嵌入式接口技術(shù)課件1

1、嵌入式接口技術(shù)嵌入式接口技術(shù)北京農(nóng)學(xué)院計(jì)算機(jī)與北京農(nóng)學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院王玉潔緒論緒論 一、教學(xué)目的一、教學(xué)目的 二、教學(xué)要求二、教學(xué)要求 三、課程內(nèi)容及學(xué)分三、課程內(nèi)容及學(xué)分 四、教材與參考書(shū)四、教材與參考書(shū)一、教學(xué)目的一、教學(xué)目的 嵌入式接口技術(shù)是近年來(lái)日漸普及的電子技術(shù)。嵌入嵌入式接口技術(shù)是近年來(lái)日漸普及的電子技術(shù)。嵌入式產(chǎn)品以其體積小、功耗低、處理能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，式產(chǎn)品以其體積小、功耗低、處理能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在通訊、網(wǎng)絡(luò)、工控、醫(yī)療、電子等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)在通訊、網(wǎng)絡(luò)、工控、醫(yī)療、電子等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。嵌入式人才的需求量不斷加大。越重要的作用。嵌入式人才的

2、需求量不斷加大。 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí) 了解和掌握嵌入式處理器的原理及其應(yīng)用方法了解和掌握嵌入式處理器的原理及其應(yīng)用方法 了解嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)，了解嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)，ARM ARM 體系結(jié)構(gòu)，嵌入體系結(jié)構(gòu)，嵌入式編程語(yǔ)言，嵌入式接口技術(shù)等式編程語(yǔ)言，嵌入式接口技術(shù)等 具備基本的嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)能力，具備基本的嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)能力，以及維護(hù)與配置嵌入式系統(tǒng)設(shè)備的能力以及維護(hù)與配置嵌入式系統(tǒng)設(shè)備的能力現(xiàn)狀：目前計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平差距較大現(xiàn)狀：目前計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平差距較大物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算，離你有多遠(yuǎn)？物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算，離你有多遠(yuǎn)？ 計(jì)算機(jī)技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)與移

3、動(dòng)通信，物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信，物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的三大技術(shù)浪潮信息技術(shù)的三大技術(shù)浪潮 物聯(lián)網(wǎng)，并不陌生：跟蹤器，就是一種跟蹤識(shí)物聯(lián)網(wǎng)，并不陌生：跟蹤器，就是一種跟蹤識(shí)別裝置別裝置 當(dāng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化遇到了物聯(lián)網(wǎng)，會(huì)是？當(dāng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化遇到了物聯(lián)網(wǎng)，會(huì)是？ 智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市人與自然和諧發(fā)展，人與自然和諧發(fā)展，美麗中國(guó)美麗中國(guó) 古詩(shī)云：草長(zhǎng)鶯飛二月天，拂堤楊柳醉春煙。古詩(shī)云：草長(zhǎng)鶯飛二月天，拂堤楊柳醉春煙。 以往，只有在春天這樣適宜的溫度下，萬(wàn)物才以往，只有在春天這樣適宜的溫度下，萬(wàn)物才能充分的抽枝發(fā)芽，直至日后的開(kāi)花結(jié)果。能充分的抽枝發(fā)芽，直至日后的開(kāi)花結(jié)果。 現(xiàn)在，在物聯(lián)無(wú)

4、線溫度濕度傳感器的幫助下，現(xiàn)在，在物聯(lián)無(wú)線溫度濕度傳感器的幫助下，即使是在白雪皚皚的冬季，我們也可以在溫室即使是在白雪皚皚的冬季，我們也可以在溫室大棚中欣賞到與夏日媲美的姹紫嫣紅。大棚中欣賞到與夏日媲美的姹紫嫣紅。我國(guó)十二五期間農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展技術(shù)我國(guó)十二五期間農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展技術(shù)環(huán)境環(huán)境1 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)傳感網(wǎng)云計(jì)算云計(jì)算23 移動(dòng)互聯(lián)移動(dòng)互聯(lián)3G、4G 三網(wǎng)融合三網(wǎng)融合1 信息技術(shù)對(duì)現(xiàn)信息技術(shù)對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的支撐代農(nóng)業(yè)的支撐能力顯著增強(qiáng)能力顯著增強(qiáng)2 信息技術(shù)對(duì)涉信息技術(shù)對(duì)涉農(nóng)部門(mén)服務(wù)質(zhì)農(nóng)部門(mén)服務(wù)質(zhì)量和管理水平量和管理水平的提高效果明的提高效果明顯顯3 信息入戶對(duì)農(nóng)信息入戶對(duì)農(nóng)民文化、意識(shí)

5、民文化、意識(shí)、觀念的轉(zhuǎn)變、觀念的轉(zhuǎn)變以及農(nóng)民收入以及農(nóng)民收入的貢獻(xiàn)率明顯的貢獻(xiàn)率明顯提高提高 精細(xì)管理的畜牧養(yǎng)殖業(yè)精細(xì)管理的畜牧養(yǎng)殖業(yè) 奶牛個(gè)體營(yíng)養(yǎng)需要量奶牛個(gè)體營(yíng)養(yǎng)需要量模型模型 飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和奶牛飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和奶牛營(yíng)養(yǎng)知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)營(yíng)養(yǎng)知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 基于個(gè)體動(dòng)態(tài)信息的基于個(gè)體動(dòng)態(tài)信息的日糧配方軟件日糧配方軟件飼料配方優(yōu)化計(jì)算動(dòng)物飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)定價(jià)格原料營(yíng)養(yǎng)含量營(yíng)養(yǎng)需要模型3S技術(shù)技術(shù) 空間部分空間部分 6個(gè)軌道平面?zhèn)€軌道平面 24顆衛(wèi)星（顆衛(wèi)星（21+3） 55軌道傾角軌道傾角 20200km軌道高度軌道高度 周期周期11小時(shí)小時(shí) 58分鐘分鐘 保證在每天保證在每天24小時(shí)的任小時(shí)的任何時(shí)刻，在

6、高度角何時(shí)刻，在高度角15度度以上，能夠同時(shí)觀測(cè)到以上，能夠同時(shí)觀測(cè)到4顆以上衛(wèi)星顆以上衛(wèi)星 當(dāng)前星座：當(dāng)前星座：28顆顆城市土地利用信息系統(tǒng)城市土地利用信息系統(tǒng)鐵路地理信息系統(tǒng)鐵路地理信息系統(tǒng)911 遭恐怖分子襲擊前后紐約世貿(mào)大樓的比較遭恐怖分子襲擊前后紐約世貿(mào)大樓的比較高聳的世貿(mào)中心姊妹樓及其輔助大樓已不復(fù)存在高聳的世貿(mào)中心姊妹樓及其輔助大樓已不復(fù)存在受破壞的范圍受破壞的范圍伊伊拉拉克克首首都都巴巴格格達(dá)達(dá)巴格達(dá)總統(tǒng)府巴格達(dá)總統(tǒng)府底格里斯河廣播電視大樓伊政府辦工樓燃燒的石油溝蘇吉得宮阿茲米亞宮撒拉姆宮二、教學(xué)要求二、教學(xué)要求 不遲到、不早退不遲到、不早退 不曠課，曠課達(dá)總學(xué)時(shí)三分之一取消參

