嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與設(shè)計》1

1、2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢12013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢3嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介1.1嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢1.2嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件特征嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件特征1.3ARMARM系列處理器簡介系列處理器簡介1.42013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢4&參考教材參考教材&田澤田澤 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用實驗嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用實驗教程教程北京航天航空大學(xué)北京航天航空大學(xué)出版出版社社20052005沈連豐沈連豐 嵌入式系統(tǒng)及其開發(fā)應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)及其開發(fā)應(yīng)用 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社 20052005（美）（美）David E.Simon

2、David E.Simon著著 陳向群譯陳向群譯 嵌入式系統(tǒng)軟件嵌入式系統(tǒng)軟件教程教程 機(jī)機(jī)械工業(yè)出版社械工業(yè)出版社20052005陳文智陳文智 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)原理與實踐嵌入式系統(tǒng)開發(fā)原理與實踐 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社 20052005付豐林付豐林 NiosNios 軟核心軟核心嵌入式處理器設(shè)計大賽優(yōu)秀作品精選嵌入式處理器設(shè)計大賽優(yōu)秀作品精選 西西安電子科技大學(xué)出版社安電子科技大學(xué)出版社 20052005 還有還有 閱讀閱讀 中文期刊雜志中的文章中文期刊雜志中的文章2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢5 http:/ http:/ 信科院廖凱賢6 本章主要介紹嵌入式系統(tǒng)的概念、發(fā)展趨本章

3、主要介紹嵌入式系統(tǒng)的概念、發(fā)展趨勢、硬件和軟件的特征，并簡單介紹了各個系勢、硬件和軟件的特征，并簡單介紹了各個系列的列的 ARM ARM 處理器，以引導(dǎo)讀者進(jìn)入嵌入式技處理器，以引導(dǎo)讀者進(jìn)入嵌入式技術(shù)的殿堂。術(shù)的殿堂。本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容： 嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢 嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件特征嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件特征 ARMARM系列處理器簡介系列處理器簡介2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢7注意學(xué)習(xí)方式的變化注意學(xué)習(xí)方式的變化教師指出要點教師指出要點 要通過課堂學(xué)習(xí)、課后研讀參考書和資料掌要通過課堂學(xué)習(xí)、課后研讀參考書和資料掌握更深層次內(nèi)容

4、；握更深層次內(nèi)容；整理筆記相當(dāng)重要整理筆記相當(dāng)重要 不能只通過不能只通過PowerPointPowerPoint來復(fù)習(xí)課程；來復(fù)習(xí)課程；善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題 要努力尋求問題的答案。要努力尋求問題的答案。2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢8 嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)建議嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)建議明確學(xué)習(xí)的目的明確學(xué)習(xí)的目的選擇好入門的機(jī)型選擇好入門的機(jī)型必要的記憶必要的記憶勤于實踐勤于實踐學(xué)習(xí)各種接口的原理學(xué)習(xí)各種接口的原理與時俱進(jìn)，不斷改進(jìn)自己的學(xué)習(xí)方式與時俱進(jìn)，不斷改進(jìn)自己的學(xué)習(xí)方式 從底層抓起，一點一滴打好基礎(chǔ)從底層抓起，一點一滴打好基礎(chǔ) 2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢9

5、 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)專用計算機(jī)系統(tǒng)。2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢10嵌入式計算機(jī)嵌入式計算機(jī)嵌入式計算機(jī)是誕生于微處理器發(fā)展時代;早期嵌入式計算機(jī)是將一個計算機(jī)嵌入到一個具早期嵌入式計算機(jī)是將一個計算機(jī)嵌入到一個具體應(yīng)用的控制對象的體系中去，這些是嵌入式系體應(yīng)用的控制對象的體系中去，這些是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的起點。統(tǒng)發(fā)展的起點。這也標(biāo)志著計算機(jī)進(jìn)入了通用

