ARM和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)1

1、基于ARM的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容主要內(nèi)容ARM體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)ARM匯編指令匯編指令 嵌入式系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)無(wú)處不在v經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度改變了人們的生活、工作和娛樂(lè)方式，而且這些改變還在加速v嵌入式系統(tǒng)無(wú)處不在 嵌入式系統(tǒng)在很多產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用并逐步改變著這些產(chǎn)業(yè)，包括工業(yè)自動(dòng)化、國(guó)防、運(yùn)輸和航天領(lǐng)域。例如神州飛船和長(zhǎng)征火箭中肯定有很多嵌入式系統(tǒng)，導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)也是嵌入式系統(tǒng)，高檔汽車(chē)中也有多達(dá)幾十個(gè)嵌入式系統(tǒng)?，F(xiàn)實(shí)中的嵌入式系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)？v嵌入式系統(tǒng)的定義“用于控制、監(jiān)視

2、或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”v嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，下面給出兩種比較合理定義：從技術(shù)的角度定義：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計(jì)完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式處理器嵌入式處理器、相關(guān)支撐器件相關(guān)支撐器件和嵌入和嵌入 在在存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器中的中的嵌入式軟件系統(tǒng)嵌入式軟件系統(tǒng)組成的可獨(dú)立工作的電子系組成的可獨(dú)立工作的電子系統(tǒng)、裝置或設(shè)備。統(tǒng)、裝置或設(shè)備。 (4) 片上系統(tǒng)（片上系統(tǒng)（System On

3、 ChipSOC）。）。 其中其中: :嵌入式處理器嵌入式處理器主要包括主要包括(1) 嵌入式微處理器嵌入式微處理器 (Embedded Microprocessor Unit)； (2) 嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller Unit) ，即單片機(jī)，即單片機(jī) ；(3) 嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器(Embedded Digital Signal Processor)；其中其中: :相關(guān)支撐器件相關(guān)支撐器件主要包括主要包括定時(shí)器、序列發(fā)生器、控制器、各種傳感器、定時(shí)器、序列發(fā)生器、控制器、各種傳感器、顯示設(shè)備顯示設(shè)備(LCD、LED等等)、

4、通訊設(shè)備通訊設(shè)備(Modem，GPS，GSM，GPRS，CDMA，IrDA/Fast IrDA, Bluetooth等等)、接口設(shè)備（接口設(shè)備（R232，IEEEl394 ，USB， PC卡，卡，Smart卡，卡，EthernetFast Ethernet，Parallel等等)。 嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式處理器嵌入式處理器、相關(guān)支撐器件相關(guān)支撐器件和嵌入和嵌入 在在存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器中的中的嵌入式軟件系統(tǒng)嵌入式軟件系統(tǒng)組成的可獨(dú)立工作的電子系組成的可獨(dú)立工作的電子系統(tǒng)、裝置或設(shè)備。統(tǒng)、裝置或設(shè)備。 其中其中: :存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器主要包括主要包括(1) 只讀存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器（Read

5、 Only MemoryROM）;(2) 隨機(jī)存儲(chǔ)器（隨機(jī)存儲(chǔ)器（Read Random MemoryRAM） ;(3) 閃速存儲(chǔ)器（閃速存儲(chǔ)器（Flash MemoryFLASH） ;(4) 電子硬盤(pán)（電子硬盤(pán)（Electronic Hard Disk EHD）. 嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式處理器嵌入式處理器、相關(guān)支撐器件相關(guān)支撐器件和嵌入和嵌入 在在存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器中的中的嵌入式軟件系統(tǒng)嵌入式軟件系統(tǒng)組成的可獨(dú)立工作的電子系組成的可獨(dú)立工作的電子系統(tǒng)、裝置或設(shè)備。統(tǒng)、裝置或設(shè)備。 其中其中: :嵌入式軟件系統(tǒng)嵌入式軟件系統(tǒng)主要包括主要包括(1) 與與硬件相關(guān)的底層支持軟件；硬件