7、加考試資不曠課，曠課達(dá)總學(xué)時(shí)三分之一取消參加考試資格格 及時(shí)完成作業(yè)，不完成沒(méi)有成績(jī)及時(shí)完成作業(yè)，不完成沒(méi)有成績(jī) 實(shí)驗(yàn)和考試不缺席實(shí)驗(yàn)和考試不缺席 及時(shí)反饋意見(jiàn)及時(shí)反饋意見(jiàn)三、課程內(nèi)容及學(xué)分三、課程內(nèi)容及學(xué)分 第第1 1章章 微型計(jì)算機(jī)與微型計(jì)算機(jī)與ARMARM技術(shù)基本概念技術(shù)基本概念 第第2 2章章 微處理器微處理器指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 第第3 3章章 匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì) 第第4 4章章 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 第第5 5章章 STR710FSTR710F芯片及其存儲(chǔ)系統(tǒng)芯片及其存儲(chǔ)系統(tǒng) 第第6 6章章 中斷中斷技術(shù)技術(shù) 第第7 7章章 I/OI/O接口技術(shù)接口技術(shù) 第第8 8章章 可編程可

8、編程接口芯片及接口芯片及應(yīng)用應(yīng)用 第第9 9章章 總線總線技術(shù)技術(shù)課程的學(xué)時(shí)與學(xué)分課程的學(xué)時(shí)與學(xué)分 總學(xué)時(shí)總學(xué)時(shí)：4848，其中理論課，其中理論課3232，實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)課1616 學(xué)分：學(xué)分：3 3 作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 測(cè)驗(yàn)和考試測(cè)驗(yàn)和考試 成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)50%+50%+期末考試期末考試50%50% 平時(shí)平時(shí)成績(jī)成績(jī)= = 出勤出勤 + + 作業(yè)作業(yè) + +實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四、教材與參考書(shū)四、教材與參考書(shū) 教材：教材： 1.1.徐徐惠民等惠民等編編. . 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)與接口技術(shù)- -基于嵌入式基于嵌入式芯片芯片. .機(jī)械機(jī)械工業(yè)出版社，工業(yè)出版社，201020

9、10年年3 3月月 2.2.王王玉潔等玉潔等編編. .微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)及其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的及其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用應(yīng)用. .中國(guó)中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，農(nóng)業(yè)出版社，20112011年年 參考書(shū)：參考書(shū)： 1 1、王田苗王田苗. .實(shí)用實(shí)用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)基于基于ARMARM微處理器與微處理器與uCOSuCOS-II-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng). .清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社，20022002年年9 9月月 2 2、賈智平等、賈智平等編編. .嵌入式嵌入式系統(tǒng)原理與接口系統(tǒng)原理與接口技術(shù)技術(shù)( (第第2 2版版) .) .清華大清華大學(xué)出版社學(xué)出版社，20092009年年8

10、8月第月第2 2版版網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái) 學(xué)校的數(shù)字北農(nóng)學(xué)校的數(shù)字北農(nóng)個(gè)人賬號(hào)個(gè)人賬號(hào)課程中心課程中心嵌嵌入式接口技術(shù)入式接口技術(shù) 利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，開(kāi)展輔導(dǎo)答疑，進(jìn)行學(xué)習(xí)交利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，開(kāi)展輔導(dǎo)答疑，進(jìn)行學(xué)習(xí)交流流 不受時(shí)間空間的限制，隨時(shí)隨地等候同學(xué)們！不受時(shí)間空間的限制，隨時(shí)隨地等候同學(xué)們！第第1章章 微型計(jì)算機(jī)與微型計(jì)算機(jī)與ARM技術(shù)基本技術(shù)基本概念概念 知識(shí)點(diǎn)：微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、發(fā)展及基本工作原理。知識(shí)點(diǎn)：微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、發(fā)展及基本工作原理。ARMARM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，ARMARM處理器的體系、工作模處理器的體系、工作模式、功能結(jié)構(gòu)。式、功能結(jié)構(gòu)。 重點(diǎn)：重點(diǎn)：

11、 微型計(jì)算機(jī)基本原理，微型計(jì)算機(jī)基本原理，ARMARM處理器的體系結(jié)處理器的體系結(jié)構(gòu)，功能結(jié)構(gòu)。構(gòu)，功能結(jié)構(gòu)。1.1 微型計(jì)算機(jī)概論微型計(jì)算機(jī)概論 微處理器微處理器(MPU): 將將CPU(包括運(yùn)算器和控制器包括運(yùn)算器和控制器)集成集成在一塊半導(dǎo)體芯片上；在一塊半導(dǎo)體芯片上； 微計(jì)算機(jī)微計(jì)算機(jī): 以微處理器作為以微處理器作為CPU,并配有存儲(chǔ)器并配有存儲(chǔ)器,I/O接接口等相應(yīng)的輔助電路口等相應(yīng)的輔助電路,并通過(guò)系統(tǒng)總線連接而構(gòu)成的并通過(guò)系統(tǒng)總線連接而構(gòu)成的計(jì)算機(jī)裝置；計(jì)算機(jī)裝置； 微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：是在微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上加上系統(tǒng)軟件微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：是在微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上加上系統(tǒng)軟件和各種外部設(shè)備構(gòu)成的。

12、和各種外部設(shè)備構(gòu)成的。三者的關(guān)系三者的關(guān)系微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備外圍設(shè)備系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件電源、機(jī)箱等電源、機(jī)箱等微處理器微處理器運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器寄存器組寄存器組內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器I/O接口接口微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口地址總線地址總線 ABAB輸出設(shè)備CPU數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DBDB控制總線控制總線 CBCBI/O接口AB: Address BusDB: Data BusCB: Control Bus1.1.11.1.1微機(jī)概述微機(jī)概述 微處理器的發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)階段微處理器的發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)階