6、計算機(jī)與嵌入式計算機(jī)兩大分支、并行發(fā)展時代，從而導(dǎo)致20世紀(jì)末，計算機(jī)應(yīng)用的高速發(fā)展并由此引發(fā)了計算機(jī)分類方式的變化。 2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢111.1.2 1.1.2 嵌入式系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的定義、特點及應(yīng)用范圍定義、特點及應(yīng)用范圍傳統(tǒng)的計算機(jī)分類是按照計算機(jī)的處理字長、體傳統(tǒng)的計算機(jī)分類是按照計算機(jī)的處理字長、體系結(jié)構(gòu)、運算速度、結(jié)構(gòu)規(guī)模、適用領(lǐng)域進(jìn)行的，系結(jié)構(gòu)、運算速度、結(jié)構(gòu)規(guī)模、適用領(lǐng)域進(jìn)行的，如通常所說的大型計算機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微如通常所說的大型計算機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型計算機(jī)，并以此標(biāo)準(zhǔn)來組織學(xué)科和產(chǎn)業(yè)分工，型計算機(jī)，并以此標(biāo)準(zhǔn)來組織學(xué)科和產(chǎn)業(yè)分工，這種分類方法

7、也沿襲了多年。這種分類方法也沿襲了多年。隨著近20年來微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和移動通信技術(shù)的迅速發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實際情況已經(jīng)產(chǎn)生了根本性的變化。例如在70年代末定義的微型計算機(jī)演變出來的個人計算機(jī)PC其處理速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了當(dāng)年對大、中、小型計算機(jī)的定義。2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢12嵌入式系統(tǒng)的概念隨著計算機(jī)技術(shù)對其它行業(yè)的廣泛滲透和與其它行業(yè)應(yīng)用技術(shù)的相互結(jié)合，以應(yīng)用為中心的分類方法變得似乎更加切合實際發(fā)展;按計算機(jī)的嵌入式應(yīng)用和非嵌入式應(yīng)用將其按計算機(jī)的嵌入式應(yīng)用和非嵌入式應(yīng)用將其分為通用計算機(jī)和嵌入式計算機(jī)。分為通用計算機(jī)和嵌入式計算機(jī)。而通用計算機(jī)具有一般計算機(jī)的

8、基本標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)，通過裝配不同的應(yīng)用軟件，以基本雷同的面目出現(xiàn)并應(yīng)用在社會的各個方面，其典型產(chǎn)品為PC；2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢13嵌入式系統(tǒng)的概念而非通用計算機(jī)的計算機(jī)嵌入式計算而非通用計算機(jī)的計算機(jī)嵌入式計算機(jī)，則是非通用計算機(jī)形態(tài)的計算機(jī)應(yīng)機(jī)，則是非通用計算機(jī)形態(tài)的計算機(jī)應(yīng)用，它是以作為嵌入式系統(tǒng)的核心部件用，它是以作為嵌入式系統(tǒng)的核心部件的形式隱藏在各種裝置、設(shè)備、產(chǎn)品和的形式隱藏在各種裝置、設(shè)備、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。系統(tǒng)中。因此嵌入式計算機(jī)是計算機(jī)技術(shù)發(fā)展中的一種計算機(jī)存在的形式，是從計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展中分離出來的。2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢141.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點相

9、比較而言國內(nèi)的定義更全面一些，體現(xiàn)了嵌入相比較而言國內(nèi)的定義更全面一些，體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)式系統(tǒng)“嵌入嵌入”、“專用性專用性”、“計算機(jī)計算機(jī)”的基的基本要素和特征。本要素和特征。嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用于特定環(huán)境下，針對特定用途來設(shè)計的系統(tǒng)，所以不同于通用計算機(jī)系統(tǒng)。 同樣是計算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)是針對具體應(yīng)用同樣是計算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)是針對具體應(yīng)用設(shè)計的設(shè)計的“專用系統(tǒng)專用系統(tǒng)”。 它的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計、“量體裁衣”、去除冗余，力爭在較少的資源上實現(xiàn)更高的性能。它與通用的計算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下顯它與通用的計算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下顯著特點：著特點： 2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢15

10、 （1） 是是“專用專用”的計算機(jī)系統(tǒng)：的計算機(jī)系統(tǒng)：嵌入式系統(tǒng)通常是面向嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定任務(wù)的，而不同于一般通用特定任務(wù)的，而不同于一般通用PC計算平臺，是計算平臺，是“專用專用”的計算機(jī)系統(tǒng)；的計算機(jī)系統(tǒng)； （2）運行環(huán)境差異大：嵌入式系統(tǒng)運行環(huán)境差異很大；運行環(huán)境差異大：嵌入式系統(tǒng)運行環(huán)境差異很大； （3）比通用）比通用PC系統(tǒng)資源少：嵌入式系統(tǒng)比通用系統(tǒng)資源少：嵌入式系統(tǒng)比通用PC系統(tǒng)系統(tǒng)資源少得多；資源少得多； （4）功率低、體積小、集成度高、成本低：嵌入式系統(tǒng)功率低、體積小、集成度高、成本低：嵌入式系統(tǒng)“嵌入嵌入”到對象的體系中，對對象、環(huán)境和嵌入式系統(tǒng)自到對象的體系中，對

