第1章 嵌入式系统基础知识11125

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1、嵌入式系统设计—基于ARM9微处理器S3C2410A第1章嵌入式系统基础知识南阳师范学院张帅如今嵌入式系统在很多产业中得到了广泛的应用并逐步改变着这些产业，包括工业自动化、国防、运输和航天领域。在日常生活中，人们使用各种嵌入式系统，但未必知道它们。比如移动电话、数码照相机、MP4、数字电视的机顶盒、微波炉、汽车内部的喷油控制系统、防抱死制动系统等装置或设备都使用了嵌入式系统。嵌入式系统广泛的适应能力和多样性，使得视听、工作场所甚至健身设备中到处都有嵌入式系统。1.1嵌入式系统的定义和组成嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子通信设备移动存贮工控设备智能

2、仪表汽车电子网络设备消费电子军事国防电子商务网络工业控制嵌入式系统的应用领域家用方面：数字电视、信息家电、智能玩具、手持通讯、存储设备的核心。社区建筑的水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，远程点菜器等。航天领域1.1.1嵌入式系统的定义根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”（原文为devicesusedtocontrol，monitor，orassisttheoperationofequipment，machineryorplants）。目前国内一个普遍被认同的定义是

3、：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。可以这样认为，嵌入式系统是一种专用计算机系统，作为装置或设备的一部分。嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用程序4个部分组成。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素，对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。嵌入式系统示例——汽车控制系统马达控制器车灯嵌入式系统示例——汽车控制系统尾灯控制系统后车门控制系统前车门控制系统座椅控制系统发动器控制系统所有的控制系统都是一个完整

4、的嵌入式系统1.1.2嵌入式系统发展趋势1．嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展历程，大致经历了以下4个阶段。（1）无操作系统阶段—单片机（2）简单操作系统阶段—嵌入式CPU、简单操作系统（3）实时操作系统阶段—实时多任务操作系统（4）面向Internet阶段2．IP核（IntellectualPropertyCore，知识产权核）SOC（SystemOnChip，片上系统）是90年代中期出现的一个概念，并成为现代集成电路设计的发展方向。SOC是指在单芯片上集成数字信号处理器、微控制器、存储器、数据转换器、接口电路等电路模块，可以直接实现信号采集、转

5、换、存储、处理等功能。IP核是指具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片（SOC）的基本构件。IP核用硬件描述语言（hardwareDescriptionLanguage，HDL）文本形式提交给用户，经过RTL级设计优化和功能验证，但其中不含有任何具体的物理信息的软核（SoftIPCore）；完成软核所有的设计外，还完成了门级电路综合和时序仿真等设计环节，一般以门级电路网表的形式提供给用户的固核（FirmIPCore）；基于物理描述，并经过工艺验证，具有可保证的性能，提供给用户的形式是电路物理结构掩

6、模版图和全套工艺文件的硬核（HardIPCore）。IP软核以源代码的形式提供的，IP知识产权不易保护。IP硬核易于实现IP保护，缺点是灵活性和可移植性差。1.1.3嵌入式系统的组成嵌入式系统通常由包含有嵌入式微处理器、操作系统、应用软件和外围设备接口的嵌入式计算机系统和执行装置（被控对象）组成。嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，可以分为硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。执行装置接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。嵌入式系统的软/硬件框架1．嵌入式计算机系统的硬件层硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、R

7、OM、Flash等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。硬件层通常是一个以嵌入式处理器为中心的，包含有电源电路、时钟电路和存储器电路的电路模块，其中操作系统和应用程序都固化在模块的ROM中。（1）嵌入式微处理器嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系结构或哈佛体系结构，指令系统可以选用精简指令系统（RISC）和复杂指令集系统（CISC）。嵌入式微处理器有各种不同的体系，目前全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种，体系结构有30多个系列，其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。即使在同一体系中，也可

8、以具有不同的时钟频率、数据总线宽度、接口和外设。目前没有一种嵌入式微处理器可以主导市场，嵌入式微处理器的选择