嵌入式总结Word文件下载.docx

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嵌入式系统三要素·

嵌入性：

嵌入到对象体系中，有对象环境要求

·

专用性：

软、硬件按对象要求裁减

计算机：

实现对象的智能化功能

微型计算机系统从局部到全局存在三个层次：

1.微处理器2.微型计算机3.微型计算机系统

典型CPU结构

微型计算机=微处理器+ROM和RAM+I/O接口+系统总线

微型计算机的结构框图

微型计算机系统=MC+外围设备（外存+I/O外设）+电源+辅助电路+软件（系统软件、应用软件）

▪系统软件：

用来支持应用软件的开发与运行的，它包括操作系统、标准实用程序和各种语言处理程序等

▪应用软件：

用来为用户解决具体应用问题的程序及有关的文档和资料

MCS=MC+外围设备（外存+I/O外设）+电源+辅助电路+操作系统+应用软件

MC=微处理器+存储器+I/O接口+系统总线

嵌入式系统=嵌入式处理器+存储器+接口电路/外围电路+外设+嵌入式操作系统+应用软件

嵌入式系统组成:

v嵌入式处理器分类

▪嵌入式微处理器，MPU

▪嵌入式微控制器，MCU

▪嵌入式数字信号处理器，DSP

▪嵌入式片上系统，SoC

▪嵌入式可编程片上系统，SoPC

嵌入式微处理器（MPU）

v嵌入式微处理器=CPU+硬件接口（存储器接口，键盘接口等）+辅助电路（时钟、A/D、D/A、调试电路等）

嵌入式微控制器（MCU）

vMCU=CPU+存储器+I/O接口+辅助电路（时钟、WatchDog、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A等）

CPU、MCU和MPU的区别

vCPU包含算术逻辑运算单元、控制单元、寄存器堆、内部总线

▪CPU是解释、执行机器语言的逻辑单元，一般不以实物程现

▪典型CPU：

MCS-51、AVR、PIC、ARM、PowerPC、X86

vMCU=CPU+存储器+I/O接口+辅助电路（时钟、WatchDog、脉宽调制输出、A/D、D/A等）+通信接口（串行口、IIC、SPI）

▪一般应用于控制

▪所需软件体积较小，可写烧写在片内ROM、RAM，可不外接存储器

▪接口功能较弱

▪典型MCU：

AT89C51、ATmega16

vMPU=CPU+I/O接口（存储器接口，键盘接口等）+辅助电路（时钟、WatchDog、脉宽调制输出、A/D、D/A、LCD接口、调试电路等）+通信接口（串行口、IIC、SPI、以太网、WIFI等）

▪一般应用于数据、信息的处理，硬件性能强

▪所需软件体积较大，片内一般不集成ROM、RAM

▪接口功能较强

▪典型MPU：

S3C44B0、MPC860、酷睿i321203.3GHz

嵌入式DSP处理器

v嵌入式DSP处理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP）

v嵌入式DSP是专用于离散信号的处理、计算，针对某些领域而设计的处理器

vDSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高

v在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP得到了大规模的应用

嵌入式片上系统（SoC）

v嵌入式片上系统（SystemonChip,SoC）

vSoC是一种基于IP（IntellectualProperty）核嵌入式系统设计技术

v设计思想

▪各种通用处理器内核，及外设作为SoC设计公司的标准库，用标准的VHDL等语言描述，存储在器件库中

▪用户定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品

▪这样，除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利

vSoC可以分为通用和专用两类

▪通用系列包括Infineon（Siemens）的TriCore，Motorola的M-Core，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等

