第3讲_嵌入式硬件相关技术祥解.ppt

* PROTEUS仿真：系统调试 数据存储器窗口 源代码窗口：提供了6种程序执行命令按钮 程序调试断点 处理器程序计数器的当前位置 SFR寄存器窗口 CPU寄存器窗口 IDLOC寄存器窗口 变量窗口 观测窗口 * PROTEUS支持的第三方编译器： PROTEUS仿真：第三方编译器 * 使用以太网物理接口模型（EPIM），可以实现虚拟仿真电路通过本地网卡与局域网内其他计算机的双向网络通信。 LAN 电脑＃1 电脑＃2 ENC28J60 模型 PROTEUS仿真：物理接口模型 * 支持器件和PCB的3D预览 PROTEUS仿真：PCB设计 第三讲嵌入式硬件相关技术 河南大学 计算机与信息工程学院 授课人：金勇 联系电话 Email：jy@henu.edu.cn 计算机专业核心课程之一 * 嵌入式系统硬件部分 嵌入式系统软件部分 如人的大脑，决定了硬件的操作模式。通过良好的操作系统以及应用程序，把硬件功能发挥到极至。 如人的手、脚、神经等部位，决定了嵌入式系统的先天功能。如运算能力和I/O接口等。 * 冯·诺依曼和哈佛体系结构 CISC和RISC 流水线 嵌入式微处理器 总线 高速输入输出接口 输入输出设备 存储器 嵌入式硬件相关技术 * 体系结构 冯·诺依曼结构 VS 哈佛结构 冯·诺依曼结构 约翰·冯·诺依曼（ John Von Neumann，1903－1957），美籍匈牙利人 18岁发表第一篇数学论文 22岁获得数学博士学位 30岁成为美国普林斯顿大学第一批终身教授 8所世界名校的名誉博士 美国国家科学院院士 数据和指令同在一个存储器 英特尔8086、ARM7、MIPS处理器等 * * 指令寄存器 控制器 数据通道 输入 输出 中央处理器 存储器 程序 指令0 指令1 指令2 指令3 指令4 数据 数据0 数据1 数据2 冯·诺依曼结构 * 哈佛结构 并行体系结构 程序指令存储和数据存储分开 独立编址、独立访问 较大的存储器带宽 数据移动和交换更方便 较高的DSP性能 Microchip公司的PIC系列芯片，还有摩托罗拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安谋公司的ARM9、ARM10和ARM11等。 * 指令寄存器 控制器 数据通道 输入 输出 CPU 程序存储器 指令0 指令1 指令2 数据存储器 数据0 数据1 数据2 地址 指令 地址 数据 哈佛结构 * 指令集架构 复杂指令集CISC VS 精简指令集RISC * 【思考】 指令应该如何较好地映射到微处理器的时钟速度上； 体系结构需要多“简单”。 * CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和寻址方式，指令长度可变 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指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 只包含最有用的指令，指令长度固定 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 * 特点1：由于指令集简化后，流水线以及常用指令均可用硬件执行； 特点2：采用大量的寄存器，使大部分指令操作都在寄存器之间进行，提高了处理速度； 特点3：采用缓存—主机—外存三级存储结构，使取数与存数指令分开执行，使处理器可以完成尽可能多的工作，且不因从存储器存取信息而放慢处理速度。 ARM系列微处理器是RISC思想在嵌入式方面最成功的应用 * SUN公司的SPARC(1987) MIPS公司的SGI:MIPS(1986) HP公司的PA-RISC IBM, Motorola公司的PowerPC DEC、Compac公司的Alpha AXP IBM的RS6000(1990)第一台Superscalar RISC机 典型的高性能RISC处理器 * 类别 CISC RISC 指令系统 指令数量很多 较少，通常少于100 执行时间 有些指令执行时间很长，如整块的存储器内容拷贝；或将多个寄存器的内容拷贝到存贮器 没有较长执行时间的指令 编码长度 编码长度可变，1-15字节 编码长度固定，通常为4个字节 寻址方式 寻址方式多样 简单寻址 操作 可以对存储器和寄存器进行算术和逻辑操作 只能对寄存器对行算术和逻辑操作，Load/Store体系结构 编译 难以用优化编译器生成高效的目标代码程序 采用优化编译技术，生成高效的目标代码程序 CISC vs RISC * 流水线技术 * 【思考】工业流水线的原理 如：汽车装配流水线 1）冲压：制作车身外壳和底盘等部件 2）焊接：将冲压成形后的各