嵌入式系統(tǒng)設計原理及應用課件

嵌入式系統(tǒng)設計原理及應用

關英春

第1章緒論嵌入式系統(tǒng)設計原理及應用參考書目

1．ARMArchitectureReferenceManual(2ndEdition)DaveJagger,DavidSeal.Addison-WesleyPubCo.20002．嵌入式系統(tǒng)--IntelStrongARM結構與開發(fā)陳章龍涂時亮.北航出版社20023.EmbeddedEthernetandInternetcompleteCopyright2003byJanAxelson.PublishedbyLakeviewResearchLLC.5310ChinookLn.Madison,WI53704,USAAllrightsreserved.4.(中文版)嵌入式Ethernet和Internet通信設計技術駱麗張岳強歐小龍譯北京航空航天大學出版社1.1什么是嵌入式系統(tǒng)可編程計算機設備嵌入其他設備實現(xiàn)智能控制應用：實用設備打印機數(shù)碼相機早期：8位cpu，74系列芯片，一體化監(jiān)控、不需要操作系統(tǒng)平臺1.1什么是嵌入式系統(tǒng)目前16位、32位cpu，特殊功能處理器特殊功能集成芯片。提供系統(tǒng)設計方法、開發(fā)工具。典型嵌入式系統(tǒng)基本組成－硬件MPU微處理器電源模塊時鐘復位FlashRAMROMUSBLCDKeyboard外圍電路Other外設軟件組成1.2嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)本身是一個相對模糊的定義。一個手持的MP3和一個PC104的微型工業(yè)控制計算機都可以認為是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)已經有了近30年的發(fā)展歷史，它是硬件和軟件交替發(fā)展的雙螺旋式發(fā)展。最早的單片機是Intel公司的4044，它出現(xiàn)在1971年Motorola同時推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，這些早期的單片機均含有256字節(jié)的RAM、4K的ROM、4個8位并口、1個全雙工串行口、兩個16位定時器。之后在80年代初，Intel又進一步完善了8048，在它的基礎上研制成功了8051。1.2嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展1981年ReadySystem發(fā)展了世界上第1個商業(yè)嵌入式實時內核（VTRX32）包含了許多傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征，包括任務管理、任務間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內存管理等功能。隨后，出現(xiàn)了如IntegratedSystemIncorporation(ISI)的PSOS、IMG的VxWorks、QNX公司的QNX等，PalmOS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，uCOS、Nucleux，以及國內的Hopen、DeltaOS等嵌入式操作系統(tǒng)。今天RTOS已經在全球形成了1個產業(yè)，根據美國EMF（電子市場分析）報告，1999年全球RTOS市場產值達3.6億美元，而相關的整個嵌入式開發(fā)工具（包括仿真器、邏輯分析儀、軟件編譯器和調試器）則高達9億美元。1.炊3陣IE構EE削定義IE槐EE啄（國遺際電勤氣和剖電子掠工程或師協(xié)校會）晉的定慚義：嵌入姨式系鐵統(tǒng)是焦“用曬于控滑制、勒監(jiān)視氏或者插輔助勁操作機器武和設處備的絲式裝置盲”（產原文旋為d程ev犬ic劣es候u愚se治d刮toco陷nt安ro幟l,蘋m伯on平it賢or雀,喂or怪a磨ss偽is者t羽th妄e毛op搶er腔at微io緣瑞n綠ofeq倦ui個pm肌en劈燕t,搞m送ac堡hi亞ne繡ry良o狂r蹲pl讓an藏ts殃）。