ARM和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計1

1、基于ARM的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計主要內(nèi)容主要內(nèi)容ARM體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識ARM匯編指令匯編指令 嵌入式系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)無處不在v經(jīng)過幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度改變了人們的生活、工作和娛樂方式，而且這些改變還在加速v嵌入式系統(tǒng)無處不在 嵌入式系統(tǒng)在很多產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用并逐步改變著這些產(chǎn)業(yè)，包括工業(yè)自動化、國防、運輸和航天領(lǐng)域。例如神州飛船和長征火箭中肯定有很多嵌入式系統(tǒng)，導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)也是嵌入式系統(tǒng)，高檔汽車中也有多達幾十個嵌入式系統(tǒng)?，F(xiàn)實中的嵌入式系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)？v嵌入式系統(tǒng)的定義“用于控制、監(jiān)視

2、或者輔助操作機器和設(shè)備的裝置”v嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，下面給出兩種比較合理定義：從技術(shù)的角度定義：以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計算機系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式處理器嵌入式處理器、相關(guān)支撐器件相關(guān)支撐器件和嵌入和嵌入 在在存儲器存儲器中的中的嵌入式軟件系統(tǒng)嵌入式軟件系統(tǒng)組成的可獨立工作的電子系組成的可獨立工作的電子系統(tǒng)、裝置或設(shè)備。統(tǒng)、裝置或設(shè)備。 (4) 片上系統(tǒng)（片上系統(tǒng)（System On

3、 ChipSOC）。）。 其中其中: :嵌入式處理器嵌入式處理器主要包括主要包括(1) 嵌入式微處理器嵌入式微處理器 (Embedded Microprocessor Unit)； (2) 嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller Unit) ，即單片機，即單片機 ；(3) 嵌入式數(shù)字信號處理器嵌入式數(shù)字信號處理器(Embedded Digital Signal Processor)；其中其中: :相關(guān)支撐器件相關(guān)支撐器件主要包括主要包括定時器、序列發(fā)生器、控制器、各種傳感器、定時器、序列發(fā)生器、控制器、各種傳感器、顯示設(shè)備顯示設(shè)備(LCD、LED等等)、

4、通訊設(shè)備通訊設(shè)備(Modem，GPS，GSM，GPRS，CDMA，IrDA/Fast IrDA, Bluetooth等等)、接口設(shè)備（接口設(shè)備（R232，IEEEl394 ，USB， PC卡，卡，Smart卡，卡，EthernetFast Ethernet，Parallel等等)。 嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式處理器嵌入式處理器、相關(guān)支撐器件相關(guān)支撐器件和嵌入和嵌入 在在存儲器存儲器中的中的嵌入式軟件系統(tǒng)嵌入式軟件系統(tǒng)組成的可獨立工作的電子系組成的可獨立工作的電子系統(tǒng)、裝置或設(shè)備。統(tǒng)、裝置或設(shè)備。 其中其中: :存儲器存儲器主要包括主要包括(1) 只讀存儲器（只讀存儲器（Read

5、 Only MemoryROM）;(2) 隨機存儲器（隨機存儲器（Read Random MemoryRAM） ;(3) 閃速存儲器（閃速存儲器（Flash MemoryFLASH） ;(4) 電子硬盤（電子硬盤（Electronic Hard Disk EHD）. 嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式處理器嵌入式處理器、相關(guān)支撐器件相關(guān)支撐器件和嵌入和嵌入 在在存儲器存儲器中的中的嵌入式軟件系統(tǒng)嵌入式軟件系統(tǒng)組成的可獨立工作的電子系組成的可獨立工作的電子系統(tǒng)、裝置或設(shè)備。統(tǒng)、裝置或設(shè)備。 其中其中: :嵌入式軟件系統(tǒng)嵌入式軟件系統(tǒng)主要包括主要包括(1) 與與硬件相關(guān)的底層支持軟件；硬件

