第一章 嵌入式系統(tǒng)概述

1、嵌入式系統(tǒng)概論 n 嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介 n 嵌入式微處理器 n ARM系列嵌入式微處理器介紹 n 嵌入式操作系統(tǒng)介紹 第一章應(yīng)該掌握的內(nèi)容 1、什么是嵌入式系統(tǒng)？ 2、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程。 3、嵌入式系統(tǒng)的硬件由哪些基本部分組成？各 部分的功能如何？ 4、嵌入式軟件體系包含哪幾層？各層的功能？ 5、常用的嵌入式應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有哪幾種？ 各自的應(yīng)用場(chǎng)合如何劃分？ 6、描述嵌入式系統(tǒng)的基本開發(fā)過程。 1.1嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 簡(jiǎn)單的采樣控制系統(tǒng)框圖 飛行控制示意圖 信息家電 雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng) 車載綜合管理系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品 n網(wǎng)絡(luò)設(shè)備:交換機(jī)、路由器,MODEM n消費(fèi)

2、電子:手機(jī)、MP3、PDA 、可視電話、 電視機(jī)頂盒、數(shù)字電視、數(shù)碼照相機(jī)、 數(shù)碼攝像機(jī)、信息家電 n辦公設(shè)備:打印機(jī)、傳真機(jī)、掃描儀 n汽車電子:ABS(防死鎖剎車系統(tǒng))、供油 噴射控制系統(tǒng)、車載GPS。 n工業(yè)控制:各種自動(dòng)控制設(shè)備 我們正步入一個(gè)嶄新的“數(shù)字世 界” 嵌入式應(yīng)用嵌入式應(yīng)用 什么是嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為 基礎(chǔ)，且軟硬件可裁減，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、 可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)。它一般由以下幾部分組成: n嵌入式微處理器 n外圍硬件設(shè)備 n嵌入式操作系統(tǒng) n特定的應(yīng)用程序 應(yīng)用程序 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS） 輸入輸出接口

3、處理器/ARM核 MMU/Cache SOC/SOPC USB GPIO IIS LCD UART和IrDAADC/DACFPGA/CPLD DSP/浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器 DMA 電源管理 典型的嵌入式系統(tǒng)組成 人機(jī)交互接口LCD/觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、HAL、BSP 文件系統(tǒng)/圖形用戶應(yīng)用程序接口 驅(qū)動(dòng)層 OS層 應(yīng)用層 軟件 硬件 以太網(wǎng) 看門狗及 復(fù)位電路 Timer/RTC CAN Flash EEPRO M SDRA M SRAM 內(nèi) 存 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 特點(diǎn)： n應(yīng)用的特定性和廣泛性 n實(shí)時(shí)性 n復(fù)雜的算法 n制造成本 n功耗高 n 開發(fā)和調(diào)試、 n可靠性 n 體積 嵌入

4、式系統(tǒng)與PC的不同 n一般專用于特定的任務(wù)，而PC是一個(gè)通用計(jì)算機(jī)。 n使用多種類型的處理器和處理器體系結(jié)構(gòu)。 n及其關(guān)注成本 n有實(shí)時(shí)約束 n使用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng) n軟件故障造成的后果比PC系統(tǒng)更嚴(yán)重 n大多有功耗約束 n經(jīng)常在極端的環(huán)境下運(yùn)行 n系統(tǒng)資源比PC少的多 n通常所有的目標(biāo)代碼存放在ROM中 n需要專用工具和方法進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì) n嵌入式系統(tǒng)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過PC 嵌入式系統(tǒng)的歷史 n20 世紀(jì)70 年代：?jiǎn)纹瑱C(jī)出現(xiàn) 嵌入式系統(tǒng)最初的應(yīng)用是基于單片機(jī)。汽車，工 業(yè)機(jī)器，通信裝置等成千上萬(wàn)種產(chǎn)品通過內(nèi)嵌電子裝 置獲得更佳的使用性能。 n20 世紀(jì)80 年代：嵌入式操作系統(tǒng)出現(xiàn) 商業(yè)嵌入式