可以銅看出影此定塊義是忽從應域用上那考慮肆的，版嵌入憶式系統(tǒng)是捷軟件矛和硬衣件的稿綜合離體，彎還可勢以涵蘇蓋機勁電等拳附屬裝置鍋。一般多定義“以枕應用斥為中簡心、厚以計待算機躺技術為仆基礎荒、軟棄件硬煌件可賢裁剪墨、功能、尼可靠連性、奮成本冰、體抬積、見功耗礎嚴格要催求的熔專用蓮計算口機系突統(tǒng)。挺”嵌入立式系遍統(tǒng)定謝義要摸素專用弦計算荷機系價統(tǒng)(牧非P姐C智冤能電愉子設芝備)以應慚用為咱中心以計尿算機交技術侄為基狐礎軟件證硬件乖可裁吸剪適應烏應用袖系統(tǒng)度對功衫能、頓可靠頂性、蜻成本紋、體彎積、蒙功耗嚴舟格要填求知識逢集成園應用韻系統(tǒng)僑（C久SE栗A）技術叔密集乞資金腥密集高度彩分散債不可久壟斷面向青應用訂不斷殃創(chuàng)新1.唱4包嵌入鈴式系吃統(tǒng)的爺分類按表日現(xiàn)形稈式分晝：（蘋硬件健范疇溜）芯片淡級嵌芽入（怖含程先序或截算法插的處閉理器桶）模塊滴級嵌籌入（先系統(tǒng)層中的兔某個小核心饑模塊舍）系統(tǒng)很級嵌攜入按實顆時性掛要求貧分：附（軟躍件范閱疇）非實愁時系豈統(tǒng)（耕PD爭A）軟實豬時系大統(tǒng)（謎消費漏類產截品）硬實街時系西統(tǒng)（受導引都頭等踐工業(yè)貓和軍控工系穿統(tǒng)）1.凝5嵌及入式第系統(tǒng)徹的幾黨個重瓣要特枕征系統(tǒng)配內核聾小由于懂嵌入庫式系鄰統(tǒng)一盲般是揉應用吹于小陪型電吃子裝步置的孤，系賠統(tǒng)資遇源相江對有淘限，渾所以桂內核顏較之退傳統(tǒng)角的操仆作系陵統(tǒng)要過小得泰多。比如寒EN鏟EA只公司舟的O討SE險分布意式系匹統(tǒng)，成內核恭只有判5K害，而檢Wi矩nd董ow啟s的柱內核鞭則要朽大得斯多。嵌入黑式系普統(tǒng)的稼幾個獅重要大特征（1軋）專用拍性強嵌入依式系昌統(tǒng)的跳個性旺化很俯強，襲其中拼的軟洽件系詢統(tǒng)和右硬件朱的結遙合非勺常緊管密，與一般洞要針謀對硬袖件進做行系籠統(tǒng)的刷移植默。即使妥在同胞一品鬧牌、蛋同一狼系列攜的產裂品中掙也需獅要根習據系賞統(tǒng)硬薄件的昌變化孩和增針減不謹斷進隊行修傳改。同時凱針對稀不同擴的任直務，視往往滿需要銀對系績統(tǒng)進磨行較似大更坑改，白程序恨的編貸譯下嬌載要止和系語統(tǒng)相急結合洞，這供種修躺改和爐通用計軟件雖的“下升級判”是齡完全波不同兆的概勞念。嵌入宋式系茄統(tǒng)的胸幾個嚷重要胡特征（2問）系統(tǒng)膠精簡嵌入駐式系各統(tǒng)一次般沒砌有系同統(tǒng)軟惰件和衛(wèi)應用峽軟件腐的明粥顯區(qū)央分，伸不要際求其箏功能可設計謙及實集現(xiàn)上悟過于棋復雜言，這反樣一值方面炕利于鎖控制詢系統(tǒng)贈成本壘，同禮時也壟利于幼實現(xiàn)失系統(tǒng)拖安全湖。（3賽）高雜實時如性O伯S這歡是嵌項入式之軟件浪的基菌本要攝求，浙而且歡軟件鐵要求農固態(tài)圈存儲坦，以徹提高娛速度徒。軟肥件代厭碼要箭求高脂質量挑和高椒可靠輩性、活實時禿性。嵌入甲式系婦統(tǒng)的值幾個犬重要古特征（4俘）嵌入傲式軟準件開終發(fā)走然向標胖準化嵌入耐式系跪統(tǒng)的錄應用釘程序珍可以燈沒有號操作乳系統(tǒng)淡直接播在芯梁片上嗽運行貓。為了劫合理底地調念度多壤任務部、利姓用系掉統(tǒng)資南源、取系統(tǒng)忘函數(shù)城以及豎和專凳家?guī)焱缓瘮?shù)繁接口畝，用論戶必灶須自瓣行選宜配R豈TO拜S（糾Re飼al宴－T聽im撇e倆Op片er跑at替in亂gS厲ys吉te斷m）活開發(fā)百平臺法，這屆樣才州能保權證程蓬序執(zhí)允行的云實時錄性、妨可靠臂性，愛并減煤少開細發(fā)時踏間，爽保障陵軟件園質量埋。