6、相關(guān)的底層支持軟件；(2) 嵌入式操作系統(tǒng)；嵌入式操作系統(tǒng)；(3) 圖形用戶界面圖形用戶界面（Graphics User InterfaceGUI）；）；(4) 嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) ；(5) 各種嵌入式控制與應(yīng)用軟件各種嵌入式控制與應(yīng)用軟件 。 嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式處理器嵌入式處理器、相關(guān)支撐器件相關(guān)支撐器件和嵌入和嵌入 在在存儲器存儲器中的中的嵌入式軟件系統(tǒng)嵌入式軟件系統(tǒng)組成的可獨立工作的電子系組成的可獨立工作的電子系統(tǒng)、裝置或設(shè)備。統(tǒng)、裝置或設(shè)備。 主要特點主要特點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相對單一，處理效率系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相對單一，處理效率較低，存儲容量較小，

7、幾乎沒有用戶接口。較低，存儲容量較小，幾乎沒有用戶接口。 由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡便、價格很低，以由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡便、價格很低，以前在國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍，但是已經(jīng)遠遠不前在國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍，但是已經(jīng)遠遠不能適應(yīng)高效的、需要大容量存儲介質(zhì)的現(xiàn)代化工業(yè)能適應(yīng)高效的、需要大容量存儲介質(zhì)的現(xiàn)代化工業(yè)控制和新興的信息家電等領(lǐng)域的需求?？刂坪托屡d的信息家電等領(lǐng)域的需求。 第一階段：第一階段：以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)，同以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)，同時具有與監(jiān)測、伺服、指示設(shè)備相配合的功能時具有與監(jiān)測、伺服、指示設(shè)備相配合的功能。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史第二階段：

8、第二階段：以嵌入式以嵌入式CPUCPU為基礎(chǔ)、以簡單操作系統(tǒng)為核心的為基礎(chǔ)、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)。主要特點：主要特點：CPUCPU種類繁多，通用性比較弱；系統(tǒng)開種類繁多，通用性比較弱；系統(tǒng)開銷小銷小, , 效率高；操作系統(tǒng)具有一定的兼容性和擴展效率高；操作系統(tǒng)具有一定的兼容性和擴展性；應(yīng)用軟件較專業(yè)，用戶界面不夠友好；系統(tǒng)主性；應(yīng)用軟件較專業(yè)，用戶界面不夠友好；系統(tǒng)主要用來控制系統(tǒng)負載以及監(jiān)控應(yīng)用程序的運行。要用來控制系統(tǒng)負載以及監(jiān)控應(yīng)用程序的運行。第三階段：第三階段：以片上系統(tǒng)（以片上系統(tǒng)（SOCSOC）和嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的）和嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。嵌

9、入式系統(tǒng)。 主要特點：主要特點：嵌入式操作系統(tǒng)能運行于各種不同類型嵌入式操作系統(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、效的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核精小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴展性；具備文件率高，并且具有高度的模塊化和擴展性；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)用程序接窗口以及用戶界面等功能；具有大量的應(yīng)用程序接口（口（APIAPI），開發(fā)應(yīng)用程序簡單；嵌入式應(yīng)用軟件），開發(fā)應(yīng)用程序簡單；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。豐富。 第四階段：第四階段：以基于以基于Inter

10、netInternet為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)，這是一個為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)，這是一個正在迅速發(fā)展的階段正在迅速發(fā)展的階段 目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于InternetInternet之外，之外，但隨著但隨著InternetInternet的發(fā)展以及的發(fā)展以及InternetInternet技術(shù)與信息家技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等結(jié)合日益密切，嵌入式設(shè)備與電、工業(yè)控制技術(shù)等結(jié)合日益密切，嵌入式設(shè)備與InternetInternet的結(jié)合將代表著嵌入式技術(shù)的真正未來。的結(jié)合將代表著嵌入式技術(shù)的真正未來。 嵌入式系統(tǒng)的幾個重要特征v 系統(tǒng)內(nèi)核小 應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源

11、相對有限v 專用性強 個性化很強，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進行系統(tǒng)的移植v 系統(tǒng)精簡 一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計及實現(xiàn)上過于復(fù)雜v 高實時性操作系統(tǒng) 軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度 軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實時性v 嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化v 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢v微處理器：精簡系統(tǒng)內(nèi)核，優(yōu)化關(guān)鍵算法，降低微處理器：精簡系統(tǒng)內(nèi)核，優(yōu)化關(guān)鍵算法，降低功耗和軟硬件成本。功耗和軟硬件成本。vLinuxLinux、Windows CEWindows CE、Palm OSPalm OS等嵌入式操

