【摘要】 隨著近些年信息技術(shù)的飛速發(fā)展，如今的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為諸多行業(yè)研究和應(yīng)用的熱點。因為flash具有非易失性、讀取速度快和功耗低等特點被廣泛的應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，但芯片測試存在周期長，成本高等問題。本文結(jié)合0.13μm嵌入式閃存存儲器和90nm閃存存儲器的研發(fā)項目，提出了一種基于單片機AT89C51SND1的可實現(xiàn)MP3播放的flash測試的設(shè)計方法，以AT89C51SND1為核心，設(shè)計外圍電路，完成原理圖設(shè)計、PCB板設(shè)計并裝配成實驗開發(fā)板，并利用c語言調(diào)整編譯器KeilC和ISP在線調(diào)試軟件FLIP，將嵌入式技術(shù)融入單片機系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用，調(diào)試實現(xiàn)具有多媒體播放功能并測試flash功能和性能。在與老師同學合作設(shè)計、制造、調(diào)試開發(fā)板的過程中，學習實踐軟、硬件的設(shè)計思想、開發(fā)的流程、相關(guān)軟件的使用、解決問題的能力，合作完成了開發(fā)板的設(shè)計和制版工作，并完成部分flash功能和性能的測試。 

第一章緒論

1.1引言
嵌入式系統(tǒng)需要為軟件和數(shù)據(jù)提供存儲空間。但由于現(xiàn)在對嵌入式系統(tǒng)的功能和性能都有了更高的要求，嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也日益復雜，由于容量和靈活性等方面的劣勢，已經(jīng)無法滿足當今嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的需求。Flash作為一種安全快速的存儲體，以其體積小、容量大、成本低、掉電不丟失數(shù)據(jù)等一系列優(yōu)點，成為了目前嵌入式系統(tǒng)中程序和數(shù)據(jù)的最主要載體。隨著嵌入式系統(tǒng)的長足發(fā)展，的市場需求也是不斷增加。市場的需求催生大量芯片研發(fā)，生產(chǎn)，應(yīng)用等業(yè)務(wù)。本文所研究的內(nèi)容是基于中心高速閃存自動硅編譯技術(shù)研究項目，設(shè)計一款能夠測試項目中設(shè)計的多款嵌入式閃存核，并實現(xiàn)播放的開發(fā)板。以較低成本的嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)對的功能測試和功能展示。

1.2嵌入式系統(tǒng)概況
實際上，嵌入式系統(tǒng)是一個涵蓋內(nèi)容非常廣泛的名詞，那些與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具有嵌入式特點的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，所以有時很難以給嵌入式系統(tǒng)下一個準確的定義，但一般而言，嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)架大都可以分成四部分：嵌入式微處理器、外部存儲設(shè)備、輸入輸出端口和系統(tǒng)應(yīng)用配套軟件。其中處理器是系統(tǒng)的核心，處理數(shù)據(jù)的運算和控制管理外部設(shè)備的運行，外部存儲設(shè)備存放數(shù)據(jù)和部分為實現(xiàn)功能的應(yīng)用軟件，輸入輸出端口可用來和系統(tǒng)外部交換數(shù)據(jù)或者擴展外部設(shè)備實現(xiàn)更多的功能，配套軟件除了應(yīng)用軟件外還有操作系統(tǒng)軟件，但與PC不同的是操作系統(tǒng)往往和應(yīng)用結(jié)合在一起，而非分開獨立工作的。此時的嵌入式系統(tǒng)中已經(jīng)有了比較完善的操作系統(tǒng)，在這一階段中，嵌入式系統(tǒng)的主要特點有：嵌入式操作系統(tǒng)能運行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核精小、效率高、具有高度的模塊化和擴展能力；文件和目錄管理，設(shè)備支持，多任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)支持，圖形窗口和用戶界面功能在這一階段的嵌入式系統(tǒng)中得到較廣泛的應(yīng)用和發(fā)展；正是由于操作系統(tǒng)的高效率以及多任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)等方面的支持，大量的嵌入式開發(fā)應(yīng)用程序和應(yīng)用軟件，以及各式各樣的嵌入式應(yīng)用接口井噴式的涌現(xiàn)如市場。具備文件和目錄管理、設(shè)備支持、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口以及用戶界面等功能：具有大量的應(yīng)用程序接口，開發(fā)應(yīng)用程序簡單；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。
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第二章嵌入式存儲系統(tǒng)與概述