6、相關(guān)的底層支持軟件；(2) 嵌入式操作系統(tǒng)；嵌入式操作系統(tǒng)；(3) 圖形用戶(hù)界面圖形用戶(hù)界面（Graphics User InterfaceGUI）；）；(4) 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) ；(5) 各種嵌入式控制與應(yīng)用軟件各種嵌入式控制與應(yīng)用軟件 。 嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式系統(tǒng)：是指由嵌入式處理器嵌入式處理器、相關(guān)支撐器件相關(guān)支撐器件和嵌入和嵌入 在在存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器中的中的嵌入式軟件系統(tǒng)嵌入式軟件系統(tǒng)組成的可獨(dú)立工作的電子系組成的可獨(dú)立工作的電子系統(tǒng)、裝置或設(shè)備。統(tǒng)、裝置或設(shè)備。 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相對(duì)單一，處理效率系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相對(duì)單一，處理效率較低，存儲(chǔ)容量較小，

7、幾乎沒(méi)有用戶(hù)接口。較低，存儲(chǔ)容量較小，幾乎沒(méi)有用戶(hù)接口。 由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡(jiǎn)便、價(jià)格很低，以由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡(jiǎn)便、價(jià)格很低，以前在國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍，但是已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不前在國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍，但是已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)高效的、需要大容量存儲(chǔ)介質(zhì)的現(xiàn)代化工業(yè)能適應(yīng)高效的、需要大容量存儲(chǔ)介質(zhì)的現(xiàn)代化工業(yè)控制和新興的信息家電等領(lǐng)域的需求?？刂坪托屡d的信息家電等領(lǐng)域的需求。 第一階段：第一階段：以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)，同以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)，同時(shí)具有與監(jiān)測(cè)、伺服、指示設(shè)備相配合的功能時(shí)具有與監(jiān)測(cè)、伺服、指示設(shè)備相配合的功能。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史第二階段：

8、第二階段：以嵌入式以嵌入式CPUCPU為基礎(chǔ)、以簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)為核心的為基礎(chǔ)、以簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)。主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：CPUCPU種類(lèi)繁多，通用性比較弱；系統(tǒng)開(kāi)種類(lèi)繁多，通用性比較弱；系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)小銷(xiāo)小, , 效率高；操作系統(tǒng)具有一定的兼容性和擴(kuò)展效率高；操作系統(tǒng)具有一定的兼容性和擴(kuò)展性；應(yīng)用軟件較專(zhuān)業(yè)，用戶(hù)界面不夠友好；系統(tǒng)主性；應(yīng)用軟件較專(zhuān)業(yè)，用戶(hù)界面不夠友好；系統(tǒng)主要用來(lái)控制系統(tǒng)負(fù)載以及監(jiān)控應(yīng)用程序的運(yùn)行。要用來(lái)控制系統(tǒng)負(fù)載以及監(jiān)控應(yīng)用程序的運(yùn)行。第三階段：第三階段：以片上系統(tǒng)（以片上系統(tǒng)（SOCSOC）和嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的）和嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。嵌

9、入式系統(tǒng)。 主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：嵌入式操作系統(tǒng)能運(yùn)行于各種不同類(lèi)型嵌入式操作系統(tǒng)能運(yùn)行于各種不同類(lèi)型的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核精小、效的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核精小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴(kuò)展性；具備文件率高，并且具有高度的模塊化和擴(kuò)展性；具備文件和目錄管理、設(shè)備支持、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形和目錄管理、設(shè)備支持、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口以及用戶(hù)界面等功能；具有大量的應(yīng)用程序接窗口以及用戶(hù)界面等功能；具有大量的應(yīng)用程序接口（口（APIAPI），開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序簡(jiǎn)單；嵌入式應(yīng)用軟件），開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序簡(jiǎn)單；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。豐富。 第四階段：第四階段：以基于以基于Inter

10、netInternet為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)，這是一個(gè)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)，這是一個(gè)正在迅速發(fā)展的階段正在迅速發(fā)展的階段 目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于InternetInternet之外，之外，但隨著但隨著InternetInternet的發(fā)展以及的發(fā)展以及InternetInternet技術(shù)與信息家技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等結(jié)合日益密切，嵌入式設(shè)備與電、工業(yè)控制技術(shù)等結(jié)合日益密切，嵌入式設(shè)備與InternetInternet的結(jié)合將代表著嵌入式技術(shù)的真正未來(lái)。的結(jié)合將代表著嵌入式技術(shù)的真正未來(lái)。 嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征v 系統(tǒng)內(nèi)核小 應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源

