嵌入式系统概述

1、深圳大学深圳大学 光电工程学院光电工程学院赵志刚赵志刚 电话邮箱：光电所345办公室2015.02嵌入式系统技术嵌入式系统技术课程安排和要求课程安排和要求 本课程以ARM9微处理器为应用实例，介绍嵌入式系统的基本原理、硬件结构和软件开发。1、理论与实践相结合2、软硬件结合3、注重学以致用、工程动手能力的培养。特点：-2-教学内容嵌入式系统技术是专业核心课程，教学内容包括： 嵌入式系统概论 ARM体系结构 嵌入式系统存储器结构与接口 嵌入式系统输入输出接口技术 中断控制系统 启动代码分析 嵌入式系统设计与开发-3-4-先修基础知识 模拟电路 数字电路 计算机硬件基础 微

2、机原理与接口技术 单片机技术 C语言程序设计等-5-教材与参考书n黄智伟等，ARM9嵌入式系统设计基础教程(第2版)，北京航空航天大学出版社，2013.3n王小强，ARM处理器裸机开发实战，电子工业出版社， 2012.1nAndrew N. Sloss等著，沈建华等译，ARM嵌入式系统开发:软件设计与优化，北京航空航天大学出版社，2005.5-6- -7-教学目标（期望）掌握嵌入式系统设计的基本原理、基本方法；熟悉ARM微处理器体系结构，掌握一套主流的开发工具及其开发方法；具备嵌入式系统软、硬件开发设计的基本能力；为进一步研究和处理实际工程问题打下基础。 -8-考核方式课堂表现占总成绩20教学

3、实验占总成绩20闭卷考试占总成绩60第第1 1章章 嵌入式系统概述嵌入式系统概述-9-10-生活中的嵌入式系统-11-第1章 嵌入式系统概述一、嵌入式一、嵌入式系统的定义和组成系统的定义和组成二、嵌入式二、嵌入式系统的应用系统的应用三三、嵌入式处理器、嵌入式处理器硬件基础硬件基础四四、嵌入式、嵌入式处理器处理器的类的类型型-12-1、嵌入式系统的定义oIEEE: Devices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plantso 从技术的角度定义：以从技术的角度定义：以应用应用为中心

4、、以为中心、以计算机技术计算机技术为基础、为基础、软件硬件可裁剪软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的积、功耗严格要求的专用计算机系统专用计算机系统。2022-4-30中国矿业大学信电学院张林132、嵌入式系统的组成软件子系统硬件子系统输入输出-13-2022-4-30中国矿业大学信电学院张林14嵌入式系统组成(2)-14- 板级支持包（BSP）是介于主板硬件和操作系统中驱动层程序之间的一层。-15-嵌入式系统组成(3)2022-4-30中国矿业大学信电学院张林16嵌入式系统硬件子系统-16-2022-4-30中国矿业大学信

5、电学院张林17嵌入式系统_最小硬件系统-17-2022-4-30中国矿业大学信电学院张林18嵌入式系统_最小硬件系统-18-2022-4-30中国矿业大学信电学院张林19嵌入式外围设备n 在嵌入式硬件系统中，除了嵌入式处理器之外的完成存储、通信、I/O、调试等功能的其它部件：存储器类型：静态易失型存储器(volatile RAM/SRAM)，动态存储器(DRAM)，非易失型存储器(non-volatile ROM、EPROM、EEPROM、FLASH)。其中，FLASH(闪存)以可擦写次数多，存储速度快，容量大及价格便宜等优点在嵌入式领域得到广泛的应用。接口类型：目前存在的所有接口在嵌入式系统