12、作等嵌入式操作系統(tǒng)：嵌入式操作系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計更加便于系統(tǒng)：嵌入式操作系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計更加便于移植，具有源代碼開放、系統(tǒng)內(nèi)核小、執(zhí)行效率移植，具有源代碼開放、系統(tǒng)內(nèi)核小、執(zhí)行效率高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整等特點，能夠在短時間內(nèi)支持高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整等特點，能夠在短時間內(nèi)支持更多的微處理器更多的微處理器典型嵌入式系統(tǒng)基本組成硬件MPU微處理器微處理器電源電源模塊模塊時鐘時鐘復(fù)位復(fù)位FlashRAMROMUSBLCDKeyboard外圍電路外圍電路Other外設(shè)外設(shè)典型嵌入式系統(tǒng)基本組成軟件處理器處理器存儲器存儲器輸入輸入輸出輸出操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)應(yīng)用程序應(yīng)用程序軟件軟件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)硬件硬件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)需要理解的幾

13、個概念體系結(jié)構(gòu)CISCRISC處理器類型信息存儲 流水線流水線嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)指令寄存器指令寄存器控制器控制器數(shù)據(jù)通道數(shù)據(jù)通道輸入輸入輸出輸出中央處理器中央處理器存儲器存儲器程序程序指令指令0指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2指令寄存器指令寄存器控制器控制器數(shù)據(jù)通道數(shù)據(jù)通道輸入輸入輸出輸出中央處理器中央處理器程序存儲器程序存儲器指令指令0指令指令1指令指令2數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2地址地址指令指令地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 馮馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)諾依曼體系結(jié)構(gòu) 哈佛體系結(jié)構(gòu)哈佛體系結(jié)構(gòu)二者的特點馮馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)特點諾

14、依曼體系結(jié)構(gòu)特點數(shù)據(jù)與指令都存儲在存儲器中數(shù)據(jù)與指令都存儲在存儲器中被大多數(shù)計算機所采用被大多數(shù)計算機所采用數(shù)據(jù)和程序存儲器是共享數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)和程序存儲器是共享數(shù)據(jù)總線的哈佛體系結(jié)構(gòu)特點哈佛體系結(jié)構(gòu)特點程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開提供了較大的數(shù)存儲器帶寬提供了較大的數(shù)存儲器帶寬適合于數(shù)字信號處理適合于數(shù)字信號處理大多數(shù)大多數(shù)DSP都是哈佛結(jié)構(gòu)都是哈佛結(jié)構(gòu)CISC和和RISCCISC(Complex Instruction Set Computer) (復(fù)雜指令集計算機復(fù)雜指令集計算機)RISC(Reduced Instruction Set Computer) (精簡

15、指令集計算機精簡指令集計算機)當(dāng)前當(dāng)前CPU的兩種架構(gòu)的兩種架構(gòu)區(qū)別在于不同的區(qū)別在于不同的CPU設(shè)計理念和方法設(shè)計理念和方法兩種指令集的特點兩種指令集的特點p具有大量的指令和尋址方式具有大量的指令和尋址方式p8/2原則：原則：80%的程序只使用的程序只使用20%的指令的指令p大多數(shù)程序只使用大多數(shù)程序只使用少量少量的指令就能夠運行。的指令就能夠運行。p指令復(fù)雜化、編譯復(fù)雜化，運行時間長，部件效率指令復(fù)雜化、編譯復(fù)雜化，運行時間長，部件效率不高，不利于并行處理和不高，不利于并行處理和VLSI的實現(xiàn)的實現(xiàn)p在通道中只包含最有用的指令在通道中只包含最有用的指令p確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令確保數(shù)

