嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計課件

2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計1嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計98.02.192022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計1嵌入式系統(tǒng)組織2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計2課程大綱第一章嵌入式系統(tǒng)概述第二章嵌入式系統(tǒng)作業(yè)環(huán)境與系統(tǒng)開發(fā)流程第三章嵌入式系統(tǒng)Xscale微架構(gòu)之系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第四章Xscale指令系統(tǒng)第五章Xscale－PXA270應用處理器結(jié)構(gòu)和使用方法實作PXA270結(jié)構(gòu)與特性時脈與電源管理系統(tǒng)整合單元LCD控制UART控制USB控制GPIO控制2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計2課程大綱第一章2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計3嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計－

第一章嵌入式系統(tǒng)概述98.02.192022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計3嵌入式系統(tǒng)組織2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計4第一章課程大綱嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特性嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)之發(fā)展嵌入式系統(tǒng)軟體Linux作業(yè)系統(tǒng)WinCE作業(yè)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺嵌入式系統(tǒng)硬體IntelXscaleSOC系列IntelXscale實驗平臺2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計4第一章課程大2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計5前言「碩大便是美」正好與IA(InformationAppliance)求「小而美、小而省」是背道而馳。半導體電子發(fā)展趨勢是符合「摩爾定律」資訊載具上之資訊軟體研發(fā)，具有量身訂做之特性，已從電腦中心設(shè)計(范紐曼結(jié)構(gòu))之時代轉(zhuǎn)向以消費者中心(3C)的設(shè)計。多產(chǎn)業(yè)標準並存之網(wǎng)路架構(gòu)以及互動性、相容性高之系統(tǒng)軟體變成為研發(fā)廠商開發(fā)之首要目標：節(jié)省人力成本配合嵌入式系統(tǒng)多功能化求新、求變2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計5前言「碩大便是2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計6計算機科學(ComputerScience)ComputerScience電腦科學是一門包含各種各樣與計算和資訊處理相關(guān)主題的系統(tǒng)學科，從抽象的演算法分析、形式化語法等等，到更具體的主題如程式設(shè)計語言、程式設(shè)計、軟體和硬體等。作為一門學科，它與數(shù)學、電腦程式設(shè)計、軟體工程和電腦工程有顯著的不同，卻通常被混淆，儘管這些學科之間存在不同程度的交叉和覆蓋。中國算盤(abacus)，遠古就應用在計算上。資訊理論資訊理論2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計6計算機科學(C2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計7計算機科學(ComputerScience)Computerscience,orcomputingscienceItisthestudyofthetheoreticalfoundationsofinformationandcomputationandtheirimplementationandapplicationincomputersystems.Computation:Itisageneraltermforanytypeofinformationprocessingthatcanberepresentedmathematically.Computationisaprocessfollowingawell-definedmodelthatisunderstoodandcanbeexpressedinanalgorithm,protocol,networktopology,etc.2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計7計算機科學(C2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計8計算機科學(ComputerScience)Information:Generallyspeaking,theconceptofinformationiscloselyrelatedtonotionsofconstraint,communication,control,data,form,instruction,knowledge,meaning,mentalstimulus,pattern,perception,andrepresentation.Informationisthewritingofknowldgeofanysubject.Informationisthestateofasystemofinterest.Messageistheinformationmaterialized.TheASCIIcodesfortheword"Wikipedia"representedinbinary,thenumeralsystemmostcommonlyusedforencodingcomputerinformation.2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計8計算機科學(C2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計9InformationprocessingmaymorespecificallybedefinedintermsbyClaudeE.Shannonastheconversionoflatentinformationintomanifestinformation[citationneeded].Latentandmanifestinformationisdefinedthroughthetermsofequivocation(remaininguncertainty,whatvaluethesenderhasactuallychosen),dissipation(uncertaintyofthesenderwhatthereceiverhasactuallyreceived)andtransformation(savedeffortofquestioning-equivocationminusdissipation)[citationneeded].PracticalInformationProcessingcanbedescribedasacycle,wheredata(whichmayhavenoinherentmeaningtotheobserver)isconvertedintoinformation(whichdoeshavemeaningtotheobserver).Thisconversiontakesoneofthreeforms:Computationutilizesmathematics(specificallyarithmetics)tocreatetheinformationfromdata.Example:acashregister(eithermechanicalordigital)usesadditiontoconverttheindividualitemprices(data)intothetotalamountowedtothestore(information).Transductionistheconversionofonetypeofenergyintoanothertype.Example:Amechanicalspeakerconvertsanelectricsignal(data)intosoundwaves(information).Translationistheconversionofastringofsymbolsfromonesetintoanother.Example:apersonfluenttwolanguagescouldrewriteadocumentthatiswritteninalanguagethattheobserverdoesnotunderstand(data)intoalanguagethattheobserverdoesunderstand(information).NotethattranslationistheonlyInformationprocessingformthatcannotyetbeperformedpurelybyamachine.Itrequiresanorganicbrain(someelectroniccomputerprogramscan'translate'butinrealitytheyareusingcomplexprograms,whichactuallyrelysolelyoncomputationtocompletetheprocess).2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計9Informa2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計10計算機科學(ComputerScience)計算機科學研究的課題：電腦程式能做什麼和不能做什麼（可計算性）如何使程式更高效的執(zhí)行特定任務（演算法和複雜性理論）程式如何存取不同類型的資料（資料結(jié)構(gòu)和資料庫）程式如何顯得更具有智慧（人工智慧）；

人類如何與程式溝通（人機互動和人機界面）2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計10計算機科學(2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計11計算機科學(ComputerScience)電腦(計算機)科學的大部分研究是基於“杜林機”(TuringMachine)和“馮·范紐曼電腦”(JohnvonNeumann)的，它們是絕大多數(shù)實際機器的計算模型。西元1937年，亞蘭杜林（AlanTuring）提出了TuringMachine的概念。TuringMachineTuringmachinesareextremelybasicabstractsymbol-manipulatingdeviceswhich,despitetheirsimplicity,canbeadaptedtosimulatethelogicofanycomputerthatcouldpossiblybeconstructed.Thoughtheywereintendedtobetechnicallyfeasible,Turingmachineswerenotmeanttobeapracticalcomputingtechnology,butathoughtexperimentaboutthelimitsofmechanicalcomputation;thustheywerenotactuallyconstructed.Studyingtheirabstractpropertiesyieldsmanyinsightsintocomputerscienceandcomplexitytheory.2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計11計算機科學(2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計12計算機科學(ComputerScience)TuringMachine艾倫?杜林的“通用電腦器”(“universalcomputingmachine”)是由他(1936-1937)為他的多用途單機器（電腦器）模型命名，這模型可以“運行”任何任意（但well-formed）指令序列（稱為