6、中都有其广泛的应用，但是以下几种接口的应用最为广泛，包括RS-232接口(串口)、IrDA(红外)、SPI(串行设备接口)、I2C、USB、Ethernet和普通并口。显示类型：CRT、LCD和触摸屏等外围显示设备。-19-2022-4-30中国矿业大学信电学院张林20嵌入式系统_软件子系统-20-21-3、嵌入式系统的特点1n 可靠性要求高 很多嵌入式系统在无人照看的环境下运行，出现问题会造成整个系统的瘫痪，并很难人为干预，因此对“平均无故障时间 (Mean Time Between Failure) ”有更高要求，并应有自恢复机制。n 功耗限制 嵌入式系统中，尤其是在用电池供电的嵌入式系统

7、中，功耗是重点考虑的因素。大耗电量直接影响到硬件费用，并影响电源寿命以及带来散热问题。n 物理尺寸要求 体积应达到可植入被嵌入系统的尺寸。n 低成本 包含硬件成本和软件成本。硬件成本主要决定于所使用的微处理器、所需的内存及相应的外围芯片；软件成本通常难于预测，但好的设计方法有利于降低软件成本。n 环境相关性 嵌入式系统不是独立的，而是与其被嵌入的设备紧密相关联。-22-3、嵌入式系统的特点2n 软件一般固化在存储器芯片或处理器本身n 软件体积小 由于嵌入式系统硬件资源相对有限，嵌入式软件也要量体裁衣，避免冗余。n 软件专用性强 嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要

8、针对硬件进行系统的移植。 同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合。n 操作系统内核小 比如ENEA公司的OSE实时OS，内核只有5K，而Windows的内核则要大得多。n 操作系统实时性要求高 有些嵌入式系统有强实时性要求。n 必须有一套开发工具和环境才能进行开发-23-第1章 嵌入式系统概述一、嵌入式一、嵌入式系统的定义和组成系统的定义和组成二、嵌入式二、嵌入式系统的应用系统的应用三三、嵌入式处理器、嵌入式处理器硬件基础硬件基础四四、嵌入式、嵌入式处理器处理器的类的类型型嵌入式系统的应用领域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仪

9、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-24-嵌入式系统主要应用领域1n 国防工业、军事工业、兵器工业：各种武器控制（火炮控制、导弹控制、智能炸弹制导引爆装置）、坦克、舰艇、轰炸机等陆海空各种军用电子装备，雷达、电子对抗军事通信装备，野战指挥作战用各种专用设备等。我国嵌入式计算机最早用于导弹控制。p 武器控制系统p 数字化单兵系统有苛刻要求 尺寸和重量 功率消耗 震动和冲击 温度和湿度军事国防领域21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统夜视扫描、全球定位、指挥通信阿富汗参加反恐作战的“赫耳墨斯”价值4万美元，可携带2架摄像机，发挥了重要作用军事侦察航天领域基于VXworks的火星探路

10、者嵌入式系统主要应用领域2n 信息家电、民用设备：各种信息家电产品，如数字电视机、机顶盒，数码相机，VCD、DVD音响设备，可视电话，家庭网络设备，洗衣机，网络冰箱，网络空调，智能玩具，其他消费类电子产品等。-29-智能玩具与机器人-30-31-基于Win CE的移动机器人平台手机-32-韩国电信手机/电视遥控器二合一产品p 功能手机p 智能手机与PDA结合Sony Ericsson超小型手机电脑手机放在底座上成为电脑内置 DVB-H 移动电视手机手表33p 苹果的iWatchp 三星的Gear 800MHz单核处理器 512MB RAM及4GB机身存储空间 电池容量为315毫安 蓝牙，加速度

11、计，陀螺仪，两个麦克风 190万像素自动对焦镜头Google Glass34n Android 4.0.4系统n TI OMAP 4430 CPUn 总闪存16GB，12GB的可用储存空间n 显示效果相当于从8英尺外看25英寸电视n 500万像素照片拍摄n 可录制720p高清视频n 骨传导音频技术n 无线连接采用802.11b/g标准的Wi-Fin 蓝牙，可与任何具备蓝牙功能的手机相连n 电力可支持一天的正常使用， micro-USB充电智能家居35p 智能家居p 智能家电高科技的捕鼠器遮断红外线光束掉下笼子DangerBomb 闹钟 不起床就爆炸啰配备电子食谱的锅铲coo.boo智能型垃圾桶