16、據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令p使使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計變得更為簡單p將頻率最高的操作作為指令系統(tǒng)的基本操作將頻率最高的操作作為指令系統(tǒng)的基本操作p代碼密度不高代碼密度不高 p適于適于VLSI、并行處理的發(fā)展趨勢、并行處理的發(fā)展趨勢 CISC RISCRISC在在RISC架構(gòu)的架構(gòu)的CPU上，要求軟件來指上，要求軟件來指定各個操作步驟。定各個操作步驟。將將ADDRA, ADDRB中的數(shù)據(jù)讀入寄存中的數(shù)據(jù)讀入寄存器，相乘和將結(jié)果寫回內(nèi)存的操作都必器，相乘和將結(jié)果寫回內(nèi)存的操作都必須由軟件來實現(xiàn)，比如：須由軟件來實現(xiàn)，比如：MOV A, ADDRA; MOV B, ADDRB; M

17、UL A, B; STR ADDRA, A。這種架構(gòu)可以降低這種架構(gòu)可以降低CPU的復(fù)雜性以及的復(fù)雜性以及允許在同樣的工藝水平下生產(chǎn)出功能更允許在同樣的工藝水平下生產(chǎn)出功能更強大的強大的CPU，但對于編譯器的設(shè)計有更，但對于編譯器的設(shè)計有更高的要求。高的要求。 舉例對比舉例對比 舉例：乘法運算CISC在在CISC架構(gòu)的架構(gòu)的CPU上，一條指令：上，一條指令：MUL ADDRA, ADDRB就可以將就可以將ADDRA和和ADDRB中的數(shù)相乘并將結(jié)中的數(shù)相乘并將結(jié)果儲存在果儲存在ADDRA中。中。將將ADDRA, ADDRB中的數(shù)據(jù)讀入寄中的數(shù)據(jù)讀入寄存器，相乘和將結(jié)果寫回內(nèi)存的操作存器，相乘和將

18、結(jié)果寫回內(nèi)存的操作全部依賴于全部依賴于CPU中設(shè)計的邏輯來實現(xiàn)。中設(shè)計的邏輯來實現(xiàn)。這種架構(gòu)會增加這種架構(gòu)會增加CPU結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和對對CPU工藝的要求，但對于編譯器的工藝的要求，但對于編譯器的開發(fā)十分有利。開發(fā)十分有利。vCISC復(fù)雜指令并不等于有利于縮短程序的執(zhí)行時間。在VLSI制造工藝中要求CPU控制邏輯具有規(guī)整性，而CISC為了實現(xiàn)大量復(fù)雜的指令，控制邏輯極不規(guī)整，給VLSI工藝造成很大困難.vRISC的著眼點不是簡單地放在簡化指令系統(tǒng)上，而是通過簡化指令系統(tǒng)使計算機的結(jié)構(gòu)更加簡單合理，從而提高運算效率。大部分指令控制在一個或小于一個機器周期內(nèi)完成；以硬布線控制邏輯為主，

19、不用或少用微碼控制CISC與與RISC的數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)通道IFIDALUMEMREG微操作通道微操作通道開始開始退出退出IFIDREGALUMEM開始開始退出退出單通數(shù)據(jù)通道單通數(shù)據(jù)通道流水線技術(shù)流水線技術(shù)流水線的基本概念流水線的基本概念流水線技術(shù)的基本思想：是將一個重復(fù)的時序分解成若干個子過程，而每一個子過程都可有效地在其專用功能段上與其他子過程同時執(zhí)行。流水線結(jié)構(gòu)的類型眾多，按完成的功能分類可分為單功能流水線和多功能流水線，按同一時間內(nèi)各段之間的連接方式分類可靜態(tài)流水線和動態(tài)流水線，按數(shù)據(jù)表示分類可分為標(biāo)量流水線處理器和向量流水線處理器。例如把指令的執(zhí)行過程細分為取指令、指令譯碼、取操作數(shù)

20、和執(zhí)行4個子過程。西安電子科技大學(xué)電子對抗研究所取指令（Instruction Fetch)：TF指令譯碼（Instruction Decode）：TD執(zhí)行指令（Instruction Execute）：TE存儲（Storage）：TS 每條指令的執(zhí)行周期：T= TF+TD+TE+TS 流水線技術(shù)流水線技術(shù)：幾個指令可以并行執(zhí)行：幾個指令可以并行執(zhí)行 提高了提高了CPUCPU的運行效率的運行效率 內(nèi)部信息流要求通暢流動內(nèi)部信息流要求通暢流動譯碼取指執(zhí)行add譯碼取指執(zhí)行sub譯碼取指執(zhí)行cmp時間AddSubCmp信息存儲信息存儲 v1 大端和小端存儲法大端和小端存儲法 對于一個多字節(jié)類型的數(shù)

