復(fù)習(xí)課需要掌握的概念和辨析(課時(shí))

需要掌握的概念和辨析嵌入式系統(tǒng)定義以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的三大要素和兩大特征三大要素：

嵌入性、專用性、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

兩大特征：

實(shí)時(shí)性、專用的開發(fā)環(huán)境嵌入式系統(tǒng)和單片機(jī)的區(qū)別和聯(lián)系嵌入式系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)目前嵌入式系統(tǒng)的主流是以32位嵌入式微處理器為核心的硬件設(shè)計(jì)和基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)多為4位、8位、16位機(jī)，不適合運(yùn)行操作系統(tǒng)，難以進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算及處理功能嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，單片機(jī)大多采用軟硬件流水設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是軟件設(shè)計(jì)（占70%左右的工作量），單片機(jī)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)所占比例基本相同嵌入式設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系宿主和模塊的關(guān)系嵌入式處理器和嵌入式系統(tǒng)的區(qū)別和聯(lián)系構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作嵌入式應(yīng)用交叉編譯嵌入式系統(tǒng)采用“宿主機(jī)/目標(biāo)機(jī)”方式——交叉編譯。USB/RS232/以太網(wǎng)宿主機(jī)：通用計(jì)算機(jī)（PC），開發(fā)環(huán)境。目標(biāo)機(jī)：嵌入式系統(tǒng)，運(yùn)行環(huán)境。內(nèi)存小存儲(chǔ)空間有限計(jì)算能力有限實(shí)時(shí)性高速≠高實(shí)時(shí)性不同應(yīng)用系統(tǒng)，不同的實(shí)時(shí)要求存儲(chǔ)器系統(tǒng)-FlashFLASH：閃存最典型特點(diǎn)：分塊操作，整塊擦除，整塊寫入，按字節(jié)處理

FLASH內(nèi)存FLASHFLASH中間層學(xué)名：硬件抽象層HAL（HardwareAbstractLayer）工程：板極支持包BSP（BoardSupportingPakeage）作用：它把系統(tǒng)軟件與底層硬件部分隔離，使得系統(tǒng)的底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與硬件無(wú)關(guān)。優(yōu)點(diǎn)：移植開發(fā)BSP具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：操作系統(tǒng)相關(guān)性硬件相關(guān)性功能層軟件層中間層硬件層嵌入式系統(tǒng)的架構(gòu)微處理器(MPU)MPU嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU演變而來的。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，這樣就以最低的功耗和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。Intel創(chuàng)新模式：不是簡(jiǎn)單的刪除片上系統(tǒng)——SoC（SystemonChip）。將功能做在一個(gè)芯片上，像是ARMRISC、DSP或是其他的微處理器核心，加上通信的接口單元，像通用串行端口（USB）、TCP/IP通信單元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、藍(lán)牙模塊接口等等，這些單元以往都是依照各單元的功能做成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的處理芯片。嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip)CISC和RISC1、CISC：復(fù)雜指令集（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和尋址方式，指令長(zhǎng)度可變。大多數(shù)程序只使用少量的指令就能夠運(yùn)行。2、RISC：精簡(jiǎn)指令集（ReducedInstructionSetComputer)

只包含最有用的指令，指令長(zhǎng)度固定確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)單。ARM7系列是馮諾依曼結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)是RISC。ARM9系列是哈佛結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)是RISC。TI的DSP系列是哈佛結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)是CISC。MCS-51是哈佛結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)是CISC。PIC單片機(jī)是哈佛結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)是RISC。辨析哈佛結(jié)構(gòu)和馮.諾依曼結(jié)構(gòu)主要是指存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，與指令系統(tǒng)沒有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。提醒注意：后面考察原理預(yù)先取若干條指令每條指令分解為多步，并讓各步操作重疊（分成幾步稱為幾級(jí)流水）當(dāng)前指令尚未執(zhí)行完時(shí)，提前啟動(dòng)后續(xù)指令1.3流水線技術(shù)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(shí)間加Add減Sub比較Cmp舉例：汽車等工廠/列概念5+3-7>0?4.2總線工作原理設(shè)備1控制設(shè)備2控制設(shè)備3控制設(shè)備4控制設(shè)備5控制設(shè)備6控制高阻聯(lián)通控制控制系統(tǒng)時(shí)鐘就是一個(gè)典型的頻率相當(dāng)精確和穩(wěn)定的脈沖信號(hào)發(fā)生器。時(shí)鐘晶振：提供標(biāo)準(zhǔn)頻率