▪专用SoC一般专用于某个或某类系统中。

有代表性的产品是Philips的SmartXA

知识产权（IP）核

v知识产权核是具有知识产权（IntellectualProperty）的集成电路芯核的简称，简称IP核

▪其作用是把一组拥有知识产权的电路设计集合在一起，构成芯片的基本单位，以供设计时搭积木之用

v依据产品交付的方式，分为软核、固核和硬核

▪软核是用VHDL等硬件描述语言描述的功能块，但是并不涉及用什么具体电路元件实现这些功能，以源代码形式提供

▪硬核提供设计阶段最终阶段产品：

掩模。

以经过完全的布局布线的网表形式提供

▪固核是预先设计的代码模块，源码不可见

vIP核可以复用，意味着时间、价格等设计代价降低

v核的种类

▪微处理器：

MCS-51、ARM、PowerPC、Nios、…

▪存储器：

RAM、ROM、存储控制器、…

▪外设：

定时器、PWM、WatchDog、PCI控制器、DMA控制器、…

▪多媒体处理：

MPEG/JPEGCodec

▪数字信号处理器DSP

▪通信模块：

UART、以太网、CAN、SPI、IIC

嵌入式可编程片上系统（SoPC）

v嵌入式可编程片上系统（SystemonaProgrammableChip,SoPC）

v用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上

▪首先它是片上系统（SoC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能

▪其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能

vSoPC结合了SoC和PLD、FPGA各自的优点，一般具备以下基本特征

▪至少包含一个嵌入式处理器内核

▪具有小容量片内高速RAM资源

▪丰富的IPCore资源可供选择

▪足够的片上可编程逻辑资源

▪处理器调试接口和FPGA编程接口

▪可能包含部分可编程模拟电路

▪单芯片、低功耗、微封装

嵌入式系统的特点

v可靠性要求更高

▪很多嵌入式系统在无人照看的环境下运行，出现问题会造成整个系统的瘫痪，并很难人为干预，因此对“平均无故障时间（MeanTimeBetweenFailure）”有更高要求，并应有自恢复机制

v功耗限制

▪嵌入式系统中，尤其是在用电池供电的嵌入式系统中，功耗是重点考虑的因素。

大耗电量直接影响到硬件费用，并影响电源寿命以及带来散热问题

v物理尺寸要求

▪体积应达到可植入被嵌入系统的尺寸

v低成本

▪包含硬件成本和软件成本。

硬件成本主要决定于所使用的微处理器、所需的内存及相应的外围芯片；

软件成本通常难于预测，但好的设计方法有利于降低软件成本

v环境相关性

▪嵌入式系统不是独立的，而是与其被嵌入的设备紧密相关联

v软件一般固化在存储器芯片或单片机本身

v软件体积小

▪由于嵌入式系统硬件资源相对有限，嵌入式软件也要量体裁衣，避免冗余

v软件专用性强

▪嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植

▪同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合

v操作系统内核小

▪比如ENEA公司的OSE实时OS，内核只有5K，而Windows的内核则要大得多

v操作系统实时性要求高

▪有些嵌入式系统有强实时性要求

v不具备自举开发能力

▪必须有一套开发工具和环境才能进行开发

v不可垄断性

▪PC有WinTel垄断

▪嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。

v产品相对稳定性

▪产品升级换代和具体产品同步，有较长的生命周期

▪普通处理器18月

▪嵌入式处理器8-10年

通用计算机的性能指标

v字长

▪字长是计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。

一般一台计算机的字长决定于它的通用寄存器、内存储器、ALU的位数和内部数据总线的宽度

v存储器容量：

▪指存储设备可容纳二进制信息的最大字节数

v运算速度

▪计算机的运算速度一般用每秒钟所能执行的指令条数来表示

v外设扩展能力

▪外设扩展能力指计算机系统配接各种外部设备的可能性、灵活性和适应性。

一台计算机允许配接多少外部设备对于系统接口和软件配置都有重大影响

▪在微型计算机系统中，打印机型号、显示屏幕分辨率，外存储器容量等，都是外设配置中需要考虑的问题

▪外设扩展能力取决于接口配置，配置愈丰富扩充能力愈强

v软件配置情况

▪软件是计算机系统必不可少的重要组成部分，它配置是否齐全，直接关系到计算机性能的好坏和效率的高低。

▪采用何种操作系统

▪是否有丰富的可供选用的应用软件

v要先明确预期最终应用程序在待选平台上的运行情况和测试目的，然后再挑选符合要求的特定测试向量

v一次详尽的分析需要仔细衡量的因素包括：

性能分析、功耗和效率分析、开发工具支持以及价格