2.1嵌入式存儲器概述
與所有的計算機系統(tǒng)一樣，嵌入式系統(tǒng)也存在著特有的架構(gòu)體系。不同層次結(jié)構(gòu)的存儲系統(tǒng)來儲存代碼、存放程序和數(shù)據(jù)，支撐著整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的正確調(diào)配。由于嵌入式系統(tǒng)可利用的硬件資源十分有限，因此系統(tǒng)對存儲空間的管理成為一項非常具有挑戰(zhàn)的任務(wù)。目前在中有的硬盤空間已經(jīng)不是很困難的事情了，但很難找到擁有如此巨大存儲容量的嵌入式系統(tǒng)。傳統(tǒng)硬盤體積過大、有旋轉(zhuǎn)部件、對震動敏感、需要多電源供電等特點，因而不適合在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用。通常的解決方案是用成本低、容量小的穩(wěn)定存儲設(shè)備來代替硬盤。現(xiàn)如今嵌入式存儲器有以下幾種常見的分類方法：內(nèi)存是計算機主機的一個重要部件，較多采用快速存儲器件。內(nèi)存的存取速度較快，但內(nèi)存的空間較小、且受地址總線位數(shù)的限制通常只用來儲存正在使用或者經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)，方便處理器直接訪問。更多的系統(tǒng)和應(yīng)用軟件則在用到時由外存?zhèn)魉偷絻?nèi)存。

2.2常見的嵌入式系統(tǒng)存儲設(shè)備
Flash是以單晶體管作為信息的存儲單元，它的結(jié)構(gòu)與普通半導體晶體管非常類似，與場效應(yīng)管有相同的名稱：源極、漏極和柵極。其中柵極包括浮動柵和控制柵，前者用于存儲電子，表層被一層硅氧化物絕緣體所覆蓋，并通過電容與控制柵相耦合。當負電子在控制柵的作用下被注入到浮動柵中時，該單晶體管的存儲狀態(tài)就由變成。相對來說，當負電子從浮動柵中移走后，存儲狀態(tài)就由變成。柵極與硅襯底之間有二氧化硅絕緣層，用來保護浮置柵極中的電荷不會泄露。采用這種結(jié)構(gòu)，使得存儲器單元具有了電荷保持能力，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。如果要寫入數(shù)據(jù)，需要移走浮動柵中的負電子，使目標存儲區(qū)域處于狀態(tài)，這樣只有遇到數(shù)據(jù)時才發(fā)生寫入動作，但這個過程需要耗費不短的時問，導致寫入速度總是慢于數(shù)據(jù)讀取的速度。圖是存儲單元的結(jié)構(gòu)示意圖.

第三章平臺硬件設(shè)計...............17
3.1平臺硬件電路設(shè)計.....................17
3.1.1硬件方案.....................17
第四章開發(fā)板軟件概述........................31
4.1軟件方案概述...................31
4.1.1主控程序...................32
第五章開發(fā)板調(diào)試與芯片測試............45
5.1開發(fā)板調(diào)試...............45
5.1.1硬件調(diào)試.....................45