11、對象、環(huán)境和嵌入式系統(tǒng)自身具有嚴(yán)格的要求，一般的嵌入式系統(tǒng)具有低功耗、體積身具有嚴(yán)格的要求，一般的嵌入式系統(tǒng)具有低功耗、體積小、集成度高、成本低等特點；小、集成度高、成本低等特點； （5）具有系統(tǒng)測試和可靠性評估體系：建立完整的嵌入）具有系統(tǒng)測試和可靠性評估體系：建立完整的嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)測試和可靠性評估體系，保證嵌入式系統(tǒng)高式系統(tǒng)的系統(tǒng)測試和可靠性評估體系，保證嵌入式系統(tǒng)高效、可靠、穩(wěn)定工作；效、可靠、穩(wěn)定工作； （6）具有較長的生命周期；）具有較長的生命周期； 2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢16 （7）具有固化在非易失性存儲器中的代碼：嵌入式系統(tǒng)）具有固化在非易失性存儲器中的代碼：嵌

12、入式系統(tǒng)的目標(biāo)代碼通常是固化在非易失性存儲器（的目標(biāo)代碼通常是固化在非易失性存儲器（ROM，EPROM，EEPROM，F(xiàn)LASH）芯片中；）芯片中； （8）使用實時操作系統(tǒng)）使用實時操作系統(tǒng)RTOS：嵌入式系統(tǒng)使用的操作：嵌入式系統(tǒng)使用的操作系統(tǒng)一般是實時操作系統(tǒng)（系統(tǒng)一般是實時操作系統(tǒng)（RTOS），系統(tǒng)有實時約束；），系統(tǒng)有實時約束； （9）嵌入式系統(tǒng)需要專用開發(fā)工具和方法進(jìn)行設(shè)計；）嵌入式系統(tǒng)需要專用開發(fā)工具和方法進(jìn)行設(shè)計； （10）嵌入式微處理器通常包含專用調(diào)試電路）嵌入式微處理器通常包含專用調(diào)試電路； （11）嵌入式系統(tǒng)是技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不）嵌入式系統(tǒng)是技術(shù)密集、資金密集

13、、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)；斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)；2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢171.1.4 嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)按表現(xiàn)形式及使用硬件種類分為： 系統(tǒng)中使用含程序或算法的處理器的嵌入式系統(tǒng) 為芯片級嵌入； 系統(tǒng)中使用某個核心模塊的嵌入式系統(tǒng)為模塊級 嵌入；嵌入式系統(tǒng)按軟件實時性需求分： 非實時系統(tǒng)（如PDA）； 軟實時系統(tǒng)（如消費類產(chǎn)品）； 硬實時系統(tǒng)（工業(yè)實時控制系統(tǒng)） 2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢181.1.5嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍 電子書電子書電子相框電子相框智能儀器儀表智能儀器儀表網(wǎng)絡(luò)電話網(wǎng)絡(luò)電話2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢19嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

14、消費電子消費電子嵌入式應(yīng)用嵌入式應(yīng)用信息家電信息家電智能玩具智能玩具軍事電子軍事電子通信設(shè)備通信設(shè)備移動存貯移動存貯工控設(shè)備工控設(shè)備智能儀表智能儀表汽車電子汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工業(yè)工業(yè)軍事國防軍事國防電子商務(wù)電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢20嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用的發(fā)展嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用的發(fā)展智能卡智能卡移動通信移動通信計算機(jī)外設(shè)計算機(jī)外設(shè)機(jī)頂盒機(jī)頂盒零售設(shè)備零售設(shè)備印刷機(jī)印刷機(jī)復(fù)印機(jī)復(fù)印機(jī)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器電話交換設(shè)備電話交換設(shè)備隱形飛機(jī)隱形飛機(jī)太空望遠(yuǎn)鏡太空望遠(yuǎn)鏡2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢21嶄新的數(shù)字世界多彩的嵌入式應(yīng)用 無線電的發(fā)展無線電的發(fā)展

