果可能是无法挽回的。 大量嵌入式设备用于通信的有线和无线网络规模不断增长,迫切需要可靠的互连和安全性能保证。漏洞百出的网络安全对于嵌入式系统设计的前端就意味着极大的风险。 根基:TCP/IP栈 正如RTOS在传统上是大多数嵌入式系统的基本组成模块一样,TCP/IP栈是网络互连与安全的基础。TCP/IP栈不仅负责设备之间的通信,而且是很多其他网络互连与安全模块赖以存在的核心软件。 TCP/IP栈实质上是层次化结构的软件模块,其实现的功能在于通过Internet传输信息。TCP/IP是一个误导的说法,因为TCP和IP仅 仅是TCP/IP栈用于通信的众多协议中的两种协议。栈的规模可大可小,小的例如移动电话和PDA,又大又复杂的例如那些处理跨国公司VPN通信的栈。 图1 与Interpeak的IPNET类似的TCP/IP协议栈,其中集成的组件支持多种网络互连功能、IPv4/IPv6和多种安全功能 图1给出了一种集成了多个组件的协议栈。这个例子中的协议栈具有高度的安全性,能够实现无缝移动,支持IPv4和新型的IPv6协议。网络和传输层构成了这个栈的核心。 网络层负责消息处理,并把逻辑地址和名字转换成物理地址,传输层确保数据的完整性。这一层采用两种基本的协议:传输控制协议(TCP)和用户数据报 协议(UDP)。当传输出错时,TCP负责重新提交数据,并使主机同时保持多个连接。UDP是一种数据报服务,当不需要纠错的时候,UDP能够增强传输层 的网络流量。 复杂性:新的挑战 过去,网络互连是一个次要因素,很多系统设计者通常构建自己的网络协议栈,或者干脆简化这一工作。设备之间的通信通常比较简单,并且局限于很小的范围之内。 而现在,大量的设备都通过Internet实现了互连,互连协议栈变得越来越复杂。错综复杂的互连与安全协议成倍增长,全球化的网络标准也在快速发展,以应对Internet上大量设备相互通信而带来的最新安全挑战和困难。 除此之外,Internet出现的重大变化就是从目前的IPv4协议转变为IPv6协议。IPv4支持大约40亿个地址,同时人们还想出了一些办 法,在“私有”网络中开辟额外的地址空间。IPv6支持 3.4×1038个地址,也就是说足可以为地球上每平方毫米提供6.70×1017个地址。随着IPv6的逐步普及,很多设备需 要能够同时支持IPv4 和IPv6的通信。 根据Ipv6所需的设备类型和互连特性,从移动IP到QoS、虚拟路由、Ipv6管道以及越来越多的新型技术都需要更高的性能和标准兼容性,这些技术将随着网络系统功能的增长而同步发展。 对于大多数应用来说,现在的问题不再是构建自己的TCP/IP栈,而是选择一个合适的协议栈。我们将面临使用多个RTOS的挑战。在这种情况下,网络互连和安全协议栈需要移植到多个RTOS上。我们必须在系统开发的早期就意识到存在这种需求的可能性。 在某种程度上,嵌入式系统设计的发展道路与PC的发展之路非常类似。在20世纪80年代早期,PC的主要作用就是处理电子数据表和文字处理,人们都 是根据这些功能来选择PC。今天,许多终端用户需要通过Internet快速地传输数据,还需要具有多媒体功能。字处理和电子数据表的计算都成为了附属功 能。 类似地,在嵌入式领域,我们非常依赖十几年来一直沿用的各种RTOS的性能和可靠性。但是,我们必须转变注意力,要认识到:在网络互连和安全性问题上的任何折中都会损害整个嵌入式系统的价值。因此,应对网络互连和安全性的挑战成为系统设计需要考虑的首要问题。

    时间:2020-09-10 关键词: 网络互 嵌入式系统

  • 基于4G通信的嵌入式数据通信系统设计

        GSM是第二代数字蜂窝移动通信系统中最有代表性和比较成熟的制式,它具有容量大、频谱利用率高、通信质量好、业务种类多、易于保密、用户设备小巧轻便、开放的网路结构(ONI)等优点。GSM系统的各种接口规程明确,既便于实现各通信公司移动设备间的互联,又便于GSM系统与ISDN、PSTN、PDN等电信网络的互通。目前GSM系统已经成为我国数字蜂窝移动通信网络的主体。   一、交换子系统(SSS)相关接口及协议   交换子系统主要完成GSM系统的基本交换功能、呼叫接续功能以及用户数据管理和移动性管理。它由MSC(移动业务交换中心)和VLR(访问用户位置寄存器)组成,并与BSS(基站子系统)和HLR(归属位置寄存器)等网络实体共同构成完整的GSM系统。GSM技术规范定义了不同的接口以保证各功能实体之间的接口标准化。   交换子系统相关接口之间的通信全部由7号信令系统支持,GSM系统与PSTN之间的通信优先采用7号信令系统。GSM特有的、与呼叫不相关的信令采用MAP(移动应用部分),MAP协议使用7号信令系统TCAP(事务处理应用部分)提供的业务,而TCAP本身又使用SCCP(信令连接控制部分)提供的业务。与呼叫相关的信令则采用TUP(电话用户部分)和ISUP(ISDN用户部分),分别用于MSC之间和MSC与PSTN、ISDN之间的通信。   二、交换子系统测试硬件配置   为完成交换子系统的测试,需要2个MSC/VLR,2个BSC(基站控制器),2个以上BTS(基站),1个HLR,1个短消息业务中心(SC)以及与被测交换子系统相连的PSTN交换机。另外还应有一部能同时监测四条信令链路的信令监测仪。若测试环境不具备测试相关接口所需的2个BSC,2个以上BTS,测试时可使用WG8610模拟仿真仪表同时仿真两个BSC实体,通过两个E1接口与被测移动交换子系统MSC/VLR相连。该交换子系统还通过另外两个E1接口分别与外部的HLR和PSTN交换机相连。信令监测仪分别使用安捷伦公司的Agilent37900D和ETP71信令监测仪,Agilent37900D信令监测仪不仅可以监测A接口和MAP信令,而且可以监测SCCP和TCAP消息,其最大配置可到16个2M口,可同时监测40条信令链路,完全可以满足测试需求。MSC之间及MSC与PSTN之间的MTUP信令则使用ETP71进行监视。需要说明的是,由于没有鉴权中心?AUC?,所有与鉴权相关的信令流测试皆不能进行。   三、交换子系统需测试的内容   在对交换子系统测试之前,应确保交换子系统相关接口间的传输链路正常工作,NO.7信令链路已被激活,MTP、SCCP和TCAP的测试已经完成,并已完成各种路由和局数据的设置。   交换子系统测试涉及许多内容,包括:A接口测试、业务能力测试、性能测试、MAP有效性测试、MTUP有效性测试、OMC操作维护功能测试。下面分别进行简单介绍,而对每一具体测试项目详细的消息流程和测试步骤则不再赘述。   (1)A接口测试   A接口是数字蜂窝移动通信网移动业务交换中心与基站子系统间接口,在测试中,使用Agilent37900D信令监测仪监测A接口上的信令流程,为保证对切换流程的准确分析,Agilent37900D需要同时监测两条信令链路(两个BSC各一条),同时对与A接口信令相关的定时器时长加以协调。   (2)业务能力测试   业务能力测试的主要目的不是监测信令流程,而是在严格按照测试步骤进行之后,检验交换子系统对某项业务是否支持,相关数据是否正确。业务能力测试包括电信业务测试、承载业务测试、补充业务测试、运营者决定的闭锁业务测试及用户签约限制测试。   (3)性能测试   性能测试主要是为了检测交换子系统的移动网路功能,它包括基本呼叫能力测试、释放控制方式测试、移动性管理测试、安全性管理测试、系统计费功能测试、跟踪测试、双频支持能力测试及VLR性能测试。   (4)MAP有效性测试   MAP接口的有效性测试需要两套交换子系统,或者一套交换子系统和一部具有模拟仿真功能的测试仪,分别交替作为A方和B方。在测试中,使用Agilent37900D信令监测仪监测MAP各接口信令,为了在出现问题时全面分析原因,同时应监测A接口上的信令流程。MAP测试项包括版本兼容性、更新位置、补充业务处理、呼叫处理、切换、用户管理、操作维护、短消息业务及检验IMEI。   (5)MTUP有效性测试   根据GSM系统的特点,MTUP在TUP信令基础上做了某些具体规定,在测试中,使用ETP71信令监测仪监测MTUP消息流程时应注意以下几点:   ·GSM只采用全自动接续,所以主叫用户类别中没有话务员的类别;   ·GSM系统不建立国际局,因而MTUP消息中没有有关国际呼叫所用的消息和参数;   ·  由于频率资源宝贵,若移动被叫用户忙,则MSC不发SLB消息;   ·GSM不提供保持,因而MSC不发CCL消息,且FSM和BSM消息中的比特G和E总为0;   MSC不发DPN消息,只接收和转发。   (6)OMC操作维护功能测试   OMC主要负责交换子系统网路操作和维护管理,并应有与高层电信管理网路的通信接口,其功能测试包括人机命令测试、数据管理测试、告警系统测试、系统实时控制测试、诊断及再启动测试、服务观察测试、公共设备倒换测试和话务统计测试。   以上测试应符合900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网相关技术规范和测试规范。