"quintuples"）。這模型被一些人例如Davis(2000)認為是“存儲程式電腦”的原點。每臺圖靈機從它的字母表得到字串計算一確定的固定偏可計算函數(shù)。從外觀上它的行為就像一臺使用固定程式的電腦。儘管如此，我們可以把任何杜林機的動作表格編碼到一條字串。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計12計算機科學(2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計13計算機科學(ComputerScience)VonNeumannorStoredprogramComputer最早的電腦器僅內(nèi)涵固定用途的程式，通常是為了簡化或教育目的。例如一個計算器僅有固定的數(shù)學計算程式，它不能拿來當作文書處理軟體，更不能拿來玩遊戲。若想要改變此機器的程式，則必須更改線路、更改結(jié)構(gòu)甚至重新設(shè)計此機器。范紐曼結(jié)構(gòu)型電腦，則是以儲存程式型電腦的概念改變了這一切。藉由創(chuàng)造一組指令集結(jié)構(gòu)，並將所謂的運算轉(zhuǎn)化成一串程式指令的執(zhí)行細節(jié)，讓此機器更有彈性。借著將指令當成一種特別型態(tài)的靜態(tài)資料，一臺儲存程式型電腦可輕易改變其程式，並在程式控制下改變其運算內(nèi)容。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計13計算機科學(2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計14計算機的通用架構(gòu)西元1945年「范紐曼模式」（vonNeumannModel）最主要的精神在於「儲存程式」（storedprogram）的概念2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計14計算機的通用2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計15uProcessor架構(gòu)－Intel80386為例Blockdiagramofthei3862022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計15uProce2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計16計算機科學(ComputerScience)計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)從功能上看，現(xiàn)代電腦系統(tǒng)可分為五個層次級別，每一層都能進行程式設(shè)計。微程式設(shè)計級這一級是由硬體直接實現(xiàn)的，是電腦系統(tǒng)最底層的硬體系統(tǒng)。由機器硬體直接執(zhí)行微指令。只有採用微程式設(shè)計的電腦系統(tǒng)，才有這一級。如果某一個應用程式直接用微指令來編寫，那麼可在這一級上運行應用程式。一般機器級

也稱為機器語言級，它由微程式解釋機器指令系統(tǒng)。這一級也是硬體級，是軟體系統(tǒng)和硬體系統(tǒng)之間的紐帶。硬體系統(tǒng)的操作由此級控制，軟體系統(tǒng)的各種程式，必須轉(zhuǎn)換成此級的形式才能執(zhí)行。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計16計算機科學(2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計17計算機科學(ComputerScience)作業(yè)系統(tǒng)級

由作業(yè)系統(tǒng)程式實現(xiàn)。這些作業(yè)系統(tǒng)由機器指令和廣義指令組成，廣義指令是作業(yè)系統(tǒng)定義和解釋的軟體指令，所以這一級也稱為混合級。電腦系統(tǒng)中硬體和軟體資源由此級管理和統(tǒng)一調(diào)度，它支撐著其他系統(tǒng)軟體和應用軟體，使電腦能夠自動運行，發(fā)揮高效率的特性。

組合語言級

給程式人員提供一種符號形式語言，以減少程式編寫的複雜性。這一級由組合語言程式支持和執(zhí)行。如果應用程式採用組合語言編寫，則機器必須要有這一級的功能；如果應用程式不採用組合語言編寫，則這一級可以不要。