13、段 CISC CPU和和RISC CPU之優(yōu)劣之優(yōu)劣 通用微機(jī)和嵌入式系統(tǒng)兩個(gè)發(fā)展方向通用微機(jī)和嵌入式系統(tǒng)兩個(gè)發(fā)展方向 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有兩大分支：通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有兩大分支：通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)嵌入式系統(tǒng)）。式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)嵌入式系統(tǒng)）。 通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)：例如通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)：例如PC機(jī)。機(jī)。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)：雖然嵌入式系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)：雖然嵌入式系統(tǒng)具有通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一般特點(diǎn)，但它是以服務(wù)于所具有通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一般特點(diǎn)，但它是以服務(wù)于所嵌入的應(yīng)用對(duì)象為目標(biāo)的，是一種專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，嵌入的應(yīng)用對(duì)象為目標(biāo)

14、的，是一種專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有很多的特殊性。具有很多的特殊性。例如，一款手機(jī)除了具有一般的通話功能外，還可以例如，一款手機(jī)除了具有一般的通話功能外，還可以有具有有具有GPRSGPRS功能、照相功能、功能、照相功能、MP3MP3功能等。功能等。因此，嵌入式系統(tǒng)需要根據(jù)具體應(yīng)用量身定制，通過(guò)因此，嵌入式系統(tǒng)需要根據(jù)具體應(yīng)用量身定制，通過(guò)選擇合適的嵌入式處理器、外圍功能模塊等來(lái)定制硬選擇合適的嵌入式處理器、外圍功能模塊等來(lái)定制硬件系統(tǒng)，通過(guò)選擇合適的嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用協(xié)議件系統(tǒng)，通過(guò)選擇合適的嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用協(xié)議等來(lái)定制軟件系統(tǒng)。等來(lái)定制軟件系統(tǒng)。1.1.21.1.2 微機(jī)的基本工作原理微機(jī)的

15、基本工作原理 邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu) 運(yùn)算器存儲(chǔ)器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備程序和原始數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)控制命令 微機(jī)的總線結(jié)構(gòu)微機(jī)的總線結(jié)構(gòu)1235467ISAUSBPCIIDEMem.CPUAGP微機(jī)系統(tǒng)I/O總線標(biāo)準(zhǔn)AGP（Accelerate Graphic Port），加速圖形接口），加速圖形接口 微處理器微處理器 1. 算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元ALU（Arithmetic Logic unit） 2. 指令譯碼器指令譯碼器ID（Instruction Decoder） 3. 控制單元控制單元CU（Control Unit） 4. 中斷系統(tǒng)（中斷系統(tǒng)（Interrupt） 5. 寄存器（寄存器（

16、Registers） 特殊寄存器：程序計(jì)數(shù)器特殊寄存器：程序計(jì)數(shù)器PC、標(biāo)志寄存器、標(biāo)志寄存器(Flag Register)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一般運(yùn)行原理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一般運(yùn)行原理 CPU對(duì)內(nèi)存的兩種基本操作對(duì)內(nèi)存的兩種基本操作： 取指令取指令 讀寫(xiě)內(nèi)存讀寫(xiě)內(nèi)存 總線總線 總線結(jié)構(gòu)，可使微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)造比較總線結(jié)構(gòu)，可使微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，并且具有更大的靈活性和更好的可擴(kuò)展性、簡(jiǎn)單，并且具有更大的靈活性和更好的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性。可維護(hù)性。 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 地址線地址線 控制線控制線 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 每個(gè)存儲(chǔ)單元有一個(gè)唯一編址，在微計(jì)算機(jī)中每個(gè)存儲(chǔ)單元有一個(gè)唯一編址，在微計(jì)算機(jī)中通常按字節(jié)編

17、址組織存儲(chǔ)器通常按字節(jié)編址組織存儲(chǔ)器 I/OI/O接口接口 I/O I/O設(shè)備是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分設(shè)備是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分 接口就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與各種外部設(shè)備的連接部接口就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與各種外部設(shè)備的連接部件件( (電路電路),),是系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)是系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站站。 接口技術(shù)是采用硬件與軟件相結(jié)合的方法接口技術(shù)是采用硬件與軟件相結(jié)合的方法，研研究系統(tǒng)如何與外部設(shè)備進(jìn)行最佳耦合匹配究系統(tǒng)如何與外部設(shè)備進(jìn)行最佳耦合匹配，以實(shí)現(xiàn)以實(shí)現(xiàn)高效、可靠的信息交換的一門(mén)技術(shù)高效、可靠的信息交換的一門(mén)技術(shù)。 存儲(chǔ)程序工作原理存儲(chǔ)程序工作原理 指令流水線工

18、作原理指令流水線工作原理譯碼指令1執(zhí)行指令1取指令2 譯碼指令2執(zhí)行指令2取指令3 譯碼指令3執(zhí)行指令3取指令11.21.2 嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格對(duì)系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求，軟硬件資源可以高度定制和裁剪的專(zhuān)用計(jì)算要求，軟硬件資源可以高度定制和裁剪的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。機(jī)系統(tǒng)。一是嵌入式系統(tǒng)是專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此必須要有一是嵌入式系統(tǒng)是專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因此必須要有處理器，具備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本特征。處理器，具備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本特征。二是嵌

19、入式系統(tǒng)的功能是有嚴(yán)格要求并按照指定的二是嵌入式系統(tǒng)的功能是有嚴(yán)格要求并按照指定的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。1.2.1 1.2.1 嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)的定義1.IEEE1.IEEE（國(guó)際電機(jī)工程師協(xié)會(huì)）的定義（國(guó)際電機(jī)工程師協(xié)會(huì)）的定義嵌入式系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”（Devices used to Devices used to control, monitor, or assist the control, monitor, or assist the operation of equipment

20、, machinery or operation of equipment, machinery or plantsplants）。）。這個(gè)定義主要是從應(yīng)用上加以定義的，從中可這個(gè)定義主要是從應(yīng)用上加以定義的，從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的融合體，還以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的融合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。 2.國(guó)內(nèi)的定義國(guó)內(nèi)的定義 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適用于對(duì)功能、可靠性、成本、軟、硬件可裁剪，適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體積、功耗等

21、有嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 對(duì)概念的理解對(duì)概念的理解狹義狹義：人們一般將埋藏在宿主設(shè)備中的專(zhuān)用的、使：人們一般將埋藏在宿主設(shè)備中的專(zhuān)用的、使用者不可見(jiàn)的微處理器系統(tǒng)稱(chēng)為嵌入式系統(tǒng)。用者不可見(jiàn)的微處理器系統(tǒng)稱(chēng)為嵌入式系統(tǒng)。 廣義廣義：計(jì)算機(jī)可以作為某種技術(shù)過(guò)程的核心處理環(huán)：計(jì)算機(jī)可以作為某種技術(shù)過(guò)程的核心處理環(huán)節(jié)節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的3 3個(gè)基本要素個(gè)基本要素嵌入式嵌入式專(zhuān)用性專(zhuān)用性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 3.3.嵌入式系統(tǒng)的歷史及現(xiàn)狀嵌入式系統(tǒng)的歷史及現(xiàn)狀l嵌入式系統(tǒng)起源于微型機(jī)時(shí)代，真正發(fā)展則是在嵌入式系統(tǒng)起源于微型機(jī)時(shí)代，真正發(fā)展則是在微處理器問(wèn)世之后。微處理器問(wèn)世之后。l目前嵌入式系