15、BTH礦石收音機(jī) 單二極管Bush收音機(jī)收音機(jī) 7個晶體管單二極管EvokeDAB收音機(jī)收音機(jī)1億個晶體管2-3個嵌入式處理器2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢22電話的發(fā)展電話電話 無晶體管BT DECT 1千萬個晶體管3個處理器諾基亞手機(jī)諾基亞手機(jī) 超過7億個晶體管(多數(shù)用于存儲器)5-6個處理器子母電話機(jī)子母電話機(jī)2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢23 計算機(jī)的發(fā)展+=Apple Macintosh 黑白顯示器1 MIP 處理器Acorn Archimedes彩色顯示器10 MIP 處理器 RISC集惠普康柏掌上電腦惠普康柏掌上電腦 彩色顯示200 MIP 處理器64MB 內(nèi)存 袖珍

16、型袖珍型2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢24 航海儀器的發(fā)展地圖、時鐘、指南針地圖、時鐘、指南針 印刷及磁技術(shù)無晶體管Raytheon 船用航海儀器GarminGPS定位器定位器 約1億個晶體管2-3個處理器 + 4個人造衛(wèi)星個人造衛(wèi)星!2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢25 日用電器的發(fā)展Apple IPODApple IPOD 100 張CDs袖珍型四處理器HP 1315HP 1315 照片質(zhì)量彩色打印機(jī)雙處理器GameBoy AdvanceGameBoy Advance 手持式彩色聯(lián)網(wǎng)型雙處理器2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢26 其他產(chǎn)品發(fā)展Seagate Cheetah X

17、15Disc on KeySagem MorphoSmartKonica Revio2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢27 嵌入式系統(tǒng)不同于常見的計算機(jī)系統(tǒng)，它嵌入式系統(tǒng)不同于常見的計算機(jī)系統(tǒng)，它不以獨立設(shè)備的物理形態(tài)出現(xiàn)，即它沒有一個不以獨立設(shè)備的物理形態(tài)出現(xiàn)，即它沒有一個統(tǒng)一的外觀，它的部件根據(jù)主體設(shè)備及應(yīng)用的統(tǒng)一的外觀，它的部件根據(jù)主體設(shè)備及應(yīng)用的需要嵌入在設(shè)備的內(nèi)部，發(fā)揮著運算、處理、需要嵌入在設(shè)備的內(nèi)部，發(fā)揮著運算、處理、存儲及控制的作用。從體系結(jié)構(gòu)上看，嵌入式存儲及控制的作用。從體系結(jié)構(gòu)上看，嵌入式系統(tǒng)主要由系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、支撐硬件和嵌入式嵌入式處理器、支撐硬件和嵌入式軟

18、件組成軟件組成。其中嵌入式處理器通常是單片機(jī)或。其中嵌入式處理器通常是單片機(jī)或微控制器，支撐硬件主要包括存儲介質(zhì)、通信微控制器，支撐硬件主要包括存儲介質(zhì)、通信部件和顯示部件等，嵌入式軟件則包括支撐硬部件和顯示部件等，嵌入式軟件則包括支撐硬件的驅(qū)動程序、操作系統(tǒng)、支撐軟件及應(yīng)用中件的驅(qū)動程序、操作系統(tǒng)、支撐軟件及應(yīng)用中間件等。間件等。2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢281 1提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)2 2小型化、低成本、低功耗小型化、低成本、低功耗3 3人性化的人機(jī)界面人性化的人機(jī)界面4 4完善的開發(fā)平臺完善的開發(fā)平臺2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢292013.01漢口學(xué)院

19、 信科院廖凱賢30 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺是整個嵌入式操作系嵌入式系統(tǒng)硬件平臺是整個嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運行的統(tǒng)和應(yīng)用程序運行的硬件平臺硬件平臺，不同的應(yīng)用通，不同的應(yīng)用通常有不同的硬件環(huán)境。在嵌入式系統(tǒng)中硬件平常有不同的硬件環(huán)境。在嵌入式系統(tǒng)中硬件平臺具有多樣性的特點。臺具有多樣性的特點。 1 1嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢31（1 1）嵌入式）嵌入式RISCRISC微處理器微處理器（2 2）嵌入式）嵌入式CISCCISC微處理器微處理器2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢32指指 標(biāo)標(biāo)RISCRISCCISCCISC指令集指令集一個周期執(zhí)行一條指

