针对ARM-Linux程序的开发，主要分为三类：应用程序开发、驱动程序开发、系统内核开发，针对不同种类的软件开发，有其不同的特点。

一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。

系统的扩展和配置应遵循以下原则：

1、尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。

2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。

3、硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实殃，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。

4、系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。

5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。

6、单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。

7、尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性。随着单片机片内集成的功能越来越强，真正的片上系统SoC已经可以实现，如ST公司新近推出的μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。

    单片机系统硬件抗干扰常用方法实践  

影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素，常会导致单片机系统运行失常，轻则影响产品质量和产量，重则会导致事故，造成重大经济损失。

形成干扰的基本要素有三个：

（1）干扰源。指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可 能成为干扰源。

（2）传播路径。指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传 播路径是通过导线的传导和空间的辐射。

（3）敏感器件。指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC， 弱信号放大器等。

    干扰的分类  

1干扰的分类

干扰的分类有好多种，通常可以按照噪声产生的原因、传导方式、波形特性等等进行不同的分类。按产生的原因分：

可分为放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。

按传导方式分：可分为共模噪声和串模噪声。

按波形分：可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。

2 干扰的耦合方式

干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道才对测控系统产生作用的。因此，我有必要看看干扰源和被干扰对象之间的传递方式。干扰的耦合方式，无非是通过导线、空间、公共线等等，细分下来，主要有以下几种：

（1）直接耦合：

这是最直接的方式，也是系统中存在最普遍的一种方式。比如干扰信号通过电源线侵入系统。对于这种形式，最有效的方法就是加入去耦电路。从而很好的抑制。

（2）公共阻抗耦合：

这也是常见的耦合方式，这种形式常常发生在两个电路电流有共同通路的情况。为了防止这种耦合，通常在电路设计上就要考虑。使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。

（3）电容耦合：

又称电场耦合或静电耦合 。是由于分布电容的存在而产生的耦合。

（4）电磁感应耦合：

又称磁场耦合。是由于分布电磁感应而产生的耦合。

（5）漏电耦合：

这种耦合是纯电阻性的，在绝缘不好时就会发生。

    常用硬件抗干扰技术  

针对形成干扰的三要素，采取的抗干扰主要有以下手段。

1 抑制干扰源

抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。

抑制干扰源的常用措施如下：

（1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加 续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可 动作更多的次数。

（2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几K 到几十K，电容选0.01uF），减小电火花影响。

（3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。

（4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF——0.1μF高频电容，以减小IC对电源的 影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电 容的等效串联电阻，会影响滤波效果。

（5）布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。

（6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声（这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的）。

2 切断干扰传播路径

按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。

所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大，要特别注意处理。

所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距，用地线把它们隔离和在敏感器件上加 蔽罩。

切断干扰传播路径的常用措施如下：

（1）充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就 解决了一大半。

许多单片机对电源噪声很敏感，要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。

（2）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。

（3）注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。

（4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机、继电器）与敏感元件（如单片机）远离。

（5）用地线把数字区与模拟区隔离。数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则。

（6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。

（7）在单片机I/O口、电源线、电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩，可显着提高电路的抗干扰性能。

3 提高敏感器件的抗干扰性能

提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声 的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法。

提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下：

（1）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。

（2）布线时，电源线和地线要尽量粗。除减小压降外，更重要的是降低耦 合噪声。

（3）对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。

（4）对单片机使用电源监控及看门狗电路，如：IMP809，IMP706，IMP813， X5043，X5045等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。

（5）在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。（6）IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。