    时间:2020-09-09 关键词: 4g 数据通信 嵌入式系统

  • 嵌入式系统中IP协议用ASIC器件电路设计

    嵌入式系统中IP协议用ASIC器件电路设计

      引 言   为了实现网络信息处理,嵌入式系统中必须具有强大的网络连接功能。嵌入式系统的网络连接功能不仅需要传输信息,同时还必须具有相应的信息识别能力,以提高系统的网络安全性。   近年来在嵌入式系统和SOC(片上系统)技术发展的推动下,嵌入IP协议的微处理器或单片机系统已经出现[3],为嵌入式网络技术的应用奠定了基础。但对于工业设备来说,特别是对于工业生产中使用的仪器仪表,采用软件嵌入IP协议存在无法并行处理和成本过高的缺点。因此,采用硬件实现IP协议具有重要的意义。   IP硬件电路设计有嵌入处理器和ASIC两种方法。使用嵌入处理器的方法设计IP协议时,需要选择相应的处理器和附加电路,并根据所嵌入的处理器编制相应软件实现IP协议。这种方法可以采用已有的IP协议软件,软件实现比较方便。使用ASIC技术设计IP协议属于硬件实现IP方法,IP协议的执行全部为硬件执行。这种实现方法具有的优点就是IP协议的执行不受软件干扰,具有一定的IP协议层抗干扰能力。ASIC实现IP协议实现的是一个专用数字硬件电路,只需要通过相应的控制信号就可以实现IP协议的功能,具有比较高的性能价格比。   针对工业设备对IP协议的需要,本文设计并实现了一个能完成IP协议功能的ASIC器件。对于工业控制设备来说,这种器件就是一个实现IP功能的专用器件,只要把要发送的数据传送给该器件,就可以实现通信过程与控制系统并行操作。任何数字化的工业设备,都可以使用这个IP协议器件直接连接到基于IP的网络。   一、 协议分析与IP电路结构设计   IP协议的功能,是对来自上层协议的数据进行打包和解包处理,通过数据报在一个个IP协议模块间传送,直到数据报到达目的模块[2]。互联网网络中每个主机和网关设备上都有IP模块,数据报在一个个模块间通过路由处理网络地址传送到目的地址。IPv4的数据报报头格式如图1所示。IP在提供网络层服务时,采用了统一的报头,以使处于各子网中的IP都能根据报头对数据作出相应的处理。      版本号报头长度服务类型总长   标识 DFMF   生命权协议报头校验和   源地址   目的地址   选项(不定)   图 1 IP协议报头格式   IP中使用以下4个关键技术实现数据报传输:   (1)服务类型(ToS)。ToS是一个参数集,代表Internet能够提供的服务,用于指定用户所希望得到的服务质量。服务类型由网关使用,可用于特定的网络或是用于下一个要经过的网络,也可用于下一个要对数据报进行路由选择的网关上选择实际传送的参数。   (2)生存时间(TTL)。生存时间是用户设置的数据报在网络传输过程中的保存时间。生存时间由发送者设置,由所经过的路由处理。如果在到达目的节点之前生存时间已经为零,则IP就会自动抛弃此数据报。   (3)选项(opTIONs)。选项包括时间戳、安全和特殊路由要求等。对于控制函数来说选项是重要的,但对于通常的通信来说一般没有必要。   (4)报头校验码(checksum)。设置报头校验码的目的,是保证数据的正确传输。如果校验出错,IP将抛弃整个数据报。必须注意,与一般工业控制系统使用的简单通信协议不同,IP协议发现校验码出错后,并不立即通知发送端,而是放弃刚刚接收到的一段报文,把纠正报文出错的任务留给TCP协议完成。这种方式不仅提高了通信效率,还可以简化传输质量,保证程序。   在设计IP协议ASIC硬件电路中,有几个问题需要考虑:   (1)应用系统的核心处理器,通过控制信号实现对IP协议器件的使用操作,因此,必须考虑如何通过硬件电路实现核心处理器与IP硬件电路之间的数据交换。   (2)如果IP硬件应用于终端设备(例如工业控制系统的控制设备)而不是作为交换节点,IP协议中有关路由选择处理的部分可以省略。   (3)为保证IP协议的健壮性,电路设计中必须十分注意电路并行协议操作中不同电路部分的延时不均匀问题。所有功能电路的延时不超过允许范围,必要时要牺牲速度,保证协议操作的正确性。   (4)如果每次传输的数据量不大(例如作为工业设备组成的工业网络控制系统),可以不考虑IP协议中的报文分片处理。应用系统只要使每次发送的数据长度符合一个IP数据报的长度要求,就能正确无误地利用IP网络传输数据。这样不仅可以简化硬件电路,还能节省缓冲存储器的容量。   根据以上讨论,IP专用电路的设计,实际上就是通过计数器、寄存器、RAM来实现外部握手和内部流水线处理电路。由于接收与发送互相独立,电路设计中可以把接收和发送分为两个各自独立的部分。由此,IP协议ASIC专用电路结构框图如图2所示。      二、 IP协议ASIC电路握手操作   IP协议器件中,发送电路的任务是对要发送的数据进行加IP报头的处理,再把打好包的IP数据报发送给MAC层。接收电路的任务是对接收到的IP报进行报头校验和拆报处理,最后把数据传输给微处理器系统。   设计IP协议硬件电路,一个重要的问题就是数据报的接收和发送机制。使用硬件实现IP协议的关键有两个:一个是流水线操作,另一个是数据存储方式。   流水线操作是指IP协议的实现操作采用流水线方式,各操作步骤实行并行处理。作为网络层协议,IP协议操作的速度取决于两个因素:一个因素是数据报存储方式,另一个因素是MAC层的收发速度。从IP层所处的位置看,由于IP网络的接入网以全双工方式工作,作为硬件器件的工作时钟必须以发送和接收时钟为准。本设计中,以应用系统调用IP协议信号作为发送电路操作允许信号,MAC层调用IP协议信号作为发送和接收触发同步信号,采用同步触发时钟并行控制的技术,实现了IP协议操作步骤的流水线并行处理。

    时间:2020-09-08 关键词: ip asic 嵌入式系统

  • PPS消息传送:简化医疗设备设计

    PPS消息传送:简化医疗设备设计

      一款电子医疗设备的设计、开发和上市准备可能比拥有同等技术复杂度的消费级设备要花费更多的时间、努力和成本。除了一般的开发和审批需求,医疗器械还有严格的功能安全和认证要求。这些要求都意味着医疗器械拥有严格定义和管理的设计、开发和审批环境,并需要对功能安全进行广泛和精细的验证。   当然,医疗器械在上市之前必须得到产品销售地和使用地主管当局的相关认证,比如:FDA 510(k)上市前通告、医疗器械指令(MDD)和其他国际和国家机构颁发的认证。   本文描述了医疗数据聚合器和发布者(QNX公司医疗演示)中的PPS消息传送。QNX医疗演示(MD)在便携式演示应用中整合了血压计、肺活量计、脉搏氧饱和度仪、心电图和胰岛素泵。这些设备连接至QNX康体佳互通性管理器上,并利用QNX PPS消息传送与Qt HMI进行通信。PPS也为远程管理器提供了消息传送服务,以确保与基于云的数据库和便携式平板电脑之间进行安全互联网通信。由于带有PPS消息传送功能的系统可以简易地整合不同的组件,我们可以得出结论:PPS消息传送功能非常适用于像QNX MD应用之类的系统。      图1:QNX MD演示   异步消息传送   异步消息已众所周知并得到广泛应用,这里不再赘述。它是很多系统可选的解决方案,但其一些特性使它难以成为需要集成大量器件和软件的系统的理想解决方案。      图2:采用异步消息传送,进程无须等待目标接收进程的回复   对于复杂医疗设备的消息传送模式,值得注意的是,异步消息传送是一个低端的解决方案——它将错误处理、端到端语义和缓冲管理等负担推高至应用程序级。因此,架构师在设计采用异步消息传送模式的系统时,必须开发一个或多个协议,以确保在所有应用中消息传送正确进行,因为它们必须保证这些应用程序在高负载条件下能够获得足够的内存分配用于消息缓冲。   在简单的系统中,完成这些任务可能不太费劲,但对于设计或升级复杂的系统,这些任务可能构成艰巨的挑战。进一步来说,它们给应用程序级或者应用开发流程带来的复杂操作不仅会影响设计和开发进程,也会影响设备的审批,进而影响设备认证。   发送/接收/回复   发送/接收/回复(或者同步)消息传送不如异步消息传送那样常见。它的重要性主要体现在实时环境中——许多进程必须先响应其消息后才能继续运行。此外,与异步消息传送不同的是,采用发送/接收/回复消息传送时,系统框架会承受处理消息传送错误和消息缓冲的负担。   每个服务器都与其客户端直接通信,而且必须知道如何响应所有的客户端消息。   同步消息传送密切联系着发送方和接收方,因此,更改一个软件组件可能需要更改其他的软件组件,这不仅延缓或阻碍了系统开发,还加剧了系统的脆弱性。      图3:采用同步消息传送,进程阻塞直到它接收到从目标接收进程发出的回复   总之,如果采用发送/接收/回复消息传送,当系统不断扩展并增加不同组件时,系统的复杂性会迅速加剧,变得不堪一击,因此很难在确保性能和对医疗器械来说极为重要的可靠性的同时进行升级和扩展。