高階語言級

導向用戶，為方便用戶編寫應用程式而設(shè)置的。這一級由各種高階語言編譯程序支持和執(zhí)行。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計17計算機科學(2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計18計算機科學(ComputerScience)電腦系統(tǒng)各層次之間的關(guān)係十分緊密，上層是下層的擴展，下層是上層的基礎(chǔ)除第一級外，其他各級都得到它下面級的支持，同時也受到運行在下面各級上的程式的支援。第一級到第三級編寫程式採用的語言，基本是二進位數(shù)字字化語言，機器執(zhí)行和解釋容易。第四、五兩級編寫程式所採用的語言是符號語言，用英文字母和符號來表示程式，因而便於大多數(shù)不瞭解硬體的人們使用電腦。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計18計算機科學(2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計19計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)Ring0Ring1Ring2Ring3Ring4Ring5Ring6Ring0：硬體邏輯Ring1：程序控制Ring2：作業(yè)系統(tǒng)(OS)Ring3：匯編程序Ring4：高級語言匯編或解釋程序Ring5：應用程序Ring6：應用系統(tǒng)羅及模型2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計19計算機系統(tǒng)層2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計20計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計20計算機系統(tǒng)層2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計21計算機科學(ComputerScience)ComputerScience與資訊工程(InformationEngineering)西元1962年，史丹佛大學和普渡大學成立了全球最早的計算機科學系（computersciencedepartments）臺灣最早的計算機科學系：交通大學計算機與控制工程系(1970)臺灣最早命名為資訊工程系的則是臺灣大學(1977)交大的計工系也於1988年更名為資訊工程系現(xiàn)在幾乎全球各主流大學，都設(shè)立了計算機科學的相關(guān)科系，足以顯示計算機一日千里的進展2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計21計算機科學(2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計22摩爾定律是由英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（GordonMoore）提出來的。其內(nèi)容為：積體電路上可容納的電晶體數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，而價格下降一半；或者說，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上。[1]這一定律揭示了資訊技術(shù)進步的速度。計算機科學(ComputerScience)2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計22摩爾定律是由2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計23第一章課程大綱嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特性嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)之發(fā)展嵌入式系統(tǒng)軟體Linux作業(yè)系統(tǒng)WinCE作業(yè)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺嵌入式系統(tǒng)硬體IntelXscaleSOC系列IntelXscale實驗平臺2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計23第一章課程2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計24嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特性何謂嵌入式系統(tǒng)？何謂系統(tǒng)：根據(jù)一個固定之計畫、一個程式或一系列的規(guī)則，處理執(zhí)行一個或多個工作之方法，系統(tǒng)也可以是根據(jù)計畫或程式來整合所有硬體的協(xié)同工作。例如：手錶、洗衣機、汽車電子、電腦(含OS)嵌入式系統(tǒng)是在一些大型系統(tǒng)內(nèi)，由硬體與軟體所構(gòu)成的一個元件，處理一些不需由人們來操作且特定之一些功能。大多是以電腦為基礎(chǔ)之系統(tǒng)(Computer-Based)的應用程式或產(chǎn)品。內(nèi)含軟體(OS、AP)於ROM之中的單一微電腦機板，執(zhí)行特種功能。融合驗腦軟/硬體技術(shù)、通訊技術(shù)與半導體微電子技術(shù)，是資訊技術(shù)IT(InformationTechnology)之最終產(chǎn)品。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計24嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計25嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特性何謂嵌入式系統(tǒng)？從應用之層面，根據(jù)IEEE的定義：嵌入式系統(tǒng)是「控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設(shè)備執(zhí)行之裝置」，亦可說是軟體與硬體之綜合體。「以應用為中心、以電腦技術(shù)為基礎(chǔ)、軟體硬體可隨需要而更新、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求之專用電腦系統(tǒng)」。當今稱嵌入式系統(tǒng)是針對具有作業(yè)系統(tǒng)之嵌入式系統(tǒng)2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計25嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計26嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特性配合特定應用之特殊設(shè)計用戶導向、產(chǎn)品導向、應用導向，與應用緊密結(jié)合。高效率、穩(wěn)定之系統(tǒng)先進之電腦、半導體和電子等技術(shù)融合一體。產(chǎn)品壽命長與實際系統(tǒng)需求緊密結(jié)合，與具體產(chǎn)品同步升級、更新。不易被竊取和高安全性嵌入式系統(tǒng)本身不具有自主開發(fā)之能力，一般使用者無法對其中功能進行修改，必須有一套開發(fā)工具與環(huán)境才能進行開發(fā)，如硬體模擬之ICE或軟體模擬之ADS(ARM?DeveloperSuite?)、RealViewDeveloperSuite等。容易操作微型化2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計26嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計27嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)早期應用於軍事、航空航太為主，逐步轉(zhuǎn)移工業(yè)控制、汽車電子、通訊及家用消費等領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)主要區(qū)分硬體與軟體二部分，其架構(gòu)可分為四個部份：處理器核心記憶體輸入與輸出嵌入式作業(yè)系統(tǒng)與應用軟體(與一般性之PC有極大之區(qū)別)結(jié)合特定功能之應用嵌入式作業(yè)系統(tǒng)存入FLASH或EEPROMBootloaderVs.BIOS2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計27嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計28第一章課程大綱嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特性嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)之發(fā)展嵌入式系統(tǒng)軟體Linux作業(yè)系統(tǒng)WinCE作業(yè)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺嵌入式系統(tǒng)硬體IntelXscaleSOC系列IntelXscale實驗平臺2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計28第一章課程2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計29嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)重要名詞解釋uprocessorSOCICEMIPSPIPELINE結(jié)構(gòu)作業(yè)系統(tǒng)指令主頻MMC2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計29嵌入式系統(tǒng)概2022/12/1930嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)圖嵌入式系統(tǒng)採用“量身訂作”的方式，把所需要之功能嵌入至各種應用系統(tǒng)中，隨應用形式之不同，區(qū)分：IP（IntellectualProperty）級--系統(tǒng)級晶片SOC（SystomonChip）的形式晶片級-目前嵌入式系統(tǒng)最常見的形式模組級-常出現(xiàn)在工業(yè)控制和儀器儀表中2022/12/1730嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)嵌入2022/12/1931嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)IP（IntellectualProperty）級--系統(tǒng)級晶片SOC在一個矽晶片上實現(xiàn)一個更為複雜系統(tǒng)各種通用處理器核心將成為SoC設(shè)計的標準庫，成為VLSI設(shè)計中一種標準的器件，可以用標準的VHDL等語言描述，並儲存在元件庫中。除個別無法集成的元件以外，整個嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊晶片中應用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔，對於減小體積和功率消耗、提高可靠性非常有利。SOC可以分為通用和專用兩類：專用SOC通常用於某類系統(tǒng)中，而不為一般用戶所知。通用型SOC如：ARM系列晶片元件。2022/12/1731嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)2022/12/1932嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)晶片級嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)又稱單晶片，就是將整個電腦系統(tǒng)匯集到一塊晶片中是以某一種微處理器內(nèi)核為核心，晶片內(nèi)部整合。ROM/EPROM、RAM、匯流排、匯流排邏輯、定時/計數(shù)器、WatchDog、I/O、串列埠、脈寬調(diào)變輸出、類比轉(zhuǎn)數(shù)位(A/D)、數(shù)位轉(zhuǎn)類比(D/A)、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和週邊設(shè)備。為適應不同的應用需求，一個單晶片系列具有許多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核心都是一樣的，不同的是記憶體和週邊設(shè)備的配置與封裝。最大特點是單晶片化，體積大幅減小，因而使功率消耗和成本下降、可靠性提高。是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器晶片上週邊設(shè)備資源通常比較豐富，適合於控制用途，因此稱之為微控制器。市佔率約70％的嵌入式市場。2022/12/1732嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計33嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進行了特殊的設(shè)計，使其適合於執(zhí)行DSP演算法，提高編譯效率和指令執(zhí)行速度。DSP應用正從以普通指令實現(xiàn)DSP功能的通用單晶片中，過渡到採用嵌入式DSP處理器。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計33嵌入式系統(tǒng)概2022/12/1934嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)模組級-常出現(xiàn)在工業(yè)控制和儀器儀表中基礎(chǔ)就是通用電腦中的中央處理器(CPU)裝配在專門設(shè)計的電路板上，只保留和嵌入式應用相關(guān)的母板功能在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種加強。具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點在電路板上必須包括ROM、RAM、匯流排界面、和各種週邊設(shè)備，因而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差嵌入式微處理器及其記憶體、匯流排、週邊設(shè)備等安裝在一塊電路板上，亦稱之為單板電腦。2022/12/1734嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計35嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)ARM簡介「AdvanceRISCMachine,ARM」是一個公司名，已可說是微處理器之通稱，例如：SONYARM公司是專門RISC技術(shù)晶片設(shè)計開發(fā)公司，作為之是產(chǎn)權(quán)供應商，不從事晶片生產(chǎn)，賣轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可。ARM微處理器之應用領(lǐng)域：工業(yè)控制無線通訊網(wǎng)路應用消費類電子影像與安全類產(chǎn)品2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計35嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計36嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)ARM微處理器之特點體積小、低功耗、低成本、高性能支援16/32位元等級之微處理器大量使用微處理器，指令執(zhí)行速度快大多數(shù)指令操作是在暫存器中執(zhí)行。定址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高。指令長度固定2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計36嵌入式系統(tǒng)概2022/12/1937嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)ARM微處理器系列通用型：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10EIntel的StrongARM、Xscale等。專用型：SecurCoreARM提供一系列方案：CPU內(nèi)核