21、據(jù)，在存儲器中存放。 小端字節(jié)順序存儲法：低字節(jié)數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存低地址處，高字節(jié)數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存高地址處； 大端字節(jié)順序存儲法：高字節(jié)數(shù)據(jù)存放在低地址處，低字節(jié)數(shù)據(jù)存放在高地址處。v2 可移植性問題：可移植性問題：當(dāng)在不同存儲順序的微處理器間進行程序移植時，要特別注意存儲模式的影響。在多臺不同存儲順序的主機之間共享信息可以有兩種方式：單一存儲方式共享數(shù)據(jù)、允許主機以不同的存儲方式共享數(shù)據(jù)。3通信中的存儲順序問題：通信中的存儲順序問題：在網(wǎng)絡(luò)通信中，Internet協(xié)議（即IP協(xié)議）定義了標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序。該字節(jié)順序被用于所有設(shè)計使用在IP協(xié)議上的數(shù)據(jù)包、高級協(xié)議和文件格式上。很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也存在存

22、儲順序問題.即字節(jié)中的位采用大端法（最重要的位優(yōu)先）或小端法（最不重要的位優(yōu)先）發(fā)送4數(shù)據(jù)格式的存儲順序：數(shù)據(jù)格式的存儲順序：一個典型的例子就是日期表示方法，不同的國家采用不同的表示方法嵌入式微控制器嵌入式微控制器v嵌入式微控制器（Micro Controller Unit，MCU）又稱為單片機：芯片內(nèi)部集成ROM、EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時計數(shù)器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出（PWM）、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。嵌入式微控制器具有單片化、體積小、功耗和成本低，可靠性高等特點，約占嵌入式系統(tǒng)市場份額的70。嵌入式微控制器品種和數(shù)量很多，

23、典型產(chǎn)品有8051、MCS-51、MCS-96/196/296、 C166/167、68K系列，TI公司的MSP430系列，以及C540、C541，并且有支持I2C、CAN-BUS、 LCD及眾多專用嵌入式微控制器和兼容系列。西安電子科技大學(xué)電子對抗研究所嵌入式微處理器嵌入式微處理器v嵌入式微處理器（Embedded Micro Processing Unit，EMPU）由通用計算機中的由通用計算機中的CPU發(fā)展而來發(fā)展而來，嵌入式微處理器只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)，嵌入式微處理器只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，以最低的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，以最低的功

24、耗和資源實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。的功耗和資源實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。通常嵌入式微處理器把CPU、ROM、RAM及I/O等做到同一個芯片上。目前主流的32位嵌入式微處理器系列主要有ARM系列、MIPS系列、PowerPC系列等。v 目前，70%的移動電話、大量的游戲機、手持PC和機頂盒等都已采用了ARM處理器，許多一流的芯片廠商都是ARM的授權(quán)用戶，如Intel、Samsung、TI、Freescale、ST等公司。嵌入式嵌入式DSP處理器處理器v嵌入式DSP處理器（Digital Signal Processor，DSP）是專門用于信號處理方面的處理器，芯片內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開存儲和傳輸

25、的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門硬件乘法器，采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可用來快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法，使其處理速度比最快的CPU還快1050倍.嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式片上系統(tǒng)v嵌入式片上系統(tǒng)（System On Chip，SOC）：v在單芯片上集成微控制器、數(shù)字信號處理器、存儲器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口電路等電路模塊，可以直接實現(xiàn)信號采集、轉(zhuǎn)換、存儲、處理等功能。是90年代中期出現(xiàn)的一個概念，成為現(xiàn)代集成電路設(shè)計的發(fā)展方向。最大的特點是成功實現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊，而且具有極高的綜合性，用戶只需要使用精確的語言，綜合時序設(shè)計直接在器件庫中調(diào)用各種通用處理器的標(biāo)

