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1、基于MATLAB的数字基带调制课程设计报告39页doc吉林工程技术师范学院信息工程学院 嵌入式系统设计 课程设计报告 题 目： 基于MATLAB的数字基带调制 第一章 绪论1.1嵌入式系统嵌入式系统一般指非 PC 系统，有计算机功能但又不能称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于 PC 中 BIOS 的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操

2、作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上 PDA 、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。嵌入式系统的硬件部分，包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和 I/O端口、图形控制器等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用EPROM、EEPROM 或闪存(Flash Memory)作为存储介质。软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程

3、序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。其的核心是嵌入式微处理器。1.2 嵌入式处理器嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式处理器一般就具备以下4 个特点：（1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度。（2）具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。（3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。（4）嵌入式微处

4、理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW 甚至W 级。1.3 ARM 微处理器简介ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。1991 年ARM 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM 技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM 微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM 技术的微处理器应用约占据了32 位RISC 微处理器75

5、以上的市场份额，ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM 公司是专门从事基于RISC 技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM 公司购买其设计的ARM 微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM 微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM 公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。1.4电子黑板的概念电子黑板是教师进行课堂辅

6、助教学的场所，是对传统黑板的一个延伸和补充。传统的黑板是以黑板为场所，通过使用板书、挂图、标记等教学元素引导学生的学习。电子黑板提可以对标准的针对课程而设计的教学素材进行快速地组织，摆放到电子黑板上，达到课件知识的呈现，并可以对这些素材根据教学的需要进行进一步的调整、标记等，增强与学生交互学习的效果，借助背景、音乐、时钟营造良好的教学场景和氛围。第二章 系统开发环境2.1 ADS1.2软件ARM ADS 全称为ARM Developer Suite，是ARM公司推出的新一代ARM集成开发工具。现在ADS的最新版本是1.2,它取代了早期的ADS1.1和ADS1.0。它除了可以安装在Windows

7、NT4, Windows98和Windows95操作系统下,还支持Windows XP和Windows Me操作系统。ADS由命令行开发工具,ARM时实库,GUI开发环境(Code Warrior 和AXD),实用程序和支持软件组成。现在重点介绍GUI开发环境(Code Warrior 和AXD)。CodeWarrior for ARM是一套完整的集成开发工具,充分发挥了ARM RISC 的优势,使产品开发人员能够很好的应用尖端的片上系统技术。该工具是专为基于ARM RISC的处理器而设计的，这可加速并简化嵌入式开发过程中的每一个环节,便得开发人员只需要通过一个集成软件开发环境就能研制出ARM

8、产品,在整个开发周期中,开发人员无霜离开Code Warrior开发环境,因此节省了在操做工具上花的时间,使得开发人员有更多的精力投入到代码编写上来。2.2 JTAG仿真器介绍JTAG,英文名为Joint Test Action Group，即为联合测试行动组，它是一种边界扫描标准，由于集成电路的集成度不断提高，芯片的引脚不断增加，常规的在线仿真方式已经不能满足需要，而JTAG只需要5根引脚就可以实现在线仿真的功能，该标准被批准为IEEE-1149.1标准，它不但能测试各种集成电路芯片，也能测试芯片内各类宏单元，还能测试相应的印刷电路板。而且JTAG 仿真器比较便宜，连接比较方便，通过现有的

9、JTAG 边界扫描口与 ARM CPU 核通信，属于完全非插入式 ( 即不使用片上资源 ) 调试，它无需目标存储器，不占用目标系统的任何端口，而这些是驻留监控软件所必需的。另外，由于 JTAG 调试的目标程序是在目标板上执行，仿真更接近于目标硬件，因此，许多接口问题，如高频操作限制、 AC 和 DC 参数不匹配，电线长度的限制等被最小化了。使用集成开发环境配合 JTAG 仿真器进行开发是目前采用最多的一种调试方式。我们采用的JTAG电路如图2-7所示。在图中，JTAG接口U8上的信号nTRST连接到S3C2410A芯片的TRST引脚，达到控制S3C2410A内部JTAG接口电路复位的目的。根据