小型、快速、低能耗、ARM指令集Thumb指令集之整合式RISC內(nèi)核，採用多層管線(Pipeline)架構(gòu)，以增進處理效能。體系擴展

Thumb:以16位元系統(tǒng)的成本，提供32位元RISC性能，特別注意的是它所需的記憶體容量非常小。嵌入式ICE調(diào)校

由於整合了類似於ICE的CPU內(nèi)核調(diào)校技術(shù)，所以原型設(shè)計和系統(tǒng)晶片的調(diào)校得到了極大的簡化。微處理器2022/12/1737嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)Thumb指令集是ARM指令集之一個子集，允許指令編碼為16為元之長度，其優(yōu)勢是節(jié)省系統(tǒng)儲存之空間。Thumb指令集可支援ARM指令，Thumb的編碼程式亦可對應至ARM編碼程式。期付程式亦可相互呼叫運用。2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計38Thumb指令集是ARM指令集之一個子集，允許指令編碼為162022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計39嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)ARM7微處理器具有嵌入式ICE-RT邏輯，除錯開發(fā)方便極低的功耗，適合對功耗要求嚴格的應用，如攜帶型產(chǎn)品；能夠提供0.9MIPS/MHz的三級流水線結(jié)構(gòu)；程式密度高並相容16位元的Thumb指令集；對作業(yè)系統(tǒng)的支援廣泛，包括WindowsCE、Linux、PalmOS等；指令系統(tǒng)與ARM9、ARM9E和ARM10E系列相容，便於使用者的產(chǎn)品升級換代；主頻最高可達130MIPS，高速的運算處理能力能勝任絕大多數(shù)的複雜應用。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計39嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計40嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)ARM7系列微處理器的主要應用領(lǐng)域為：工業(yè)控制、Internet設(shè)備、網(wǎng)路和數(shù)據(jù)機設(shè)備、行動電話等多種多媒體和嵌入式應用。ARM7系列微處理器包括如下幾種類型的核心：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最廣泛的32位元嵌入式RISC處理器，屬低端ARM處理器核心。TDMI的基本含義為：T：支援16位元壓縮指令集Thumb；D：支援晶片上Debug；M：內(nèi)嵌硬體乘法器（Multiplier）；I：嵌入式ICE，支援晶片上中斷點和除錯點。ARM7不具有MMU功能。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計40嵌入式系統(tǒng)概2022/12/1941嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)ARM9微處理器：

ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點：提供1.1MIPS/MHz5級流水線結(jié)構(gòu)；支援32位元ARM指令集和16位元Thumb指令集；支援32位元的高速AMBA匯流排介面；全性能MMU，支援WindowsCE、Linux、PalmOS等主流嵌入式作業(yè)系統(tǒng)；MPU支援即時操作系統(tǒng)；支援資料Cache和指令Cache，具有更高的指令和資料處理能力。ARM9系列微處理器主要應用於無線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機頂盒、高端印表機、數(shù)位照相機和數(shù)位攝像機等。它包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型。2022/12/1741嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計42嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)ARM9E微處理器ARM9E系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器核心提供了微控制器、DSP、Java應用系統(tǒng)的解決方案，極大地減少了晶片的面積和系統(tǒng)的複雜程度。ARM9E系列微處理器提供了增強的DSP處理能力，很適合於那些需要同時使用DSP和微控制器的應用場合。ARM9E系列微處理器的主要特點如下：支援DSP指令集，適合於需要高速數(shù)位信號處理的場合；

