嵌入式系统概念.doc

未来嵌入式系统的发展趋势 1.嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持 2.联网成为必然趋势 3.精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本 4. 提供精巧的多媒体人机界面 嵌入式系统的组成 嵌入式系统硬件系统。一般包括有：嵌入式处理器、存储器、I/O系统和外设 嵌入式系统的软件系统。包括：操作系统、应用软件 嵌入式系统的开发工具（1）硬件开发工具包括：仿真器等；其它（示波器等）（2）软件开发工具包括：编译、连接、定位软件，通常使用C语言；调试软件。 3）中间层。它将系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。 应用层 嵌入式系统与单片机的区别 目前嵌入式系统的主流是以32位嵌入式微处理器为核心的硬件设计和基于实时操作系统（RTOS）的软件设计； 单片机系统多为4位、8位、16位机，它们不适合运行操作系统，难以进行复杂的运算及处理功能； 嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单片机大多采用软硬件流水设计； 嵌入式系统设计的核心是软件设计（占70%左右的工作量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同。 嵌入式系统与PC之间的区别 嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用计算平台； 嵌入式系统的资源比PC少得多；软件故障带来的后果比PC机大得多； 嵌入式系统一般采用实时操作系统；有成本、功耗的要求；得到多种微处理体系的支持；需要专用的开发工具。 通用计算机系统要求的是高速、海量的数值运算。在技术发展上追求总线速度不断提升、存储容量不断扩大。而嵌入式计算机系统要求的是对象体系的智能化控制能力，在技术发展方向追求对特定对象系统的嵌入性、专用性和智能化。这种技术发展的分歧导致20世纪末计算机进入了两大分支并行发展的时期，人们称之为后PC机时代。 嵌入式处理器分类 嵌入式微控制器。嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种８位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。 嵌入式DSP处理器。DSP（Digital Signal Processor ）处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，支持复杂指令集去完成信号信号处理计算。 嵌入式微处理器。EMPU（或MPU）嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。 嵌入式片上系统(System On Chip)。SoC技术是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。 ARM微处理器 ARM系统架构的微处理器一般是由32位ALU、数十个32位通用寄存器及状态寄存器、32位桶型移位寄存器、指令译码及控制逻辑、指令流水线和数据/地址寄存器组成。 总线结构 冯.诺依曼结构 冯.诺依曼结构计算机系统是由一个中央处理单元（CPU）和一个存储器组成。这个存储器存储全部的数据和指令，并且可以根据所给的地址对其进行读写操作。数据和指令都存在一个存储器中的计算机被称为冯.诺依曼结构计算机。 CPU有几个可以存放内部使用数据的内部寄存器。其中典型的寄存器是程序计数器PC。CPU先从存储器取出指令，然后对指令译码，最后执行。程序计数器是间接地指向了存储器中的指令。我们只要改变指令，就能改变CPU所做的事情。 应用：PC、Intel、单片机、8086... 哈佛体系结构计算机 哈佛体系结构计算机为数据和程序提供了各自独立的存储器，程序计数器只指向程序存储器而不指向数据存储器。独立的程序存储器和数据存储器为数字处理提供了较高的性能，让两个存储器有不同的端口，可以提供较大的存储器带宽。这样一来，数据和程序不必再竞争同一个端口，这使得数据适时地移动更加容易。目前大部分DSP和ARM9微处理器都是采用这种哈佛体系结构。 但这种结构的弱点是很难在哈佛机上编写出一个自修改的程序（即写入数据值后，使用这些值作为指令的程序）。 提高CPU性能的措施是采用流水线、超标量等新技术 流水线技术 计算机中一条指令的指向可分为若干个阶段，由于每个阶段的操作相对都是独立的。因此可以采用流水线的重叠技术来大大提高系统的性能。在流水线装满以后，几个指令可以并行执行。这样可充分利用现有硬件资源，提高了CPU的运行效率。 以ARM7为例，ARM处理器使用的简单3级流水线分别为： 取指级：取指级完成程序存储器中指令的读取，并放入指令流水线中。 译码级：对指令进行译码 ，为下一周期准备数据路径需要的控制信号。这一级指令“占有”译码逻辑，而不“占有”数据路径。 执行级：指令“占有”数据路径，寄存器被读取，操作数在桶式移位器中被移位，ALU产生相应的运算结果并回写到目的寄存器中，ALU的结果则根据指令需求来更改状态寄存器的条件位。 ARM9 架构采用了5级流水线： 取指、译码、执行、 缓冲/数据：如果需要，则访问数据存