20、令，一個周期執(zhí)行一條指令，通過簡單指令的組合實通過簡單指令的組合實現(xiàn)復(fù)雜操作；指令長度現(xiàn)復(fù)雜操作；指令長度固定固定指令長度不固定，執(zhí)行指令長度不固定，執(zhí)行需要多個周期需要多個周期流水線流水線流水線每周期前進(jìn)一步流水線每周期前進(jìn)一步指令的執(zhí)行需要調(diào)用微指令的執(zhí)行需要調(diào)用微代碼的一個微程序代碼的一個微程序寄存器寄存器更多通用寄存器更多通用寄存器用于特定目的的專用寄用于特定目的的專用寄存器存器Load/StoreLoad/Store結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)獨立的獨立的LoadLoad和和StoreStore指指令完成數(shù)據(jù)在寄存器和令完成數(shù)據(jù)在寄存器和外部存儲器之間的傳輸外部存儲器之間的傳輸處理器能夠直接處理存處理器

21、能夠直接處理存儲器中的數(shù)據(jù)儲器中的數(shù)據(jù)2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢33 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)完成系統(tǒng)初始化及嵌入式完成系統(tǒng)初始化及嵌入式應(yīng)用的任務(wù)調(diào)度和控制等核心功能，其內(nèi)核精應(yīng)用的任務(wù)調(diào)度和控制等核心功能，其內(nèi)核精簡，具有可配置特性，并與高層應(yīng)用緊密關(guān)聯(lián)。簡，具有可配置特性，并與高層應(yīng)用緊密關(guān)聯(lián)。嵌入式操作系統(tǒng)具有相對不變性。嵌入式操作嵌入式操作系統(tǒng)具有相對不變性。嵌入式操作系統(tǒng)的主要特點如下。系統(tǒng)的主要特點如下。2 2嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢34（1 1）體積?。w積小（2 2）實時性）實時性（3 3）特殊的開發(fā)調(diào)試環(huán)境）特殊的開發(fā)調(diào)

22、試環(huán)境2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢35 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用是以嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用是以嵌入式系統(tǒng)硬件平臺的搭建、嵌入式操作系統(tǒng)的成功移植和運行為的搭建、嵌入式操作系統(tǒng)的成功移植和運行為前提的，其運行于嵌入式操作系統(tǒng)之上，完成前提的，其運行于嵌入式操作系統(tǒng)之上，完成特定的功能或利用操作系統(tǒng)提供的機(jī)制完成特特定的功能或利用操作系統(tǒng)提供的機(jī)制完成特定的功能。不同的系統(tǒng)需要設(shè)計不同的嵌入式定的功能。不同的系統(tǒng)需要設(shè)計不同的嵌入式應(yīng)用程序。應(yīng)用程序。3 3嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢36 如何簡潔有效地使嵌入式系統(tǒng)能夠應(yīng)用于如何簡潔有效地使嵌入式系統(tǒng)能

23、夠應(yīng)用于各種不同的應(yīng)用環(huán)境，是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展中所各種不同的應(yīng)用環(huán)境，是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展中所必須解決的關(guān)鍵問題。必須解決的關(guān)鍵問題。 經(jīng)過不斷地發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)原有的三層經(jīng)過不斷地發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)原有的三層結(jié)構(gòu)逐步演化成為一種四層結(jié)構(gòu)。這個新增加結(jié)構(gòu)逐步演化成為一種四層結(jié)構(gòu)。這個新增加的中間層稱為硬件抽象層的中間層稱為硬件抽象層（Hardware Abstraction LayerHardware Abstraction Layer，HALHAL），），有時也稱為板級支持包有時也稱為板級支持包（Board Support PackageBoard Support Package，BSPBSP）。）