12、 i.Master现代化家庭36嵌入式系统主要应用领域337n 工业：各种智能测量仪表、智能卡、数控装置、可编程控制器、控制机、分布式控制系统、现场总线仪表及控制系统、工业机器人、智能机器人、智能传感器、机电一体化机械设备、车载导航器、汽车电子设备、车辆与交通工程等。汽车电子38汽车电子产品（18个嵌入式控制模块）CAN总线网络VOLVO S80汽车的CAN总线网络-39-嵌入式系统示例：汽车控制系统-40-马达控制器车灯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的嵌入式系统嵌入式系统示例：汽车控制系统Windows CE 嵌入式操作系统53个

13、8bit 嵌入式处理器7个16bit嵌入式处理器1个32bit嵌入式处理器多种网络技术汽车电子仪器仪表42p DCG (动态心电图仪)p 便携式多参数监护仪p 中医指套传感器脉象虚拟仪器p 推拿手法测试仪p 电动机故障状态监测保护系统 监控仪手持仪嵌入式系统主要应用领域443n 商业：各类收款机、电子秤、条形码阅读机、商用终端、银行点钞机、IC卡输入设备、取款机、自动柜员机、自动服务终端、防盗系统、各种银行专业外围设备、智能金融器具、远程教育。嵌入式系统主要应用领域544n 办公自动化：复印机、打印机、传真机、扫描仪、其他计算机外围设备、掌上电脑、激光照排系统、安全监控设备、媒体手机、移动电话

14、、寻呼机、个人数字助理（PDA）、变频空调设备、通信终端、程控交换机、网络浏览器、网络设备（路由器、交换机、Web server、网络接入盒等）、网络工程、录音录象及电视会议设备、数字音频广播系统等。嵌入式系统主要应用领域645n 医疗保健设备：各种医疗电子仪器，X光机、超声诊断仪、计算机断层成像系统、心脏起博器、监护仪、辅助诊断系统、远程医疗、专家系统等。n 其他领域：农业技术、光学系统、气象预报、卫星通信网、数字通信、移动数据库、语音处理。-46-第1章 嵌入式系统概述一、嵌入式一、嵌入式系统的定义和组成系统的定义和组成二、嵌入式二、嵌入式系统的应用系统的应用三三、嵌入式处理器硬件基础、嵌

15、入式处理器硬件基础四四、嵌入式、嵌入式处理器处理器的类的类型型嵌入式处理器硬件基础冯诺依曼结构与哈佛结构1复杂指令集与精简指令集2流水线技术3信息存储的字节顺序4-47-冯诺依曼体系结构 冯诺依曼理论：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。 将数据与指令存储在同一存储器中，统一编址。 取指令和取数据都访问同一存储器，数据吞吐率低。 被大多数计算机采用 ARM7冯诺依曼体系指令寄存器控制器数据通道输入输出CPUCPU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哈佛结构n 程序存储器与数据存储器分开，是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。n 设置

16、了程序总线和数据总线，使数据的吞吐率提高了一倍。n 并行体系结构，取址和执行能完全重叠运行。n 适合于数字信号处理n 大多数DSP都是哈佛结构n ARM9是哈佛结构（通过独立的数据cache和指令cache实现）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地址指令地址数据三、 嵌入式处理器硬件基础冯诺依曼结构与哈佛结构1复杂指令集与精简指令集2流水线技术3信息存储的字节顺序4-50-RISC与CISCn 对CPU的优化可从两个角度实现：增强指令的功能，减少IC CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Compute