4 其它常用抗干扰措施

交流端用电感电容滤波：去掉高频低频干扰脉冲。

变压器双隔离措施：变压器初级输入端串接电容，初、次级线圈间屏蔽层与初级间电容中心接点接大地，次级外屏蔽层接印制板地，这是硬件抗干扰的关键手段。

次级加低通滤波器：吸收变压器产生的浪涌电压。

采用集成式直流稳压电源：因为有过流、过压、过热等保护。I/O口采用光电、磁电、继电器隔离，同时去掉公共地。

通讯线用双绞线：排除平行互感。防雷电用光纤隔离最为有效。

A/D转换用隔离放大器或采用现场转换：减少误差。

外壳接大地：解决人身安全及防外界电磁场干扰。加复位电压检测电路。防止复位不充份，CPU就工作，尤其有EEPROM的器件，复位不充份会改变EEPROM的内容。

印制板工艺抗干扰：

①电源线加粗，合理走线、接地，三总线分开以减少互感振荡。

②CPU、RAM、ROM等主芯片，VCC和GND之间接电解电容及瓷片电容，去掉高、低频干扰信号。

③独立系统结构，减少接插件与连线，提高可靠性，减少故障率。

④集成块与插座接触可靠，用双簧插座，最好集成块直接焊在印制板上，防止器件接触不良故障。

⑤有条件采用四层以上印制板，中间两层为电源及地

今天我们来看看ARM-Linux开发和MCU开发的不同点，以及ARM-Linux的基本开发环境。

    1.  ARM-Linux应用开发和单片机开发的不同  

这里先要做一个说明，对于ARM的应用开发主要有两种方式：一种是直接在ARM芯片上进行应用开发，不采用操作系统，也称为裸机编程，这种开发方式主要应用于一些低端的ARM芯片上，其开发过程非常类似单片机，这里不多叙述。

还有一种是在ARM芯片上运行操作系统，对于硬件的操作需要编写相应的驱动程序，应用开发则是基于操作系统的，这种方式的嵌入式应用开发与单片机开发差异较大。ARM-Linux应用开发和单片机的开发主要有以下几点不同：

（1）应用开发环境的硬件设备不同

单片机：开发板，仿真器（调试器），USB线；

ARM-Linux：开发板，网线，串口线，SD卡；

对于ARM-Linux开发，通常是没有硬件的调试器的，尤其是在应用开发的过程中，很少使用硬件的调试器，程序的调试主要是通过串口进行调试的；但是需要说明的是，对于ARM芯片也是有硬件仿真器的，但通常用于裸机开发。

（2）程序下载方式不同

单片机：仿真器（调试器）下载，或者是串口下载；

ARM-Linux:串口下载、tftp网络下载、或者直接读写SD、MMC卡等存储设备，实现程序下载；

这个与开发环境的硬件设备是有直接关系的，由于没有硬件仿真器，故ARM-Linux开发时通常不采用仿真器下载；这样看似不方便，其实给ARM-Linux的应用开发提供了更多的下载方式。

（3）芯片的硬件资源不同

单片机：通常是一个完整的计算机系统，包含片内RAM，片内FLASH，以及UART、I2C、AD、DA等各种外设；

ARM：通常只有CPU，需要外部电路提供RAM以供ARM正常运行，外部电路提供FLASH、SD卡等存储系统映像，并通过外部电路实现各种外设功能。由于ARM芯片的处理能力很强，通过外部电路可以实现各种复杂的功能，其功能远远强于单片机。

（4）固件的存储位置不同

单片机：通常具备片内flash存储器，固件程序通常存储在该区域，若固件较大则需要通过外部电路设计外部flash用于存储固件。

ARM-Linux: 由于其没有片内的flash, 并且需要运行操作系统，整个系统映像通常较大，故ARM-Linux开发的操作系统映像和应用通常存储在外部的MMC、SD卡上，或者采用SATA设备等。

（5）启动方式不同

单片机：其结构简单，内部集成flash, 通常是芯片厂商在程序上电时加入固定的跳转指令，直接跳转到程序入口（通常在flash上）；开发的应用程序通过编译器编译，采用专用下载工具直接下载到相应的地址空间；所以系统上电后直接运行到相应的程序入口，实现系统的启动。

