微處理器與嵌入式系統(tǒng)

微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)平時(shí)：10%實(shí)驗(yàn)：15%期中：15%期末：60%E_mail:chenjl@1第一章概述計(jì)算機(jī)的應(yīng)用形式

通用計(jì)算機(jī)與嵌入計(jì)算機(jī)

普適計(jì)算與泛在通信半導(dǎo)體技術(shù)與計(jì)算機(jī)的發(fā)展

機(jī)械式計(jì)算機(jī)、電子式計(jì)算機(jī)

SoC、NoC嵌入式(計(jì)算機(jī))系統(tǒng)

概念、特點(diǎn)、組成、發(fā)展趨勢(shì)課程體系介紹2后PC時(shí)代：大意是指包含PC在內(nèi)的信息技術(shù)多元化，依據(jù)需要選用不同的設(shè)備實(shí)現(xiàn)需求，傾向于以產(chǎn)品體驗(yàn)性作評(píng)價(jià)，而非硬件性能了。隨著硬件價(jià)格的下降，更多的人大概是如下的使用狀態(tài)：一臺(tái)（單手）智能手機(jī)+（雙手）平板電腦+（膝上）筆記本+（桌面）臺(tái)式機(jī)

嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)方向：通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和消費(fèi)產(chǎn)品的結(jié)合，嵌入式系統(tǒng)將被更廣泛應(yīng)用于其中。3嵌入式(計(jì)算機(jī))系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)：嵌入到應(yīng)用對(duì)象體系中的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（只是某完整設(shè)備的一個(gè)部分）。特點(diǎn)：向集成化、微型化，智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。微控制器（通用型、非常專(zhuān)業(yè)或客戶(hù)訂制的）RAMROM系統(tǒng)需要的外圍接口嵌入式系統(tǒng)部分某設(shè)備電路模塊機(jī)械模塊網(wǎng)絡(luò)模塊4

CPU>90%<10%普適計(jì)算(無(wú)所不在的計(jì)算機(jī))不可見(jiàn)（invisibleness）環(huán)境感知（contextawareness）5WANLAN/INTRANET無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)家庭網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)泛在通信(無(wú)所不在的計(jì)算機(jī))“4A”化通信：AnytimeAnywhereAnyoneAnything6物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)7物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)承載網(wǎng)絡(luò)8IT行業(yè)的四大定律Moore定律

微處理器內(nèi)晶體管集成度每18個(gè)月翻一番Bell定律如果保持計(jì)算能力不變，微處理器的價(jià)格每18個(gè)月減少一半；

每10年會(huì)有一類(lèi)新的計(jì)算設(shè)備誕生：巨型機(jī)、小型機(jī)、工作站、PC到PDA的演變、新一代計(jì)算設(shè)備……Gilder定律未來(lái)25年（1996年預(yù)言）里，主干網(wǎng)的帶寬將每6個(gè)月增加一倍；Metcalfe定律網(wǎng)絡(luò)價(jià)值同網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)數(shù)的平方成正比；9計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)通信技術(shù)10節(jié)能Powersavings數(shù)字生活Digitallife泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)UbiquitousSensorNetworks(USN)高性能視頻會(huì)議High-PerformanceVideoConferencing數(shù)字安全Sybersecurity下一代網(wǎng)絡(luò)及功效Next-GenerationNetworksandEnergyEfficiency遠(yuǎn)距離協(xié)作工具RemoteCollaborationTools智能傳送網(wǎng)IntelligentTransportSystems(ITS)……ITU-T近年關(guān)注的熱門(mén)話(huà)題信息的生成、獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理及其應(yīng)用是現(xiàn)代信息科學(xué)的六大組成部分。11機(jī)械式計(jì)算機(jī)的發(fā)展12電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的誕生電子管(vacuumtube)時(shí)代晶體管(transistor)時(shí)代第一個(gè)晶體管的誕生2023/1/1413第一代電子管計(jì)算機(jī)ENIAC14/53第一臺(tái)存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)EDSAC采用穿孔紙帶輸入、電傳打字機(jī)輸出，水銀延遲線(xiàn)作為存儲(chǔ)器，并使用二進(jìn)制計(jì)數(shù)方式。15第二代:晶體管計(jì)算機(jī)1954年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功第一臺(tái)使用晶體管線(xiàn)路的計(jì)算機(jī)，取名“催迪克”（TRADIC-TransistorizedAirborneDigitalComputer），裝有800個(gè)晶體管。16從分立到集成第一塊IC誕生之后，基爾比在IRE(美國(guó)無(wú)線(xiàn)電工程師學(xué)會(huì))的一次會(huì)議上宣布了“固體電路”(Solidcircuit)的出現(xiàn)，這就是以后的“集成電路”的代名詞。17第三代計(jì)算機(jī)：集成電路組裝18GordonMoore：Intel的創(chuàng)始人之一IC技術(shù)：SSI/MSI→LSI→VLSI→ULSI→GLSI→

