嵌入式系统复习要点.docx

1、嵌入式系统复习要点一、基础部分 嵌入式系统定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统是指用于执行独立功能的专用计算机系统。由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。以应用为中心，以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为基础，强调硬件软件协同性与整合性，软件与硬件可剪裁，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求。 体系结构：1. 冯诺依曼结构：冯诺

2、依曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。“存储程序”的概念。冯诺曼结构处理器具有以下几个特点：必须有一个存储器；必须有一个控制器；必须有一个运算器，用于完成算术运算和逻辑运算；必须有输入和输出设备，用于进行人机通信。冯诺依曼的主要贡献就是提出并实现了“存储程序”的概念。由于指令和数据都是二进制码，指令和操作数的地址又密切相关，因此，当初选择这种结构是自然的。这种指令和数据共享同一总线的结构，使得信息

3、流的传输成为限制计算机性能的瓶颈，影响了数据处理速度的提高。2. 哈佛结构：哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。哈佛结构处理器有两个明显的特点：使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存；使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，而这两条

4、总线之间毫无关联。3、PC：硬件、操作系统、程序 嵌入式系统结构：硬件、内嵌式操作系统、用户程序、系统组件4、计算机系统层次： 每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持； 第1级第3级所用语言基本为二进制语言，机器执行和解释容易； 第4级、第5级采用符号语言，有利于不了解硬件的人使用计算机； 级数越低越靠近硬件，级数越高使用计算机越方便； 从语言功能层次进行划分，引入虚拟机概念，有助于了解计算机和设计计算机。嵌入式系统层次示例：嵌入式系统的硬件架构： 5、嵌入式系统特点（多技术领域交叉融合、专用型强、系统精简、硬件体系结构特殊、处理器和处理器体系结构类型多、嵌入式操作系统支持、嵌入式操作

5、系统小内核、实时响应、多样性、健壮可靠、低功耗、成本敏感、产品成本、特殊的开发工具和环境、专门的开发环境） 嵌入式系统特点：一般来看： 种类繁多，应用广泛 特定任务，非通用平台 软硬件一体化 多种处理器种类以及处理器体系结构的支持 极其关注系统成本，即成本敏感 有实时约束，代码小，执行速度快 实时操作系统 用户方： 功能简单 专门完成一个或几个任务 要求严格 大小、 功耗、价格、市场时间 实时和交互 实时与环境交互 安全可靠 软硬件的错误威胁生命 开发方： 软件硬件协同并行开发 多种多样的微处理器 实时操作系统的多样性 (RTOS) 与台式机相比，可利用系统资源很少 应用支持很少 要求特殊的开

6、发工具 调试很困难 软件硬件都应很健壮二、系统组成： 1、X86 CISC指令集3、指令主要有： 乘加(MAC)操作：它在一个周期中执行了一次乘法运算和一次加法运算。 SIMD类操作：允许使用一条指令进行多个并行数据流的计算。 零开销的循环指令：采用硬件方式减少了循环的开销。仅使用两条指令实现一个循环，一条是循环的开始并提供循环次数，另一条是循环体。 多媒体加速指令：像素处理、多边形、3D操作等指令4、指令分类： CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和寻址方式 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的

7、指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单 EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computing，显式并行指令计算) 使用ILP使编译器在程序运行前便能找出其并行性，安排好指令执行的顺序。 分支推断 风险装载 更加聪明的编译器 超长指令字（VLIW）处理器 多发射机制 编译调度6、RISC:减少指令平均执行周期数 减小CPI: CPUtime=Instr_Count * CPI * Clock_cy

8、cle 精简指令集：保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高的指令 采用Load/Store结构，有助于减少指令格式，统一存储器访问方式 采用硬接线控制代替微程序控制超标量、超流水线、VLIW等系统结构， 目标在于减小CPI， 可使CPI Cashe 128- DRAM 512 - Reg 1G- Reserved 768 - 静态(I/O)256 - 记忆卡 512 - 静态（ROM/FLASH/SRAM）5124、嵌入式处理器的启动过程：（1）系统加电或复位后，所有CPU都会从某个地址开始执行，具体的地址值是由处理器设计决定的。 用户代码从地址空间的0x0开始，通常这个地址对应的是Bank0。

9、 PC（程序计数器）指针，指向0x0。从这个地址开始读取指令并运行。 Bank0 启动代码的Flash ROM 即 Boot ROM（2）Bootloader实现的工作：A、硬件系统自检；配置其他bank或者端口、外设等工作模式；处理中系统的终端（Boot ROM需要处理的任务就是把固定的中断向量映射到一个可编程的中断处理子程序的地址）。B、引导操作系统：系统配置完成以后， Bootloader需要把操作系统（或者其他程序）装载到SDRAM（就是系统的RAM区）。随后，把PC指针指向程序的RAM空间，使操作系统启动，这就是引导C、Flash 编程：要想实现Boot ROM的自编程，必须让Boot 程序是在RAM中运行5、BOOTLOADER的烧写：通过JTAG口烧写； 通过串口烧写（主要用于更新升级）；6、BOOT LOADER的操作模式： “启动加载” 和“下载” 仅对开发人员有意义 磁盘启动加载，如Lilo 、 Grub Flash启动加载 NOR Flash MTD：用于访问memory设