10、S3C2410A数据手册中说明，Ntrst、TDI、TMS和TCK引脚上需要连接一个10K的上拉电阻。 图2-1 JTAG的电路图2.3JTAG仿真器设置首先点击桌面图标如图2-8所示.然后将会弹出如图2-9对话框,图2-8 JTAG快捷连接图图2-9 H-JTAG图 如果此时没有连接好实验箱与仿真器,点击检查标志时,将会弹出如图2-10所示对话框,如果连接无误,将会弹出如图2-11对话框,表明连接到的处理器的内核及型号.图2-10 H-JTAG错误提示框图2-11 H-JTAG 连接正确提示框第三章系统设计选型3.1 ARM处理器选型如前文所述ARM 微处理器目前包括下面ARM7, ARM9

11、, ARM9E, ARM10E,SecurCore, Xscale, StrongARM 等几个系列. 鉴于当前电子市场上的情况,在此我主要讨论一下ARM7 与ARM9 这两种主流处理器的特点及应用领域。 ARM7 系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、Internet 设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。ARM7 系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI 是目前使用最广泛的32 位嵌入式RISC 处理器，属低端ARM 处理器核。 ARM9 系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表

12、、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。ARM9 系列微处理器包含ARM920T、ARM922T 和ARM940T 三种类型.由此可见, ARM9 对于Linux 操作系统的支持性明显强于ARM7。 因此, 本系统采用的核心微处理器是SAMSUNG S3C2410 (以ARM920T 为内核)。3.2 S3C2410概述 S3C2410是SAMSUNG 公司推出的16/32 位RISC 处理器（ARM920内核），适用于手持设备、POS机、数字多媒体播放设备等等，具有低价格、低功耗、高性能小等特点。为了降低整个系统的成本， S3C2410 提供了一下丰富的内部设备：分开的16

13、KB 的指令Cache和16KB 数据Cache, MMU 虚拟存储器管理, LCD 控制器，支持NAND Flash 系统引导， 系统管理（片选逻辑和SDRAM 控制器），3 通道UART，4 通道DMA，4 通道PWM 定时器，I/O 端口，RTC，8 通道10 位ADC 和触摸屏接口，IIC-BUS 接口，USB 主机，USB 设备，SD 主卡和MMC 卡接口，2 通道的SPI 以及内部PLL 时钟倍频器。 S3C2410采用了ARM920T 内核， 0.18um 工艺的CMOS 标准宏单元和存储单元。它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。同样它还采用了一种

14、叫做Advanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA)新型总线结构。 S3C2410 的显著特性是它的CPU 核心， 是一个由Advanced RISCMachines(ARM) 有限公司设计的16/32 位ARM920T RISC 处理器。ARM920T 核由ARM9TDMI、存储管理单元（MMU）和高速缓存三部分组成。其中，MMU 可以管理虚拟内存。ARM920T 实现了MMU，AMBA BUS 和Harvard 高速缓冲体系结构。这一结构具有独立的16KB 指令Cache 和16KB 数据Cache，每个都是由8 字长的行构成。ARM920T

15、有两个内部协处理器：CP14 和CP15。CP14 用于调试控制，CP15 用于存储系统控制以及测试控制。 在时钟方面S3C2410 也有突出的特点，该芯片集成了一个具有日历功能的RTC 和具有PLL(MPLL 和UPLL)的芯片时钟发生器。MPLL 产生主时钟，能够使处理器工作频率高达203MHz。这个频率能够使处理器轻松运行Windows CE、Linux等操作系统以及进行较为复杂的处理信息。UPLL 产生实现主从USB 功能时钟。S3C2410 的内部结构图如图3-1 所示，图 3-1 S3C2410 内部结构图在本系统设计过程中，我们主要用到了S3C2410A的处理器的最小系统，即时钟

16、和电源管理、LCD控制器、A/D转换与触摸屏接口等，现对其做一介绍。3.3 S3C2410的时钟与电源管理 时钟和电源管理模块包括三部分：时钟控制、USB控制和电源控制。S3C24210中的时钟控制逻辑能够产生CPU所需的FCLK时钟信号、AHB总线外围设备所需的HCLK时钟信号，以及APB总线外围设备所需的PCLK时钟信号。S3C24210有两个锁相环PLL：一个用于FCLK、HCLK和PCLK，另一个专门用于USB模块。时钟控制逻辑可以在不需要PLL的情况下慢速时钟，并且可以通过软件来控制时钟与每一个外围模块是连接还是断开，从而降低功耗。 对于电源控制逻辑，S3C24210具有多种电源管理方案，从而使每个给定的任务都具有最优的功耗。S3C24210中的电源管理模块可以激活