17、r）优化每一条指令，减小CPI及CC RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer)CT = IC * CPI * CC CT(CPU Time)：CPU完成一个功能需要的时间 IC(Instruction count)：完成一个功能需要的指令数量 CPI(Cycle per Instruction)：每条指令所需的时钟周期数 CC(Clock Cycle)：每个时钟周期的时长v如何综合衡量CPU执行的速度？RISC与CISCCISC：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

18、/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-52-u 指令集：CPU依靠指令进行计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。 RISCn 保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高的指令n 采用Load/Store结构，有助于减少指令格式，统一存储器访问方式 处理器只处理寄存器中的数据，不能处理存储器中的数据n 采用硬接线控制代替微程序控制（一条机器指令

19、的功能是用许多条微指令组成的序列来实现的，这个微指令序列通常叫做微程序，以降低CISC电路的复杂性）CT = IC * CPI * CC ICRISC ICCISC CCRISC CCCISC CPIRISC CPICISC-53-三、嵌入式处理器硬件基础冯诺依曼结构与哈佛结构1复杂指令集与精简指令集2流水线技术3信息存储的字节顺序4-54-55-流水线技术并行执行串行执行取指令 1执行指令 1取指令 2执行指令 2取指令 3执行指令 3取指令 3执行指令 3取指令 2执行指令 2取指令 1执行指令 1u 流水线流水线(Pipeline)技术技术：在程序执行时，多条指令重叠进行操：在程序执行时

20、，多条指令重叠进行操作的一种准并行处理的实现技术作的一种准并行处理的实现技术 处理器可以同时为多条指令的不同部分进行工作，以提高处理器处理器可以同时为多条指令的不同部分进行工作，以提高处理器各部件的利用率，进而提高指令的执行速度。各部件的利用率，进而提高指令的执行速度。-56-ARM7的3级流水线ARM7的处理器使用简单的的处理器使用简单的3级流水线，包括以下级流水线，包括以下流水线级流水线级：（1）取指令（取指令（fetch）：从存储器装载一条指令。：从存储器装载一条指令。（2）译码（译码（decode）：识别被执行的指令，并为下一个周期准：识别被执行的指令，并为下一个周期准备数据通路的控制

21、信号。在这一级，指备数据通路的控制信号。在这一级，指令占有译码逻辑，不占用数据通路。令占有译码逻辑，不占用数据通路。（3）执行（执行（excute）：处理指令并将结果写回寄存器。：处理指令并将结果写回寄存器。当处理器执行简单的数据处理指令时，流水线使得平均每当处理器执行简单的数据处理指令时，流水线使得平均每个时钟周期能完成个时钟周期能完成1条指令。条指令。3级流水线（最佳）n 该例中用6个时钟周期执行了6条指令n 所有的操作都在寄存器中（单周期执行）n 指令周期数 (CPI) = 1 操作周期 1 2 3 45 6 ADD SUB MOV AND ORR EOR CMP RSBFetchDec

22、odeExecuteFetchDecode ExecuteFetchDecode ExecuteFetchDecode ExecuteFetchDecode Execute Decode ExecuteFetchDecodeFetchFetch-57-58-ARM9的5级流水线ARM9TDMI中使用了典型的中使用了典型的5级流水线，包括以下级流水线，包括以下流水线级流水线级：（1）取指令（fetch）：从存储器中取出指令，并将其放入指令流水线。（2）译码（decode）：指令被译码，从寄存器堆中读取寄存器操作数。在寄存器堆中有3个操作数读端口，因此，大多数ARM指令能在1个周期内读取其操作数。

23、（3）执行（execute）：将其中1个操作数移位，并在ALU中产生结果。如果指令是Load或Store指令，则在ALU中计算存储器的地址。 算术逻辑单元(arithmetic and logic unit) （4）缓冲/数据（buffer/data）：如果需要则访问数据存储器，否则ALU只是简单地缓冲1个时钟周期。（5）回写（write-back）：将指令的结果回写到寄存器堆，包括任何从寄存器读出的数据。三、嵌入式处理器硬件基础冯诺依曼结构与哈佛结构1复杂指令集与精简指令集2流水线技术3信息存储的字节顺序4-59-60-ARM的基本数据类型ARM采用的是32位架构，基本数据类型有以下3种：