5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計42嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計43嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)ARM9E支援32位元ARM指令集和16位元Thumb指令集；支援32位的高速AMBA匯流排介面；支援VFP9浮點處理輔助運算器；全性能MMU，支援WindowsCE、Linux、PalmOS等主流嵌入式作業(yè)系統(tǒng)；MPU支援即時操作系統(tǒng)；支援資料Cache和指令Cache，具有更高的指令和資料處理能力；主頻最高可達300MIPS。ARM9E系列微處理器主要應用於下一代無線設(shè)備、數(shù)位消費品、影像設(shè)備、工業(yè)控制、儲存設(shè)備和網(wǎng)路設(shè)備等領(lǐng)域。它包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三種類型。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計43嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計44嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)ARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的特點，由於採用了新的體系結(jié)構(gòu)，與同等的ARM9元件相比較，在同樣的時鐘頻率下，性能提高了近50％，同時，ARM10E系列微處理器採用了兩種先進的節(jié)能方式，使其功耗極低。ARM10E系列微處理器的主要特點如下：支援DSP指令集，適合於需要高速數(shù)位信號處理的場合；6級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；支援DSP指令集，適合於需要高速數(shù)位信號處理的場合；6級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計44嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計45嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)支援32位元ARM指令集和16位元Thumb指令集；支援32位元的高速AMBA匯流排介面；支援VFP10浮點處理輔助運算器；全性能MMU，支援WindowsCE、Linux、PalmOS等主流嵌入式作業(yè)系統(tǒng)；支援資料Cache和指令Cache，具有更高的指令和資料處理能力；主頻最高可達400MIPS；內(nèi)嵌並行讀/寫操作元件。ARM10E系列微處理器主要應用於下一代無線設(shè)備、數(shù)位消費品、影像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和資訊系統(tǒng)等領(lǐng)域。它包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三種類型。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計45嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計46嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)SecurCore微處理器系列SecurCore系列微處理器專為安全需要而設(shè)計，提供了完善的32位元RISC技術(shù)的安全解決方案，因此它除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的低功耗、高性能的特點外，還具有其獨特的優(yōu)勢，即提供了對安全解決方案的支援。SecurCore系列微處理器在系統(tǒng)安全方面具有如下的特點：帶有靈活的保護單元，以確保作業(yè)系統(tǒng)和應用資料的安全；採用軟核心技術(shù)，防止外部對其進行掃描探測；可集成使用者自己的安全特性和其他輔助運算器。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計46嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計47嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)SecurCore系列微處理器主要應用於一些對安全性要求較高的應用產(chǎn)品及應用系統(tǒng)，如電子商務、電子政府服務、電子銀行業(yè)務、網(wǎng)路和認證系統(tǒng)等領(lǐng)域。它包含SecurCoreSC100、SecurCoreSC110、SecurCoreSC200和SecurCoreSC210四種類型。SecurCore系列微處理器主要應用於一些對安全性要求較高的應用產(chǎn)品及應用系統(tǒng)，如電子商務、電子政府服務、電子銀行業(yè)務、網(wǎng)路和認證系統(tǒng)等領(lǐng)域。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計47嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計48嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)StrongARM微處理器系列IntelStrongARMSA-1100以及IntelStrongARMSA-1110處理器是採用ARM體系結(jié)構(gòu)，高度集成的32位元RISC微處理器。融合了Intel公司的設(shè)計和處理技術(shù)以及ARM體系結(jié)構(gòu)的電源效率，採用在軟體上相容ARMv4體系結(jié)構(gòu)、同時採用具有Intel技術(shù)優(yōu)點的體系結(jié)構(gòu)。IntelStrongARM處理器是攜帶型通訊產(chǎn)品和消費型電子產(chǎn)品的理想選擇，已成功應用於多家公司的掌上型PDA系列產(chǎn)品。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計48嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計49嵌入式系統(tǒng)概述由於ARM微處理器有多達十幾種的核心結(jié)構(gòu)，幾十個晶片生產(chǎn)廠家，以及千變?nèi)f化的內(nèi)部功能配置組合，因此以介紹ARM微處理器為主，但ARM系列核心之功能亦有不同，其較大差異說明如后：作業(yè)系統(tǒng)：WinCE或標準Linux作業(yè)系統(tǒng)，就需要選擇ARM720T以上帶有MMU（MemoryManagementUnit）功能的ARM晶片，ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都帶有MMU功能。ARM7TDMI

則沒有MMU，不支援WindowsCE和標準Linux，但目前有uCLinux以及uC/OS-II

等不需要MMU支援的作業(yè)系統(tǒng)可執(zhí)行於ARM7TDMI硬體平臺之上。本課程教學實驗系統(tǒng)使用的PXA270為一款具有MMU的ARM微處理器，可在其上執(zhí)行Linux、WindowsCE和uC/OS-II等作業(yè)系統(tǒng)。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計49嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計50嵌入式系統(tǒng)概述系統(tǒng)的工作頻率：系統(tǒng)的工作頻率在很大程度上決定了ARM微處理器的處理能力。ARM7系列微處理器的典型處理速度為0.9MIPS/MHz，常見ARM7晶片系統(tǒng)主時鐘20MHz-133MHz。ARM9系列微處理器的典型處理速度為1.1MIPS/MHz，常見ARM9的系統(tǒng)主時鐘頻率為100MHz-233MHz；ARM10

最高可以達到700MHz。不同晶片對時鐘的處理不同，有的晶片只需要一個主時鐘頻率，有的晶片內(nèi)部時鐘控制器可以分別為ARM核心和USB、UART、DSP、音頻等功能元件提供不同頻率的時鐘。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計50嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計51嵌入式系統(tǒng)概述晶片內(nèi)記憶體的容量：大多數(shù)ARM微處理器片內(nèi)記憶體的容量都不大，需要使用者在設(shè)計系統(tǒng)時外擴記憶體，但也有部分晶片具有相對較大的晶片內(nèi)儲存空間，如ATMEL的AT91F40162就具有高達2MB的晶片內(nèi)程式儲存空間，使用者在設(shè)計時可考慮選用這種類型，以簡化系統(tǒng)的設(shè)計。晶片內(nèi)週邊電路的選擇：除ARM微處理器核心以外，幾乎所有的ARM晶片均根據(jù)各自不同的應用領(lǐng)域，擴充了相關(guān)功能模組，並集成在晶片之中，我們稱之為晶片內(nèi)週邊電路，如USB介面、IIS介面、LCD控制器、鍵盤介面、RTC、ADC