……晶圓尺寸：100mm→125mm→150mm→200mm→ 300mm→400mm→

……特征尺寸：3μm→2μm→1.2μm→0.8μm→0.5μm→0.35μm→

0.25μm →0.18μm→0.13μm→90nm→65nm→45nm→

……19IntelCorei7四核處理器20系統(tǒng)級(jí)芯片(SOC)技術(shù)系統(tǒng)知識(shí)

(硬件與軟件)電路設(shè)計(jì)知識(shí)

(DAC、ADC等)制造工藝知識(shí)

(90nm,65nm,45nm)晶圓工藝知識(shí)

(300mm晶圓)A/DA/D數(shù)字射頻處理器數(shù)字濾波與控制混合信號(hào)處理器

數(shù)字基帶混合信號(hào)處理器軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)及驗(yàn)證技術(shù)IP核生成和復(fù)用技術(shù)超深亞微米工藝及納米IC設(shè)計(jì)技術(shù)21片上網(wǎng)絡(luò)(NOC)技術(shù)P:處理器M:存儲(chǔ)器C:緩存Rni:網(wǎng)絡(luò)接口S:交換開(kāi)關(guān)Dsp:核Re:可重構(gòu)邏輯L:專(zhuān)用邏輯22計(jì)算機(jī)發(fā)展的主要階段第零代（1642~1945年）機(jī)械計(jì)算器和繼電器計(jì)算器第一代（1946～1955年）電子管計(jì)算機(jī)以電子管為邏輯部件，以陰極射線(xiàn)管、磁芯和磁鼓等為存儲(chǔ)手段。軟件采用機(jī)器語(yǔ)言，后期采用匯編語(yǔ)言。第二代（1955～1965年）晶體管計(jì)算機(jī)以晶體管為邏輯部件，內(nèi)存用磁芯，外存用磁盤(pán)。軟件廣泛采用高級(jí)語(yǔ)言，并出現(xiàn)了早期的操作系統(tǒng)。第三代（1965～1980年）集成電路計(jì)算機(jī)以中小規(guī)模集成電路為主要部件，內(nèi)存用磁芯、半導(dǎo)體，外存用磁盤(pán)。軟件廣泛使用操作系統(tǒng)，產(chǎn)生了分時(shí)、實(shí)時(shí)等操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第四代（1980年至今）個(gè)人計(jì)算機(jī)以L(fǎng)SI、VLSI為主要部件，以半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和磁盤(pán)為內(nèi)、外存儲(chǔ)器。在軟件方法上產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。微處理器和微型計(jì)算機(jī)也在這一階段誕生并獲得飛速發(fā)展。第五代無(wú)所不在的計(jì)算機(jī)生物計(jì)算機(jī)、模糊計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、……2324嵌入式(計(jì)算機(jī))系統(tǒng)嵌入式微處理器外圍硬件設(shè)備嵌入式操作系統(tǒng)用戶(hù)應(yīng)用程序25嵌入式系統(tǒng)的定義IEEE定義devicesusedtocontrol,monitor，orassisttheoperationequipment,machineryorplants國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同的定義

以各種形態(tài)嵌入到對(duì)象體系中的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)芯片級(jí)（MCU、SoC）板級(jí)（單板、模塊）設(shè)備級(jí)（工控機(jī)）EmbeddedSystemEmbeddedComputerSystemEmbeddedReal-timeSystemEmbeddedDevice26以應(yīng)用為中心軟、硬件可裁剪對(duì)體積、功耗、實(shí)時(shí)性、可靠性、功能、成本等有嚴(yán)格約束嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)27硬件軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)嵌入式處理器存儲(chǔ)器系統(tǒng)外部接口EMPUEMCUEDSPESoCEPSoC程序ROM數(shù)據(jù)RAM參數(shù)EEPROMNVRAM并行接口串行接口音視頻接口

網(wǎng)絡(luò)接口嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件VxWorksμc/OSWindowsCE嵌入式Linux編譯器鏈接器調(diào)試器集成軟件環(huán)境硬件工具仿真器編程器在線(xiàn)調(diào)試工具外圍設(shè)備鍵盤(pán)LCD存儲(chǔ)設(shè)備音頻設(shè)備專(zhuān)用設(shè)備嵌入式系統(tǒng)的組成28293031嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)網(wǎng)絡(luò)化、支持分布式計(jì)算可編程、可在線(xiàn)