5、實(shí)時(shí)內(nèi)核包含傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征， 使得開發(fā)周期縮短，成本降低，效率提高促使嵌入式 系統(tǒng)有了更為廣闊的應(yīng)用空間。 n20 世紀(jì)90 年代：實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng) 軟件規(guī)模的不斷上升，對(duì)實(shí)時(shí)性要求的提高，使 得實(shí)時(shí)內(nèi)核逐步發(fā)展為實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，并作為 一種軟件平臺(tái)逐步成為目前國(guó)際嵌入式系統(tǒng)的主流。 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程 應(yīng)用程序 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS） 輸入輸出接口 處理器/ARM核 MMU/Cache SOC/SOPC USB GPIO IIS LCD UART和IrDAADC/DACFPGA/CPLD DSP/浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器 DMA 電源管理 典型的嵌入式系統(tǒng)組成 人機(jī)交互接口LCD/觸摸屏

6、、鍵盤、鼠標(biāo) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、HAL、BSP 文件系統(tǒng)/圖形用戶應(yīng)用程序接口 驅(qū)動(dòng)層 OS層 應(yīng)用層 軟件 硬件 以太網(wǎng) 看門狗及 復(fù)位電路 Timer/RTC CAN Flash EEPRO M SDRA M SRAM 內(nèi) 存 1.2嵌入式系統(tǒng)的硬件基本結(jié)構(gòu) 嵌入式處理器 n 支持實(shí)時(shí)多任務(wù). n 較短的中斷響應(yīng) 時(shí)間 n 存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能 n 可擴(kuò)展的處理器 結(jié)構(gòu) n 較低的功耗 分類： 嵌入式微控制器 （Microcontroller Unit） 嵌入式DSP處理器 EDSP(Embedded Digital Signal Processor) 嵌入式微處理器 (Embedded Micro

7、processor Unit) 嵌入式片上系統(tǒng) SOC(System On Chip) 嵌入式微控制器又稱，它是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一 塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯 片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、 WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Flash RAM、 EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一般一 個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都 是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。這樣可以使單片 機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功耗和 成

8、本。 和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積 大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前 嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富， 適合于控制，因此稱。 嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用 系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、 MC68HC05/11/12/16、68300、數(shù)目眾多ARM芯片等。目前MCU 占嵌入式系統(tǒng)約70的市場(chǎng)份額。 復(fù)位 部件 看門狗 部件 晶振 部件 I/O 部件 中斷 部件 ROM 部件 SRAM 部件 定時(shí)器 部件 CPU核 嵌入式微控制

9、器 嵌入式嵌入式DSPDSP 嵌入式嵌入式DSPDSP處理器有兩個(gè)發(fā)展方向：處理器有兩個(gè)發(fā)展方向： 是嵌入式DSP處理器和嵌入式處理器經(jīng) 過單片化設(shè)計(jì)，片上增加豐富的外設(shè)成 為具有高性能DSP功能的SoC； 是在通用微處理器、微控制器或SoC中 增加DSP協(xié)處理器，例如Intel的MCS-296 和Siemens的TriCore。 n嵌入式處理器 隨著EDA的推廣和VLSI設(shè)計(jì)的普及化及半導(dǎo)體 工藝的迅速發(fā)展，在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜 的系統(tǒng)的時(shí)代已來(lái)臨，這就是System On Chip(SOC)。各種通用處理器內(nèi)核將作為SOC設(shè)計(jì) 公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣， 成為 V

10、LSI設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的 VHDL等語(yǔ)言描述，存儲(chǔ)在器件庫(kù)中。 SoC可以分為通用和專用兩類。 嵌入式片上系統(tǒng)(SOC) 可編程片上系統(tǒng)SOPC n采用超深亞微米工藝技術(shù)； n使用一個(gè)以上的嵌入式處理器/DSP； n外部可以對(duì)芯片進(jìn)行編程； n主要采用第三方IP進(jìn)行設(shè)計(jì)； n足夠的片上可編程邏輯資源； n具有處理器調(diào)試接口和FPGA編程接口； n可能包含部分可編程模擬電路； 單芯片、低功耗、微封裝。 用可編程邏輯技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊用可編程邏輯技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊 硅片上，稱作可編程片上系統(tǒng)硅片上，稱作可編程片上系統(tǒng)SOPCSOPC 嵌入式微處理器 特點(diǎn): n功能和微處理器基本