11、相對(duì)有限v 專(zhuān)用性強(qiáng) 個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植v 系統(tǒng)精簡(jiǎn) 一般沒(méi)有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過(guò)于復(fù)雜v 高實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng) 軟件要求固態(tài)存儲(chǔ)，以提高速度 軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實(shí)時(shí)性v 嵌入式軟件開(kāi)發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化v 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)v微處理器：精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核，優(yōu)化關(guān)鍵算法，降低微處理器：精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核，優(yōu)化關(guān)鍵算法，降低功耗和軟硬件成本。功耗和軟硬件成本。vLinuxLinux、Windows CEWindows CE、Palm OSPalm OS等嵌入式操

12、作等嵌入式操作系統(tǒng)：嵌入式操作系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加便于系統(tǒng)：嵌入式操作系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加便于移植，具有源代碼開(kāi)放、系統(tǒng)內(nèi)核小、執(zhí)行效率移植，具有源代碼開(kāi)放、系統(tǒng)內(nèi)核小、執(zhí)行效率高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整等特點(diǎn)，能夠在短時(shí)間內(nèi)支持高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整等特點(diǎn)，能夠在短時(shí)間內(nèi)支持更多的微處理器更多的微處理器典型嵌入式系統(tǒng)基本組成硬件MPU微處理器微處理器電源電源模塊模塊時(shí)鐘時(shí)鐘復(fù)位復(fù)位FlashRAMROMUSBLCDKeyboard外圍電路外圍電路Other外設(shè)外設(shè)典型嵌入式系統(tǒng)基本組成軟件處理器處理器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器輸入輸入輸出輸出操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)應(yīng)用程序應(yīng)用程序軟件軟件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)硬件硬件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)需要理解的幾

13、個(gè)概念體系結(jié)構(gòu)CISCRISC處理器類(lèi)型信息存儲(chǔ) 流水線(xiàn)流水線(xiàn)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)指令寄存器指令寄存器控制器控制器數(shù)據(jù)通道數(shù)據(jù)通道輸入輸入輸出輸出中央處理器中央處理器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器程序程序指令指令0指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2指令寄存器指令寄存器控制器控制器數(shù)據(jù)通道數(shù)據(jù)通道輸入輸入輸出輸出中央處理器中央處理器程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器指令指令0指令指令1指令指令2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2地址地址指令指令地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 馮馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)諾依曼體系結(jié)構(gòu) 哈佛體系結(jié)構(gòu)哈佛體系結(jié)構(gòu)二者的特點(diǎn)馮馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)諾

14、依曼體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)數(shù)據(jù)與指令都存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)與指令都存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中被大多數(shù)計(jì)算機(jī)所采用被大多數(shù)計(jì)算機(jī)所采用數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器是共享數(shù)據(jù)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器是共享數(shù)據(jù)總線(xiàn)的哈佛體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)哈佛體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)提供了較大的數(shù)存儲(chǔ)器帶寬提供了較大的數(shù)存儲(chǔ)器帶寬適合于數(shù)字信號(hào)處理適合于數(shù)字信號(hào)處理大多數(shù)大多數(shù)DSP都是哈佛結(jié)構(gòu)都是哈佛結(jié)構(gòu)CISC和和RISCCISC(Complex Instruction Set Computer) (復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))RISC(Reduced Instruction Set Computer) (精簡(jiǎn)

15、指令集計(jì)算機(jī)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))當(dāng)前當(dāng)前CPU的兩種架構(gòu)的兩種架構(gòu)區(qū)別在于不同的區(qū)別在于不同的CPU設(shè)計(jì)理念和方法設(shè)計(jì)理念和方法兩種指令集的特點(diǎn)兩種指令集的特點(diǎn)p具有大量的指令和尋址方式具有大量的指令和尋址方式p8/2原則：原則：80%的程序只使用的程序只使用20%的指令的指令p大多數(shù)程序只使用大多數(shù)程序只使用少量少量的指令就能夠運(yùn)行。的指令就能夠運(yùn)行。p指令復(fù)雜化、編譯復(fù)雜化，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，部件效率指令復(fù)雜化、編譯復(fù)雜化，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，部件效率不高，不利于并行處理和不高，不利于并行處理和VLSI的實(shí)現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)p在通道中只包含最有用的指令在通道中只包含最有用的指令p確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令確保數(shù)