    时间:2020-09-07 关键词: 医疗器械 pps 医疗设备 嵌入式系统

  • 伺服控制经典案例——电机控制解决方案

    伺服控制经典案例——电机控制解决方案

      应用简介   针对电机控制解决方案,ADI公司提供了门类齐全的产品组合,其中包括了模数/数模转换器、放大器、嵌入式处理器、iCoupler®数字隔离器和电源管理器件;这些高性能的器件和增加系统集成度有助于实现更新型的拓扑结构设计,提供优于普通客户高附加值。伺服驱动系统的性能同用户最终所构建的运动控制系统的性能和所能提供的精度密切相关,多数情况下,最终的用途可以是一个高精度数控机床系统、运动控制系统或机器人系统,这些系统要求能够精确控制位置及电机的扭矩。ADI公司能够提供涵盖信号链中所有重要器件的完整解决方案。   系统设计考虑和主要挑战   • 伺服控制中,高精度电流和电压检测可提高速度和扭矩控制性能。要求12位的性能及多通道的ADC,ADI公司可提供完整系列产品。   • 位置检测性能是伺服控制的关键,常常使用光学编码器和旋转变压器作为位置传感器。伺服控制技术从模拟向数字的转换推动了现代伺服系统的发展,也满足了对于电机控制的性能和效率的高要求。   • 从优先考虑安全和保护的角度,信号采样和功率器件驱动应采用隔离技术。ADI公司的iCoupler数字隔离器产品可满足高压安全隔离要求。   • 使用DSP等高性能处理器可实现矢量控制和无传感器控制。   • 在工业应用的设计中,长生命周期和高可靠性的IC产品是工程师的首选。   • 普通的交流感应电机向永磁同步电机转变已是大势所趋,要求系统设计师能提供更高效率和更灵活的算法。   ADI解决方案的价值主张   针对电机控制系统,工业系统设计要求是低功耗、高效率,ADI公司提供单个的器件以及完整的产品信号链可以加快系统设计;在信号链中,ADI公司所提供的这些包括反馈和检测、隔离、电源管理、接口、嵌入式处理和通信的产品,其性能和质量在同类产品中首屈一指,也能够从系统级来降低成本。可以这样说,ADI公司所拥有的广泛的技术组合,包括世界一流的隔离器、处理器、转换器和混合信号前端,可以满足工程师对于现在和将来的任何电机控制解决方案的需求。   系统框图和信号链    注意:上图所示信号链代表一个典型的伺服控制解决方案。各模块的技术需求各不相同,表中所列产品代表可满足上述部分要求的ADI 解决方案。   参考设计和演示板   软件设计资源   • VisualDSP++和算法支持   • 支持Matlab Simulink   • 完全的可扩展性和灵活性   • 更高级别的系统模块开发和功能模块定义   • 各功能模块之间的调用 -- 设计流程和结构的高度灵活性   • FOC、矢量控制、无传感器控制器和标准电机控制函数库  

    时间:2020-09-07 关键词: 电机控制 伺服控制 数模转换器 嵌入式系统

  • 工控机生产四大特征

      英飞凌科技股份公司近日宣布,其面向近场通信(NFC)应用的高性能通信接口得到业界广泛认可,成为了事实上的行业标准。英飞凌推出的数字非接触式桥(DCLB)接口可在嵌入式安全元件与NFC调制解调器之间实现快速、安全的连接。作为免费提供、全球适用的开放式解决方案,DCLB已被NFC调制解调器和安全元件制造商广泛采用,以最终用于手机之中。迄今为止,已有包括德州仪器、Inside Secure、MicroPross、MtekVision和KEOLABS在内的10家制造商获得了英飞凌DCLB接口许可。   英飞凌芯片卡与安全业务部副总裁兼平台安全业务总经理Juergen Spaenkuch表示:“我们鼎力支持像DCLB接口这样的开放式解决方案,因为它们能加快新技术的大规模部署。与单个供应商提供的专有解决方案不同的是,被广泛接受的标准提高了多种不同终端之间的兼容性,允许系统集成商从众多器件中自由选择。”   满足最高安全标准的NFC通信接口   英飞凌推出的DCLB接口可为要求快速响应的安全NFC应用提供高效解决方案,比如移动支付、门禁或公交票务系统。通过支持高达848千比特/秒(kB/s)的尖峰数据速率,它改善了NFC调制解调器与安全元件之间的连接性能——部分交易通过该连接执行。较之于其他接口,数据量几近8倍。此外,英飞凌的安全控制器是首个获得德国联邦信息安全局(BSI)最高安全认证(通用标准EAL 6+(high))的嵌入式安全元件。   日前被IHS收购的IMS Research的金融与ID技术资深研究经理Alex Green指出:“要让NFC迅速实现广阔的市场覆盖,就必须让消费者放心,其数据在处理过程中得到了妥善的保护,并且这项技术使用起来非常便捷。通过提供创新解决方案和适用于NFC应用的产品,英飞凌为将NFC推向大众市场做出了应有的贡献。”   包括移动支付和公交票务系统在内的多种不同的NFC应用的重要性日益凸显。到2016年,具备NFC功能的手机的全球出货量有望从2012年的7,900万部,增至9亿部,占所有手机的44%。到2016年,适用于这种手机或PC的NFC安全元件的出货量有望从2012年的1.2亿颗增至13亿颗。(2012年1月HIS旗下公司IMS Research发布的《NFC全球市场——2012年版》)   在互联互通的世界里确保安全   立足于其在安全、非接触式通信和一体化微控制器解决方案(嵌入式控制)等领域的核心实力,英飞凌推出了一个全面的基于半导体的安全产品组合,以支持诸多芯片卡与安全应用。英飞凌发挥其在该领域的技术专长,在这个网络连接日益紧密的世界里确保诸如移动支付、系统安全和安全电子政务文件等应用的安全。25年来,英飞凌矢志不渝地开发基于硬件的创新安全解决方案,稳居全球市场领袖地位达15年之久。