24、。HALHAL是一是一個介于硬件與軟件之間的中間層，其通過特定個介于硬件與軟件之間的中間層，其通過特定的上層接口與操作系統(tǒng)進(jìn)行交互。的上層接口與操作系統(tǒng)進(jìn)行交互。HALHAL的引入的引入大大推動了嵌入式操作系統(tǒng)的通用化。大大推動了嵌入式操作系統(tǒng)的通用化。2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢37 ARM ARM（Advanced RISC MachinesAdvanced RISC Machines）有）有3 3種種含義，它是一個公司的名稱，是一類微處理器含義，它是一個公司的名稱，是一類微處理器的通稱，還是一種技術(shù)的名稱。的通稱，還是一種技術(shù)的名稱。2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢38ARM

25、系列系列包包含含類類型型ARM7系列系列ARM7EJ-SARM7TDMIARM7TDMI-SARM720TARM9/9E系列系列ARM920TARM922TARM926EJ-SARM940TARM946E-SARM966E-SARM968E-S向量浮點運算（向量浮點運算（VectorFloatingPoint）系列）系列VFP9-SVFP102013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢39ARM系列系列包包含含類類型型ARM10E系列系列ARM1020EARM1022EARM1026EJ-SARM11系列系列ARM1136J-SARM1136JF-SARM1156T2(F)-SARM1176JZ(F)

26、-SARM11MPCoreSecurCore系列系列SC100SC110SC200SC210其他合作伙伴產(chǎn)品其他合作伙伴產(chǎn)品StrongARMXScaleCortex-M3MBX2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢40 ARM7 ARM7內(nèi)核采用馮內(nèi)核采用馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)諾伊曼體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)和指令使用同一條總線。內(nèi)核有一條和指令使用同一條總線。內(nèi)核有一條3 3級流水級流水線，執(zhí)行線，執(zhí)行ARMv4ARMv4指令集。指令集。 ARM7ARM7系列處理器主要用于對功耗和成本系列處理器主要用于對功耗和成本要求比較苛刻的消費類產(chǎn)品。其最高主頻可以要求比較苛刻的消費類產(chǎn)品。其最高主頻可以到達(dá)到達(dá)1

27、30MIPS130MIPS。 ARM7ARM7系列包括系列包括ARM7TDMIARM7TDMI、ARM7TDMI-SARM7TDMI-S、ARM7EJ-S ARM7EJ-S 和和 ARM720TARM720T四種類型，主要用于適四種類型，主要用于適應(yīng)不同的市場需求。應(yīng)不同的市場需求。1.4.1ARM7處理器系列2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢41 ARM9 ARM9系列于系列于19971997年問世。由于采用了年問世。由于采用了5 5級指令流水線，級指令流水線，ARM9ARM9處理器能夠運行在比處理器能夠運行在比ARM7ARM7更高的時鐘頻率上，改善了處理器的整體更高的時鐘頻率上，改善了處

28、理器的整體性能；存儲器系統(tǒng)根據(jù)性能；存儲器系統(tǒng)根據(jù) 哈佛體系結(jié)構(gòu)哈佛體系結(jié)構(gòu)（程序（程序和數(shù)據(jù)空間獨立的體系結(jié)構(gòu)）重新設(shè)計，區(qū)分和數(shù)據(jù)空間獨立的體系結(jié)構(gòu)）重新設(shè)計，區(qū)分了數(shù)據(jù)總線和指令總線。了數(shù)據(jù)總線和指令總線。1.4.2ARM9處理器系列處理器系列2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢42 ARM9 ARM9系列的第一個處理器是系列的第一個處理器是ARM920TARM920T，它，它包含獨立的數(shù)據(jù)指令包含獨立的數(shù)據(jù)指令CacheCache和和MMUMMU（Memory Memory Management UnitManagement Unit，存儲器管理單元）。此處，存儲器管理單元）。此處理器

29、能夠被用在要求有虛擬存儲器支持的操作理器能夠被用在要求有虛擬存儲器支持的操作系統(tǒng)上。該系列中的系統(tǒng)上。該系列中的ARM922TARM922T是是ARM920TARM920T的變的變種，只有一半大小的數(shù)據(jù)指令種，只有一半大小的數(shù)據(jù)指令CacheCache。2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢43 ARM940T ARM940T包含一個更小的數(shù)據(jù)指令包含一個更小的數(shù)據(jù)指令CacheCache和一個和一個MPUMPU（Micro Processor UnitMicro Processor Unit，微處理，微處理器）。它是針對不要求運行操作系統(tǒng)的應(yīng)用而器）。它是針對不要求運行操作系統(tǒng)的應(yīng)用而設(shè)計的。