24、Byte：字节，8bit。 Halfword：半字，16bit（半字必须2字节边界对齐） Word：字，32bit（字必须于4字节边界对齐）。ARM存储存储器数据组器数据组织结织结构：构：长度为1个字的数据项占用一组4字节的位置，该位置开始于4的倍数的地址（地址最末两位为00）半字数据占有两个字节的位置，该位置开始于偶数字节地址（地址最末一位为0）。字3字2字1字节4字节3字节2字节1半字2半字1信息存储的字节顺序n 多字节类型的数据，在存储器中有两种存放方法：大端格式(big-endian)字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址中小端格式(little-endian)：

25、与大端存储格式相反，低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节-61-字节顺序会涉及到的问题n 可移植性问题 当在不同存储顺序的微处理器间进行程序移植时，要特别注意存储模式的影响。把从软件得到的二进制数据写成一般的数据格式往往会涉及到存储顺序的问题n 通信中的存储顺序问题 在网络通信中，Internet协议（即IP协议）定义了标准的网络字节顺序。该字节顺序被用于所有设计使用在IP协议上的数据包、高级协议和文件格式n 很多网络设备也存在存储顺序问题 即字节中的位采用大端法或小端法发送。这取决于OSI模型最底层的数据链路层。-62-63-大端的数据存放格式低地址低地址高地址高地址

26、地址地址A地址地址A+1地址地址A+2地址地址A+3word a = 0 x f6 73 4b cdf6734bcd最高有效字节最高有效字节位于最低地址位于最低地址最高有效字节的地址最高有效字节的地址就是该就是该word的地址的地址-64-小端的数据格式 低地址低地址高地址高地址地址地址A地址地址A+1地址地址A+2地址地址A+3最低有效字节的地址最低有效字节的地址就是该就是该word的地址的地址最低有效字节最低有效字节位于最低地址位于最低地址word a = 0 x f6 73 4b cdf6734bcd-65-练习练习程序执行前：程序执行前：r0=0 x11223344r1=0 x0000

27、0000执行指令：执行指令：STR r0，r1LDRB r2，r1执行后：执行后：小端模式下小端模式下：r2 = ?大端模式下大端模式下：r2 = ?r0 = 0 x11223344STR r0, r1LDRB r2, r1r1 = 0 x00Memory3 2 1 0 0 1 2 33124 2316 158 7011 22 33 443124 2316 158 7011 22 33 44312423 16158 7011223344312423 16158 7000 00 00 44312423 16158 7000 00 00 11Little endianBig endianr2 =

28、0 x44r2 = 0 x11大端小端格式存取数据-67-第1章 嵌入式系统概述一、嵌入式一、嵌入式系统的定义和组成系统的定义和组成二、嵌入式二、嵌入式系统的应用系统的应用三三、嵌入式处理器、嵌入式处理器硬件基础硬件基础四、嵌入式四、嵌入式处理器处理器的类的类型型2022-4-30中国矿业大学信电学院张林68嵌入式处理器n 嵌入式处理器是嵌入式系统硬件的核心 寻址流行体系结构有30多个系列、1000多种，几乎每个月都有新产品出现 字长有4、8、16、32、64位等。其中32、64位微处理器是目前主流嵌入式系统的核心 主要硬件厂商：Intel、Motorola、Philips、AMD、三星等 重

