嵌入式系统硬件设计：接口与存储器解析

"嵌入式系统硬件设计-接口，包括嵌入式存储器与I/O系统，由浙江大学的施青松讲解，涵盖嵌入式存储器设计、I/O常用接口设计、CPU接口总线、存储接口总线等内容，并讨论了存储器的性能指标如容量、速度、价格以及存储器层次结构的设计目标和实现方法。" 嵌入式系统是现代电子设备的核心部分，它们在各种应用中无处不在，从微小的传感器到复杂的工业自动化系统。在本课程中，重点是嵌入式系统的硬件设计，特别是接口部分。接口设计对于确保系统组件之间的有效通信至关重要，其中包括嵌入式存储器和输入/输出(I/O)系统。 嵌入式存储器设计关注于如何选择和优化存储器以满足高速度、大容量和低价格的需求。存储器性能通常由三个关键指标衡量：容量（S=W×l×m），速度（访问时间和存储周期），以及价格（单位字节价格）。存储器的容量决定了系统能存储多少数据，速度影响系统运行的效率，而价格则是实际设计时必须考虑的经济因素。为了实现这些目标，存储器设计师利用了存储器工艺的进步，以及程序的空间和时间局部性原则，创建了多层次的存储系统。 多层次存储系统，如缓存、RAM、ROM和硬盘，依据速度和价格形成了金字塔形的层次结构。速度最快的存储器（如触发器和寄存器）位于顶层，价格最低的存储介质（如磁盘）位于底层。每一层的存储器容量递增，速度递减，但价格也相应降低。这种层次结构设计的关键在于数据的包含性和地址映射，确保下层存储器的内容能在上层被访问，同时通过地址映射机制将下层地址映射到高层。 在嵌入式I/O接口设计中，会涉及多种类型的接口，如串行接口、并行接口、USB、SPI、I2C等，它们用于连接各种外围设备，如键盘、显示器、传感器和网络模块。CPU接口总线和存储接口总线则是系统内部组件之间交换信息的桥梁，例如，总线协议如AHB、APB、AXI等在嵌入式系统中广泛使用，它们规定了数据传输的时序和规则。 此外，课程还会介绍嵌入式网络接口，如以太网、Wi-Fi等，这些接口使嵌入式系统能够接入网络，实现远程通信和数据交换。标准协议接口如UART、CAN、LIN等用于特定的通信需求，调试协议接口如JTAG、SWD用于设备的调试和故障排查。最后，还有其他一些专用接口，它们针对特定应用而设计，例如音频、视频接口等。 总体来说，嵌入式系统硬件设计的接口部分是系统性能、可靠性和成本效益的关键因素。通过深入理解这些接口的设计和工作原理，开发者可以更好地构建高效、灵活且适应性强的嵌入式解决方案。