嵌入式系統(tǒng)期末考試總結(jié)

嵌入式系統(tǒng)期末考試總結(jié)嵌入式系統(tǒng)期末考試總結(jié)嵌入式系統(tǒng)的定義結(jié)構(gòu)、應(yīng)用環(huán)境要求不同，因此嵌入式系統(tǒng)可分為有許多種類。IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義：嵌入式系統(tǒng)是“用于控（原文為devicesusedtomonitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants。可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。”嵌入式系統(tǒng)的組成應(yīng)用軟件所組成。如下圖所示：應(yīng)用程序應(yīng)用程序操作系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)存儲器硬件結(jié)構(gòu)處理器輸出輸入圖1嵌入式系統(tǒng)的組成存儲器硬件結(jié)構(gòu)處理器輸出輸入嵌入式系統(tǒng)硬件系統(tǒng);存儲器I/O系統(tǒng)和外設(shè)嵌入式系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)包括：操作系統(tǒng) 應(yīng)用軟件嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工具硬件開發(fā)工具包括：仿真器等；其它（示波器等）C件。嵌入式系統(tǒng)基本硬件架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)基本硬件架構(gòu)主要包括有處理器、外圍電路及接口和外部設(shè)備三大部分。其中外圍電路一般包括有時鐘、復(fù)位電路、程序存儲器、USB鍵盤和其他等設(shè)備及接口電路。硬件架構(gòu)的核心部件是微處理器。在一片嵌入式微處理器基礎(chǔ)上增加電源電路、時鐘電路和存儲器電路（ROM和RAM等ROM中。嵌入式系統(tǒng)的軟件包括嵌入式操作系統(tǒng)和相應(yīng)的各種應(yīng)用程序。嵌入式操作系統(tǒng)通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動接口、通信協(xié)實時性強，可靠性高，專用性強等特點。相應(yīng)的各種應(yīng)用程序嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工具和開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)工具一般用于開發(fā)主機（如微機試器等。4開發(fā)工具。嵌入式系統(tǒng)的特點采用32位RISCPC性能方面：采用32位RISC結(jié)構(gòu)微處理器，主頻從30MHz到1200MHz以上，處理能力大大超出單片機系統(tǒng)，接近PC機的水平，但體積更小，能夠真正地“嵌入”到設(shè)備中；實時性方面：嵌入式機控制器內(nèi)嵌實時操作系統(tǒng)（RTO，能夠完全保證控制系統(tǒng)的強實時性；PC機相比略要遜色一些；系統(tǒng)升級方面：嵌入式控制器可為控制系統(tǒng)專門設(shè)計，其功能專一，成本較低，而且開放的用戶程序接口（API）保證了系統(tǒng)能夠快速升級和更新。通常是面向特定應(yīng)用的；數(shù)據(jù)CACHECACHECPU高速緩存控制器主數(shù)據(jù)地址存圖3高速緩存CacheCacheCache主存的容量較大（一般為256KB—256MB，甚至更大而定，通常是一些獨立的芯片。在各級存儲器中，輔助存儲器的容量最大，但600MBGB。ROMFlashROM（閃存訪問存儲器（DRAM、靜態(tài)隨機訪問存儲器（SRAM、同步動態(tài)隨機訪問存儲器（SDRAM、硬盤、軟盤和CD-ROM等外存儲器。外設(shè)及接口與芯片連接。每一個外設(shè)通常只有一個單一的功能，可以內(nèi)置在芯片上。外設(shè)種類很多，如下：輸入/輸出設(shè)備。CRT、LCD息輸入/輸出設(shè)備，應(yīng)用十分廣泛。觸摸屏可以方便的實現(xiàn)鼠標和鍵盤的功能。(2)通信接口。所有計算機通信接口在嵌入式領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。應(yīng)RS-232RS-485USBCANGPIO。(3但由于大容量的內(nèi)存使得系統(tǒng)成本提高，因此，一些高端嵌入式系統(tǒng)都會為日后用戶有特別需求時，預(yù)留可擴展存儲接口。嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)4RTOSAPI(1)驅(qū)動層程序要有相應(yīng)驅(qū)動層程序的支持，它為上層軟件提供了設(shè)備的接口。上層軟件不用理會設(shè)備的具體內(nèi)部操作，只需調(diào)用驅(qū)動層程序提供的接口即可。驅(qū)動層程序HALBSPRTOS實時多任務(wù)操作系統(tǒng)主要用來完成嵌入式實時應(yīng)用的任務(wù)調(diào)度和控制等核RTOSRTOSAPI。的可移植性。RTOS圖4RTOS的體系結(jié)構(gòu)圖APIAPI（ApplicationProgrammingInterface,應(yīng)用程序接口）是一系列復(fù)雜的函數(shù)、消息和結(jié)構(gòu)的集合體。