頻率綜合器：產(chǎn)生各種頻率時(shí)鐘電路為嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生時(shí)序脈沖4.4時(shí)鐘舉例：廣播體操/列概念BallGridArray，BGABGA封裝引腳數(shù)雖然增多，但引腳間距大于QFP傳輸延遲小，散熱性能好(可控塌陷封裝法)共面焊接，可靠性提高5.3引腳網(wǎng)格陣列通用文件系統(tǒng)不適用于嵌入式系統(tǒng)。Flash上實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)，了解Flash的特點(diǎn)：

擦除-寫入、塊操作Flash上文件系統(tǒng)：

（1）數(shù)據(jù)管理：讀取、修改、刪除

（2）考慮擦寫時(shí)間，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)吞吐量2.3.2文件系統(tǒng)1.3嵌入式軟件都是無(wú)限循環(huán)嵌入式軟件的結(jié)構(gòu)上都是沒有出口的，程序不能退出，整個(gè)程序的基本結(jié)構(gòu)是無(wú)限循環(huán)。配合中斷構(gòu)成整體。一、基本特征列概念main(){/*超級(jí)循環(huán)*/

while(1)

{

action1();/*常規(guī)循環(huán)操作*/action2();

}}……/*中斷1對(duì)應(yīng)的服務(wù)程序*/__interruptISR1()

{

/*中斷服務(wù)工作*/

}后臺(tái)1.4中斷前臺(tái)中斷工作原理當(dāng)某種內(nèi)部或外部事件發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生中斷信號(hào)，嵌入式系統(tǒng)的中斷系統(tǒng)將迫使CPU暫停正在執(zhí)行的無(wú)限循環(huán)，轉(zhuǎn)而去進(jìn)行中斷事件的處理，中斷處理完畢后，又返回被中斷的無(wú)限循環(huán)處，繼續(xù)執(zhí)行下去。中斷信號(hào)中斷后要干的事循環(huán)的恢復(fù)中斷機(jī)制中斷服務(wù)程序中斷現(xiàn)場(chǎng)入棧1.4中斷列概念/舉例“中斷+無(wú)限循環(huán)”構(gòu)成的“前臺(tái)/后臺(tái)”軟件結(jié)構(gòu)是嵌入式軟件的基本結(jié)構(gòu)特征裸機(jī)程序就是直接實(shí)現(xiàn)的“前臺(tái)/后臺(tái)”軟件名詞解釋：前臺(tái)/后臺(tái)常規(guī)循環(huán)任務(wù)=后臺(tái)=無(wú)限循環(huán)設(shè)備中斷任務(wù)=前臺(tái)=中斷。1.4中斷列概念unsignedchar*p;p=(unsignedchar*)0xF000FF00;

*p=11;

/*絕對(duì)地址0xF0000+0xFF00寫入11*/3.1數(shù)據(jù)指針任務(wù)：寫數(shù)據(jù)到0xF000FFF0地址/*定義一個(gè)無(wú)參數(shù)、無(wú)返回類型函數(shù)指針類型*/typedefvoid(*lpFunction)();

/*定義一個(gè)函數(shù)指針，指向要跳轉(zhuǎn)的位置*/lpFunctionlpReset=(lpFunction)0xF000FFF0;/*調(diào)用函數(shù)=跳轉(zhuǎn)*/

lpReset();3.2函數(shù)指針任務(wù)：跳轉(zhuǎn)到0xF000FFF0地址執(zhí)行27操作系統(tǒng)是一段核心程序作為軟硬件資源的控制中心，它以盡量合理有效的方法組織多個(gè)用戶共享計(jì)算機(jī)的各種資源。作為一臺(tái)功能強(qiáng)大的虛擬機(jī)，給用戶一個(gè)方便、有效、安全的工作環(huán)境和開發(fā)環(huán)境，提供人機(jī)交互接口和API函數(shù)。