    时间:2020-09-07 关键词: 智能化 固态硬盘 工控机 嵌入式系统

  • 基于CAN总线的分布式嵌入式系统升级方案

    基于CAN总线的分布式嵌入式系统升级方案

      嵌入式系统具有智能化程度高、体积小、可靠性高、实时性强等诸多优点,已经越来越多地应用于消费电子、工业控制、汽车电子等各个行业。往往一个大的系统又由许多小的嵌入式系统共同构成,它们之间通过相互通信协同完成各种检测控制任务,构成分布式嵌入式系统。汽车电子系统中的车载GPS、倒车雷达、发动机控制、仪表盘系统等,数控机床中的键盘显示系统、马达控制系统等,这些无一不是嵌入式系统的具体应用。   众多嵌入式系统的应用也为软件升级带来了诸多困难,主要有以下几点:   ① 这些系统分处于大系统的各个位置,单独对每个系统进行升级比较困难;   ② 某些系统为了满足保密和可靠性的要求,对系统进行了永久密封,只预留了通信和电源端口,这就更不可能单独对它进行升级。   针对这些问题,本文提出一种利用CAN总线的分布式嵌入式系统升级方案,实现了多点、单点甚至全系统的升级,其他种类的通信端口与此类似。   1 系统架构   系统结构框图如图1所示。      图1 系统结构框图   整个系统由多个独立的完成一定功能的嵌入式模块、CAN总线和一个用于对整个系统进行升级的控制模块组成。其中,控制模块也可以是其中一个功能模块。在每个功能模块上安装有独立的引导程序,可以看作该模块的Bootloader,该引导程序永久固化在模块内,不随程序升级而升级。在该引导程序中嵌入CAN 总线通信程序。正常工作情况下每个功能模块单独或通过CAN总线与其他模块协同工作。当需要对某个模块进行软件升级时,通过系统升级控制模块向该模块发送升级命令,该模块接收到命令后即跳转至引导程序,并等待系统升级模块发送升级数据,升级结束后再跳回至应用程序。   2 系统实现   2.1 在线升级的实现原理   采用ST公司基于ARM Cortex-M3核心的32位嵌入式处理器STM32F103VC,其片上Flash为主存储区。应用程序代码是存储在闪存(Flash)中的(0x08000000~0x0807FFFF),而 Flash是按Page来管理的,所以可以把Flash分成几个区域来使用。      图2 Flash分区   在本系统中将Flash分成两个区域,其中一个为前面提到的引导程序区,另外一个为应用程序区。Flash分区如图2所示。   片上电后,STM32F103VC会自动跳转到0x08000000地址执行后面的程序。而一个工程的起始位置(也就是main函数的地址)具体映射到 Flash的地址是可以设置的。在本系统的设计中,在Flash放了两个main函数。引导程序用于对应用程序的升级和上电后跳转至应用程序,应用程序则完成相应的模块功能。这两个区域通过特定的指令可以实现相互的跳转,并以此实现在线升级。   2.2 硬件系统   STM32F103VC处理器具有高性能、低成本、低功耗等特点。该处理器片上外设丰富,具有多个系统定时器、CAN通信接口、USART通信接口、 DMA等丰富的资源,并且借助于ST公司提供的固件库,可以很容易地对系统资源进行操作。该处理器集成了256 KB片上Flash和64 KB片上SRAM,足以应对大多数任务。为实现CAN总线通信,只需要为STM32F103VC添加一片CAN驱动芯片进行电平转换。   系统硬件结构框图如图3所示。      图3 系统硬件结构框图   2.3 软件系统   为实现在线升级功能,首先需要编写引导程序,然后将它烧入Flash引导区中。为防止应用程序升级失败,在引导程序中需判断Flash指定位置是否有程序完好标志,该标志由完整的应用程序在每次上电后写入。应用程序可采用烧写方式和升级方式写入相应程序区。为实现引导程序和应用程序之间的相互跳转,采取指向函数指针的方式来实现。可以将Flash中的引导程序和应用程序作为两个普通函数,这两个函数的进入位置分别为0x08000000和 0x08004000,然后在引导程序中设置一个指向函数的指针,其指针值为0x08004000;同理,在应用程序中设置一个函数指针,其值为 0x08000000。这样在相应的程序中调用函数指针时就可以实现程序跳转。   CAN总线采用多主竞争工作方式和非破坏性总线仲裁技术,总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息而不分主次,各节点之间实现自由通信。当多个节点同时向总线发信息时,优先级较低的节点会主动退出发送,而优先级较高的节点不受影响,从而大大节省了总线冲突仲裁时间,即使在网络负载很重的情况下,也不会出现网络瘫痪的情况。因此,适用于分布式监控系统的数据通信。由于CAN总线协议规范只定义了物理层和数据链路层,所以在实际应用中必须根据实际系统制定合适的应用层协议。本系统中根据数据传输要求自定义了几个应用层命令,分别是升级相关命令和数据收发校验相关命令,限于篇幅在此就不一一详述。

    时间:2020-09-06 关键词: 汽车电子 马达 can总线 车载gps 嵌入式系统

  • 嵌入式系统--物联网重要技术组成

    嵌入式系统--物联网重要技术组成

      自从物联网概念在美国诞生起,物联网就成为新一代信息技术的重要组成部分,是互联网与嵌入式系统发展到高级阶段的融合。作为物联网重要技术组成的嵌入式系统,嵌入式系统的视角有助于深刻地、全面地理解物联网的本质。   这有两层意思:第一,物联网的核心仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信,必须具备嵌入式系统构建的智能终端。因此,物联网系统是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信的系统架构。   物联网不仅仅提供了传感器的连接,其本身也具有智能处理的能力,能够对物体实施智能控制,这就是我们今天所说的嵌入式系统所能做到的。诚然,物联网将传感器和智能处理相结合,利用云计算、模式识别等各种智能技术,扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据,以适应不同用户的不同需求,发现新的应用领域和应用模式。   综上所述,物联网嵌入式系统有其鲜明的特征。   1、要有数据传输通路;   2、要有一定的存储功能;   3、要有CPU;   4、要有操作系统;   5、要有专门的应用程序;   6、遵循物联网的通信协议;   7、在世界网络中有可被识别的唯一编号。   这些鲜明的特征说明嵌入式系统已经成为物联网行业关键技术。嵌入式系统技术是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变,以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见;小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活,推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻,传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官,网络就是神经系统用来传递信息,嵌入式系统则是人的大脑,在接收到信息后要进行分类处理。这个例子形象的描述了嵌入式系统在物联网行业应用中的位置与作用。   随着我国物联网行业企业飞速的发展的同时,物联网技术研发、标准研制、产业培育和行业应用等方面已初步具备一定基础。但物联网企业关键核心技术有待突破就不能把握企业发展的主动权。作为伴随着物联网行业成长而壮大起来的辰汉电子,不仅具有嵌入式系统第三方独立设计公司和行业解决方案提供商的身份,在与物联网行业企业以及科研院所充分合作之中,取长补短,并且充分认识把握物联网的科学发展规律,推动物联网的应用和产业的健康发展。   作为飞思卡尔全球设计者同盟成员(Alliance Member),辰汉电子是国内唯一一家跨越i.MX全系列产品的设计服务公司。从提供产品级底层平台,到产品化委托设计服务,现在已经成为提供物联网行业解决方案的高科技企业。嵌入式系统服务在绿色农业、工业监控、移动医疗,移动办公,军工协同,公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测、智能电网监控等行业均有物联网应用的尝试。      目前,医疗电子、智能家居、物流管理和电力控制等方面非常风靡,无论怎样,该嵌入式系统重视和把握这个机会,利用自身在嵌入式系统上积累的底蕴经验,想办法在已经成熟的平台和产品基础上,通过与应用传感单元的结合,扩展物联和感知的支持能力,发掘某种领域物联网应用,通过拓展后台(也称为物联网中枢服务器)应用处理和分析功能,向物联应用综合系统上发展。我们在移动医疗,智慧交通,智能养殖以及活体水产品运输领域、智慧城市、智能电网监控、餐饮服务领域、工业现场移动办公以及智能档案管理方面有整体的解决方案。      该嵌入式系统与物联网行业共同的机会无处不在,我们总结为:无论是物联网三要素(感知行),还是智慧地球3i,CPS的3C,实际上都是在讲一件事:人、机、物的和谐发展。因此该嵌入式系统一直具有很高的要求:要多功能化、低功耗、微型化,这些已经都在做,在系统和方案无线传感器的结点的智能汇集,设计趋向一体化,同时该嵌入式系统追求网络化。我们打个比方:假如现在就把互联网复制到物联网,这在技术上是行不通的,因为我们面向对象是数据,是连续的、动态的、是非结构化的。所以浏览就不能简单地设为嵌入式浏览器,因此需要在低端和高端之间建立信息中间件,针对汽车电子、家庭网络、移动设备和工业环境等特定领域的互联网搭建中间件的应用。从该嵌入式系统应用角度讲:很多案例是通过一定的技术手段来实现从终端到终端,一般来说是闭环应用。闭环只在一个特定的范围或是应用领域之内,还达不到开环,譬如公共领域的信息服务。因为实际上物联网的发展受制于应用模式,如果要做到开环,会面临复杂的问题:要找怎样的一种商业模式、基础设施由谁掏钱。辰汉电子也努力地致力于做好闭环的基础上,同各行业以及产业与基建主导沟通去开创开环应用模式。   就当前,物联网相关标准还很多,但总体上,与理想的物联网标准还差一段距离。   嵌入式系统作为物联网的重要技术基础,当美国人提出物联网概念,那么具有本土气息的辰汉电子诠释着美国人科技智慧的嵌入式系统结晶的产物,必定辛勤耕耘在物联网行业应用中,与致力于为我国物联网行业发展创造价值的企业一起,同舟共济!