嵌入式操作系統(tǒng)下的APIAPI：在計算機系統(tǒng)中有很多可通過硬件或外部設(shè)備去執(zhí)行的功能，這些功能的執(zhí)行可通過計算機操作系統(tǒng)或硬件預(yù)留的標準指令調(diào)用，而軟件人員在編制應(yīng)用程序時，就不需要為每種可通過硬件或外設(shè)執(zhí)行的功能重新編制程序，只需按系統(tǒng)或某些硬件事先APIAPI可加快用戶應(yīng)用程序的開發(fā)，統(tǒng)一應(yīng)用程序的開發(fā)標準，也為操作系統(tǒng)版本的API應(yīng)用程序操作系統(tǒng)是為應(yīng)用程序提供基礎(chǔ)服務(wù)的軟件。而應(yīng)用程序是在CPU上執(zhí)行的一個或多個程序，在執(zhí)行過程中會使用輸入數(shù)據(jù)并產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序的管理包括程序載入和執(zhí)行，程序?qū)ο到y(tǒng)資源的共享和分配，并避免分配到的資源被其他程序破壞。實際的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件建立在系統(tǒng)的主任務(wù)（MainTask）API常用的嵌入式操作系統(tǒng)包括：①LinuxLinuxUNIXLinuxUNIXUNIXLinux②uc/os-IIuc/os-IIuc/os-II64uc/os-II③WindowsCE操作系統(tǒng)。WindowsCE操作系統(tǒng)是針對有限資源的平臺而設(shè)計的多線程、完整優(yōu)先性、多任務(wù)的操作系統(tǒng)，但他不是一個硬實時操作系統(tǒng)。WindowsCEPCPCWindowsWindowsCE操作系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備。流水線技術(shù)取指譯碼執(zhí)行add取指譯碼執(zhí)行sub取指取指譯碼執(zhí)行add取指譯碼執(zhí)行sub取指譯碼執(zhí)行cmpAddSub時間以ARM7為例，ARM處理器使用的簡單3級流水線分別為：取指級：取指級完成程序存儲器中指令的讀取，并放入指令流水線中。這一級指令“占有”譯碼邏輯，而不“占有”數(shù)據(jù)路徑。執(zhí)行級：指令“占有”數(shù)據(jù)路徑，寄存器被讀取，操作數(shù)在桶式移位器中被移位，ALU產(chǎn)生相應(yīng)的運算結(jié)果并回寫到目的寄存器中，ALU的結(jié)果則根據(jù)指令需求來更改狀態(tài)寄存器的條件位。ARM95級流水線：I-CacheD-Cache，把存儲器的取指與數(shù)據(jù)存取分開；增加了數(shù)據(jù)寫回的專門通路和寄存器；5階段:取指令；ALU操作；數(shù)據(jù)Cache訪問；結(jié)果寫回到寄存器。取指：指令從存儲器中取出，放入指令流水線。譯碼：指令譯碼，從寄存器中讀取寄存器操作數(shù)。在寄存器組中有3個操作數(shù)讀端口，因此大多數(shù)ARM指令能在一個周期內(nèi)讀取其操作數(shù)。ALULoad在ALU中計算存儲器的地址。緩沖的結(jié)果只是簡單地緩沖一個時鐘周期，以便使所有指令具有同樣的流水線流程。回寫：將指令產(chǎn)生的結(jié)果回寫到寄存器，包括任何從存儲器讀取的數(shù)據(jù)。ARM7微處理器系列主要特點ARM732RISC和功耗要求較高的消費類應(yīng)用。其具有如下特點：ICE-RT邏輯，調(diào)試方便。極低的功耗（100mW左右，適合對功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品。0.9MIPS/MHZ的三級流水線結(jié)構(gòu)。16ThumbWinCE、ARM9、ARM10E系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級換代；主頻20~100MHZ0.9MIPS/MHz。ARM7TMDI32RISCARM處理器內(nèi)核。主要性能：工藝0.35u（新近0.25u、電壓3.3（新近1.20~66MHZ87mW。ARM9微處理器系列主要特點ARM9E處理器、DSP、Java應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，極大地減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復(fù)雜程度。具有以下特點：DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合；5300MIPS；32ARM16Thumb指令集；32AMBA總線接口；VFP9浮點處理協(xié)處理器MMU，支持包括WinLinux支持實時操作系統(tǒng)。CacheCache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。ARM9E數(shù)字消費品和網(wǎng)用場合。ARM10E微處理器系列主要特點ARM10EARM9處理器相比較，在同樣的時鐘頻率下，性能提高了近50%，同時又大大減少ARM92DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合；6400MHz左右``；32ARM16Thumb指令集；32AMBA總線接口；