11、一樣,是具有32位以上的 處理器,具有較高的性能. n具有體積小,功耗少,成本低,可靠性高的特點(diǎn). n有的可提供工業(yè)級(jí)應(yīng)用. 流行的嵌入式微處理器: nARM/Strong (ARM公司) nPowerPC (MOTOROL公司) n68000 (MOTOROL公司) nMIPS(MIPS公司) 典型嵌入式處理器介紹 nMIPS處理器 n PowerPC處理器 nSparc處理器 nARM處理器 MIPSMIPS處理器處理器 MIPS技術(shù)公司是一家設(shè)計(jì)制造高性能、高檔次及嵌 入式32位和64位處理器的廠商。在RISC處理器方面 占有重要地位。 MIPS的意思是“無(wú)內(nèi)鎖流水段微處理器” （Mic

12、roprocessor without interlocked piped stages）， 最早是在80年代初期由美國(guó)斯坦福大學(xué)Hennessy教 授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研制出來(lái)的。 1986年推出R2000處理器，1988年推出R3000處理器， 1991年推出第一款64位商用微處理器R4000。之后， 又陸續(xù)推出R8000（于1994年）、R10000（于1996 年）和R12000（于1997年）等型號(hào)。之后，MIPS 公司的戰(zhàn)略發(fā)生變化 MIPSMIPS處理器處理器 此外，24K微架構(gòu)能符合各種新興的服務(wù)趨勢(shì)， 為寬頻存取以及還在不斷發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、 通訊協(xié)議提供軟件可編程的彈性。 在

13、嵌入式方面，MIPS 系列微處理器是目前僅 次于ARM的用得最多的處理器之一（1999年以 前MIPS是世界上用得最多的處理器），其應(yīng)用 領(lǐng)域覆蓋游戲機(jī)、路由器、激光打印機(jī)、掌上 電腦等各個(gè)方面。MIPS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)理念 比較先進(jìn)，在設(shè)計(jì)理念上MIPS強(qiáng)調(diào)軟硬件協(xié)同 提高性能，同時(shí)簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)。 PowerPC PowerPC處理器處理器 PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好，方便靈活。 PowerPC處理器品種很多，既有通用的處理器，又 有嵌入式控制器和內(nèi)核，應(yīng)用范圍非常廣泛，從高 端的工作站、服務(wù)器到桌面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從消費(fèi)類 電子產(chǎn)品到大型通信設(shè)備，無(wú)所不包。 處理器芯片主要型號(hào)是Po

14、werPC 750，它于1997年 研制成功，最高的工作頻率可以達(dá)到500MHz，采 用先進(jìn)的銅線技術(shù)。該處理器有許多品種，以便適 合各種不同的系統(tǒng)。包括IBM小型機(jī)、蘋果電腦和 其他系統(tǒng)。 嵌入式的PowerPC 405（主頻最高為266MHz）和 PowerPC 440（主頻最高為550MHz）處理器內(nèi)核可 以用于各種SoC設(shè)計(jì)上，在電信、金融和其他許多 行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。 ARM 介紹介紹 英國(guó)先進(jìn)RISC機(jī)器公司（Advanced RISC Machines，簡(jiǎn)稱ARM公司）作為fabless、 chipless這一生產(chǎn)模式最為成功的典范，既不生 產(chǎn)芯片，也不銷售芯片，而是設(shè)計(jì)出高效