16、據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令p使使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)單硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)單p將頻率最高的操作作為指令系統(tǒng)的基本操作將頻率最高的操作作為指令系統(tǒng)的基本操作p代碼密度不高代碼密度不高 p適于適于VLSI、并行處理的發(fā)展趨勢(shì)、并行處理的發(fā)展趨勢(shì) CISC RISCRISC在在RISC架構(gòu)的架構(gòu)的CPU上，要求軟件來(lái)指上，要求軟件來(lái)指定各個(gè)操作步驟。定各個(gè)操作步驟。將將ADDRA, ADDRB中的數(shù)據(jù)讀入寄存中的數(shù)據(jù)讀入寄存器，相乘和將結(jié)果寫(xiě)回內(nèi)存的操作都必器，相乘和將結(jié)果寫(xiě)回內(nèi)存的操作都必須由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如：須由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如：MOV A, ADDRA; MOV B, ADDRB; M

17、UL A, B; STR ADDRA, A。這種架構(gòu)可以降低這種架構(gòu)可以降低CPU的復(fù)雜性以及的復(fù)雜性以及允許在同樣的工藝水平下生產(chǎn)出功能更允許在同樣的工藝水平下生產(chǎn)出功能更強(qiáng)大的強(qiáng)大的CPU，但對(duì)于編譯器的設(shè)計(jì)有更，但對(duì)于編譯器的設(shè)計(jì)有更高的要求。高的要求。 舉例對(duì)比舉例對(duì)比 舉例：乘法運(yùn)算CISC在在CISC架構(gòu)的架構(gòu)的CPU上，一條指令：上，一條指令：MUL ADDRA, ADDRB就可以將就可以將ADDRA和和ADDRB中的數(shù)相乘并將結(jié)中的數(shù)相乘并將結(jié)果儲(chǔ)存在果儲(chǔ)存在ADDRA中。中。將將ADDRA, ADDRB中的數(shù)據(jù)讀入寄中的數(shù)據(jù)讀入寄存器，相乘和將結(jié)果寫(xiě)回內(nèi)存的操作存器，相乘和將

18、結(jié)果寫(xiě)回內(nèi)存的操作全部依賴(lài)于全部依賴(lài)于CPU中設(shè)計(jì)的邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)。中設(shè)計(jì)的邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種架構(gòu)會(huì)增加這種架構(gòu)會(huì)增加CPU結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和對(duì)對(duì)CPU工藝的要求，但對(duì)于編譯器的工藝的要求，但對(duì)于編譯器的開(kāi)發(fā)十分有利。開(kāi)發(fā)十分有利。vCISC復(fù)雜指令并不等于有利于縮短程序的執(zhí)行時(shí)間。在VLSI制造工藝中要求CPU控制邏輯具有規(guī)整性，而CISC為了實(shí)現(xiàn)大量復(fù)雜的指令，控制邏輯極不規(guī)整，給VLSI工藝造成很大困難.vRISC的著眼點(diǎn)不是簡(jiǎn)單地放在簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)上，而是通過(guò)簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理，從而提高運(yùn)算效率。大部分指令控制在一個(gè)或小于一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成；以硬布線(xiàn)控制邏輯為主，