26、準(zhǔn)，然后通過仿真之后就可以直接交付芯片廠商進行生產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)效率高。IP核（核（Intellectual Property Core，知識產(chǎn)，知識產(chǎn)權(quán)核）權(quán)核）IP核：核：是指具有知識產(chǎn)權(quán)的、功能具體、接口規(guī)范、可在多個集成電路設(shè)計中重復(fù)使用的功能模塊，是實現(xiàn)系統(tǒng)芯片（SOC）的基本構(gòu)件。IP核分為：核分為： IP軟核及軟核及IP硬核。硬核。IP軟核以源代碼的形式提供的，IP知識產(chǎn)權(quán)不易保護；IP硬核易于實現(xiàn)IP保護，缺點是靈活性和可移植性差。多核處理器多核處理器v將兩個或多個CPU核封裝在一個芯片內(nèi)部，可節(jié)省大量的晶體管和封裝成本，同時還能顯著提高處理器的性能。另外，由于多核處理器對外的“界

27、面”是統(tǒng)一的，用戶不會在主板、硬件體系方面做大的改變，從兼容性和系統(tǒng)升級成本方面來考慮有諸多的優(yōu)勢。v實現(xiàn)兩個或多個內(nèi)核協(xié)調(diào)工作通常采用：對稱（Symmetric）多處理技術(shù)和非對稱多處理（Asymmetric）兩種方式。例如IBM Power 4處理器采用對稱多處理技術(shù)，將兩顆完全一樣的處理器封裝在一個芯片內(nèi)，達到雙倍或接近雙倍的處理性能，由于共享了緩存和系統(tǒng)總線，因此這種做法的優(yōu)點是能節(jié)省運算資源。例如TI公司的OMAP5910雙核處理器采用一種非對稱多處理的工作方式，即兩個處理內(nèi)核彼此不同，各自處理和執(zhí)行特定的功能，在軟件的協(xié)調(diào)下分擔(dān)不同的計算任務(wù)，比如一個執(zhí)行加密，而另一個執(zhí)行TCP/

28、IP協(xié)議處理。 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、金融、科研、國防、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、金融、科研、國防、醫(yī)療、運輸?shù)纫幌盗嘘P(guān)系國民經(jīng)醫(yī)療、運輸?shù)纫幌盗嘘P(guān)系國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。濟的各個領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域1)1)自動化控制領(lǐng)域自動化控制領(lǐng)域 （1 1）自動化制造設(shè)備；）自動化制造設(shè)備； （2 2）發(fā)電廠；）發(fā)電廠； （3 3）化工過程自動化相關(guān)設(shè)備；）化工過程自動化相關(guān)設(shè)備； （4 4）電網(wǎng)系統(tǒng)；）電網(wǎng)系統(tǒng)； （5 5）工業(yè)用自動儀表與檢測設(shè)備；）工業(yè)用自動儀表與檢測設(shè)備； （6 6）供水及污水處理設(shè)備；）供水及污水處理設(shè)備； （7 7）裝瓶設(shè)備；）裝瓶設(shè)備； （8

29、 8）模擬儀器；）模擬儀器； （9 9）CADCAD系統(tǒng)等。系統(tǒng)等。 （1 1）飛行控制器；）飛行控制器； （2 2）導(dǎo)彈控制器；）導(dǎo)彈控制器； （3 3）衛(wèi)星控制器；）衛(wèi)星控制器； （4 4）火箭控制器；）火箭控制器； （5 5）航天器姿態(tài)控制器；）航天器姿態(tài)控制器； （6 6）航天器定位控制器；）航天器定位控制器； （7 7）宇航服飛行控制器；）宇航服飛行控制器； （8 8）月球車控制器；）月球車控制器； （9 9）火星車控制器等。）火星車控制器等。 2)2)航空航天領(lǐng)域航空航天領(lǐng)域 （1 1）工業(yè)用生產(chǎn)線機械臂；）工業(yè)用生產(chǎn)線機械臂；（2 2）勘探類機器人；）勘探類機器人；（3 3）家用