15、的IP 內(nèi)核，授權(quán)給各半導(dǎo)體公司使用； 半導(dǎo)體公司在ARM技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)自 己公司的產(chǎn)品定位，添加自己的設(shè)計(jì)并推出芯 片產(chǎn)品； 最后由OEM客戶采用這些芯片來(lái)構(gòu)建基于 ARM技術(shù)的最終應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品。 ARM(Advanced RISC Machines) 公司是一個(gè) 全球領(lǐng)先的嵌入式微處理器IP核供應(yīng)商 (intellectual property )； ARM的微處理器核適用于便攜式通訊工具、 手 持式計(jì)算機(jī)、多媒體數(shù)字消費(fèi)類產(chǎn)品和 嵌入式系統(tǒng)解決方案; ARM處理器是精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISC） RISC的概念源于斯坦福大學(xué)和伯克利大學(xué)在 1980年前后進(jìn)行的處理器研究計(jì)劃。 最初AR

16、M是1983到1985年間在英國(guó)劍橋的 Acorn Computer公司開發(fā)的。它是第一個(gè)為商 業(yè)用途開發(fā)的RISC微處理器，同后來(lái)的RISC體 系結(jié)構(gòu)有明顯的不同 。 1990年，ARM特別為擴(kuò)大開發(fā)ARM技術(shù)而成立 了獨(dú)立的公司。從那以后，ARM已被授權(quán)給世 界各地的許多半導(dǎo)體制造廠。它已經(jīng)成為低功 耗和追求成本的嵌入式應(yīng)用的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。 ARM的全球合作伙伴 q半導(dǎo)體和系統(tǒng)伙伴 q操作系統(tǒng)伙伴 q開發(fā)工具伙伴 q應(yīng)用伙伴 qARM技術(shù)共享計(jì)劃 （ATAP） ARM2002年的市場(chǎng)份額 ARM的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域 ARM處理器的分類 n結(jié)構(gòu)體系版本（Architecture） nARM v

17、4T nARM v5TE nARM v6 nARM Cortex (v7) nProcessor Family nARM7 nARM9 nARM10 nARM11 nARM Cortex n按應(yīng)用特征分類 n應(yīng)用處理器應(yīng)用處理器 nApplication Processor n實(shí)時(shí)控制處理器實(shí)時(shí)控制處理器 nReal-time Controller n微控制器微控制器 nMicro-controller 特征：特征：MMU, Cache 最快頻率、最高性能、合理功耗最快頻率、最高性能、合理功耗 特征：特征：MPU, Cache 實(shí)時(shí)響應(yīng)、合理性能、較低功耗實(shí)時(shí)響應(yīng)、合理性能、較低功耗 特征：特

18、征：no sub-memory system 一般性能、最低成本、極低功耗一般性能、最低成本、極低功耗 v4 v5TE SA110 v4T ARM720T ARM7TDMI-S ARM920T ARM940T ARM922T ARM966E-S ARM946E-S ARM1020E v5TEJ / Jazelle v6 / Jazelle ARM7EJ-S ARM926EJ-S ARM1026EJ-S ARM11 Micro-Architecture ARM V4 nARMV4是目前支持的最老的架構(gòu),是基于32-bit地 址空間的32-bit指令集。ARMv4除了支持ARMv3 的指令外還擴(kuò)展

19、了： v支持支持halfword的存取的存取 v支持支持byte和和halfword的符號(hào)擴(kuò)展讀的符號(hào)擴(kuò)展讀 v支持支持Thumb指令指令 v提供提供Thumb和和Normal狀態(tài)的轉(zhuǎn)換指令狀態(tài)的轉(zhuǎn)換指令 v進(jìn)一步的明確了會(huì)引起進(jìn)一步的明確了會(huì)引起Undefined異常的指令異常的指令 v對(duì)以前的對(duì)以前的26bits體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)的CPU不再兼容不再兼容 ARMv4T nARMv4T增加了16-bit Thumb 指令集，這 樣使得編譯器能產(chǎn)生緊湊代碼（相對(duì)于 32-bit代碼，內(nèi)存能節(jié)省到35%以上)并保 持32-bit系統(tǒng)的好處。 nThumb在處理器中仍然要擴(kuò)展為標(biāo)準(zhǔn)的 32位ARM