1.1操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)舉例：上節(jié)課word和excel、打印機(jī)打印、UNIX多用戶指擁有CPU資源（寄存器、堆棧）的正在執(zhí)行的簡(jiǎn)單程序。通用操作系統(tǒng)中的進(jìn)程和線程。實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的大部分任務(wù)是周期的，編程上每個(gè)任務(wù)是一個(gè)典型的無(wú)限循環(huán)。只有任務(wù)能夠申請(qǐng)CPU資源。任務(wù)的狀態(tài)：就緒、運(yùn)行、掛起。2.1任務(wù)兩大特點(diǎn)：第一是程序，第二有資源舉例：打掃衛(wèi)生（地面、玻璃、桌椅，勞動(dòng)工具（資源）/各自獨(dú)立工作/有矛盾時(shí)還要協(xié)調(diào)）

2.2調(diào)度

內(nèi)核的主要職責(zé)之一。什么是調(diào)度？決定任務(wù)運(yùn)行的次序。調(diào)度的基本方式有可搶占式和非搶占式。多數(shù)實(shí)時(shí)內(nèi)核是基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的多種方法的復(fù)合。

2.2調(diào)度

先來先服務(wù)（FCFS）最短周期優(yōu)先（SBF）優(yōu)先級(jí)法(Priority)輪轉(zhuǎn)法(Round-Robin)多級(jí)隊(duì)列法(multi-levelqueues)多級(jí)反饋隊(duì)列(multi-levelfeedbackqueues)基本的調(diào)度算法2.3優(yōu)先級(jí)任務(wù)的輕重緩急指示每個(gè)任務(wù)按其重要性被賦予一定的優(yōu)先級(jí)。靜態(tài)優(yōu)先級(jí)與動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)。（固定和可變）基于優(yōu)先級(jí)的系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)優(yōu)先級(jí)倒置的問題，一個(gè)好的實(shí)時(shí)內(nèi)核應(yīng)該提供解決倒置的方法。已開發(fā)出多種算法用于實(shí)時(shí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)分配。提問：被誰(shuí)賦予？

2.4代碼臨界區(qū)

指一段不可分割的代碼，一旦執(zhí)行，不能被中斷。實(shí)現(xiàn)代碼臨界區(qū)的方法有：一是屏蔽中斷，通常在代碼執(zhí)行前關(guān)閉中斷，執(zhí)行后打開中斷，只能用于單處理機(jī)的情形；二是通過信號(hào)量機(jī)制。UC/OS里內(nèi)核里得到充分體現(xiàn)提問：屏蔽中斷會(huì)有何后果舉例：前面程序中的a2.5

信號(hào)量多任務(wù)環(huán)境下使用的一種設(shè)施,它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)任務(wù),以保證它們能夠正確、合理的使用公共資源。用以前查詢信號(hào)量信號(hào)量符合要求，使用；否則，等待。使用完要釋放信號(hào)量。完成代碼臨界區(qū)功能舉例：停車場(chǎng)管理員提問：為什么代碼臨界區(qū)可以使用信號(hào)量2.10

搶占當(dāng)起執(zhí)行的任務(wù)可以被打斷而由另外一個(gè)任務(wù)執(zhí)行。提高了相應(yīng)外部中斷的能力。多數(shù)操作系統(tǒng)是搶占式調(diào)度。DSP處理器的特點(diǎn)在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)（Harvard結(jié)構(gòu)）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。獨(dú)立的硬件乘法器獨(dú)立的DMA總線和控制器專用的數(shù)據(jù)地址發(fā)生器與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對(duì)較弱些（例如外設(shè)支持等）DSP的硬件特點(diǎn)一、哈佛體系結(jié)構(gòu)二、流水線作業(yè)技術(shù)三、獨(dú)立的硬件乘法器四、獨(dú)立的DMA總線和控制器五、專用的數(shù)據(jù)地址發(fā)生器六、特殊指令支持37什么是FPGA門數(shù)介于低端的分離元件和高端的ASIC之間可編程修改的集成電路芯片F(xiàn)ieldProgrammableGateArray現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件Part1綜合（Synthesis）

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