22、統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用需求越來(lái)越大，使嵌入目前嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用需求越來(lái)越大，使嵌入式系統(tǒng)成為繼式系統(tǒng)成為繼PC和和Internet之后之后IT技術(shù)的最熱點(diǎn)，技術(shù)的最熱點(diǎn)，而構(gòu)成嵌入式系而構(gòu)成嵌入式系 統(tǒng)的主流趨勢(shì)是統(tǒng)的主流趨勢(shì)是32位嵌位嵌 入式微處理器加實(shí)時(shí)多入式微處理器加實(shí)時(shí)多 任務(wù)操作系統(tǒng)。任務(wù)操作系統(tǒng)。通用計(jì)算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)對(duì)比通用計(jì)算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)對(duì)比特征通用計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)形式和類(lèi)型形式和類(lèi)型看得見(jiàn)的計(jì)算機(jī)?？吹靡?jiàn)的計(jì)算機(jī)。按其體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度和按其體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度和結(jié)構(gòu)規(guī)模等因素分為大、中結(jié)構(gòu)規(guī)模等因素分為大、中、小型機(jī)和微機(jī)。、小型機(jī)和微機(jī)?？床灰?jiàn)的計(jì)算機(jī)?？床灰?jiàn)的計(jì)算機(jī)。形式多樣，

23、應(yīng)用領(lǐng)域廣形式多樣，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，按應(yīng)用來(lái)分。泛，按應(yīng)用來(lái)分。組成組成通用處理器、標(biāo)準(zhǔn)總線和外通用處理器、標(biāo)準(zhǔn)總線和外設(shè)。設(shè)。軟件和硬件相對(duì)獨(dú)立。軟件和硬件相對(duì)獨(dú)立。面向應(yīng)用的嵌入式微處面向應(yīng)用的嵌入式微處理器，總線和外部接口理器，總線和外部接口多集成在處理器內(nèi)部。多集成在處理器內(nèi)部。軟件與硬件是緊密集成軟件與硬件是緊密集成在一起的。在一起的。開(kāi)發(fā)方式開(kāi)發(fā)方式開(kāi)發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行平臺(tái)都是通開(kāi)發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行平臺(tái)都是通用計(jì)算機(jī)用計(jì)算機(jī)采用交叉開(kāi)發(fā)方式，開(kāi)采用交叉開(kāi)發(fā)方式，開(kāi)發(fā)平臺(tái)一般是通用計(jì)算發(fā)平臺(tái)一般是通用計(jì)算機(jī)，運(yùn)行機(jī)，運(yùn)行 平臺(tái)是嵌入平臺(tái)是嵌入式系統(tǒng)。式系統(tǒng)。二次開(kāi)發(fā)性二次開(kāi)發(fā)性應(yīng)用程序可重新編制應(yīng)

24、用程序可重新編制一般不能再編程一般不能再編程4.4.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)結(jié)合嵌入式產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀，我們不難得出嵌入式系統(tǒng)結(jié)合嵌入式產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀，我們不難得出嵌入式系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。嵌入式開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商嵌入式開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時(shí)還需要提供強(qiáng)不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時(shí)還需要提供強(qiáng)大的硬件開(kāi)發(fā)工具和軟件包支持。大的硬件開(kāi)發(fā)工具和軟件包支持。網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著因特網(wǎng)技術(shù)成熟、帶寬增加網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著因特網(wǎng)技術(shù)成熟、帶寬增加而日益提高，使得以往單一功能的設(shè)

25、備功能不再單一，而日益提高，使得以往單一功能的設(shè)備功能不再單一，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低功耗和軟硬件成本。精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低功耗和軟硬件成本。提供友好的多媒體人機(jī)界面。提供友好的多媒體人機(jī)界面。1.2.2 1.2.2 嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)硬件硬件軟件軟件嵌嵌入入式式系系統(tǒng)統(tǒng)的的整整體體架架構(gòu)構(gòu)l處理器體系結(jié)構(gòu)包含以下兩類(lèi)：處理器體系結(jié)構(gòu)包含以下兩類(lèi)：哈佛結(jié)構(gòu)。它是一種將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同哈佛結(jié)構(gòu)。它是一種將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同存儲(chǔ)器中的結(jié)構(gòu)，取指令和執(zhí)行可以重疊運(yùn)行，存儲(chǔ)器中的結(jié)構(gòu)，取指令和執(zhí)行可以重疊運(yùn)行，從而使數(shù)據(jù)吞吐率大大提升。大部

26、分嵌入式處從而使數(shù)據(jù)吞吐率大大提升。大部分嵌入式處理器采用這種結(jié)構(gòu)。理器采用這種結(jié)構(gòu)。馮馮諾依曼結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部程序空間和數(shù)據(jù)空間諾依曼結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部程序空間和數(shù)據(jù)空間是合在一起的，取指令和取操作數(shù)是通過(guò)一條是合在一起的，取指令和取操作數(shù)是通過(guò)一條總線分時(shí)進(jìn)行的。通用總線分時(shí)進(jìn)行的。通用CPUCPU采用這種結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)。1.1.嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu)嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu) 哈佛結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)l哈佛結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同哈佛結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)器中，每個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立的存儲(chǔ)器中，每個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問(wèn)。該結(jié)構(gòu)在片內(nèi)設(shè)置了與兩個(gè)存儲(chǔ)器相對(duì)應(yīng)

27、訪問(wèn)。該結(jié)構(gòu)在片內(nèi)設(shè)置了與兩個(gè)存儲(chǔ)器相對(duì)應(yīng)的程序總線和數(shù)據(jù)總線，取指令和執(zhí)行能重疊運(yùn)的程序總線和數(shù)據(jù)總線，取指令和執(zhí)行能重疊運(yùn)行，故數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。行，故數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。 改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)l當(dāng)一條指令同時(shí)取兩個(gè)操作數(shù)，在流水線處理時(shí)，當(dāng)一條指令同時(shí)取兩個(gè)操作數(shù)，在流水線處理時(shí)，同時(shí)還有一個(gè)取指操作，如果程序和數(shù)據(jù)通過(guò)一同時(shí)還有一個(gè)取指操作，如果程序和數(shù)據(jù)通過(guò)一條總線訪問(wèn)，取指和取數(shù)必會(huì)產(chǎn)生沖突，而這對(duì)條總線訪問(wèn)，取指和取數(shù)必會(huì)產(chǎn)生沖突，而這對(duì)大運(yùn)算量循環(huán)的執(zhí)行效率很不利。因此提出了改大運(yùn)算量循環(huán)的執(zhí)行效率很不利。因此提出了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，它具有以下特點(diǎn)：進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)