30、設(shè)計的。ARM920TARM920T、ARM940TARM940T都執(zhí)行都執(zhí)行v4Tv4T架構(gòu)指架構(gòu)指令。令。2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢44 ARM9 ARM9系列的下一代處理器基于系列的下一代處理器基于ARM9E-SARM9E-S內(nèi)內(nèi)核。這個內(nèi)核是核。這個內(nèi)核是ARM9ARM9內(nèi)核帶有內(nèi)核帶有E E擴(kuò)展的一個可擴(kuò)展的一個可綜合版本，包括綜合版本，包括ARM946E-SARM946E-S和和ARM966E-SARM966E-S兩個兩個變種。兩者都執(zhí)行變種。兩者都執(zhí)行v5TEv5TE架構(gòu)指令。它們也支持架構(gòu)指令。它們也支持可選的嵌入式跟蹤宏單元，支持開發(fā)者實時跟可選的嵌入式跟蹤宏單元，

31、支持開發(fā)者實時跟蹤處理器上指令和數(shù)據(jù)的執(zhí)行。當(dāng)調(diào)試對時間蹤處理器上指令和數(shù)據(jù)的執(zhí)行。當(dāng)調(diào)試對時間敏感的程序段時，這種方法非常重要。敏感的程序段時，這種方法非常重要。1.4.3ARM9E處理器系列處理器系列2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢45 ARM946E-S ARM946E-S包括包括TCMTCM（Tightly Coupled Tightly Coupled MemoryMemory，緊耦合存儲器）、，緊耦合存儲器）、CacheCache和一個和一個MPUMPU。TCMTCM和和CacheCache的大小可配置。該處理器是針對的大小可配置。該處理器是針對要求有確定的實時響應(yīng)的嵌入式控制

32、而設(shè)計的。要求有確定的實時響應(yīng)的嵌入式控制而設(shè)計的。ARM966E-SARM966E-S有可配置的有可配置的TCMTCM，但沒有，但沒有MPUMPU和和CacheCache擴(kuò)展。擴(kuò)展。2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢46 ARM9 ARM9系列的系列的ARM926EJ-SARM926EJ-S內(nèi)核為可綜合的內(nèi)核為可綜合的處理器內(nèi)核，發(fā)布于處理器內(nèi)核，發(fā)布于20002000年。它是針對小型便年。它是針對小型便攜式攜式JavaJava設(shè)備，如設(shè)備，如3G3G手機(jī)和手機(jī)和PDAPDA應(yīng)用而設(shè)計的。應(yīng)用而設(shè)計的。ARM926EJ-SARM926EJ-S是第一個包含是第一個包含JazelleJazel

33、le技術(shù)，可加技術(shù)，可加速速JavaJava字節(jié)碼執(zhí)行的字節(jié)碼執(zhí)行的ARMARM處理器內(nèi)核。它還有處理器內(nèi)核。它還有一個一個MMUMMU、可配置的、可配置的TCMTCM及具有零或非零等待及具有零或非零等待存儲器的數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)/ /指令指令CacheCache。2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢47 ARM10 ARM10發(fā)布于發(fā)布于19991999年，具有高性能、低功年，具有高性能、低功耗的特點。它所采用的新的體系使其在所有耗的特點。它所采用的新的體系使其在所有ARMARM產(chǎn)品中具有最高的產(chǎn)品中具有最高的MIPS/MHzMIPS/MHz。它將。它將ARM9ARM9的的流水線擴(kuò)展到流水線擴(kuò)

34、展到6 6級，也支持可選的向量浮點級，也支持可選的向量浮點（Vector Float PointVector Float Point）單元，對）單元，對ARM10ARM10的流的流水線加入了第水線加入了第7 7段。段。VFPVFP明顯增強(qiáng)了浮點運算性明顯增強(qiáng)了浮點運算性能并與能并與IEEE 754.1985IEEE 754.1985浮點標(biāo)準(zhǔn)兼容。浮點標(biāo)準(zhǔn)兼容。1.4.4ARM10處理器系列處理器系列2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢48 ARM10E ARM10E系列處理器采用了新的節(jié)能模式，系列處理器采用了新的節(jié)能模式，提供了提供了6464位的位的Load/StoreLoad/Store體