19、不用或少用微碼控制CISC與與RISC的數(shù)據(jù)通道的數(shù)據(jù)通道IFIDALUMEMREG微操作通道微操作通道開(kāi)始開(kāi)始退出退出IFIDREGALUMEM開(kāi)始開(kāi)始退出退出單通數(shù)據(jù)通道單通數(shù)據(jù)通道流水線(xiàn)技術(shù)流水線(xiàn)技術(shù)流水線(xiàn)的基本概念流水線(xiàn)的基本概念流水線(xiàn)技術(shù)的基本思想：是將一個(gè)重復(fù)的時(shí)序分解成若干個(gè)子過(guò)程，而每一個(gè)子過(guò)程都可有效地在其專(zhuān)用功能段上與其他子過(guò)程同時(shí)執(zhí)行。流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型眾多，按完成的功能分類(lèi)可分為單功能流水線(xiàn)和多功能流水線(xiàn)，按同一時(shí)間內(nèi)各段之間的連接方式分類(lèi)可靜態(tài)流水線(xiàn)和動(dòng)態(tài)流水線(xiàn)，按數(shù)據(jù)表示分類(lèi)可分為標(biāo)量流水線(xiàn)處理器和向量流水線(xiàn)處理器。例如把指令的執(zhí)行過(guò)程細(xì)分為取指令、指令譯碼、取操作數(shù)

20、和執(zhí)行4個(gè)子過(guò)程。西安電子科技大學(xué)電子對(duì)抗研究所取指令（Instruction Fetch)：TF指令譯碼（Instruction Decode）：TD執(zhí)行指令（Instruction Execute）：TE存儲(chǔ)（Storage）：TS 每條指令的執(zhí)行周期：T= TF+TD+TE+TS 流水線(xiàn)技術(shù)流水線(xiàn)技術(shù)：幾個(gè)指令可以并行執(zhí)行：幾個(gè)指令可以并行執(zhí)行 提高了提高了CPUCPU的運(yùn)行效率的運(yùn)行效率 內(nèi)部信息流要求通暢流動(dòng)內(nèi)部信息流要求通暢流動(dòng)譯碼取指執(zhí)行add譯碼取指執(zhí)行sub譯碼取指執(zhí)行cmp時(shí)間AddSubCmp信息存儲(chǔ)信息存儲(chǔ) v1 大端和小端存儲(chǔ)法大端和小端存儲(chǔ)法 對(duì)于一個(gè)多字節(jié)類(lèi)型的數(shù)

21、據(jù)，在存儲(chǔ)器中存放。 小端字節(jié)順序存儲(chǔ)法：低字節(jié)數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存低地址處，高字節(jié)數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存高地址處； 大端字節(jié)順序存儲(chǔ)法：高字節(jié)數(shù)據(jù)存放在低地址處，低字節(jié)數(shù)據(jù)存放在高地址處。v2 可移植性問(wèn)題：可移植性問(wèn)題：當(dāng)在不同存儲(chǔ)順序的微處理器間進(jìn)行程序移植時(shí)，要特別注意存儲(chǔ)模式的影響。在多臺(tái)不同存儲(chǔ)順序的主機(jī)之間共享信息可以有兩種方式：?jiǎn)我淮鎯?chǔ)方式共享數(shù)據(jù)、允許主機(jī)以不同的存儲(chǔ)方式共享數(shù)據(jù)。3通信中的存儲(chǔ)順序問(wèn)題：通信中的存儲(chǔ)順序問(wèn)題：在網(wǎng)絡(luò)通信中，Internet協(xié)議（即IP協(xié)議）定義了標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序。該字節(jié)順序被用于所有設(shè)計(jì)使用在IP協(xié)議上的數(shù)據(jù)包、高級(jí)協(xié)議和文件格式上。很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也存在存

22、儲(chǔ)順序問(wèn)題.即字節(jié)中的位采用大端法（最重要的位優(yōu)先）或小端法（最不重要的位優(yōu)先）發(fā)送4數(shù)據(jù)格式的存儲(chǔ)順序：數(shù)據(jù)格式的存儲(chǔ)順序：一個(gè)典型的例子就是日期表示方法，不同的國(guó)家采用不同的表示方法嵌入式微控制器嵌入式微控制器v嵌入式微控制器（Micro Controller Unit，MCU）又稱(chēng)為單片機(jī)：芯片內(nèi)部集成ROM、EPROM、RAM、總線(xiàn)、總線(xiàn)邏輯、定時(shí)計(jì)數(shù)器、看門(mén)狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出（PWM）、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。嵌入式微控制器具有單片化、體積小、功耗和成本低，可靠性高等特點(diǎn)，約占嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)份額的70。嵌入式微控制器品種和數(shù)量很多，