20、指令來(lái)運(yùn)行。用戶采用16位 Thumb指令集最大的好處就是可以獲得 更高的代碼密度和降低功耗。 ARM V5TE n1999年推出ARMv5TE其增強(qiáng)了Thumb體系,增強(qiáng)的 Thumb體系增加了一個(gè)新的指令同時(shí)改進(jìn)了 Thumb/ARM相互作用、編譯能力和混合及匹配 ARM與Thumb例程，以更好地平衡代碼空間和性 能 n并在ARM ISA上擴(kuò)展了增強(qiáng)的DSP 指令集: 增強(qiáng)的DSP指令包括支持飽和算術(shù)（saturated arithmetic）, 并且針對(duì)Audio DSP應(yīng)用提高了70% 性能。E擴(kuò)展表示在通用的CPU上提供DSP能 力。 ARMv5TEJ n2000年推出ARMv5TE

21、J，增加了Jazelle擴(kuò) 展以支持Java加速技術(shù)。 nJazelle技術(shù)比僅僅基于軟件的JVM性能提 高近8倍的性能減少了80的功耗。 ARMv6 n2001年推出ARMv6，它在許多方面做了改進(jìn)如 內(nèi)存系統(tǒng)、異常處理和較好地支持多處理器。 nSIMD擴(kuò)展使得廣大的軟件應(yīng)用如Video和 Audio codec的性能提高了4倍。 nThumb-2和TrustZone 技術(shù)也用于ARMv6中。 ARMv6第一個(gè)實(shí)現(xiàn)是2002年春推出的 ARM1136J(F)-STM處理器，2003年又推出 了 ARM1156T2(F)-S 和ARM1176JZ(F)-S處理器。 ARMv7 nARMv7定義

22、了3種不同的處理器配置 （processor profiles）: nProfile A是面向復(fù)雜、基于虛擬內(nèi)存的是面向復(fù)雜、基于虛擬內(nèi)存的OS和應(yīng)用和應(yīng)用 的的 nProfile R是針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的是針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的 nProfile M是針對(duì)低成本應(yīng)用的優(yōu)化的微控制器的是針對(duì)低成本應(yīng)用的優(yōu)化的微控制器的。 n所有ARMv7 profiles實(shí)現(xiàn)Thumb-2技術(shù)，同時(shí)還 包括了NEON技術(shù)的擴(kuò)展提高DSP和多媒體 處理吞吐量400 ，并提供浮點(diǎn)支持以滿足下 一代3D圖形和游戲以及傳統(tǒng)嵌入式控制應(yīng)用的 需要。 ARM Family ARM7 Family ARM9 Family ARM10 F

23、amily ARM11 Family 150DMIPS 300 DMIPS 500 DMIPS 1000 DMIPS ARM Cortex Family ARM720T ARM1136J ARM1176JZ ARM1026E ARM920T/ARM922T ARM926EJ Cortex A Application Processor ARM7TDMI ARM1156T2 ARM1026E ARM946E Cortex R Embedded RT Controller ARM7TDMI ARM966E ARM968E Cortex M Micro- controller ARM Archite

24、cture 系列系列相應(yīng)產(chǎn)品相應(yīng)產(chǎn)品性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) ARM7ARM7 系列系列 ARM7TDMI，ARM7TDMI-S， ARM720T，ARM7EJ 三級(jí)流水三級(jí)流水 性能：性能：0.9MIPS/MHz, 可達(dá)到可達(dá)到130MIPs (Dhrystone2.1) ARM9ARM9 系列系列 ARM920T， ARM922T 五級(jí)流水，五級(jí)流水， 性能：性能：1.1MIPS/MHz，可達(dá)，可達(dá)300 MIPS (Dhrystone 2.1)，單，單32-bit AMBA bus 接口，支持接口，支持MMU ARM9EARM9E 系列系列 ARM926EJ-S, RM946E-S, ARM96