28、，它具有以下特點(diǎn)：允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲(chǔ)器中，并被算數(shù)運(yùn)算允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲(chǔ)器中，并被算數(shù)運(yùn)算指令直接使用，增強(qiáng)了芯片的靈活性。指令直接使用，增強(qiáng)了芯片的靈活性。指令存儲(chǔ)在高速緩沖器中，當(dāng)執(zhí)行此指令時(shí)不指令存儲(chǔ)在高速緩沖器中，當(dāng)執(zhí)行此指令時(shí)不需要再?gòu)拇鎯?chǔ)器中讀取指令，節(jié)約一個(gè)指令周需要再?gòu)拇鎯?chǔ)器中讀取指令，節(jié)約一個(gè)指令周期，大大提高了運(yùn)行速度。期，大大提高了運(yùn)行速度。 馮馮諾依曼結(jié)構(gòu)諾依曼結(jié)構(gòu)l馮馮諾依曼結(jié)構(gòu)（諾依曼結(jié)構(gòu)（Von NeumannVon Neumann）也稱(chēng)普林斯頓結(jié)）也稱(chēng)普林斯頓結(jié)構(gòu)（構(gòu)（Princeton ArchitecturePrinceton Architectur

29、e），是一種將程序），是一種將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存儲(chǔ)器結(jié)指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一構(gòu)。程序指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置，由于取指令和取數(shù)據(jù)個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置，由于取指令和取數(shù)據(jù)都訪問(wèn)同一存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)吞吐量低，但是管理同都訪問(wèn)同一存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)吞吐量低，但是管理同一存儲(chǔ)器需要的總線數(shù)量少。一存儲(chǔ)器需要的總線數(shù)量少。 CISCCISC指令集與指令集與RISCRISC指令集指令集l指令強(qiáng)弱是指令強(qiáng)弱是CPUCPU的重要指標(biāo)，指令集是提高微處理的重要指標(biāo)，指令集是提高微處理器效率的最有效工具之一

30、。指令集可分為復(fù)雜指器效率的最有效工具之一。指令集可分為復(fù)雜指令集（令集（CISCCISC）和精簡(jiǎn)指令集（）和精簡(jiǎn)指令集（RISCRISC）兩部分。）兩部分。CISCCISC是一種為了便于編程和提高記憶體訪問(wèn)效是一種為了便于編程和提高記憶體訪問(wèn)效率的晶片設(shè)計(jì)體系。率的晶片設(shè)計(jì)體系。x86x86架構(gòu)就是屬于架構(gòu)就是屬于CISCCISC體系體系的。的。RISCRISC是為了提高處理器運(yùn)行的速度而設(shè)計(jì)的晶是為了提高處理器運(yùn)行的速度而設(shè)計(jì)的晶片體系。片體系。ARMARM體系結(jié)構(gòu)則是屬于體系結(jié)構(gòu)則是屬于RISC RISC 體系。體系。2. 2. 嵌入式處理器的指令集嵌入式處理器的指令集 CISCCISC

31、指令集指令集lCISCCISC具有大量的指令，因此具有大量的指令，因此CISCCISC體系的優(yōu)缺點(diǎn)也體系的優(yōu)缺點(diǎn)也很明顯。有以下優(yōu)點(diǎn)：很明顯。有以下優(yōu)點(diǎn)：具有豐富的指令系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)的難度。具有豐富的指令系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)的難度。CISCCISC中不要求指令長(zhǎng)度統(tǒng)一，可以節(jié)省存儲(chǔ)空中不要求指令長(zhǎng)度統(tǒng)一，可以節(jié)省存儲(chǔ)空間。間。CISCCISC指令可直接對(duì)存儲(chǔ)器操作，使得通用寄存指令可直接對(duì)存儲(chǔ)器操作，使得通用寄存器數(shù)目較少。器數(shù)目較少。lCISCCISC優(yōu)點(diǎn)很多，但是缺點(diǎn)也不少。優(yōu)點(diǎn)很多，但是缺點(diǎn)也不少。由于指令系統(tǒng)龐大，導(dǎo)致設(shè)計(jì)成本較高。由于指令系統(tǒng)龐大，導(dǎo)致設(shè)計(jì)成本較高。指令操作復(fù)雜

32、、執(zhí)行周期長(zhǎng)、速度低。指令操作復(fù)雜、執(zhí)行周期長(zhǎng)、速度低。許多指令使用頻率低，降低了性?xún)r(jià)比。許多指令使用頻率低，降低了性?xún)r(jià)比。 RISCRISC指令集指令集lRISCRISC盡量簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)的指令功能，從而降低硬件盡量簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)的指令功能，從而降低硬件執(zhí)行指令的復(fù)雜度，它具有以下優(yōu)勢(shì)：執(zhí)行指令的復(fù)雜度，它具有以下優(yōu)勢(shì)：精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)適合大規(guī)模集成電路的實(shí)精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)適合大規(guī)模集成電路的實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)。相比相比CISCCISC而言，而言，RISCRISC系統(tǒng)具有更快的運(yùn)行速度。系統(tǒng)具有更快的運(yùn)行速度。直接支持高級(jí)語(yǔ)言，簡(jiǎn)化編譯程序的設(shè)計(jì)。直接支持高級(jí)語(yǔ)言，簡(jiǎn)化編譯程序的設(shè)計(jì)。RISCRISC處理

33、器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，耗時(shí)少。處理器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，耗時(shí)少。lRISCRISC也具有一些缺陷。也具有一些缺陷。由于指令少，增加了機(jī)器語(yǔ)言程序的長(zhǎng)度，從由于指令少，增加了機(jī)器語(yǔ)言程序的長(zhǎng)度，從而占用了較大的存儲(chǔ)空間。而占用了較大的存儲(chǔ)空間。指令簡(jiǎn)單，處理器的性能就依賴(lài)于編譯器的效指令簡(jiǎn)單，處理器的性能就依賴(lài)于編譯器的效率。率。 x86x86指令集指令集lx86x86指令集是指令集是IntelIntel為其第一塊為其第一塊1616位位CPUCPU專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的，后來(lái)的計(jì)算機(jī)為提高浮點(diǎn)數(shù)據(jù)處理能力而開(kāi)發(fā)了后來(lái)的計(jì)算機(jī)為提高浮點(diǎn)數(shù)據(jù)處理能力而開(kāi)發(fā)了x87x87指令，以后就將它們統(tǒng)稱(chēng)為指令，以后就將它們統(tǒng)稱(chēng)為x