23、典型產(chǎn)品有8051、MCS-51、MCS-96/196/296、 C166/167、68K系列，TI公司的MSP430系列，以及C540、C541，并且有支持I2C、CAN-BUS、 LCD及眾多專(zhuān)用嵌入式微控制器和兼容系列。西安電子科技大學(xué)電子對(duì)抗研究所嵌入式微處理器嵌入式微處理器v嵌入式微處理器（Embedded Micro Processing Unit，EMPU）由通用計(jì)算機(jī)中的由通用計(jì)算機(jī)中的CPU發(fā)展而來(lái)發(fā)展而來(lái)，嵌入式微處理器只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)，嵌入式微處理器只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，以最低的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，以最低的功

24、耗和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。的功耗和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。通常嵌入式微處理器把CPU、ROM、RAM及I/O等做到同一個(gè)芯片上。目前主流的32位嵌入式微處理器系列主要有ARM系列、MIPS系列、PowerPC系列等。v 目前，70%的移動(dòng)電話(huà)、大量的游戲機(jī)、手持PC和機(jī)頂盒等都已采用了ARM處理器，許多一流的芯片廠(chǎng)商都是ARM的授權(quán)用戶(hù)，如Intel、Samsung、TI、Freescale、ST等公司。嵌入式嵌入式DSP處理器處理器v嵌入式DSP處理器（Digital Signal Processor，DSP）是專(zhuān)門(mén)用于信號(hào)處理方面的處理器，芯片內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開(kāi)存儲(chǔ)和傳輸

25、的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專(zhuān)門(mén)硬件乘法器，采用流水線(xiàn)操作，提供特殊的DSP指令，可用來(lái)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法，使其處理速度比最快的CPU還快1050倍.嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式片上系統(tǒng)v嵌入式片上系統(tǒng)（System On Chip，SOC）：v在單芯片上集成微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口電路等電路模塊，可以直接實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、處理等功能。是90年代中期出現(xiàn)的一個(gè)概念，成為現(xiàn)代集成電路設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。最大的特點(diǎn)是成功實(shí)現(xiàn)了軟硬件無(wú)縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊，而且具有極高的綜合性，用戶(hù)只需要使用精確的語(yǔ)言，綜合時(shí)序設(shè)計(jì)直接在器件庫(kù)中調(diào)用各種通用處理器的標(biāo)

26、準(zhǔn)，然后通過(guò)仿真之后就可以直接交付芯片廠(chǎng)商進(jìn)行生產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率高。IP核（核（Intellectual Property Core，知識(shí)產(chǎn)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)核）權(quán)核）IP核：核：是指具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、功能具體、接口規(guī)范、可在多個(gè)集成電路設(shè)計(jì)中重復(fù)使用的功能模塊，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)芯片（SOC）的基本構(gòu)件。IP核分為：核分為： IP軟核及軟核及IP硬核。硬核。IP軟核以源代碼的形式提供的，IP知識(shí)產(chǎn)權(quán)不易保護(hù)；IP硬核易于實(shí)現(xiàn)IP保護(hù)，缺點(diǎn)是靈活性和可移植性差。多核處理器多核處理器v將兩個(gè)或多個(gè)CPU核封裝在一個(gè)芯片內(nèi)部，可節(jié)省大量的晶體管和封裝成本，同時(shí)還能顯著提高處理器的性能。另外，由于多核處理器對(duì)外的“界