    时间:2020-09-04 关键词: 物联网 嵌入式系统

  • LED环境照明引领未来车内照明迅猛发展

    LED环境照明引领未来车内照明迅猛发展

      汽车OEM内饰设计师在追求提升产品价值和提高汽车吸引力的同时,也在致力于创造积极的驾驶体验和提高品牌知名度。这些因素共同奠定了LED环境照明解决方案迅猛发展的基石。电子设备继续成为汽车组件中增长最快的部分,其发展速度超过了机械装置、气动装置和液压装置。随着LED环境照明应用的数量不断增多(从集群背光到杯座灯,再到地图灯、脚踏空间和车门饰件的情境照明,以及顶灯),汽车OEM已对白色和彩色的LED环境照明解决方案进行区分使用。事实上,研究表明,照明可以增强驾驶员的视觉。   为了匹配应用要求并实现经济高效且上市时间更短的设计,选择正确的嵌入式解决方案仍然至关重要。本文将深入介绍以下内容:   1. 控制LED环境照明解决方案的方法之间的权衡   2. 使用控制算法实现对LED颜色的有效像素合并、调光和温度补偿   3. 通过更改LED阵列的颜色和亮度来创造驾驶员偏爱的照明场景   随着对联网照明模块的需求不断增长,在LED环境照明解决方案中实施LIN通信的最佳做法可有助于降低开发成本和缩短开发周期。由于LED消耗的能源更少,占用的空间更小,因而汽车燃油效率将增强,而且设计师可利用LED的封装优势将其创造力扩展到照明中,从而提高车内体验。   总的来说,LED环境照明解决方案让OEM拥有了为驾驶员和乘客创造舒适氛围的机会。   LED环境照明远不止于其新奇的特性。在过去几年,对车内照明影响的研究并未被人关注,而研发的重点一直在车外照明。这种情况正在发生变化。随着近几年来LED技术的飞速发展,OEM已不仅能提供更加多彩的车内照明,还能提供用户可调的照明。这样,驾驶员能够根据个人情绪或品味来调节照明。此外,车内照明还有更大的潜力。   在未来的车型中,车内照明极有可能成为高级驾驶员信息系统的一部分。这一创新的想法是根据驾驶情况调节车内照明灯。例如,汽车在城市中、乡村公路上和高速公路上行驶时,车内照明灯的颜色会有所不同。红色车内照明灯可提高驾驶员在城市中的警觉性,而黄色车内照明灯有助于驾驶员在高速公路上驾车时放松心情。车内照明甚至可以提醒驾驶员,事故可能就要发生。在许多情况下,无闪烁的车内照明与汽车制造商的高价值定位联系在一起,以使其产品在竞争日趋激烈的环境中脱颖而出。   驱动LED   LED必须使用恒流源驱动。大多数LED都有一个规定的电流级别,LED在该电流级别下可达到最大亮度,且不会过早损坏。LED的光能输出与经过的电流成正比。有两种方法可控制电路中的LED亮度。一种是改变LED驱动电流。LED驱动电流可通过可变电阻或可变电压电源控制。另一种方法是对LED驱动电流应用脉宽调制(PWM)或频率可变但占空比固定的PWM。   第一种方法主要有两个缺点:随着电流的降低,LED效率可能也随之降低。而且,在高功率白色LED中,电流级别降低可能会导致颜色偏差。PWM调光技术始终以全电流驱动LED。因此,可以消除效率降低和颜色偏差等问题。为了产生不同的颜色组合,PWM输出的占空比需要随时间发生变化。   颜色控制方法   利用嵌入式单片机技术,可以检测和主动控制光源的颜色成份。主动颜色控制可用于产生特定的灯光颜色,也可以用于产生混合颜色。例如,可以混合多种组成色来产生特定质量的白光。   利用三个分别表示红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的颜色值以及另外一个表示亮度的值可产生所需的颜色。可以采用三个PWM通道,或者采用四个PWM通道(其中三个通道分别表示三种颜色,额外的第四个通道表示亮度)实现,后者更加简单高效。福特汽车公司最新推出的提供情境照明的车型即采用了后一种方法。   使用三个通道将颜色和亮度统一控制的方法通常需要14位到16位的分辨率以及功能强大的单片机(MCU)。利用四个分辨率均为10位的通道也可以实现相同质量,这些通道通常在低成本8位MCU中提供。在四通道的方案中,由外部硬件电路计算颜色与亮度的乘积。在低成本8位MCU上也可以利用幂函数近似法足够精确地实现亮度控制所需的典型对数级渐变(见图1)。      图1 采用3个和4个PWM通道的解决方案的框图   LED温度是对LED颜色有明显影响的因素之一。因此,需要对温度造成的影响进行补偿。一种廉价而简单有效的温度补偿方法是使用单片机的片上比较器和位于LED附近的低成本负温度系数(NTC)热敏电阻。另一种获得LED温度控制的方法是测量其正向压降。单片机集成的10位模数转换器(ADC)的分辨率足以完成此任务。正向压降测量有一定优势,因为无需额外的外部组件。   照明网络   颜色校正、温度补偿、颜色更改、颜色混合、亮度控制以及汽车制造商实现各种照明场景的期望都必然使用到单片机,例如带非易失性存储器的PIC® MCU。此外,对汽车内RGB照明节点进行联网的需求以及对诊断的要求,都需要合适的低成本通信协议。第一代车内照明采用分别接线,而OEM最新一代和最新开发的车内照明则采用众所周知且经济高效的LIN/J2602通信总线。LIN通信速度为19.2k波特,足以支持颜色变化和照明场景,且不会对驾驶员和乘客产生明显影响。   最近,一些汽车制造商正考虑将具有自动寻址功能的LIN通信用于此类应用。有多种已知的自动寻址方法,每种方法都有各自的优缺点(见图2)。所有方法的相同点是,与标准LIN通信相比,增加了硅的成本。但是,这种附加成本会降低OEM和1级供应商的物流成本。      图2 带自动寻址和不带自动寻址的LIN收发器的框图   寻址空间限制   典型的车内照明应用会受到非常大的空间限制。灯节点嵌入在开关、杯架、门把手、仪表板、座位、阅读灯、脚踏区域和顶部控制台中。电子设备的可用空间通常被压缩到10 mm x 20 mm或更少,这推动了SSOP、QFN和DFN等小型封装解决方案的应用。在这种环境下,对于低功率耗散和扩展工作温度范围为-40°C到125°C的半导体器件,需要对环境温度和自身发热进行仔细的热量管理。通常情况下,节点连接到端子30,因此需要非常低的待机电流,要远低于100 µA。