第五章開發(fā)板調(diào)試與芯片測試

5.1開發(fā)板調(diào)試
此處說的動態(tài)調(diào)試是硬件設(shè)計者利用示波器對電路的硬件進行動態(tài)調(diào)試，來幫助分析和定位硬件電路中出現(xiàn)故障的芯片或設(shè)備以及判斷部件間的連接是否有邏輯錯誤，例如：可以測量芯片的時鐘頻率是否于設(shè)計的理論值接近、芯片的復位功能是否工作正常等。電路的硬件調(diào)試完成后，接下來就可以寫入代碼進行軟件的調(diào)試。軟件調(diào)試的任務(wù)是查出并修改程序中的錯誤，同時解決硬件調(diào)試時沒有發(fā)現(xiàn)的問題。軟件調(diào)試可以先從較為簡單的小燈實驗入手，逐步調(diào)試一些初級的子程序，然后逐步向上級模塊復雜程序擴展。單步運行這種方法調(diào)試程序可以查出軟件中循環(huán)、跳轉(zhuǎn)及分支等邏輯錯誤。按自下而上的逆序逐級擴展，直到應(yīng)用系統(tǒng)的功能全部調(diào)試完成且成功；采用非實時斷點運行這種方法調(diào)試中斷程序，需要在中斷程序入口地址設(shè)置斷點，從開始執(zhí)行程序，然后判斷程序是否會停止在中斷入口處，若不能，則檢查中斷初始化是否正確；若能進入中斷，則可單步運行中斷服務(wù)程序；連續(xù)執(zhí)行命令是在通過單步斷點沒有發(fā)現(xiàn)程序錯誤時，使用連續(xù)執(zhí)行命令調(diào)試軟件程序。

5.2Flash測試
通過對芯片管腳的配置，在存儲單元電流測試模式下，從芯片外部直接可以測量流經(jīng)存儲單元的電流，此時的電流是不經(jīng)過靈敏放大器而直接引導到外部接口的。通過存儲單元電流的測試可以將較為準確的反映存儲單元的一些特性，對于今后加深對存儲單元特性的理解打下基礎(chǔ)、同時也提升日后對存儲單元設(shè)計的設(shè)計能力。還有一些測試可以進行，但由于開發(fā)板功能以及板級系統(tǒng)的局限性無法進行。例如：存儲芯片所允許的最大擦寫次數(shù)，如果采用板級測試將耗時過長以至于難以接受，故無法進行完整的測試，但是我們可以退而求其次，測試是否可以達到功能的要求。
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第六章總結(jié)與展望

經(jīng)過一年多時間的課題研究和相關(guān)項目經(jīng)驗的積累，完成了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板的設(shè)計和調(diào)試，對項目流片成功的進行讀寫擦的功能測試，并能實現(xiàn)多媒體功能為以后的應(yīng)用做鋪墊。在對嵌入式系統(tǒng)理論進行學習分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合項目產(chǎn)品和單位軟硬件資源，提出基于單片機芯片開發(fā)一款能實現(xiàn)播放功能的芯片測試開發(fā)板。硬件部分由主控、電源、時鐘、音頻、存儲電路構(gòu)成；硬件電路設(shè)計過程中，首先完成電路原理設(shè)計，之后進行了采購元器件，然后是板的設(shè)計和加工，接著焊接元器件，檢查調(diào)試無誤后進行軟件設(shè)計，軟件部分采用模塊化設(shè)計思路進行設(shè)計。無論硬件還是軟件的設(shè)計開發(fā)都需要根據(jù)存儲器芯片的硬件結(jié)構(gòu)和工作過程，結(jié)合項目實際需求情況，基于實現(xiàn)存儲芯片功能測試和為今后的應(yīng)用打好基礎(chǔ)的目的。完成軟、硬件設(shè)計后就是進行調(diào)試，調(diào)試的過程即是查漏補缺同時也是對之前設(shè)計的一個回顧和總結(jié)，調(diào)試中遇到的種種問題都可以讓以后的設(shè)計更熟練，讓下一次的設(shè)計更完善。存儲芯片的功能測試更進一步深化了解的工作過程，而性能測試可以加深對芯片設(shè)計過程中的理解。本課題的研究過程中，是在老師的指導和與同學同事的合作下完成的。首先研究了存儲器的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理和部分設(shè)計技巧；其次是對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)進行學習和研究；然后是積累了軟硬件設(shè)計的一些知識、思路和技巧，并在設(shè)計的過程中學習、鞏固了相關(guān)軟件的使用；最后也通過這期間的歷練，為自己從學生到職場人的無論是心理、技術(shù)還是為人處事的轉(zhuǎn)變打下基礎(chǔ)。

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