34、86x86指令集。除具指令集。除具備備CISCCISC的諸多特性外，還有以下缺點(diǎn)：的諸多特性外，還有以下缺點(diǎn)：通用寄存器組通用寄存器組對(duì)對(duì)CPUCPU內(nèi)核結(jié)構(gòu)的影響。內(nèi)核結(jié)構(gòu)的影響。解碼解碼對(duì)對(duì)CPUCPU外核的影響。外核的影響。尋址范圍小尋址范圍小約束了用戶需要。約束了用戶需要。 ARMARM指令集指令集l以以RISCRISC為架構(gòu)體系的為架構(gòu)體系的ARMARM指令集指令格式統(tǒng)一，種指令集指令格式統(tǒng)一，種類(lèi)比較少，尋址方式少，處理速度快。除具備類(lèi)比較少，尋址方式少，處理速度快。除具備RISCRISC的諸多特性之外，還有以下特點(diǎn)：的諸多特性之外，還有以下特點(diǎn)：體積小，低功耗，低成本，高性能。體

35、積小，低功耗，低成本，高性能。支持支持Thumb/ARMThumb/ARM雙指令集，兼容雙指令集，兼容8 8位位/16/16位器件。位器件。大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快。大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快。大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成。大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成。尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高。尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高。指令長(zhǎng)度固定。指令長(zhǎng)度固定。流水線處理方式。流水線處理方式。l目前市面上的嵌入式處理器種類(lèi)繁多，但總體而目前市面上的嵌入式處理器種類(lèi)繁多，但總體而言可以分為以下四類(lèi)：言可以分為以下四類(lèi)：l 嵌入式微處理器嵌入式微處理器EMPUEMPUl （Embedded Micro

36、processor UnitEmbedded Microprocessor Unit） l 嵌入式微控制器嵌入式微控制器EMCUEMCUl （Embedded Microcontroller UnitEmbedded Microcontroller Unit） l 嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器EDSPEDSPl （Embedded Digital Signal ProcessorEmbedded Digital Signal Processor） l 嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式片上系統(tǒng)ESoCESoC l （Embedded System on ChipEmbedded System o

37、n Chip） 1.2.3 1.2.3 嵌入式處理器分類(lèi)嵌入式處理器分類(lèi) 1.1.嵌入式微控制器嵌入式微控制器l嵌入式微控制器（嵌入式微控制器（ MicroControllerMicroController Unit Unit， MCUMCU）就是我們俗稱(chēng)的單片機(jī)。其最大的特點(diǎn)就是單片就是我們俗稱(chēng)的單片機(jī)。其最大的特點(diǎn)就是單片化，芯片內(nèi)部一般繼承了總線、總線邏輯、化，芯片內(nèi)部一般繼承了總線、總線邏輯、FlashFlash、RAMRAM、定時(shí)、定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器等必要的處理器外設(shè)，一般情計(jì)數(shù)器等必要的處理器外設(shè)，一般情況下只需要在外圍加上時(shí)鐘、電源等極少的電路況下只需要在外圍加上時(shí)鐘、電源等極少的

38、電路就可以構(gòu)成一個(gè)嵌入式系統(tǒng)。由于需要的外圍元就可以構(gòu)成一個(gè)嵌入式系統(tǒng)。由于需要的外圍元件較少，采用單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)通常具有體積小、件較少，采用單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)通常具有體積小、功耗低、可靠性高、成本低的優(yōu)勢(shì)。典型代表是功耗低、可靠性高、成本低的優(yōu)勢(shì)。典型代表是5151系列單片機(jī)。系列單片機(jī)。 2.2.嵌入式微處理器嵌入式微處理器l嵌入式微處理器（嵌入式微處理器（ MicroProcessorMicroProcessor Unit Unit， MPUMPU）是由通用計(jì)算機(jī)中的是由通用計(jì)算機(jī)中的CPUCPU演變而來(lái)的，一般位數(shù)都演變而來(lái)的，一般位數(shù)都在在3232位以上，具有較高的性能。與通用計(jì)算機(jī)

39、處位以上，具有較高的性能。與通用計(jì)算機(jī)處理器不同的是在實(shí)際嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用中，它只理器不同的是在實(shí)際嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用中，它只保留與嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能部件，除去其保留與嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能部件，除去其他冗余功能部分，以最低的功耗和資源實(shí)現(xiàn)了嵌他冗余功能部分，以最低的功耗和資源實(shí)現(xiàn)了嵌入式應(yīng)用的特殊要求。典型代表是入式應(yīng)用的特殊要求。典型代表是ARMARM處理器。處理器。 3.3.嵌入式嵌入式DSPDSP處理器處理器l嵌入式嵌入式DSPDSP處理器（處理器（ Digital Signal ProcessorDigital Signal Processor， DSPDSP）是專(zhuān)門(mén)用于信號(hào)處

40、理的處理器，）是專(zhuān)門(mén)用于信號(hào)處理的處理器，DSPDSP對(duì)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行于執(zhí)行DSPDSP算法，具有很高的編譯效率和執(zhí)行速度。算法，具有很高的編譯效率和執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、在數(shù)字濾波、FFTFFT等方面等方面DSPDSP算法正大量進(jìn)入嵌入算法正大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域，在語(yǔ)音合成和編解碼器中得到了廣泛應(yīng)式領(lǐng)域，在語(yǔ)音合成和編解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。用。 4.4.嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式片上系統(tǒng)l嵌入式片上系統(tǒng)（嵌入式片上系統(tǒng)（ System on ChipSystem on Chip， SOCSOC）是目）是目前嵌入式

41、應(yīng)用領(lǐng)域最熱門(mén)的方向之一。前嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域最熱門(mén)的方向之一。SOCSOC最大的最大的特點(diǎn)就是成功實(shí)現(xiàn)了軟硬件的無(wú)縫結(jié)合，可以直特點(diǎn)就是成功實(shí)現(xiàn)了軟硬件的無(wú)縫結(jié)合，可以直接在片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。接在片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。SOCSOC具有極高具有極高的綜合性，能夠使用硬件描述語(yǔ)言或者高級(jí)語(yǔ)言的綜合性，能夠使用硬件描述語(yǔ)言或者高級(jí)語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。由于其絕大部分構(gòu)件都來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。由于其絕大部分構(gòu)件都是在系統(tǒng)內(nèi)部，整個(gè)系統(tǒng)就特別簡(jiǎn)潔，不僅減小是在系統(tǒng)內(nèi)部，整個(gè)系統(tǒng)就特別簡(jiǎn)潔，不僅減小了系統(tǒng)體積和功耗，而且提高了系統(tǒng)的可靠性。了系統(tǒng)體積和功耗，而且提高了系統(tǒng)的可靠性。 嵌