和DAC、DSP

輔助運算器等。設(shè)計者應分析系統(tǒng)的需求，盡可能採用晶片內(nèi)週邊電路完成所需的功能，以簡化系統(tǒng)的設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計51嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計52第一章課程大綱嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特性嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)之發(fā)展嵌入式系統(tǒng)軟體Linux作業(yè)系統(tǒng)WinCE作業(yè)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺嵌入式系統(tǒng)硬體IntelXscaleSOC系列IntelXscale實驗平臺2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計52第一章課程2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計53嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)之發(fā)展應用軟體的開發(fā)需要強大的開發(fā)工具和作業(yè)系統(tǒng)的支援網(wǎng)路成為必然趨勢支援小型電子設(shè)備實現(xiàn)小尺寸、低功率和低成本提供精巧的多媒體人機界面2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計53嵌入式系統(tǒng)概2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計54第一章課程大綱嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特性嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)之發(fā)展嵌入式系統(tǒng)軟體Linux作業(yè)系統(tǒng)WinCE作業(yè)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺嵌入式系統(tǒng)硬體IntelXscaleSOC系列IntelXscale實驗平臺2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計54第一章課程2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計55嵌入式系統(tǒng)軟體嵌入式作業(yè)系統(tǒng)限於儲存空間等因素，相對地作業(yè)系統(tǒng)規(guī)模較為精簡，精簡之方式主要是透過減少內(nèi)核核心、減少動態(tài)連結(jié)庫、減少應用程式等，以達到減少各種程式碼佔用記憶體空間之目的。嵌入式系統(tǒng)需要增強即時性之特殊功能，這可透過修改流程調(diào)度演算法和使用雙核心系統(tǒng)達成。嵌入式系統(tǒng)具有主機模擬的環(huán)境(跨平臺)來進行發(fā)展之優(yōu)勢。模擬MSWindows的Cygwin或VMWare等嵌入式作業(yè)系統(tǒng)最常用之作業(yè)系統(tǒng)嵌入式LinuxuclinuxFedoraWinCE2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計55嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計56嵌入式系統(tǒng)軟體Linux作業(yè)系統(tǒng)WinCE作業(yè)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計56嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計57嵌入式系統(tǒng)軟體軟體系統(tǒng)可以進一步劃分為系統(tǒng)軟體、支撐軟體和應用軟體三個層次。系統(tǒng)軟體是電腦系統(tǒng)中基礎(chǔ)的軟體系統(tǒng)，它包括作業(yè)系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)和資料庫等。其中作業(yè)系統(tǒng)在軟體系統(tǒng)的最下層，緊接著底層硬體.支撐軟體包括網(wǎng)路通信程式、多媒體支援軟體、硬體介面程式、實用軟體工具以及軟體發(fā)展工具等等。網(wǎng)路通信程式完成電腦網(wǎng)路通信的功能。多媒體支援軟體協(xié)助電腦系統(tǒng)實現(xiàn)對圖形、圖像、語音和視頻等多媒體資訊的處理。硬體介面程式提供與各種電腦外部設(shè)備的連接支援。實用軟體工具則提供了多種系統(tǒng)維護和操作的手段，而軟體發(fā)展工具為程式設(shè)計人員編寫代碼提供了良好、便捷的環(huán)境。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計57嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計58嵌入式系統(tǒng)軟體Linux作業(yè)系統(tǒng)LinuxOS之種類：桌面與伺服器形式之OS：FedoraLinux嵌入式LinuxOS：RT-Linux、uCLinux、XLinux、紅旗嵌入式Linux2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計58嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/1959嵌入式系統(tǒng)軟體Linux作業(yè)系統(tǒng)Linux系統(tǒng)分成三個重要的部份：核心Shell工具程式(檔案結(jié)構(gòu)、實用工具)為何稱它為Shell呢?Shell的本意是"殼"的意思呢!沒錯，在核心的外面，包覆著一層外殼，用來負責接收使用者輸入的指令，然後將指令解譯成核心能夠了解的方式，傳給核心去執(zhí)行，再將結(jié)果傳回至預設(shè)的輸出周邊。2022/12/1759嵌入式系統(tǒng)軟體Linux作業(yè)系統(tǒng)2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計60嵌入式系統(tǒng)軟體嵌入式Linux嵌入式Linux系統(tǒng)包含：內(nèi)核核心和應用程式二部分。內(nèi)核核心為應用程式提供一個虛擬之硬體平臺，以統(tǒng)一之方式對資源進行分配。應用程式負責系統(tǒng)之部分初始化、基本之人機介面、必要之指令等內(nèi)容。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計60嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計61嵌入式系統(tǒng)軟體核心在電腦科學中，核心是作業(yè)系統(tǒng)最基本的部分。它是為眾多應用程式提供對電腦硬體的安全訪問的一部分軟體，這種訪問是有限的，並且內(nèi)核決定一個程式在什麼時候?qū)δ巢糠钟搀w操作多長時間。直接對硬體操作是非常複雜的；所以核心通常提供一種硬體抽象的方法，來完成這些操作。硬體抽象隱藏了複雜的部分，為應用軟體和硬體提供了一套簡潔，統(tǒng)一的介面，使程式設(shè)計更為簡單。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計61嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)軟體核心核心可分為四大類：單內(nèi)核：它為潛在的硬體，提供了大量完善的硬體抽象操作。如：Linux核心、UNIX、Windows9x。微內(nèi)核：只提供了很小一部分的硬體抽象，大部分功能由一種特殊的用戶態(tài)(usermode)程式：伺服器來完成。如：MINIX混合內(nèi)核：它很像微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，只不過它的的元件更多的在內(nèi)核態(tài)(supervisormode)中運行，以獲得更快的執(zhí)行速度。如：WindowsXP、Vista、NT。外內(nèi)核：這種內(nèi)核不提供任何硬體抽象操作，但是允許為內(nèi)核增加額外的函式庫(library)，通過這些函式庫應用程式可以直接地或者接近直接地對硬體進行操作。Linux2022/12/17嵌入式系統(tǒng)軟體核心Linux2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計63嵌入式系統(tǒng)軟體四大類核心示意圖：單內(nèi)核微內(nèi)核混合內(nèi)核單內(nèi)核結(jié)構(gòu)的例子：傳統(tǒng)的UNIX內(nèi)核，例如伯克利大學發(fā)行的版本Linux內(nèi)核MS-DOS,Windows9x(Windows95,98,Me)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的例子：AIXBeOSL4微內(nèi)核系列Mach,用於GNUHurd和MacOSXMinix2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計63嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計64嵌入式系統(tǒng)軟體Linux核心核心是系統(tǒng)的心臟，是執(zhí)行程式和管理像磁片和印表機等硬體設(shè)備的核心程式。它從使用者那裏接受指令並把指令送給核心去執(zhí)行?！负诵?kernel)」指的是一個提供硬體抽象層、磁片及檔案系統(tǒng)控制、多工等功能的系統(tǒng)軟體。一個核心不是一套完整的作業(yè)系統(tǒng)。一套基於Linux核心的完整作業(yè)系統(tǒng)叫作Linux作業(yè)系統(tǒng)，或是GNU/Linux。Linux核心是由芬蘭之網(wǎng)路駭客LinusTorvalds以AndrewStuartTanenbaum教授(美國)所開發(fā)之MINIXOS為基礎(chǔ)發(fā)展而成。是由GNU組織所發(fā)布，是目前自由軟體中最卓越之軟體程式。Linux：：：2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計64嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/1965嵌入式系統(tǒng)軟體Linux核心

