嵌入式系统期末考试总结

嵌入式系统期末考试总结嵌入式系统期末考试总结嵌入式系统的定义结构、应用环境要求不同，因此嵌入式系统可分为有许多种类。IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是“用于控（原文为devicesusedtomonitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants。可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。”嵌入式系统的组成应用软件所组成。如下图所示：应用程序应用程序操作系统软件结构操作系统软件结构存储器硬件结构处理器输出输入图1嵌入式系统的组成存储器硬件结构处理器输出输入嵌入式系统硬件系统;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硬件开发工具包括：仿真器等；其它（示波器等）C件。嵌入式系统基本硬件架构嵌入式系统基本硬件架构主要包括有处理器、外围电路及接口和外部设备三大部分。其中外围电路一般包括有时钟、复位电路、程序存储器、USB键盘和其他等设备及接口电路。硬件架构的核心部件是微处理器。在一片嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路和存储器电路（ROM和RAM等ROM中。嵌入式系统的软件包括嵌入式操作系统和相应的各种应用程序。嵌入式操作系统通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协实时性强，可靠性高，专用性强等特点。相应的各种应用程序嵌入式系统的开发工具和开发系统开发工具一般用于开发主机（如微机试器等。4开发工具。嵌入式系统的特点采用32位RISCPC性能方面：采用32位RISC结构微处理器，主频从30MHz到1200MHz以上，处理能力大大超出单片机系统，接近PC机的水平，但体积更小，能够真正地“嵌入”到设备中；实时性方面：嵌入式机控制器内嵌实时操作系统（RTO，能够完全保证控制系统的强实时性；PC机相比略要逊色一些；系统升级方面：嵌入式控制器可为控制系统专门设计，其功能专一，成本较低，而且开放的用户程序接口（API）保证了系统能够快速升级和更新。通常是面向特定应用的；数据CACHECACHECPU高速缓存控制器主数据地址存图3高速缓存CacheCacheCache主存的容量较大（一般为256KB—256MB，甚至更大而定，通常是一些独立的芯片。在各级存储器中，辅助存储器的容量最大，但600MBGB。ROMFlashROM（闪存访问存储器（DRAM、静态随机访问存储器（SRAM、同步动态随机访问存储器（SDRAM、硬盘、软盘和CD-ROM等外存储器。外设及接口与芯片连接。每一个外设通常只有一个单一的功能，可以内置在芯片上。外设种类很多，如下：输入/输出设备。CRT、LCD息输入/输出设备，应用十分广泛。触摸屏可以方便的实现鼠标和键盘的功能。(2)通信接口。所有计算机通信接口在嵌入式领域中都有着广泛的应用。应RS-232RS-485USBCANGPIO。(3但由于大容量的内存使得系统成本提高，因此，一些高端嵌入式系统都会为日后用户有特别需求时，预留可扩展存储接口。嵌入式系统的软件结构4RTOSAPI(1)驱动层程序要有相应驱动层程序的支持，它为上层软件提供了设备的接口。上层软件不用理会设备的具体内部操作，只需调用驱动层程序提供的接口即可。驱动层程序HALBSPRTOS实时多任务操作系统主要用来完成嵌入式实时应用的任务调度和控制等核RTOSRTOSAPI。的可移植性。RTOS图4RTOS的体系结构图APIAPI（ApplicationProgrammingInterface,应用程序接口）是一系列复杂的函数、消息和结构的集合体。嵌入式操作系统下的APIAPI：在计算机系统中有很多可通过硬件或外部设备去执行的功能，这些功能的执行可通过计算机操作系统或硬件预留的标准指令调用，而软件人员在编制应用程序时，就不需要为每种可通过硬件或外设执行的功能重新编制程序，只需按系统或某些硬件事先APIAPI可加快用户应用程序的开发，统一应用程序的开发标准，也为操作系统版本的API应用程序操作系统是为应用程序提供基础服务的软件。而应用程序是在CPU上执行的一个或多个程序，在执行过程中会使用输入数据并产生输出数据。应用程序的管理包括程序载入和执行，程序对系统资源的共享和分配，并避免分配到的资源被其他程序破坏。实际的嵌入式系统应用软件建立在系统的主任务（MainTask）API常用的嵌入式操作系统包括：①LinuxLinuxUNIXLinuxUNIXUNIXLinux②uc/os-IIuc/os-IIuc/os-II64uc/os-II③WindowsCE操作系统。WindowsCE操作系统是针对有限资源的平台而设计的多线程、完整优先性、多任务的操作系统，但他不是一个硬实时操作系统。WindowsCEPCPCWindowsWindowsCE操作系统的嵌入式设备。流水线技术取指译码执行add取指译码执行sub取指取指译码执行add取指译码执行sub取指译码执行cmpAddSub时间以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。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。ARM95级流水线：I-CacheD-Cache，把存储器的取指与数据存取分开；增加了数据写回的专门通路和寄存器；5阶段:取指令；ALU操作；数据Cache访问；结果写回到寄存器。取指：指令从存储器中取出，放入指令流水线。译码：指令译码，从寄存器中读取寄存器操作数。在寄存器组中有3个操作数读端口，因此大多数ARM指令能在一个周期内读取其操作数。ALULoad在ALU中计算存储器的地址。缓冲的结果只是简单地缓冲一个时钟周期，以便使所有指令具有同样的流水线流程。回写：将指令产生的结果回写到寄存器，包括任何从存储器读取的数据。ARM7微处理器系列主要特点ARM732RISC和功耗要求较高的消费类应用。其具有如下特点：ICE-RT逻辑，调试方便。极低的功耗（100mW左右，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。0.9MIPS/MHZ的三级流水线结构。16ThumbWinCE、ARM9、ARM10E系列兼容，便于用户的产品升级换代；主频20~100MHZ0.9MIPS/MHz。ARM7TMDI32RISCARM处理器内核。主要性能：工艺0.35u（新近0.25u、电压3.3（新近1.20~66MHZ87mW。ARM9微处理器系列主要特点ARM9E处理器、DSP、Java应用系统的解决方案，极大地减少了芯片的面积和系统的复杂程度。具有以下特点：DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合；5300MIPS；32ARM16Thumb指令集；32AMBA总线接口；VFP9浮点处理协处理器MMU，支持包括WinLinux支持实时操作系统。CacheCache，具有更高的指令和数据处理能力。ARM9E数字消费品和网用场合。ARM10E微处理器系列主要特点ARM10EARM9处理器相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50%，同时又大大减少ARM92DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合；6400MHz左右``；32ARM16Thumb指令集；32AMBA总线接口；