29、要参数： 空间：可以从64KB到4GB 处理速度：最快可以达到2000MIPS 封装：从几个引脚到几百个引脚不等n 嵌入式处理器类： 嵌入式微控制器，MCU 嵌入式微处理器，MPU 嵌入式数字信号处理器，DSP 嵌入式片上系统， SoC 嵌入式可编程片上系统， SoPC-68-典型CPU结构系统总线包含：数据总线(Data Bus)、地址总线(Address Bus)和控制总线(Control Bus)-69-2022-4-3070嵌入式处理器的发展嵌入式系统的发展与集成电路制造技术密切相关 20世纪70年代集成电路发展到LSI阶段n 1971年Intel推出了第一枚微处理器芯片，揭开高速发展

30、的序幕n 早期的单片机的出现： 1976年最早的单片机是Intel公司的8048 Motorola同时推出了68HC05 Zilog公司推出了Z80系列均含有256字节的RAM、4K的ROM、4个8位并口、1个全双工串行口、两个16位定时器n 80年代初，Intel完善了8048，研制成功8051n 随后，Intel研制MCS-96，Motorola发布68000，均为典型16位单片机n 1986年，MIPS研制首款32位RISC计算机R2000；随后PowerPC、ARM也陆续出现，成为典型32位处理器-70-嵌入式处理器的类型嵌入式微控制器1嵌入式微处理器2DSP处理器3嵌入式片上系统4嵌

31、入式可编程片上系统5多核处理器6-71-2022-4-30中国矿业大学信电学院张林72嵌入式微控制器(MCU)n 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)n MCU = CPU + 存储器 + I/O接口 + 辅助电路（时钟、WatchDog、串口、脉宽调制输出、A/D、D/A等）；n 微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器，俗称单片机，以8位居多；n 微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高；n 微控制器是目前嵌入式系统工业的主流；n 嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，占嵌入式系统约70%的市场份额。2

32、022-4-30中国矿业大学信电学院张林73嵌入式微控制器(MCU)n 通用系列 Intel: 8051、P51XA、MCS-96/196/296/251、 Motorola: 68300、 C68HC05/11/12/16 MICROCHIP: PIC12C5XXX、PIC16CXXX、PIC17CXX Atmel: ATmega16、ATmega32、ATmega64、ATmega128 TI: LM3S系列 STMicroelectronics：STM32n 半通用型 支持USB接口的MCU: 8XC930/932、C541 支持I2C、CAN-bus、LCD的MCU-73-嵌入式处理器

33、的结构和类型嵌入式微控制器1嵌入式微处理器2DSP处理器3嵌入式片上系统4嵌入式可编程片上系统5多核处理器6-74-2022-4-30中国矿业大学信电学院张林75嵌入式微处理器(MPU)n 嵌入式微处理器 (Microprocessor Unit, MPU)n 嵌入式微处理器 = CPU + 硬件接口（存储器接口，键盘接口等）+ 辅助电路（时钟、A/D、D/A、调试电路等） n 嵌入式微处理器必须装配在专门设计的电路板上，在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件-75-2022-4-30中国矿业大学信电学院张林76嵌入式微处理器(MPU)n 嵌入式微处理器EMPU由通用计算机

34、中的微处理器演变而来n 与通用计算机处理器不同的是，嵌入式微处理器只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求n 为了满足嵌入式应用的特殊要求，在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强n 和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点n 嵌入式处理器目前主要有MIPS、PowerPC、ARM系列等-76-77MIPS系列n 美国斯坦福大学的Hennessy教授领导的研究小组研制的MIPS（Microprocessor without Interlocked Piped Stages，

35、无互锁流水级的微处理器）是世界上很流行的一种RISC处理器，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。n 从20世纪80年代初期MIPS处理器发明到现在，MIPS处理器以其高性能的处理能力被广泛应用于宽带接入、路由器、调制解调设备、电视、游戏、打印机、办公用品、DVD播放等广泛的领域。n 和ARM公司一样，MIPS公司本身并不从事芯片的生产活动（只进行设计），不过其他公司如果要生产该芯片，则必须得到MIPS公司的许可。n 2012.11 MIPS终被Imagination及ARM以4亿多美金收购。78PowerPCn PowerPC（PerformanceOptimizationWi

