【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(diǎn)。因?yàn)閒lash具有非易失性、讀取速度快和功耗低等特點(diǎn)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(xiàng)目，提出了一種基于單片機(jī)AT89C51SND1的可實(shí)現(xiàn)MP3播放的flash測試的設(shè)計(jì)方法，以AT89C51SND1為核心，設(shè)計(jì)外圍電路，完成原理圖設(shè)計(jì)、PCB板設(shè)計(jì)并裝配成實(shí)驗(yàn)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(jī)系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用，調(diào)試實(shí)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(xué)合作設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試開發(fā)板的過程中，學(xué)習(xí)實(shí)踐軟、硬件的設(shè)計(jì)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(jì)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(fù)雜，由于容量和靈活性等方面的劣勢，已經(jīng)無法滿足當(dāng)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(diǎn)，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(dòng)硅編譯技術(shù)研究項(xiàng)目，設(shè)計(jì)一款能夠測試項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的多款嵌入式閃存核，并實(shí)現(xiàn)播放的開發(fā)板。以較低成本的嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對的功能測試和功能展示。

1.2嵌入式系統(tǒng)概況
實(shí)際上，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)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(diǎn)的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，所以有時(shí)很難以給嵌入式系統(tǒng)下一個(gè)準(zhǔn)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(yùn)算和控制管理外部設(shè)備的運(yùn)行，外部存儲設(shè)備存放數(shù)據(jù)和部分為實(shí)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(kuò)展外部設(shè)備實(shí)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(dú)立工作的。此時(shí)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(diǎn)有：嵌入式操作系統(tǒng)能運(yùn)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(kuò)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(jì)算機(jī)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(gè)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(xiàng)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(dòng)敏感、需要多電源供電等特點(diǎn)，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�，F(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(jì)算機(jī)主機(jī)的一個(gè)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(shí)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(dǎo)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(dòng)?xùn)藕涂刂茤牛�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(dāng)負(fù)電子在控制柵的作用下被注入到浮動(dòng)?xùn)胖袝r(shí)，該單晶體管的存儲狀態(tài)就由變成。相對來說，當(dāng)負(fù)電子從浮動(dòng)?xùn)胖幸谱吆�，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(hù)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。如果要寫入數(shù)據(jù)，需要移走浮動(dòng)?xùn)胖械呢?fù)電子，使目標(biāo)存儲區(qū)域處于狀態(tài)，這樣只有遇到數(shù)據(jù)時(shí)才發(fā)生寫入動(dòng)作，但這個(gè)過程需要耗費(fèi)不短的時(shí)問，導(dǎo)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(jì)...............17
3.1平臺硬件電路設(shè)計(jì).....................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(dòng)態(tài)調(diào)試是硬件設(shè)計(jì)者利用示波器對電路的硬件進(jìn)行動(dòng)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(cuò)誤，例如：可以測量芯片的時(shí)鐘頻率是否于設(shè)計(jì)的理論值接近、芯片的復(fù)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(jìn)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(cuò)誤，同時(shí)解決硬件調(diào)試時(shí)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(shí)驗(yàn)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(fù)雜程序擴(kuò)展。單步運(yùn)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(cuò)誤。按自下而上的逆序逐級擴(kuò)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(shí)時(shí)斷點(diǎn)運(yùn)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(diǎn)，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(jìn)入中斷，則可單步運(yùn)行中斷服務(wù)程序；連續(xù)執(zhí)行命令是在通過單步斷點(diǎn)沒有發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤時(shí)，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(shí)的電流是不經(jīng)過靈敏放大器而直接引導(dǎo)到外部接口的。通過存儲單元電流的測試可以將較為準(zhǔn)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(shí)也提升日后對存儲單元設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)能力。還有一些測試可以進(jìn)行，但由于開發(fā)板功能以及板級系統(tǒng)的局限性無法進(jìn)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(shí)過長以至于難以接受，故無法進(jìn)行完整的測試，但是我們可以退而求其次，測試是否可以達(dá)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(shí)間的課題研究和相關(guān)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的積累，完成了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板的設(shè)計(jì)和調(diào)試，對項(xiàng)目流片成功的進(jìn)行讀寫擦的功能測試，并能實(shí)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(jìn)行學(xué)習(xí)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合項(xiàng)目產(chǎn)品和單位軟硬件資源，提出基于單片機(jī)芯片開發(fā)一款能實(shí)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(shí)鐘、音頻、存儲電路構(gòu)成；硬件電路設(shè)計(jì)過程中，首先完成電路原理設(shè)計(jì)，之后進(jìn)行了采購元器件，然后是板的設(shè)計(jì)和加工，接著焊接元器件，檢查調(diào)試無誤后進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。無論硬件還是軟件的設(shè)計(jì)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(xiàng)目實(shí)際需求情況，基于實(shí)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(jì)后就是進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試的過程即是查漏補(bǔ)缺同時(shí)也是對之前設(shè)計(jì)的一個(gè)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(jì)更熟練，讓下一次的設(shè)計(jì)更完善。存儲芯片的功能測試更進(jìn)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(jì)過程中的理解。本課題的研究過程中，是在老師的指導(dǎo)和與同學(xué)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(jì)技巧；其次是對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究；然后是積累了軟硬件設(shè)計(jì)的一些知識、思路和技巧，并在設(shè)計(jì)的過程中學(xué)習(xí)、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(xué)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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參考文獻(xiàn)：

• [1] 李國峰,董海坤,張勇,邵巍,高平,高丕濤.  基于ISP1362的U盤MP3播放器設(shè)計(jì)[J]. 電子設(shè)計(jì)應(yīng)用. 2007(02)
• [2] 許偉達(dá).  IC測試原理-存儲器和邏輯芯片的測試[J]. 半導(dǎo)體技術(shù). 2006(05)
• [3] 汪勇,熊前興.  MP3文件格式解析[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件. 2004(12)
• [4] 張連明,霍迎輝.  嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J]. 國外電子元器件. 2004(01)
• [5] 潘立陽,朱鈞.  Flash存儲器技術(shù)與發(fā)展[J]. 微電子學(xué). 2002(01)
• [6] 李力.  閃速存儲器技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2001(08)