    时间:2020-09-04 关键词: LED 汽车照明 LED驱动 照明网络 嵌入式系统

  • 汽车安全性能亟待升级 嵌入式系统把关护航

    汽车安全性能亟待升级 嵌入式系统把关护航

      1 摘要   汽车安全离不开安防,例如,只有通过安防措施保护制动ECU(电子控制单元)固件的完整性和真实性,才能保证汽车的制动安全,防止恶意修改固件等威胁。   安全需要安防的另一个示例是板载网络,板载网络将关键数据从传感器传输到制动ECU。只有通过安防措施防止板载网络抵御修改数据、注入消息和拒绝服务等威胁,才能保证制动ECU及时收到正确的传感器值。   人们希望在汽车中推出Android™或MeeGo™等开放的软件平台,从而出现了一个全新的安全和安防挑战:为了允许通过按钮与用户进行交互并为导航应用从汽车提取当前车速、剩余油量、行驶里程、位置等信息,软件平台及其应用程序需要参与板载汽车通信。然而,需要保护汽车不出应用故障。虚拟化以及运行软件平台(包括沙箱内的应用程序)是在ECU内实现保护的安防措施之一。   在上述情况下,安防措施完善了安全性。然而,在一些情况下,安防需求与安全需求相互矛盾。例如,要保护固件的保密性,在组装了ECU后便以不可逆地方式禁用微控制器的调试端口。如果由于ECU发生故障而导致返修,那么被禁用的调试端口会导致无法在微控制器内进行根本原因分析。特别是无法分析是否有软件、配置或硬件缺陷。新兴的功能安全标准ISO26262要求调查现场返修,以便检测系统故障,然后启动召回。只有借助智能安防生命周期和安全调试等方法,才能满足安全需求并在现场返修时分析根本原因。   本文介绍了先进的微控制器的主要安全特性,以及如何应用这些特性确保汽车安全:具体而言,本文涵盖了安全启动、组件保护和虚拟化。此外,本文也概述了对保证安全和处理现场返修的解决方案。   2 简介   在过去的几年里,汽车微控制器(MCU)的安全特性变得越来越重要。这种趋势受到传统的安全使用案例的推动,例如防盗装置或组件保护,可防止汽车被盗。然而,车对车通信等新的使用案例及更高的安全性要求也增加了安全需求。对于这些用例,汽车行业开始制定安全硬件扩展(SHE)功能规范等规范,或EVITA项目提出的安全架构。   半导体公司开始在新一代微控制器中实施这些规范。这项工作的第一批成果之一便是Qorriva MPC564xB/C系列,该系列实现了一个易于使用的安全模块,以满足SHE规范要求。   i.MX系列等汽车处理器植根于消费电子市场,现在已经打入汽车市场,以实现最先进的驾驶员信息娱乐系统。这些处理器提供硬件安全,支持复杂的数字版权管理系统。   3 Qorivva MPC564xC/B系列   QorivvaMPC564xC/B系列32位微控制器面向安全的、新一代高端汽车车身控制模块(BCM)和网关应用。它提供高度集成,可以满足OEM和一级客户对增强功能集和增加内存空间的日益增长的需求。   从安全性角度来看,MPC564xC/B包含一个加密服务引擎(CSE)。CSE是一组加密硬件特性,允许在ECU之间安全、可信任地传输信息。   MPC564xC/B系列还具有双Power Architecture®内核选项,提供近300DMIP的处理功能和低功耗待机/等待模式,帮助降低功耗,还具有广泛的通信外设集,面向与BCM/网关模块对接的广泛的子系统。此外,这些可扩展器件都由使能生态系统支持,该生态系统包括软件驱动程序、操作系统和配置代码,以帮助您快速部署您的设计。图1展示了Qorivva MPC564xC/B框图。      图1:Qorriva MPC564xC/B框图   3.1 加密服务引擎(CSE)的安全特性   加密服务引擎(CSE)是集成在Qorriva MPC5464中的加密硬件模块。CSE模块实现安全硬件扩展(SHE)功能规范中描述的安全功能。图2展示了CSE模块的框图。      图2:CSE框图   CSE的设计包括一个带有一组内存映射寄存器的主机接口,这些寄存器被CPU用于发起加密命令。此外,还有一个系统总线接口允许CSE直接访问系统内存。在这里,CSE模块的行为与任意其他主机相似。通过主机接口,应用程序可以配置和控制CSE,例如使CSE进入低功耗模式,中断完成的命令处理或暂停命令处理。状态和错误寄存器将提供深入的系统信息。如需完整的CSE命令列表,请参考MPC564xC/B参考手册[3]。两个专用系统闪存块被CSE用于加密密钥存储。其他主机无法从系统访问这些模块,因此这些模块被称为安全闪存。   CSE模块的AES块作为从机连接到CSE模块的内部总线。它处理加密/解密,并提供基于密文的消息认证码(CMAC)。CMAC功能用于实现安全启动机制。   随机数生成器包括一个伪随机数生成器(PRNG)。PRNG的种子由真随机数发生器(TRNG)生成。   CSE控制通过测试接口从外部访问安全闪存,在生产过程中使用该功能,也用于现场返修验证。当Qorriva MPC564xC/B半导体从飞思卡尔工厂出厂时,测试接口是打开的,当加密密钥被编程到器件中后该接口将关闭。   质量工程师可以使用SHE规范中描述的CMD_DEBUG函数重新打开测试接口。CMD_DEBUG函数将删除安全存储器中的所有数据,然后才会授权访问测试接口。CMD_DEBUG函数的一个输入参数为MASTER_KEY,这是一个单独的预编程128位值,对于各个器件都不同。只有MASTER_KEY的知识载体才能成功地启动CMD_DEBUG函数。   在附着了调试器后,可以单独禁用加密密钥。禁用密钥意味着CSE可用该密钥拒绝任何加密功能。   3.2 CSE支持的一些用例   CSE有助于实现下列用例或系统:   •防盗装置   •组件保护   •安全闪存编程   •数据集保护(例如行驶里程)   •防止芯片调节   目前还有许多用例,将来会出现更多。以下段落详细描述了两个重要的使用案例。   3.2.1 安全启动和信任链   当MPC564xC/B重置后,CSE将在公共闪存中自动验证阵列。该阵列的基地址和长度由开发人员指定。同一个地址条目被用作主内核的第一个指令地址。   CSE在该阵列外计算CMAC值,并将其与存储在安全内存中的预先计算的值进行比较。根据比较结果,CSE将提供加密服务或不提供。由于系统闪存较大-MPC564xC/B提供高达3MB的闪存-因此安全启动过程可能需要一些时间。由于这个原因,开发人员可以设置一个信任链。在这种情况下,闪存验证步骤被分为几个子步骤。第一个闪存块由CSE验证,如前所述;对以下闪存块的验证必须由主内核通过已经过验证的程序代码触发。   3.2.2 组件保护   组件保护功能防止从汽车拆除单个ECU,并在其他汽车中重复使用。通常盗取汽车的目的是为了将单个ECU重新销售到零件市场。   OEM现在可以用一个安全组件保护系统解决几个问题。首先,汽车制造商可以减少被盗汽车的数量;其次,他们可以防止对信誉和配置产生负面影响;第三,他们可以保护自己的售后业务。   基于CSE的组件保护系统似乎能够达到上述目的。最有价值的ECU将包含一个带有CSE模块的微控制器。可以通过设计分配一个或多个主ECU,也可以使用特定算法进行动态分配。主ECU将轮询组件保护系统的所有其他ECU,并要求一个特定答案(例如加密的唯一ID)。在这种情况下,只有带有正确的保密密钥的ECU才能发回一个有效的响应。此外,主ECU可以使用特定汽车内组装的所有ECU数据库交叉校验收到的ID。   在使用汽车时可定期进行组件检查。如果主节点在汽车网络中检测到未经授权的ECU,它能够作出反应。

    时间:2020-09-04 关键词: 微控制器 汽车安全 车身控制 嵌入式系统

  • TI嵌入式助阵 扩张汽车三大版图

    TI嵌入式助阵 扩张汽车三大版图

      数据显示,中国已经成为全球最大的汽车市场。市场研究机构IDC指出:嵌入式处理器的营收到2016年将达到473亿美元,较2012年增长23%。本次专访内容主要针对德州仪器的嵌入式产品在汽车电子领域的市场策略及未来发展趋势。   随着汽车技术的发展以及电子技术的不断进步,嵌入式系统产品在汽车电子技术中得到了广泛应用。目前,从车身控制、底盘控制、发动机管理、主被动安全系统到车载娱乐、信息系统都离不开嵌入式技术的支持。鉴于此,德州仪器顺势而入,凭借其嵌入式系统产品的独特优势,意图抢攻汽车电子市场。 德州仪器半导体事业部汽车电子业务拓展经理姜辉表示,在致力于提升产品性能和系统集成度的同时,德州仪器将着重发展针对功能性安全,主动安全,新能源应用以及舒适性应用的嵌入式系统的解决方案。   德州仪器半导体事业部汽车电子业务拓展经理姜辉透露,在过去的一年中,对于TI嵌入式系统产品而言,汽车电子是一个快速增长的领域。不管是满足ISO 26262 ASIL-D的TMS570 MCU,还是适合汽车娱乐以及主动安全的Jacinto系列处理器,以及针对Car Access的高集成度RF-MCU,2012年都是大踏步前进的一年。   面对三大热点,MCU为TI带来汽车电子的春天   面对ISO26262功能安全新标准、高级驾驶员辅助系统(ADAS)以及新能源汽车三大热点,姜辉透露:“德州仪器将着重发展针对功能性安全,主动安全,新能源应用以及舒适性应用的嵌入式系统的解决方案。在致力于提升产品性能和系统集成度的同时,还会针对国内市场推出高性价比的‘超值线’产品。另外,德州仪器还将充分利用在国内网点的优势提供给本地客户优越的服务与支持,德州仪器愿意深耕国内市场,和国内的客户一起成长,共同分享汽车电子的发展盛筵”。   不论是ISO26262功能安全新标准的角度出发,还是落脚于高级驾驶员辅助系统(ADAS)应用,抑或是面对前景无限的新能源汽车,德州仪器的微控制器(MCU)产品在其中都起着举足轻重的作用。   实际上,ISO26262标准的颁布对于半导体厂商意味着新的挑战和机遇。为此,姜辉发表了自己的看法:从嵌入式处理器来说,随着功能性安全的提出以及安全等级的提升,传统的单核非安全性MCU将举步维艰。“TI作为在传统汽车电子安全领域的领导者,推出了基于ARM Cortex-R4F架构的TMS570双核锁步安全性MCU。”,姜辉说,“该系列产品能满足ISO26262 ASIL-D的要求,其最大的特点在于针对随机性失效的检测和保护是用硬件去实现的,能大大降低系统的软件开销和开发时间。”   显而易见,ADAS对于系统的实时性和安全性要求都在提高。日益增长的高要求对微控制器提出相应的要求。姜辉强调,TMS570在ADAS领域有着非常广泛的应用。由于‘R4’系列偏重实时处理,同时‘F’还带有浮点运算能力,所以TI基于ARM Cortex-R4F内核的TMS570安全性MCU具有实时运算能力。此外,TMS570具备的双核延时锁步以及硬件内嵌自检能力使得ADAS系统能够对随机性失效作出快速响应。事实上,TMS570家族除了继续提升产品的性能之外,针对中国市场,将进一步推出高性价比的‘超值线’产品,即在能满足ISO26262 ASIL-D的前提下,同时对MCU的外设和资源进行优化以更贴合国内客户的成本需求。   除了上述两大热点外,德州仪器 MCU也为即将爆发的新能源汽车市场带来了不少惊喜。新能源车的核心应用主要包括主电机驱动,整车控制器以及电池管理。其对MCU的安全性,实时处理以及电机控制都提出较高的要求。姜辉表示:“基于此,TMS570推出具有ePWM,eCAP和eQEP功能的适合电机控制的产品,其高达180MHz主频、3MB Flash的配置也非常适合整车控制器的应用。同时,对于电池管理的安全性要求的提升也使得TMS570‘超值线’广受青睐。除此之外,TMS570全系列支持AutoSAR操作系统,也使得整车的开发更加灵活。”   从嵌入式系统到模拟芯片,德州仪器打响汽车电子争夺战   据了解,德州仪器目前在嵌入式处理器市场的销售量位居第二,市场占有率约12%。德州仪器高级副总裁兼嵌入式部门总经理Gregory Delagi曾表示他们看好的是未来的稳定成长性,也就是提升在规模达180亿美元的嵌入式市场能提高占有率。另外,嵌入式处理器可以在许多方面提高汽车的安全性和便捷性,在许多应用中发挥关键作用,例如,图形化HMI、多显示器支持、车载网络、媒体解码以及无线电广播接收等。   鉴此,德州仪器推出的Jacinto系列处理器不仅可在汽车中实现交互式娱乐功能提供核心动力,而且还能为驾乘人员提供新的便利和连接功能。   姜辉强调,德州仪器可以为客户提供完整的从嵌入式系统到模拟芯片的满足ISO26262标准的系统解决方案。除了MCU芯片之外,为便于客户进行系统的开发和安全认证,德州仪器还提供安全使用手册以及包括FMEDA在内的安全分析报告;。德州仪器在2012年还推出了‘SafeTI’安全设计包,其中包括配套的安全电源管理芯片TPS65381以及其他满足功能安全的模拟芯片。最后姜辉向电子发烧友网编辑透露,德州仪器已经将汽车电子定为公司的战略方向,对于未来的市场,除了继续拓宽现有的产品线以外,将着重发展针对功能性安全,主动安全,新能源应用以及舒适性应用的方案。 本文转摘自电子发烧友网《汽车电子特刊》5月刊   ——电子发烧友网版权所有,转载请注明出处!  