25、6E-S, ARM968E-S, ARM996HS 五級(jí)流水，支持五級(jí)流水，支持DSP指令。指令。 性能：性能：1.1MIPS/MHz，可達(dá)，可達(dá)300 MIPS (Dhrystone 2.1)，高性能，高性能AHB, 軟核軟核 （soft IP） ARM10ARM10 系列系列 ARM1020E, ARM1022E ARM1026EJ-S 6級(jí)流水支持分支預(yù)測(cè)（級(jí)流水支持分支預(yù)測(cè)（branch prediction），支持），支持DSP指令。指令。 性能：性能：1.35 MIPS/MHz，可達(dá)，可達(dá) 430+ Dhrystone 2.1 MIPS，可選支，可選支 持高性能浮點(diǎn)操作，雙持高性能

26、浮點(diǎn)操作，雙64位總線接口位總線接口， 內(nèi)部?jī)?nèi)部64位數(shù)據(jù)通路位數(shù)據(jù)通路 系列系列相應(yīng)產(chǎn)品相應(yīng)產(chǎn)品性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) ARM11 ARM11 系列系列 ARM11MPCore, ARM1136J(F)-S, ARM1156T2(F)-S, ARM1176JZ(F)-S 8級(jí)流水線級(jí)流水線(9級(jí)級(jí)ARM1156T2(F)-S)，獨(dú)立的，獨(dú)立的load- store和和arithmetic流水線，支持分支預(yù)測(cè)和返回流水線，支持分支預(yù)測(cè)和返回 棧（棧（Return Stack）。強(qiáng)大的）。強(qiáng)大的ARMv6 指令集，指令集， 支持支持DSP， SIMD (Single Instruction Multi

27、ple Data) 擴(kuò)展，擴(kuò)展， 支持支持ARM TrustZone 、Thumb-2核心技術(shù)。核心技術(shù)。740 Dhrystone 2.1 MIPS，低功耗，低功耗0.6mW/MHz (0.13m, 1.2V) CortexCortex 系列系列 Cortex-A8, Cortex-M3, Cortex-R4 Cortex-A系列系列: 面向用于復(fù)雜面向用于復(fù)雜OS和應(yīng)用的應(yīng)用處和應(yīng)用的應(yīng)用處 理器（理器（applications processors），支持），支持ARM, Thumb and Thumb-2指令集。指令集。 Cortex-R系列：面向嵌入式實(shí)時(shí)領(lǐng)域的嵌入式系列：面向嵌入式

28、實(shí)時(shí)領(lǐng)域的嵌入式 處理器，支持處理器，支持ARM, Thumb,和和Thumb-2 指令集。指令集。 Cortex-M系列：面向深嵌入式價(jià)格敏感的嵌入系列：面向深嵌入式價(jià)格敏感的嵌入 式處理器，式處理器， 只支持只支持Thumb-2指令集指令集 SecurCore SecurCore 系列系列 SecurCore SC100， SecurCore SC200 用于用于Smart Card和和Secure IC的的32-bit解決方案。解決方案。 支持支持ARM和和Thumb 指令集，軟核。指令集，軟核。 具有安全特征和低成本安全存儲(chǔ)保護(hù)單元具有安全特征和低成本安全存儲(chǔ)保護(hù)單元 ARM體系結(jié)構(gòu)版

29、本的變種 后綴變量 功能說明 T支持Thumb指令集 D含JTAG調(diào)試器，支持片上調(diào)試 M提供用于長(zhǎng)乘法操作的指令 I內(nèi)嵌式在線測(cè)試單元硬件部件 E增強(qiáng)型DSP指令 JJava加速器，使Java指令運(yùn)行速度提高8倍 F增加向量浮點(diǎn)單元 ARM體系結(jié)構(gòu)版本的命名規(guī)則 n名稱概括了內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu)和功能特性 ARMxyxTDMIEJF x表示系列號(hào) ARM7、ARM9 y表示內(nèi)部存儲(chǔ)管理和保護(hù)單元 ARM720、ARM920 z表示含有高速緩存 ARM720 ARM7TDMI Thumb Thumb 架構(gòu)擴(kuò)展架構(gòu)擴(kuò)展, , 提供兩個(gè)獨(dú)立的指令集：提供兩個(gè)獨(dú)立的指令集： ARM ARM 指令，均為指令