36、thEnhancedRISCPerformanceComputing）是Freescale（原Motorola）公司的产品。n PowerPC RISC处理器采用了超标量处理器设计和调整内存缓冲器，修改了指令处理设计，它完成一个操作所需的指令数比CISC处理器要多，但完成操作的总时间却减少了。n PowerPC内核采用独特分支处理单元可以让指令预取效率大大提高，即使指令流水线上出现跳转指令，也不会影响到其运算单元的运算效率。PowerPC RISC处理器设计了多级内存高速缓冲区，以便让那些正在访问（或可能会被访问）的数据和指令总是存储在调整内存中。2022-4-30中国矿业大学信电学院张林79

37、CPU、MCU和MPU的区别n CPU包含算术逻辑运算单元、控制单元、寄存器堆、内部总线 CPU是解释、执行机器语言的逻辑单元，一般不以实物程现 典型CPU：MCS-51、AVR、PIC、ARM、PowerPC、 X86n MCU = CPU + 存储器 + I/O接口 + 辅助电路(时钟、WatchDog、脉宽调制输出、A/D、D/A等) +通信接口(串行口、IIC、SPI) 一般应用于控制 所需软件体积较小，可写烧写在片内ROM、RAM，可不外接存储器 接口功能较弱 典型MCU：AT89C51、ATmega16n MPU = CPU + I/O接口(存储器接口，键盘接口等) + 辅助电路(

38、时钟、 WatchDog、脉宽调制输出、A/D、D/A、LCD接口、调试电路等) + 通信接口(串行口、 IIC、SPI、以太网、 WIFI等) 一般应用于数据、信息的处理，硬件性能强 所需软件体积较大 接口功能较强 典型MPU：S3C44B0、MPC860、酷睿i3 2120 3.3GHz-79-嵌入式处理器的结构和类型嵌入式微控制器1嵌入式微处理器2DSP处理器3嵌入式片上系统4嵌入式可编程片上系统5多核处理器6-80-2022-4-30中国矿业大学信电学院张林81嵌入式DSP处理器n 嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)n

39、嵌入式DSP是专用于离散信号的处理、计算，针对某些领域而设计的处理器。n DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。n 在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP得到了大规模的应用。-81-2022-4-30中国矿业大学信电学院张林82嵌入式DSP处理器n DSP的理论算法在70年代就已经出现，但是由于专门的DSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPU等由分立元件实现。n 1982年世界上诞生了首枚DSP芯片，在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。n DSP的运算速度的进一步提高，使得其应用领域也从上述范围扩大到了通信和

40、计算机方面。-82-2022-4-30中国矿业大学信电学院张林嵌入式DSP处理器市场n 最有代表性的产品是Texas Instruments的 TMS320系列和Motorola的DSP56000系列 TMS320系列处理器包括用于控制的C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列 Motorola公司的DSP56000已经发展成为DSP56000、DSP56100、DSP56200、DSP56300等几个不同系列的处理器，该系列24位DSP提供了大容量的片内存储器、滤波器、协处理器,具有较优异的性能与体积、价位、功耗比n PHILIPS公司近年来也推出了

41、基于可重置嵌入式DSP结构低成本、低功耗技术上制造的DSP处理器，特点是具备双Harvard结构和双乘/累加器单元，应用目标是大批量消费类电子产品。嵌入式处理器的结构和类型嵌入式微控制器1嵌入式微处理器2DSP处理器3嵌入式片上系统4嵌入式可编程片上系统5多核处理器6-84-2022-4-30中国矿业大学信电学院张林85嵌入式片上系统(SoC)n 嵌入式片上系统 (System on Chip, SoC) n SoC是一种基于IP (Intellectual Property，知识产权)核的嵌入式系统n 设计思想 各种通用处理器内核及外设作为SoC设计公司的标准库，用标准的 VHDL/Verilog等语言描述，存储在器件库中； 用户定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样