Linux核心的功能大致分成如下幾個部分：進程(process)管理：進程管理功能負責建立和撤銷進程以及處理他們和外部世界的連接。不同進程之間的通信是整個系統(tǒng)的基本功能，因此也由核心處理。除此之外，控制進程如何共用CPU資源的調(diào)度程式也是進程管理的一部分。概括的說，核心的進程管理活動就是在單個或多個CPU上實現(xiàn)多進程的抽象。記憶體管理：記憶體是電腦的主要資源之一，用來管理記憶體的策略是決定系統(tǒng)性能的一個關(guān)鍵因素。核心在有限的可用資源上為每個進程都建立了一個虛擬定址空間。核心的不同部分在和記憶體管理子系統(tǒng)交互時使用一套相同的系統(tǒng)呼叫，包括從簡單的malloc/free到其他一些不常用的系統(tǒng)呼叫。Linux：：：2022/12/1765嵌入式系統(tǒng)軟體Linux核心Linu2022/12/1966嵌入式系統(tǒng)軟體Linux核心檔案系統(tǒng)：Linux在很大程度上依賴於檔案系統(tǒng)的概念，Linux中的每個物件幾乎都是可以被視為檔案的。核心在沒有結(jié)構(gòu)硬體上構(gòu)造結(jié)構(gòu)化的檔案系統(tǒng)。所構(gòu)造的檔案系統(tǒng)籌向在整個系統(tǒng)中廣泛使用。另外，Linux支援多種檔案系統(tǒng)類型，即在物理介質(zhì)上組織的結(jié)構(gòu)不同。設(shè)備控制：幾乎每個系統(tǒng)操作最終都會映射到物理設(shè)備上。除了處理器，記憶體以及其他很有限的的幾個實體外，所有的設(shè)備控制操作都由與被控制設(shè)備相關(guān)的程式完成。這段程式叫做設(shè)備驅(qū)動程式，核心必須為系統(tǒng)中的每件外部設(shè)備嵌入相應的驅(qū)動程式。Linux2022/12/1766嵌入式系統(tǒng)軟體Linux核心Linu2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計67嵌入式系統(tǒng)軟體Linux核心網(wǎng)路功能：網(wǎng)路功能也必須有作業(yè)系統(tǒng)來管理，因為大部分網(wǎng)路操作都和具體的進程無關(guān)。在每個進程處理這些資料之前，資料報必須已經(jīng)被收集、標識、和分發(fā)。系統(tǒng)負責在應用程式和網(wǎng)路之間傳遞資料。另外，所有的路由和位址解析問題都由核心處理。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計67嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計68嵌入式系統(tǒng)軟體嵌入式Linux內(nèi)核核心嵌入式Linux內(nèi)核核心可以分為六部分：程序管理，記憶體管理，檔案系統(tǒng)，程序間通信，網(wǎng)路，設(shè)備驅(qū)動。這六個部分間之關(guān)係，如下圖：網(wǎng)路檔案系統(tǒng)程序間通訊驅(qū)動程式記憶體管理程序調(diào)度虛擬硬體層實體硬體層表示相依關(guān)係2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計68嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計69嵌入式系統(tǒng)軟體嵌入式Linux內(nèi)核核心程序管理：控制CPU之資源分配，Linux值型基於優(yōu)先順序的搶占式多工。即時處理需求多，因此需要改變程序調(diào)度來執(zhí)行及時程序程序調(diào)度一般是透過時鐘中斷執(zhí)行，因此與硬體有關(guān)。程序調(diào)度程式碼一般是以組合語言撰寫記憶體管理系統(tǒng)：管理記憶體資源，支援虛擬記憶體。執(zhí)行程序間之記憶體保護、記憶體共用、分配等管理。與記憶體硬體有關(guān)：初始化記憶體、分頁處理機制。與記憶體硬體無關(guān)：記憶體分配與記憶體映射(memorymapping)2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計69嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計70嵌入式系統(tǒng)軟體嵌入式Linux內(nèi)核核心檔案系統(tǒng)：虛擬檔案系統(tǒng)介面(VFS)，真實之檔案系統(tǒng)皆掛在VFS之下，在統(tǒng)一之介面下，進行查詢。邏輯檔案系統(tǒng)與設(shè)備驅(qū)動程式在嵌入式Linux系統(tǒng)，檔案系統(tǒng)皆是建立在區(qū)塊裝置形式，如RAM、FLASH程序間通信：所有程序皆在自己之記憶體位址空間執(zhí)行，部會相互干擾。而程序間資訊之護船，則是經(jīng)由程序通信機制。Pipe、Signal、網(wǎng)路通信等2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計70嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計71嵌入式系統(tǒng)軟體嵌入式Linux內(nèi)核核心網(wǎng)路支援多種網(wǎng)路協(xié)定：IP、IPv6、Bluetooth等核心網(wǎng)路程式碼與硬體無關(guān)驅(qū)動程式Linux除CPU和記憶體以外之資源皆用驅(qū)動程式的形式管理，內(nèi)核核心原始程式碼大部分是各種驅(qū)動程式Linux有三類設(shè)備：字元設(shè)備、區(qū)塊裝置及網(wǎng)路設(shè)備。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計71嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計72嵌入式系統(tǒng)軟體Linuxshell由於核心的部份相當?shù)碗A,操作者不易和它直接溝通,因此,必須要有一個友善的介面(interface),使得操作時能更為方便,這個介面便是Shell.換言之,Shell就是一個居於核心和操作者之間的一層使用者介面.

為何稱它為Shell呢?Shell的本意是"殼"的意思呢!沒錯，在核心的外面，包覆著一層外殼，用來負責接收使用者輸入的指令，然後將指令解譯成核心能夠了解的方式，傳給核心去執(zhí)行，再將結(jié)果傳回至預設(shè)的輸出周邊。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計72嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計73嵌入式系統(tǒng)軟體Linuxshell2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計73嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計74嵌入式系統(tǒng)軟體Linuxshell例如：資料夾檔案顯示，指令為ls-l，則shell給你以下回應:2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計74嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計75嵌入式系統(tǒng)軟體