27、面”是統(tǒng)一的，用戶(hù)不會(huì)在主板、硬件體系方面做大的改變，從兼容性和系統(tǒng)升級(jí)成本方面來(lái)考慮有諸多的優(yōu)勢(shì)。v實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)核協(xié)調(diào)工作通常采用：對(duì)稱(chēng)（Symmetric）多處理技術(shù)和非對(duì)稱(chēng)多處理（Asymmetric）兩種方式。例如IBM Power 4處理器采用對(duì)稱(chēng)多處理技術(shù)，將兩顆完全一樣的處理器封裝在一個(gè)芯片內(nèi)，達(dá)到雙倍或接近雙倍的處理性能，由于共享了緩存和系統(tǒng)總線(xiàn)，因此這種做法的優(yōu)點(diǎn)是能節(jié)省運(yùn)算資源。例如TI公司的OMAP5910雙核處理器采用一種非對(duì)稱(chēng)多處理的工作方式，即兩個(gè)處理內(nèi)核彼此不同，各自處理和執(zhí)行特定的功能，在軟件的協(xié)調(diào)下分擔(dān)不同的計(jì)算任務(wù)，比如一個(gè)執(zhí)行加密，而另一個(gè)執(zhí)行TCP/

28、IP協(xié)議處理。 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、金融、科研、國(guó)防、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、金融、科研、國(guó)防、醫(yī)療、運(yùn)輸?shù)纫幌盗嘘P(guān)系國(guó)民經(jīng)醫(yī)療、運(yùn)輸?shù)纫幌盗嘘P(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域1)1)自動(dòng)化控制領(lǐng)域自動(dòng)化控制領(lǐng)域 （1 1）自動(dòng)化制造設(shè)備；）自動(dòng)化制造設(shè)備； （2 2）發(fā)電廠(chǎng)；）發(fā)電廠(chǎng)； （3 3）化工過(guò)程自動(dòng)化相關(guān)設(shè)備；）化工過(guò)程自動(dòng)化相關(guān)設(shè)備； （4 4）電網(wǎng)系統(tǒng)；）電網(wǎng)系統(tǒng)； （5 5）工業(yè)用自動(dòng)儀表與檢測(cè)設(shè)備；）工業(yè)用自動(dòng)儀表與檢測(cè)設(shè)備； （6 6）供水及污水處理設(shè)備；）供水及污水處理設(shè)備； （7 7）裝瓶設(shè)備；）裝瓶設(shè)備； （8

29、 8）模擬儀器；）模擬儀器； （9 9）CADCAD系統(tǒng)等。系統(tǒng)等。 （1 1）飛行控制器；）飛行控制器； （2 2）導(dǎo)彈控制器；）導(dǎo)彈控制器； （3 3）衛(wèi)星控制器；）衛(wèi)星控制器； （4 4）火箭控制器；）火箭控制器； （5 5）航天器姿態(tài)控制器；）航天器姿態(tài)控制器； （6 6）航天器定位控制器；）航天器定位控制器； （7 7）宇航服飛行控制器；）宇航服飛行控制器； （8 8）月球車(chē)控制器；）月球車(chē)控制器； （9 9）火星車(chē)控制器等。）火星車(chē)控制器等。 2)2)航空航天領(lǐng)域航空航天領(lǐng)域 （1 1）工業(yè)用生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)械臂；）工業(yè)用生產(chǎn)線(xiàn)機(jī)械臂；（2 2）勘探類(lèi)機(jī)器人；）勘探類(lèi)機(jī)器人；（3 3）家用

30、機(jī)器人；）家用機(jī)器人；（4 4）表面修整機(jī)器人；）表面修整機(jī)器人；（5 5）混凝土噴射機(jī)器人；）混凝土噴射機(jī)器人；（6 6）隧道工程機(jī)器人；）隧道工程機(jī)器人；（7 7）挖掘用機(jī)器人；）挖掘用機(jī)器人；（8 8）組裝機(jī)器人；）組裝機(jī)器人；（9 9）檢測(cè)用機(jī)器人等。）檢測(cè)用機(jī)器人等。4)4)機(jī)器人領(lǐng)域機(jī)器人領(lǐng)域 西安電子科技大學(xué)電子對(duì)抗研究所（1 1）供電系統(tǒng)（供電、監(jiān)測(cè)、控制、保護(hù)）；）供電系統(tǒng)（供電、監(jiān)測(cè)、控制、保護(hù)）；（2 2）備用照明及發(fā)電機(jī)；）備用照明及發(fā)電機(jī)；（3 3）消防控制系統(tǒng)；）消防控制系統(tǒng)；（4 4）供熱及通風(fēng)系統(tǒng)；）供熱及通風(fēng)系統(tǒng)；（5 5）電梯、升降設(shè)備；）電梯、升降設(shè)備；（