ARM-Linux：由于采用ARM芯片，执行效率高，功能强大，外设相对丰富，是功能强大的计算机系统，并且需要运行操作系统，所以其启动方式和单片机有较大的差别，但是和家用计算机的启动方式基本相同。其启动一般包括BIOS，bootloader，内核启动，应用启动等阶段；

(a)启动BIOS: BIOS是设备厂家（芯片或者是电路板厂家）设置的相应启动信息，在设备上电后，其将读取相应硬件设备信息，进行硬件设备的初始化工作，然后跳转到bootloader所在位置（该位置是一个固定的位置，由BIOS设置）。（根据个人理解，BIOS的启动和单片机启动类似，需要采用相应的硬件调试器进行固件的写入，存储在一定的flash 空间，设备上电启动后读取flash空间的指令，从而启动BIOS程序。）

(b)启动bootloader: 该部分已经属于嵌入式Linux软件开发的部分，可以通过代码修改定制相应的bootloader程序，bootloader的下载通常是采用直接读写SD卡等方式。即编写定制相应的bootloader,编译生成bootloader映象文件后，利用工具（专用或通用）下载到SD卡的MBR区域（通常是存储区的第一个扇区）。此时需要在BIOS中设置，或者通过电路板的硬件电路设置，选择bootloader的加载位置；若BIOS中设置从SD卡启动，则BIOS初始化结束后，将跳转到SD卡的位置去执行bootloader,从而实现bootloader的启动。

Bootloader主要作用是初始化必要的硬件设备，创建内核需要的一些信息并将这些信息通过相关机制传递给内核，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，最终调用操作系统内核，真正起到引导和加载内核的作用。

(c)启动内核 ：bootloader启动完成初始化等相关工作之后，将调用内核启动程序。这就进入了实际的操作系统相关内容的启动了，包括相应的硬件配置，任务管理，资源管理等内核程序的启动。

(d)启动应用：在操作系统内核启动之后，就可以开始启动需要的应用，去完成真正的业务操作了。

    2.  Arm-Linux 基本开发环境  

前面介绍了ARM-Linux应用开发和单片机开发的不同之处，相信你已经对ARM-Linux应用开发有了一个基本的认识了，下面将介绍一下ARM-Linux的基本开发环境。其主要包括硬件环境和软件环境两个部分，这里以iMX53和Ubuntu为例进行说明。

（1）硬件环境

开发板：ARM运行的硬件环境，或者是相应项目的ARM电路板；

计算机：作为开发主机使用，安装Linux(如Ubuntu)），或者采用虚拟机安装Ubuntu；

串口线：用于开发过程中采用终端进行串口调试或下载程序；

网线：用于连接arm-board和开发主机，实现tftp下载内核（程序等），通过网络nfs运行程序等。

SD卡（及读卡器）或者其他存储设备：用于存储bootloader、内核映像等，以及最终的软件系统的存储；开发过程中，通常用于保存bootloader,引导系统启动。

（2）软件环境

Ubuntu： 作为操作系统，是整个软件开发环境的载体，相应的开发工具都布置在此系统中。

LTIB： 这是freescale的提供的一个编译工具链，能够很方便的将源代码文件编译为适合的程序代码，并对程序进行调试；用户也可以通过下载源码构建自己的编译工具链。

tftp： 用于从开发主机Ubuntu上向arm-board 下载内核文件、应用文件等。

nfs网络文件系统：用于在开发主机上建立网络nfs文件根系统，arm-board通过nfs网络文件系统读取开发主机上的虚拟根文件系统，完成系统的启动；方便系统的开发与调试。

minicom：串口调试工具，用于在开发主机上与arm-board通信，实现对arm-board上应用程序的操作与调试；

Eclipse：集成开发环境，主要方便代码的编辑、编译等，也可采用DS5，RealView等；或者采用gedit进行编辑，通过LTIB进行编译和管理。