    时间:2020-09-04 关键词: 德州仪器 MCU adas 嵌入式系统

  • 物联网应用飚速 TI蓄势引爆市场商机

      2013年采用LanTIq和KEYMILE的重大部署将超过150万条vectored线   德国慕尼黑/纽比贝格——2013年10月—领先的宽带接入和家庭网络技术供应商领特公司(LanTIq)以及接入及传输系统领域通信解决方案尖端技术领先供应商瑞士凯迈通讯集团(KEYMILE)日前宣布:向一家重要的电信运营商批量交付采用系统级矢量化串扰消除(system level vectoring)技术的VDSL线卡。   这批VDSL线卡中的大部分已经部署在现场,预计将于2013年年底前向消费者提供基于矢量化串扰消除的宽带服务。LanTIq/KEYMILE联合开发的192通道矢量化串扰消除解决方案是全球第一个现场部署的系统级矢量化串扰消除解决方案,它以一种成熟的、高性价比和高功效的系统级芯片(SoC)/ASSP方式实现——使LanTIq成为了当今VDSL矢量化串扰消除SoC方面的佼佼者。   系统级VDSL矢量化串扰消除对于服务提供商以极高性价比的方式有效地扩展铜线网络的宽带性能至关重要。   评论   KEYMILE首席执行官Bjeorn Claassen表示:“我们合作开发的矢量化串扰消除解决方案是Lantiq和KEYMILE之间正在进行的强大而富有价值合作的一个经典范例。通过这种密切合作,我们能够为我们的客户提供一种可直接上市(market-ready)并领先市场的矢量化串扰消除产品,而这在矢量化串扰消除标准正式批准后仅一年半之内就得以实现。我们非常珍惜Lantiq这样一个可靠而灵活的合作伙伴。Lantiq的解决方案在我们顶尖的矢量化串扰消除产品中发挥着至关重要的作用。”   Lantiq的首席执行官Dan Artusi表示:“Lantiq拥有极为丰富的VDSL局端与客户端(CPE)产品,正在迅速地获得市场份额。包括矢量化串扰消除和线路绑定的VDSL在全球正成为面向超高速互联网的关键技术。通过交付第一个用于大规模部署的现场部署系统级矢量化串扰消除系统解决方案,我们加强了我们在VDSL方面的领导地位,并使数百万客户可以连接到超高速互联网服务。”   亮点   ·经过验证的互操作性、192个通道的全面系统级矢量化串扰消除,基于Lantiq针对局端设备的VINAX™ IVE1000芯片组   ·运营商可以为三网合一宽带服务提供一流的质量,包括多个高清质量电视、互联网和语音服务数据流   ·通过有效地在系统层级上消除串扰,服务供应商能够实现两倍以上的数据传输速率,达到200 Mbps的总聚合上行和下行数据传输速率   关于系统级矢量化串扰消除解决方案的更多信息,请访问:http://www.lantiq.com/vectoring和KEYMILE网站。   供货   基于Lantiq的VINAXRLINK “ht的KEYMILE系统已经量产供货。   关于Lantiq   Lantiq为下一代网络和数字家庭提供了多样化和创新的半导体产品组合。了解更多关于Lantiq的信息请登录我们的网站(Website),或者通过推特和YouTube(@Lantiq与YouTube)关注我们。   关于KEYMILE   KEYMILE是一家在接入和传输系统领域内,为通信解决方案提供尖端技术领先供应商。灵活而强大的基于IP的多业务接入平台有助于电信服务提供商通过铜线和光纤提供各种语音和数据服务。该公司同时提供的IP/以太网和TDM技术可保证顺利演讲到下一代网络。KEYMILE的系统已被铁路公司和能源供应商在电信网络的关键性领域用于可靠的数据传输,以及移动和专业移动电台网络。该公司的主要业务基地位于德国和瑞士,在世界各地设有子公司和合作伙伴。其系统已安装在100多个国家和地区。

    时间:2020-09-03 关键词: 德州仪器 蓝牙 Zigbee 物联网 嵌入式系统

  • 英特尔风河联手成军 软硬双剑合璧拓疆物联网

      在现场,变频器的干扰出现得比较多,且比较严重,甚至导致控制系统无法投入使用。变频器的工作原理注定其会产生强电磁干扰。   变频器包括整流电路和逆变电路,输入的交流电经过整流电路和平波回路,转换成直流电压,再通过逆变器把直流电压变换成不同宽度的脉冲电压(称为脉宽调制电压,PWM)。用这个PWM电压驱动电机,就可以起到调整电机力矩和速度的目的。这种工作原理导致以下三种电磁干扰:   1、谐波干扰   整流电路会产生谐波电流,这种谐波电流在供电系统的阻抗上产生电压降,导致电压波型发生畸变,这种畸变的电压对于许多电子设备形成干扰(因为大部分电子设备仅能工作在正弦波电压条件下),常见的电压畸变是正弦波的顶部变平。谐波电流一定时,电压畸变在弱电源的情况下更加严重,这种干扰的特征是会对使用同一个电网的设备形成干扰,而与设备与变频器之间的距离无关;   2、射频传导发射干扰   由于负载电压为脉冲状,因此变频器从电网吸取电流也是脉冲状,这种脉冲电流中包含了大量的高频成分,形成射频干扰,这种干扰的特征是会对使用同一个电网的设备形成干扰,而与设备与变频器之间的距离无关;   3、射频辐射干扰   射频辐射干扰来自变频器的输入电缆和输出电缆。在上述的射频传导发射干扰的情形中,变频器的输入输出电缆上有射频干扰电流时,由于电缆相当于天线,必然会产生电磁波辐射,产生辐射干扰。变频器输出电缆上传输的PWM电压,同样包含丰富的高频的成分,会产生电磁波辐射,形成辐射干扰。辐射干扰的特征是,当其他电子设备靠近变频器时,干扰现象变得严重。   根据电磁学的基本原理,形成电磁干扰必须具备三要素:电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统。为防止干扰,可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。其中,硬件抗干扰是最基本和最重要的抗干扰措施,一般从抗和放两方面入手来抑制干扰,其总体原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的耦合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。以下内容是解决现场干扰的主要步骤:   1、采用软件抗干扰措施   具体来讲就是通过变频器的人机界面下调变频器的载波频率,把该值调低到一个适当的范围。如果这个方法不能奏效,那么只能采取下面的硬件抗干扰措施。   2、进行正确的接地   通过现场的具体调研我们可以看到,现场的接地情况是不甚理想的。而正确的接地既可以是系统有效地抑制外来干扰,又能降低设备本身对外界的干扰,是解决变频器干扰最有效的措施。具体来讲就是做到以下几点:   (1)变频器的主回路端子PE(E、G)必须接地,该接地可以和该变频器所带的电机共地,但不能与其它的设备共地,必须单独打接地桩,且该接地点应该尽量远离弱电设备的接地点。同时,变频器接地导线的截面积应不小于4mm2,长度应控制在20m以内。   (2)其它机电设备的地线中,保护接地和工作接地应分开单独设接地极,并最后汇入配电柜的电气接地点。控制信号的屏蔽地和主电路导线的屏蔽地也应分开单独设接地极,并最后汇入配电柜的电气接地点。   3、屏蔽干扰源   屏蔽干扰源是抑制干扰的很有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽,可以不让其电磁干扰泄露,但变频器的输出线最好用钢管屏蔽,特别是以外部信号(从控制器上输出4~20mA信号)控制变频器时,要求该控制信号线尽可能短(一般为20m以内),且必须采用屏蔽双绞线,并与主电路线(AC380)及控制线(AC220V)完全分离。此外,系统中的电子敏感设备线路也要求采用屏蔽双绞线,特别是压力信号。且系统中所有的信号线决不能和主电路线及控制线放于同一配管或线槽内。为使屏蔽有效,屏蔽层必须可靠接地。   4、合理的布线   具体方法有:   (1)设备的电源线和信号线应尽量远离变频器的输入输出线。   (2)其它设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入输出线平行。   如果采取了以上的办法之后还是不能够奏效,那么继续以下办法:   5、干扰的隔离   所谓干扰的隔离,是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来,使他们不发生电的联系。通常是在电源和控制器及变送器等放大器电路之间在电源线上采用隔离变压器以免传导干扰,电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。   6、在系统线路中设置滤波器   设备滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源和电动机。为减少电磁噪声和损耗,在变频器输出侧可设置输出滤波器;为减少对电源干扰,可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备如控制器和变送器等,可在该设备的电源线上设置电源噪声滤波器以免传导干扰。滤波器根据使用位置的不同,可分为:   (1)输入滤波器   通常有两种:   a、线路滤波器:主要由电感线圈构成,它通过增大线路在高频下的阻抗来削弱频率较高的谐波电流。   b、辐射滤波器:主要由高频电容器构成,它将吸收频率点很高的、具有辐射能量的谐波成分。   (2)输出滤波器也由电感线圈构成   它可以有效地削弱输出电流中的高次谐波成分。不仅起到抗干扰的作用,还能消弱电动机中由高次谐波产生的谐波电流引起的附加转矩。对于变频器输出端的抗干扰措施,必须注意一下方面:   a、变频器的输出端不允许接入电容器,以免在功率管导通(关断)瞬间,产生峰值很大的充电(或放电)电流,损害功率管;   b、当输出滤波器由LC电路构成时,滤波器内接入电容器的一侧,必须与电动机侧相接。   7、采用电抗器   在变频器的输入电流中频率较低的谐波成分(5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等)所占的比重是很高的,它们除了可能干扰其它设备的正常运行之外,还因为它们消耗了大量的无功功率,使线路的功率因素大为下降。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同,主要有以下两种:   (1)交流电抗器   串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有:   a、通过抑制谐波电流,将功率因素提高至(0.75-0.85);   b、削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击;   c、削弱电源电压不平衡的影响。   (2)直流电抗器   串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比较单一,就是削弱输入电流中的高次谐波成分。但在提高功率因素方面比交流电抗器有效,可达0.95,并具有结构简单、体积小等优点。   因此,变频器的抗干扰措施主要包括在变频器进线部分加装交流电抗器和滤波器,进线和出线采用屏蔽电缆,所有电缆的屏蔽层与电抗器、滤波器、变频器和电机的保护地共同接地,且该接地点与其他接地点分开,保持足够的距离。同时,信号电缆和变频器的动力电缆不要平行布置。   此外,为防止变频器干扰信号和控制回路,需要给控制器、仪表和工控机采用单独的隔离电源进行供电。