30、，均為 3232位位 ThumbThumb指令，均為指令，均為 1616位位 兩種運(yùn)行狀態(tài)，用來(lái)選擇哪個(gè)指令集被執(zhí)行兩種運(yùn)行狀態(tài)，用來(lái)選擇哪個(gè)指令集被執(zhí)行 內(nèi)核具有內(nèi)核具有DebugDebug擴(kuò)展結(jié)構(gòu)擴(kuò)展結(jié)構(gòu) 增強(qiáng)乘法器增強(qiáng)乘法器 (32x8) (32x8) 支持支持6464位結(jié)果位結(jié)果 EmbeddedICE EmbeddedICE 邏輯邏輯 n3 級(jí)流水線級(jí)流水線 n馮馮諾依曼架諾依曼架 構(gòu)構(gòu) nCPI(Cycle Per Instruction) 約為約為1.9 1.4嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺(tái).嵌入 式系統(tǒng)的出現(xiàn),解決了嵌入式軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的難題.嵌

31、入式系統(tǒng) 具有操作系統(tǒng)的最基本的功能: n進(jìn)程調(diào)度 n內(nèi)存管理 n設(shè)備管理 n文件管理 n操作系統(tǒng)接口(API調(diào)用) 嵌入式操作系統(tǒng)具有的特點(diǎn): n實(shí)時(shí)性 n可移植 n內(nèi)核小型化 n可裁剪 幾種主流的嵌入式操作系統(tǒng) nVxworks: 美國(guó)WindRiver公司于1983年開發(fā)，具有可 靠、實(shí)時(shí)、可裁減特性。 nWindows Embedded:支持具有豐富應(yīng)用程序和服務(wù)的32 位嵌入式系統(tǒng)。主要系列：Windows CE3.0, Windows NT Embedded 4.0和帶有Server Appliance Kit的 Windows 2000 nPalm OS: Com公司產(chǎn)品，在PD

32、A市場(chǎng)占據(jù)很大份額，具 有開放的操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口(API)，可讓用戶靈活 方便地定制操作系統(tǒng)。 n嵌入式Linux：近兩年來(lái)，Linux在嵌入式領(lǐng)域異軍突 起，他的獨(dú)特性，使其作為開發(fā)嵌入式產(chǎn)品的操作系 統(tǒng)具備巨大的潛力。Linux具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：層次 結(jié)構(gòu)及內(nèi)核完全開放；強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持功能；具備一 整套工具鏈；廣泛的硬件支持特性。 1.5 嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā) 一 嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)和技術(shù)挑戰(zhàn) 一 嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境 一 嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)的基本流程 一 嵌入式軟件開發(fā)的可移植性和可重用性 1. 嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn) n嵌入式軟件開發(fā)需要軟硬件開發(fā)環(huán)境和工具嵌入式軟件開發(fā)需要軟硬件開發(fā)環(huán)境和工具 n嵌入式軟硬件必須協(xié)同設(shè)計(jì)嵌入式軟硬件必須協(xié)同設(shè)計(jì) n需要新的任務(wù)設(shè)計(jì)方法需要新的任務(wù)設(shè)計(jì)方法 n開發(fā)過程完成后，系統(tǒng)應(yīng)用程序代碼需要固化開發(fā)過程完成后，系統(tǒng)應(yīng)用程序代碼需要固化 到系統(tǒng)中進(jìn)行功能、性能和可靠性測(cè)試到系統(tǒng)中進(jìn)行功能、性能和可靠性測(cè)試 2、嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境 n1）交叉開發(fā)環(huán)境 n交叉開發(fā)軟件一般為一個(gè)整合編輯、編 譯匯編鏈接、調(diào)試、工程管理及函數(shù)庫(kù)等功 能模塊的集