第1章-嵌入式系统基础知识.ppt

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1、第1章嵌入式系统基础知识1.1嵌入式系统的定义和组成1.1.1嵌入式系统的定义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”（devicesusedtocontrol，monitor，orassisttheoperationofquipment，machineryorplants）。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。目前国内一个普遍被认同的定义是：嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。嵌入式系统一般由以下4个部分组成

2、：嵌入式微处理器外围硬件设备嵌入式操作系统用户应用程序“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。1.1.2嵌入式系统发展趋势1．嵌入式系统的发展历史（4个阶段）（1）无操作系统阶段单片机作为微控制器单线程的程序完成监测、伺服和设备指示等多种功能一般没有操作系统的支持程序设计采用汇编语言。。简便、价格低廉，在工业控制领域中得到了非常广泛的应用（2）简单操作系统阶段高可靠性、低功耗的嵌入式CPU（如PowerPC等）在嵌入式系统设计应用。一些简单的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展。此时的嵌入式操作系统虽然还比较简

3、单，但已经初步具有了一定的兼容性和扩展性，内核精巧且效率高，大大缩短了开发周期，提高了开发效率。（3）实时操作系统阶段硬件实时性要求的提高，嵌入式系统的软件规模也不断扩大，实时多任务操作系统逐渐形成。系统能够运行在各种不同类型的微处理器上，具备了文件管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面等功能，并提供了大量的应用程序接口（API），使应用软件的开发变得更加简单。（4）面向Internet阶段嵌入式技术与Internet技术结合，推动信息家电、工业控制技术的飞速发展。2）．嵌入式系统的发展趋势（1）新的微处理器层出不穷，精简系统内核，优化关键算法，降低功耗和软硬件成本。（2）

4、Linux、WindowsCE等嵌入式操作系统迅速发展。嵌入式操作系统自身结构的设计更加便于移植。（3）嵌入式系统的开发成了一项系统工程，开发厂商提供强大的硬件开发工具和软件支持包。3）．IP核IP核（IntellectualPropertyCore，知识产权核）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核分为软核（SoftIPCore）：用硬件描述语言文本形式提交给用户，经过设计优化和功能验证，但其中不含有任何具体的物理信息。固核（FirmIPCore）：完成软核所有的设计外，还完成了门级电路综合

5、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硬核（HardIPCore）：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模版图和全套工艺文件的IP软核以源代码的形式提供，知识产权不易保护。IP硬核易于实现IP保护，但灵活性和可移植性差。1.1.3嵌入式系统的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应用软件层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、ROM、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

6、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。嵌入式系统硬件层的核心。目前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等。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）。（1）嵌入式微处理器1．嵌入式计算机系统的硬件层嵌入式系统的存储器包含Cache主存储器辅助存储器（2）存储器1．嵌入式计算机系统的硬件层微处理器尽可能的从Cache中读取数据，而不是从主存中读取，提高微处理器和主存之间的数据传输速率

7、。Cache一般集成在嵌入式微处理器内，可分为数据Cache、指令Cache或混合Cache。①Cache一种位于主存储器和嵌入式微处理器内核之间的快速存储器阵列存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。②主存储器用来存放系统和用户的程序及数据是嵌入式微处理器能直接访问的存储器。主存储器包含有ROM和RAM，可以位于微处理器的内部或外部。常用的ROM类存储器有NORFlash、EPROM和PROM等RAM类存储器有SRAM、DRAM和SDRAM等。③辅助存储器通常指硬盘、NAND