42、入式系統(tǒng)軟件核心包括：嵌入式系統(tǒng)軟件核心包括： 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件：嵌入式操作系統(tǒng)：嵌入式操作系統(tǒng) 支撐軟件支撐軟件：嵌入式軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)及工具嵌入式軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)及工具 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件：嵌入式應(yīng)用軟件：嵌入式應(yīng)用軟件 嵌入式系統(tǒng)軟件核心 1 1軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ) 為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存在磁盤(pán)中。不是存在磁盤(pán)中。 2 2軟件代碼高質(zhì)量、高可靠性軟件代碼高質(zhì)量、高可靠性在大多數(shù)應(yīng)用中，存儲(chǔ)空間仍然是寶貴的，還存在實(shí)時(shí)在大多數(shù)

43、應(yīng)用中，存儲(chǔ)空間仍然是寶貴的，還存在實(shí)時(shí)性的要求。為此要求程序編寫(xiě)和編譯工具的質(zhì)量要高性的要求。為此要求程序編寫(xiě)和編譯工具的質(zhì)量要高，以減少程序二進(jìn)制代碼長(zhǎng)度、提高執(zhí)行速度。，以減少程序二進(jìn)制代碼長(zhǎng)度、提高執(zhí)行速度。嵌入式系統(tǒng)軟件的特征 3 3操作系統(tǒng)軟件具有高實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)軟件具有高實(shí)時(shí)性 在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧、合理調(diào)度是保證系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，單純提高處顧、合理調(diào)度是保證系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，單純提高處理器的速度是無(wú)法完成這些要求的，也是沒(méi)有效率理器的速度是無(wú)法完成這些要求的，也是沒(méi)有效率的，這種任務(wù)調(diào)度只能由優(yōu)化編寫(xiě)的系統(tǒng)軟件來(lái)完的

44、，這種任務(wù)調(diào)度只能由優(yōu)化編寫(xiě)的系統(tǒng)軟件來(lái)完成，因此操作系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是基本要求。成，因此操作系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是基本要求。 4 4 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用語(yǔ)言：嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用語(yǔ)言： 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，最受歡迎的前據(jù)統(tǒng)計(jì)，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，最受歡迎的前3 3種編程語(yǔ)言分別是種編程語(yǔ)言分別是C C(74.6%)(74.6%)、匯編匯編(69.6%)(69.6%)和和C+C+ (50.1%)(50.1%)。嵌入式系統(tǒng)軟件的特征 ARM Ltd ARM Ltd 成立于成立于19901990年年1111月月前身為前身為 AcornAcorn計(jì)算機(jī)公司計(jì)算機(jī)公司 主要設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)ARMARM系列系

45、列RISCRISC處理器處理器內(nèi)核內(nèi)核 授權(quán)授權(quán)ARMARM內(nèi)核給生產(chǎn)和銷(xiāo)售半內(nèi)核給生產(chǎn)和銷(xiāo)售半導(dǎo)體的合作伙伴導(dǎo)體的合作伙伴ARM ARM 公司不生產(chǎn)芯片公司不生產(chǎn)芯片 另外也提供基于另外也提供基于ARMARM架構(gòu)的開(kāi)架構(gòu)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù) 軟件工具軟件工具, , 評(píng)估板評(píng)估板, , 調(diào)試調(diào)試工具工具, ,應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件, ,總線架構(gòu)總線架構(gòu), , 外圍設(shè)備單元等外圍設(shè)備單元等1.31.3 ARMARM及其體系結(jié)構(gòu)及其體系結(jié)構(gòu)1.3.1 ARM1.3.1 ARM處理器的應(yīng)用領(lǐng)域處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 工業(yè)控制工業(yè)控制 無(wú)線通信無(wú)線通信 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品 成像和安

46、全產(chǎn)品成像和安全產(chǎn)品ARM Powered ProductsLexmark Z52 Color JetprinterSamsung ML5100AJVC Pixstar GC-X1HP Jornado 820Psion Revo PlusHP CapShareSony MZ-R90 MiniDiscNokia 8810Nokia MediamasterNintendoGameboyAdvanceEricssonR380Alba BushInternet TV3Com10/100 PCI NICIomega HipZipDiamond Multimedia Rio 600SA-110ARM7TD

47、MI4T1支持Halfword 和signed halfword / byte 和System mode支持Thumb指令集24ARM9TDMISA-1110ARM720TARM940T改良的ARM/Thumb 交互作用以及CLZ 指令5TESaturated mathsDSP multiply-accumulate instructionsXScaleARM1020EARM9E-SARM966E-S3早期的ARMsARM9EJ-S5TEJARM7EJ-SARM926EJ-SJazelle支持Java字節(jié)碼1.3.21.3.2 ARMARM處理器的體系處理器的體系A(chǔ)RM微處理器的特點(diǎn)微處理器的

48、特點(diǎn)u體積小、低功耗、低成本、高性能體積小、低功耗、低成本、高性能u支持支持Thumb（16位）位）/ARM（32位）雙指令集位）雙指令集u大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快u大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成u尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高u指令長(zhǎng)度固定指令長(zhǎng)度固定 ARM微處理器系列微處理器系列uARM7uARM9uARM9EuARM10EuARM11uSecurCoreuIntel的的StrongARM、Xscale目前仍在不斷發(fā)展目前仍在不斷發(fā)展ARM7系列微處理器特點(diǎn)：特點(diǎn)：u低功耗低功耗u嵌入式嵌入式

49、ICERT邏輯邏輯u0.9MIPS/MHz的的3級(jí)流水線級(jí)流水線結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)u32位位ARM指令集和指令集和16位的位的Thumb指令集指令集u主頻最高可達(dá)主頻最高可達(dá)130MHz類(lèi)型：類(lèi)型：uARM7TDMIuARM7TDMI-SuARM720TuARM7EJTDMI的基本含義為：的基本含義為：T：支持支持16位壓縮指令集位壓縮指令集ThumbD：支持片上支持片上DebugM： 內(nèi)嵌硬件乘法器（內(nèi)嵌硬件乘法器（Multiplier）I：嵌入式嵌入式ICE，支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)，支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)典型芯片：典型芯片：ATMEL:AT91M40800/55800ASamsung: S3C44B0/

50、4510BST:STR710 x ARM9系列微處理器特點(diǎn)：特點(diǎn)：u1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)，的哈佛結(jié)構(gòu)，5級(jí)流水線級(jí)流水線u32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集指令集u支持支持32位的高速位的高速AMBA總線接口總線接口u全性能的全性能的MMU，支持，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)u支持?jǐn)?shù)據(jù)支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力處理能力MMU：Memory Management Unit類(lèi)型：類(lèi)型：uARM920TuARM922TuARM940