35、系，支持包括向體系，支持包括向量操作的滿足量操作的滿足IEEE 754IEEE 754的浮點運算協(xié)處理器，的浮點運算協(xié)處理器，系統(tǒng)集成更加方便，擁有完整的硬件和軟件開系統(tǒng)集成更加方便，擁有完整的硬件和軟件開發(fā)工具。發(fā)工具。ARM10EARM10E系列包括系列包括ARM1020EARM1020E、ARM1022EARM1022E和和ARM1026EJ-SARM1026EJ-S三種類型。三種類型。1.4.5ARM10E處理器系列處理器系列2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢49 ARM1136J-S ARM1136J-S發(fā)布于發(fā)布于20032003年，是針對高性年，是針對高性能和高能效應(yīng)而設(shè)計的。

36、能和高能效應(yīng)而設(shè)計的。ARM1136J-SARM1136J-S是第一是第一個執(zhí)行個執(zhí)行ARMv6ARMv6架構(gòu)指令的處理器。它集成了一架構(gòu)指令的處理器。它集成了一條具有獨立的條具有獨立的Load/StroeLoad/Stroe和算術(shù)流水線的和算術(shù)流水線的8 8級級流水線。流水線。ARMv6ARMv6指令包含了針對媒體處理的單指令包含了針對媒體處理的單指令流多數(shù)據(jù)流擴(kuò)展，采用特殊的設(shè)計改善視指令流多數(shù)據(jù)流擴(kuò)展，采用特殊的設(shè)計改善視頻處理能力。頻處理能力。1.4.6ARM11處理器系列處理器系列2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢50 SecureCore SecureCore系列處理器提供了基于

37、高性系列處理器提供了基于高性能的能的3232位位RISCRISC技術(shù)的安全解決方案。技術(shù)的安全解決方案。SecureCoreSecureCore系列處理器除了具有體積小、功系列處理器除了具有體積小、功耗低、代碼密度高等特點外，還具有它自己特耗低、代碼密度高等特點外，還具有它自己特別優(yōu)勢，即提供了安全解決方案支持。別優(yōu)勢，即提供了安全解決方案支持。 1.4.7SecureCore處理器系列處理器系列2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢51 StrongARM StrongARM處理器最初是處理器最初是ARMARM公司與公司與Digital SemiconductorDigital Semicon

38、ductor公司合作開發(fā)的，現(xiàn)公司合作開發(fā)的，現(xiàn)在由在由IntelIntel公司單獨許可，在低功耗、高性能公司單獨許可，在低功耗、高性能的產(chǎn)品中應(yīng)用很廣泛。它采用哈佛架構(gòu)，具有的產(chǎn)品中應(yīng)用很廣泛。它采用哈佛架構(gòu)，具有獨立的數(shù)據(jù)和指令獨立的數(shù)據(jù)和指令CacheCache，有，有MMUMMU。StrongARMStrongARM是第一個包含是第一個包含5 5級流水線的高性能級流水線的高性能ARMARM處理器，處理器，但它不支持但它不支持ThumbThumb指令集。指令集。1.4.8StrongARM和和Xscale處理器系列處理器系列2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢52 Intel Intel

39、公司的公司的XscaleXscale是是StrongARMStrongARM的后續(xù)的后續(xù)產(chǎn)品，在性能上有顯著改善。它執(zhí)行產(chǎn)品，在性能上有顯著改善。它執(zhí)行v5TEv5TE架構(gòu)架構(gòu)指令，也采用哈佛結(jié)構(gòu)，類似于指令，也采用哈佛結(jié)構(gòu)，類似于StrongARMStrongARM也也包含一個包含一個MMUMMU。前面說過，。前面說過，XscaleXscale已經(jīng)被已經(jīng)被IntelIntel賣給了賣給了MarvellMarvell公司。公司。2013.01漢口學(xué)院 信科院廖凱賢53 為了適應(yīng)市場的需要，為了適應(yīng)市場的需要，ARMARM推出了一系列推出了一系列新的處理器：新的處理器：Cortex-M3Cortex-M3和和MPCoreMPCore。Cortex-Cortex-M3M3主要針對微控制器市場，而主要針對微控制器市場，而M