嵌入帶式系唉統(tǒng)的鹽幾個庫重要晴特征（5）嵌入遙式系型統(tǒng)開虎發(fā)需站要開謠發(fā)工引具和貍環(huán)境由于型其本哈身不子具備護自主稠開發(fā)副能力義，即冊使設奪計完錫成以艙后，蜜用戶懸通常耀也是媽不能火對其炮中的穴程序皮功能約進行陜修改璃，必仆須有貢一套卻開發(fā)霸工具徹和環(huán)釋境才憂能進輕行開慌發(fā)。這些萍工具忠和環(huán)星境一若般是拜基于喘通用疲計算貧機上偽的軟霜硬件消設備檔以及裹各種夜邏輯害分析嚇儀、小混合玩信號脅示波敏器等尤。開發(fā)猛時往營往有抱主機孫和目塌標機保的概腸念，羞主機鳴用于嶺程序忘的開值發(fā)，防目標衛(wèi)機作地為最貪后的踐執(zhí)行也機，愧開發(fā)羽時需復要交茫替結諸合進摔行。1.瀉6嵌桃入式登系統(tǒng)津的分謙類。嵌入舊式處塔理器填系統(tǒng)嵌入尿式處底理器各種潮類型取存儲鴿器模擬咬電路仁及電胞源接口僻控制早器及單接插熄件嵌入余式軟沉件系簡統(tǒng)實時堵操作壺系統(tǒng)箭（R同TO界S）板級雄支持捷包（狠BS柿P）設備盆驅動夠（D勤ev掀ic前e市Dr賤iv仔er葛）協(xié)議塞棧（慰Pr賣ot攜oc捉ol錦S鹿ta蓮ck濃）應用像程序喝（A葡pp骨li姓ca柄ti揭on荷）1.輪7嵌尿入式價微處脖理器態(tài)的相昌關基偏本知誤識馮·倦諾依印曼體綢系結跌構和敢哈佛邪體系換結構CI絕SC寶與R檢IC很S影響歡CP戶U性多能的歡因素存儲歡器系膚統(tǒng)硬件逼基礎馮·中諾依志曼體凡系結光構模蝕型存儲蘿器程序指令甲0指令拋1指令越2指令混3指令欄4數(shù)據數(shù)據堵0數(shù)據帝1數(shù)據刑2數(shù)據出通道輸入余輸出中央在處理脾器指令鋸寄存晉器控制沙器指令旅的執(zhí)毛行周遣期T1）末取指僚令（澤In勒st診ru浴ct笨io岡n急Fe襯tc柜h)攀：T怕F2）勸指令列譯碼蔥（I府ns閉tr僚uc大ti知on糖D雀ec舅od偉e）衛(wèi)：T失D3）重執(zhí)行菌指令鋤（I遭ns倍tr缸uc治ti屑on鑄E寶xe伍cu錦te基）：善TE4）概存儲柄（S劈燕to辭ra柱ge潔）：銳TS每條浪指令渠的執(zhí)菌行周伙期：牙T=蛋T撲F+猛TD辭+T卷E+業(yè)TS馮·吧諾依味曼體糊系的表特點1）騾數(shù)據雄與指塞令都核存儲壞在存答儲器煎中2）仰被大和多數(shù)桃計算勿機所惹采用3）測AR然M7南—卷—馮司諾依俘曼體戶系哈佛鋒體系女結構破的特色點1）得程序開存儲疊器與刪數(shù)據幕存儲神器分移開2）緩提供宣了較簽大的治數(shù)存嚷儲器緩帶寬3）堵適合侄于數(shù)速字信故號處屯理4）斗大多然數(shù)D抽SP身都是院哈佛姥結構5）浙AR融M9扇是哈那佛結顫構1.蹤蝶8訊指桶令集垂CI誼SC抹和R極IS饒CCI熱SC咬：復煩雜指犬令集紗（C鍋om孔pl佛ex以I勺ns享tr震uc賄ti顫on跪S繩et旅C懂om渠pu裁te層r）具有雄大量楚的指雞令和弦尋址寶方式大多衣數(shù)程伍序只竭使用請少量含的指簡令就兇能夠祥運行隆。RI結SC膊：精羽簡指奴令集沃（R屠ed嶼uc筍ed柴I鼓ns好tr仁uc濃ti季on油S見et蛾C訓om欠pu肌te討r8/褲2原敲則：揀80姿%的慘程序前只使凳用2嘆0%神的指濟令在通認道中嘉只包饅含最脊有用疤的指尖令確保泳數(shù)據姐通道掉快速言執(zhí)行商每一始條指亦令使C樹PU樓硬件看結構狂設計嚼變得皺更為她簡單1.擁9浮指令達執(zhí)行謹影響別CP療U性震能的朱因素搶：流歇水線庫、超報標量波和緩聽存RI臉SC增流水詳線技壩術：液幾個送指令喜可以戒并行五執(zhí)行提高哨了C替PU局的運中行效電率內部幅信息葬流要啟求通畝暢流新動Ad故d衛(wèi)取指軋譯碼慕執(zhí)煩行a每ddSu瓶b庸取指藥譯燃碼沾執(zhí)行嫩su飛bCm喇p漫取劉指子譯輝碼脊執(zhí)桿行c幕mp時間高速燙緩存仍（C勞AC籮HE卻）1、懇為什束么采墳用高純速緩廚存微處復理器化的時情鐘頻確率比僅內存叉速度屯提高及快得遣多，青高速戰(zhàn)緩存位可以緒提高黑內存態(tài)的平扶均性貫能。2、源高速制緩存腐的工銜作原肚理高速灣緩存茂是一殺種小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