51、T典型芯片：典型芯片：uATMEL: AT91RM9200（ARM920T）uSamsung：S3C2410（ARM920T）uTI:OMAP5910 （ARM925 + C55x）DaVinci（ARM926EJ-S + C64x）ARM10E系列微處理器系列微處理器 ARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的特點(diǎn)系列微處理器具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，由于采用了新的體系結(jié)構(gòu)，與同等的，由于采用了新的體系結(jié)構(gòu)，與同等的ARM9器件相器件相比較，在同樣的時(shí)鐘頻率下，性能提高了近比較，在同樣的時(shí)鐘頻率下，性能提高了近50，同時(shí)，同時(shí)，ARM10E系列微處理器采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能系列微處理器采用了

52、兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低。方式，使其功耗極低。 ARM10E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：u支持支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。合。u6級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。u支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集。指令集。u支持支持64位的高速位的高速AMBA總線接口?？偩€接口。 支持支持VFP10浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。 全性能的全性能的MMU，支持，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。等多種主流

53、嵌入式操作系統(tǒng)。 支持?jǐn)?shù)據(jù)支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令和指令Cache，具有更高的指令和，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力數(shù)據(jù)處理能力 主頻最高可達(dá)主頻最高可達(dá)400MIPS。 內(nèi)嵌并行讀內(nèi)嵌并行讀/寫(xiě)操作部件。寫(xiě)操作部件。 ARM10E系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無(wú)線設(shè)備系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和信息、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和信息系統(tǒng)等領(lǐng)域。系統(tǒng)等領(lǐng)域。ARM11E系列微處理器 ARM公司在公司在2003年年4月月29日宣布了其下一代日宣布了其下一代ARM架構(gòu)架構(gòu)的的CPUARM11（又名（又名Jaguar），基于），基于ARM11的微

54、的微處理器具有更強(qiáng)的性能，尤其是多媒體處理能力。處理器具有更強(qiáng)的性能，尤其是多媒體處理能力。 ARM11微處理器采用微處理器采用0.13微米工藝，低端產(chǎn)品運(yùn)行微米工藝，低端產(chǎn)品運(yùn)行在在350MHz500MHz，高端產(chǎn)品運(yùn)行在，高端產(chǎn)品運(yùn)行在533750MHz，如果將加工工藝減小到，如果將加工工藝減小到0.10微米，那么芯微米，那么芯片速度將達(dá)片速度將達(dá)1GHz。 目前的目前的ARM7和和ARM9內(nèi)核的芯片最大速度只能到內(nèi)核的芯片最大速度只能到400MHz。目前最快的嵌入式處理器為。目前最快的嵌入式處理器為Intel的的Xscale，最高主頻為，最高主頻為500MHz。 1.3.31.3.3 A

55、RMARM的工作狀態(tài)和運(yùn)行模式的工作狀態(tài)和運(yùn)行模式 ARM ARM 采用的是采用的是3232位架構(gòu)位架構(gòu). . ARM ARM 約定約定: :Byte Byte ：8 bits8 bitsHalfwordHalfword ：16 bits (2 byte)16 bits (2 byte)Word :Word :32 bits (4 byte)32 bits (4 byte) ARMARM處理器的工作狀態(tài)：處理器的工作狀態(tài)：ARMARM狀態(tài)，執(zhí)行狀態(tài)，執(zhí)行ARM ARM 指令集（指令集（32-bit32-bit） ThnmbThnmb狀態(tài)，執(zhí)行狀態(tài)，執(zhí)行Thumb Thumb 指令集（指令集（1

56、6-bit 16-bit ）ARMARM處理器可在兩種狀態(tài)之間切換處理器可在兩種狀態(tài)之間切換 ARM ARM 有有7 7個(gè)基本工作模式個(gè)基本工作模式: :User : User : 非特權(quán)模式，大部分任務(wù)執(zhí)行在這種模式非特權(quán)模式，大部分任務(wù)執(zhí)行在這種模式FIQ : FIQ : 當(dāng)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)（當(dāng)一個(gè)高優(yōu)先級(jí)（fast) fast) 中斷產(chǎn)生時(shí)將中斷產(chǎn)生時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式會(huì)進(jìn)入這種模式IRQ : IRQ : 當(dāng)一個(gè)低優(yōu)先級(jí)（當(dāng)一個(gè)低優(yōu)先級(jí)（normal) normal) 中斷產(chǎn)生時(shí)中斷產(chǎn)生時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式將會(huì)進(jìn)入這種模式Supervisor :Supervisor :當(dāng)復(fù)位或軟中斷指令執(zhí)行時(shí)將

57、會(huì)進(jìn)當(dāng)復(fù)位或軟中斷指令執(zhí)行時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式入這種模式Abort : Abort : 當(dāng)存取異常時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式當(dāng)存取異常時(shí)將會(huì)進(jìn)入這種模式UndefUndef : : 當(dāng)執(zhí)行未定義指令時(shí)會(huì)進(jìn)入這種模式當(dāng)執(zhí)行未定義指令時(shí)會(huì)進(jìn)入這種模式System : System : 使用和使用和UserUser模式相同寄存器集的特權(quán)模模式相同寄存器集的特權(quán)模式式r0r1r2r3r4r5r6r7r8r9r10r11r12r13 (sp)r14 (lr)r15 (pc)cpsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp

58、)r14 (lr)spsrr8r9r10r11r12r13 (sp)r14 (lr)spsrFIQIRQSVCUndefAbortUser Moder0r1r2r3r4r5r6r7r8r9r10r11r12r13 (sp)r14 (lr)r15 (pc)cpsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr8r9r10r11r12r13 (sp)r14 (lr)spsrCurrent Visible RegistersBanked out RegistersFIQIRQSVCUn

59、defAbortr0r1r2r3r4r5r6r7r15 (pc)cpsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr8r9r10r11r12r13 (sp)r14 (lr)spsrCurrent Visible RegistersBanked out RegistersUserIRQSVCUndefAbortr8r9r10r11r12r13 (sp)r14 (lr)FIQ ModeIRQ Moder0r1r2r3r4r5r6r7r8r9r10r11r12r15 (pc)cpsr

60、r13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr8r9r10r11r12r13 (sp)r14 (lr)spsrCurrent Visible RegistersBanked out RegistersUserFIQSVCUndefAbortr13 (sp)r14 (lr)Undef Moder0r1r2r3r4r5r6r7r8r9r10r11r12r15 (pc)cpsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr)spsrr13 (sp)r14 (lr