31、6 6）安全及監(jiān)視系統(tǒng)；）安全及監(jiān)視系統(tǒng)；（7 7）保險(xiǎn)柜防盜系統(tǒng)；）保險(xiǎn)柜防盜系統(tǒng)；（8 8）門(mén)禁系統(tǒng)；）門(mén)禁系統(tǒng)；（9 9）自動(dòng)售貨機(jī)等。）自動(dòng)售貨機(jī)等。 5)5)樓宇設(shè)施樓宇設(shè)施 （1 1）電話(huà)交換機(jī)；）電話(huà)交換機(jī)；（2 2）衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（）衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（GPSGPS）；）；（3 3）數(shù)據(jù)交換設(shè)備；）數(shù)據(jù)交換設(shè)備；（4 4）電話(huà)；）電話(huà)；（5 5）移動(dòng)電話(huà)；）移動(dòng)電話(huà)；（6 6）具有無(wú)線(xiàn)通訊功能的）具有無(wú)線(xiàn)通訊功能的HPCHPC等。等。6)6)通信領(lǐng)域通信領(lǐng)域 （1 1）復(fù)印機(jī)；）復(fù)印機(jī)；（2 2）傳真機(jī)；）傳真機(jī)；（3 3）時(shí)間記錄系統(tǒng)；）時(shí)間記錄系統(tǒng)；（4 4）移動(dòng)電話(huà)；）移

32、動(dòng)電話(huà)；（5 5）攝像機(jī)；）攝像機(jī)；（6 6）錄像機(jī)；）錄像機(jī)；（7 7）數(shù)字照相機(jī)；）數(shù)字照相機(jī)；（8 8）空調(diào)機(jī)等。）空調(diào)機(jī)等。 7)7)辦公設(shè)施辦公設(shè)施 （1 1）自動(dòng)柜員機(jī)（）自動(dòng)柜員機(jī)（ATMATM）；）；（2 2）信用卡系統(tǒng)；）信用卡系統(tǒng)；（3 3）刷卡機(jī)；）刷卡機(jī)；（4 4）POSPOS系統(tǒng)；系統(tǒng)；（5 5）驗(yàn)鈔機(jī)；）驗(yàn)鈔機(jī)；（6 6）服務(wù)臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)等。）服務(wù)臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)等。 8)8)銀行、金融和商業(yè)領(lǐng)域銀行、金融和商業(yè)領(lǐng)域（1 1）心臟起搏器；）心臟起搏器；（2 2）病人信息及監(jiān)控系統(tǒng)；）病人信息及監(jiān)控系統(tǒng)；（3 3）電磁成像系統(tǒng)（）電磁成像系統(tǒng)（CTCT）；）；（4 4）步行監(jiān)

33、視器；）步行監(jiān)視器；（5 5）藥劑控制及配藥系統(tǒng)；）藥劑控制及配藥系統(tǒng)；（6 6）心電圖及腦電圖設(shè)備；）心電圖及腦電圖設(shè)備；（7 7）X X光設(shè)備光設(shè)備; ; (8) (8) 遠(yuǎn)程心臟監(jiān)護(hù)儀遠(yuǎn)程心臟監(jiān)護(hù)儀; ; (9) (9) 遠(yuǎn)程血壓監(jiān)護(hù)儀等。遠(yuǎn)程血壓監(jiān)護(hù)儀等。 9)9)醫(yī)療設(shè)備醫(yī)療設(shè)備 （1 1）能源測(cè)量器；）能源測(cè)量器；（2 2）雷達(dá)測(cè)速器；）雷達(dá)測(cè)速器；（3 3）環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備；）環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備；（4 4）各種監(jiān)控系統(tǒng)等。）各種監(jiān)控系統(tǒng)等。 10)10)測(cè)試、監(jiān)視設(shè)備測(cè)試、監(jiān)視設(shè)備 （1 1）數(shù)字電視；）數(shù)字電視；（2 2）智能冰箱；）智能冰箱；（3 3）全自動(dòng)洗衣機(jī)；）全自動(dòng)洗衣機(jī)；（4