30、機器人；）家用機器人；（4 4）表面修整機器人；）表面修整機器人；（5 5）混凝土噴射機器人；）混凝土噴射機器人；（6 6）隧道工程機器人；）隧道工程機器人；（7 7）挖掘用機器人；）挖掘用機器人；（8 8）組裝機器人；）組裝機器人；（9 9）檢測用機器人等。）檢測用機器人等。4)4)機器人領(lǐng)域機器人領(lǐng)域 西安電子科技大學(xué)電子對抗研究所（1 1）供電系統(tǒng)（供電、監(jiān)測、控制、保護）；）供電系統(tǒng)（供電、監(jiān)測、控制、保護）；（2 2）備用照明及發(fā)電機；）備用照明及發(fā)電機；（3 3）消防控制系統(tǒng)；）消防控制系統(tǒng)；（4 4）供熱及通風(fēng)系統(tǒng)；）供熱及通風(fēng)系統(tǒng)；（5 5）電梯、升降設(shè)備；）電梯、升降設(shè)備；（

31、6 6）安全及監(jiān)視系統(tǒng)；）安全及監(jiān)視系統(tǒng)；（7 7）保險柜防盜系統(tǒng)；）保險柜防盜系統(tǒng)；（8 8）門禁系統(tǒng)；）門禁系統(tǒng)；（9 9）自動售貨機等。）自動售貨機等。 5)5)樓宇設(shè)施樓宇設(shè)施 （1 1）電話交換機；）電話交換機；（2 2）衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（）衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（GPSGPS）；）；（3 3）數(shù)據(jù)交換設(shè)備；）數(shù)據(jù)交換設(shè)備；（4 4）電話；）電話；（5 5）移動電話；）移動電話；（6 6）具有無線通訊功能的）具有無線通訊功能的HPCHPC等。等。6)6)通信領(lǐng)域通信領(lǐng)域 （1 1）復(fù)印機；）復(fù)印機；（2 2）傳真機；）傳真機；（3 3）時間記錄系統(tǒng)；）時間記錄系統(tǒng)；（4 4）移動電話；）移

32、動電話；（5 5）攝像機；）攝像機；（6 6）錄像機；）錄像機；（7 7）數(shù)字照相機；）數(shù)字照相機；（8 8）空調(diào)機等。）空調(diào)機等。 7)7)辦公設(shè)施辦公設(shè)施 （1 1）自動柜員機（）自動柜員機（ATMATM）；）；（2 2）信用卡系統(tǒng)；）信用卡系統(tǒng)；（3 3）刷卡機；）刷卡機；（4 4）POSPOS系統(tǒng)；系統(tǒng)；（5 5）驗鈔機；）驗鈔機；（6 6）服務(wù)臺監(jiān)控系統(tǒng)等。）服務(wù)臺監(jiān)控系統(tǒng)等。 8)8)銀行、金融和商業(yè)領(lǐng)域銀行、金融和商業(yè)領(lǐng)域（1 1）心臟起搏器；）心臟起搏器；（2 2）病人信息及監(jiān)控系統(tǒng)；）病人信息及監(jiān)控系統(tǒng)；（3 3）電磁成像系統(tǒng)（）電磁成像系統(tǒng)（CTCT）；）；（4 4）步行監(jiān)

33、視器；）步行監(jiān)視器；（5 5）藥劑控制及配藥系統(tǒng)；）藥劑控制及配藥系統(tǒng)；（6 6）心電圖及腦電圖設(shè)備；）心電圖及腦電圖設(shè)備；（7 7）X X光設(shè)備光設(shè)備; ; (8) (8) 遠程心臟監(jiān)護儀遠程心臟監(jiān)護儀; ; (9) (9) 遠程血壓監(jiān)護儀等。遠程血壓監(jiān)護儀等。 9)9)醫(yī)療設(shè)備醫(yī)療設(shè)備 （1 1）能源測量器；）能源測量器；（2 2）雷達測速器；）雷達測速器；（3 3）環(huán)境監(jiān)測設(shè)備；）環(huán)境監(jiān)測設(shè)備；（4 4）各種監(jiān)控系統(tǒng)等。）各種監(jiān)控系統(tǒng)等。 10)10)測試、監(jiān)視設(shè)備測試、監(jiān)視設(shè)備 （1 1）數(shù)字電視；）數(shù)字電視；（2 2）智能冰箱；）智能冰箱；（3 3）全自動洗衣機；）全自動洗衣機；（4