擁

檔有案檔種案檔案大小最近修改的類檔案權(quán)限數(shù)擁有人組別(byte單位)日期及時間檔案名稱drwxr-xr-x14rootroot1024Jul2121:31.drwxr-xr-x17rootroot1024Apr1112:01..Drwxr-xr-x882821024Feb2519:23apache-rw-r--r--1rootroot1335460Feb2517:45apache_1_3_4.tar.gzdrwxr-xr-x6rootroot1024Aug311998ftpdrwxr-xr-x5rootroot1024Aug311998httpddrwx------2jamesjames1024Apr2306:47jamesdrwxr-xr-x2rootroot12288Aug311998lost+founddrwxr-xr-x2msqlnobody1024Dec281998msqldrwxr-xr-x28ols3ols32048Jul1921:38ols3drwxr-xr-x31022nobody1024Jan2523:40ols3cgidrwxrwxr-x3perlols31024Feb207:11perl-rw-------1rootroot2097152Jul2118:39quota.group-rw-------1rootroot1278656Jul2118:39quota.userdrwxrwxr-x2rootnobody1024May111998sambadrwxr-xr-x3apachenobody1024Feb2516:58temp2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計75嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計76嵌入式系統(tǒng)軟體Linuxshell這不只是Linux有這一層Shell，其它作業(yè)系統(tǒng)也有，比如DOS的，Windows的GUI(GraphicalUserInterface)，Mac的GUI等。Shell按著表現(xiàn)的方式與讀取使用者輸入種類的不同,可分為二大類:Textbase:文字導向，如DOSGraphbase:圖型導向，如WINDOWS所謂"讀取使用者輸入種類不同"是指:讀取自鍵盤,或讀取自滑鼠,其它serialinput,螢幕觸控等.2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計76嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)軟體Linuxshell以DOS的COMMAND.COM而言，它就是一個十足的命令直譯器，除了一點點batch檔的能力之外，它的功能並不多。Win平臺的GUI，則是一個圖型式的命令直譯器，介面十分友善。然這二種OS,不能讓你自由而簡單地選擇Shell。Linux的shell，除了做為命令直譯器之外，它也是一個不錯的程式語言，是系統(tǒng)管理維護時的重要工具。Unix家族，對Shell的處理，採獨立自由開放的方式，因此，Shell的種類相當?shù)囟啵Ｓ玫氖荁ourneAgainshell:bash(GNU)2022/12/17嵌入式系統(tǒng)軟體Linuxshell2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計78嵌入式系統(tǒng)軟體LinuxshellLinux是多人多工的作業(yè)系統(tǒng)，這意謂Linux可以讓多人同時使用，更可以同時執(zhí)行許多程式。一般而言，你所執(zhí)行的指令會一直握著控制權(quán)，一直到程式結(jié)束為止，我們稱為這樣的執(zhí)行工作是在前景工作(foregroundjobs)，如果，執(zhí)行指令時，你仍然可以再做其它的事情，那我們就稱它是在背景工作。較耗時間的工作，我們會把它丟到背景去執(zhí)行，而這期間，我們?nèi)匀豢梢院蛃hell繼續(xù)溝通，下達其它命令給shell去執(zhí)行。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計78嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)軟體Linuxshell以DOS的COMMAND.COM而言，它就是一個十足的命令直譯器，除了一點點batch檔的能力之外，它的功能並不多。Win平臺的GUI，則是一個圖型式的命令直譯器，介面十分友善。然這二種OS,不能讓你自由而簡單地選擇Shell。Linux的shell，除了做為命令直譯器之外，它也是一個不錯的程式語言，是系統(tǒng)管理維護時的重要工具。Unix家族，對Shell的處理，採獨立自由開放的方式，因此，Shell的種類相當?shù)囟?，常用的是BourneAgainshell:bash(GNU)2022/12/17嵌入式系統(tǒng)軟體Linuxshell2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計80嵌入式系統(tǒng)軟體Linux檔案結(jié)構(gòu)檔案系統(tǒng)(FileSystem)

是用來儲存和組織在電腦中的檔案，在檔案系統(tǒng)中所存放的一些資訊可以用來快速找到在硬碟或是光碟中的檔案資料並做維護的工作；此外檔案系統(tǒng)也會對建立RAM和硬體(硬碟或是其他儲存裝置)資料的對應，兩者之間會有所謂的邏輯和實體的對應關(guān)係，是由檔案系統(tǒng)來做維護。

檔案結(jié)構(gòu)是檔案存放在磁片等儲存設(shè)備上的組織方法。主要展現(xiàn)在對檔案和目錄的組織上，目錄提供了管理檔案的一個方便而有效的途徑。我們能夠從一個目錄切換到另一個目錄，而且可以設(shè)置目錄和檔案的許可權(quán)，設(shè)置檔案的共用程度。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計80嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計81嵌入式系統(tǒng)軟體Linux檔案結(jié)構(gòu)Linux目錄採用多級樹形結(jié)構(gòu)，使用者可以瀏覽整個系統(tǒng)，可以進入任何一個已授權(quán)進入的目錄，瀏覽那裏的檔案。檔案結(jié)構(gòu)的相互關(guān)聯(lián)性使共用資料變得容易，幾個使用者可以瀏覽同一個檔案。Linux是一個多使用者系統(tǒng)，作業(yè)系統(tǒng)本身的駐留程式存放在以根目錄開始的專用目錄中，有時被指定為系統(tǒng)目錄。flashmemory因為具有速度快、體積小、耐震等特性，所以常被用來做為embeddedsystem的儲存裝置。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計81嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計82嵌入式系統(tǒng)軟體Linux檔案結(jié)構(gòu)下圖是以樹形等級結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出Linux檔案結(jié)構(gòu)，而根目錄下的目錄就是系統(tǒng)目錄。//etclocal/user/libsrcbin/bin/sbinbin2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計82嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計83嵌入式系統(tǒng)軟體核心、Shell

和檔案結(jié)構(gòu)一起形成了基本的作業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它們使得使用者可以執(zhí)行程式，管理檔案以及使用系統(tǒng)。Linux作業(yè)系統(tǒng)還有許多被稱為實用工具的程式，輔助使用者完成一些特定的任務。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計83嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計84嵌入式系統(tǒng)軟體Linux實用工具標準的Linux系統(tǒng)都有一套叫做實用工具的程式，它們是專門的程式，例如編輯器、執(zhí)行標準的計算操作等。使用者也可以產(chǎn)生自己的工具。實用工具可分三類:編輯器：用於編輯檔案。篩檢(Filter)程式：用於接收資料並過濾資料。交互程式：允許使用者發(fā)送資訊或接收來自其他使用者的資訊。2022/12/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計84嵌入式系統(tǒng)軟2022/12/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計85嵌入式系統(tǒng)軟體Linux實用工具Linux的編輯器主要有：Ed、Ex、Vi和Emacs。Ed和Ex是行編輯器，Vi和Emacs是全螢幕編輯器。Linux的篩檢程式（Filter）讀取從使用者檔案或其他地方的輸入，檢查和處理