    时间:2020-09-02 关键词: 英特尔 物联网 风河 嵌入式系统

  • 别让物联网装置成为安全信息的漏洞,且行且小心!

      安全性在传统企业网路上就已经很难管理,现在又加上了各种大大(例如汽车)小小(例如网路摄影机、婴儿监视器)的物联网(IoT)装置,而且打造这些装置的厂商几乎没有网路安全意识。   连网装置应用领域从中央监控系统(SCADA-systems)到消费性电子产品,随着研究人员陆续公开重大缺陷,这些装置的安全漏洞也在过去一年成为聚光灯焦点。有些受影响的产业第一次是透过所谓的“白帽”骇客,发现在汽车、心律调整器、道路交通系统、家庭自动化系统以及飞机等产品的弱点;而一个重大的转变是,现在公共安全有一部分等同于上述那些产品。   有一些因为特殊用途所配备的功能实际上成为安全漏洞,例如有目的的后门(intenTIonalbackdoors)、硬式编码凭证 (hardcodedcredenTIals)、未加密的资料流量,以及与非关键系统位在同一个网路的关键系统。尽管在不久前于美国举行的 BlackHatUSA以及DEFCON大会上,专家们已经大力宣传这些弱点,很多安全漏洞都还未被修正且仍然脆弱。   为何不修补或是更新那些物连网装置,或是把它们打造得更安全?要保护那些消费性电子产品以及其他嵌入式系统,还需要克服以下几个大挑战:   1.通常没有一致性或官方的软体更新程序/机制   在Windows平台装置上的恶意软体最后都会被发现,但BeyondTrust技术长MarcMaiffret表示,物联网装置内部的“能见度”很低甚至是零:“谁都看不见那些装置内有什么,如果有更新、也看不见其韧体的可信赖度。”   因为那些装置很多是采用Linux架构平台,Maiffret建议其软体应该要由一个开放性社群来管理,以处理漏洞或是安全性更新;举例来说,IP摄影机或是SAN储存系统应该要具备定期的Linux更新机制:“它们应该要是开放性的,如此才能真正被视为Linux作业系统装置,让我们能建立安全机制并像其他Linux装置一样来管理。”   SolarWinds产品管理副总裁ChrisLaPoint表示,他自己拥有3支家用IP摄影机,都不是执行最新的韧体,也不清楚它们是否有漏洞:“甚至是大多数这类装置的设定指令集、围绕它们的安全控制配置以及修补程式…它们该如何被管理?”   2.很多消费性产品以及其他非传统性IT供应商,对嵌入他们系统中的网路威胁了解很少或根本不了解   多数嵌入式装置制造商与安全性技术社群之间的隔阂甚深,卫星终端供应商就是一个例子;IOAcTIve首席安全顾问 RubenSantamarta就发现,那些装置内的硬式编码密码、后门以及不安全的通讯协议,可能会让攻击者入侵并中断船舶、飞机与军事设施的通讯连结。   Santamarta还发现,那些受影响的设备供应商根本没有计画来修补那些缺陷;有部分供应商还坚称那些问题不是漏洞,只是他们的产品中非必要的功能。IOAcTIve技术长CesarCerrudo也有类似的经验,他所研究的智慧感测器制造商因为客户要求而移除了装置中的加密;因为少了加密机制,装置韧体能被伪造、也能被植入恶意软体。   安全产业发起了IAmtheCavalry、BuildItSecure.ly等计画,期望能拉近与嵌入式装置制造商之间的距离,那些“白帽骇客”们也能协助并研究如何更妥善的保障产品安全。   3.装置的安全性通常缺乏可负责者   SolarWinds的LaPoint表示,大多数消费性装置的安全性该由谁来负责,往往没有清楚的权限划分:“你问装置制造商,他们也会说不知道;他们几乎不会想到这个问题。”   有些厂商只是透过官方网站发布韧体更新,而且端看消费者或使用者自己要不要下载安装更新:“有的安装更新只有简单说明,例如只告诉你要用USB缆线连结;我不认为装置制造商认为他们应该要负责维护装置的安全性。”   4.许多装置所配置或因特殊用途而建立的功能实际等同于安全漏洞   许多物连网装置与IT系统是在同一个网路上;“这些装置是不是总有一天会成为把其他东西送进我的网路的桥梁?”LaPoint表示:“如果有人透过我的网路摄影机看见我在家里穿着内裤跑来跑去,这很不妙;而如果他们收集我的个资或其他在相同网路上的设备资讯,那又该怎么办?”他说,关键在于将这些消费性连网装置与同一网路上拥有敏感资料的系统分开。   物联网对企业来说是一个新挑战,至少有许多方法能在那些装置一旦被定义时,为其添加安全措施;安全专家指出,物联网装置的数量将会是我们前所未见,评估并具备了解网路所传递的流量来自何处的能力,以及能追踪它们并关闭的能力,是企业关键必备的。

    时间:2020-09-01 关键词: 消费电子 物联网 嵌入式系统

  • 嵌入式系统的组成框图哪些

    嵌入式系统的组成框图哪些

    现在,嵌入式系统是一种应用范围非常广泛的系统。可以说除了一般用途的计算机外的所有计算机都属于嵌入式系统,例如从便携式音乐播放器到航天飞机上的实时系统控制都属于嵌入式系统。 根据IEEE(国际电气和电子工程师协会)的定义,嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”。这主要是从应用上加以定义的,从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。 目前国内一个普遍被认同的定义是: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。可以这样认为,嵌入式系统是一种专用的计算机系统,作为装置或设备的一部分。通常,嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上,所有带有数字接口的设备,如手表、微波炉、录像机、汽车等,都使用嵌入式系统,有些嵌入式系统还包含操作系统,但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。 一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成,图片是我对嵌入式系统组成的总结嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心,由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象,它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令,执行所规定的操作或任务。执行装置可以很简单,如手机上的-一个微小型的电机,当手机处于震动接收状态时打开;也可以很复杂,如SONY智能机器狗,上面集成了多个微小型控制电机和多种传感器,从而可以执行各种复杂的动作和感受各种状态信息。 那么你对嵌入式系统的组成有了解了么?有什么可以补充的吗?

    时间:2020-07-21 关键词: 嵌入式 嵌入式系统

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