嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述

嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計98.02.19/10/11嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第1頁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(yīng)用處理器結(jié)構(gòu)和使用方法實作PXA270結(jié)構(gòu)與特征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/10/12嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第2頁嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計－

第一章嵌入式系統(tǒng)概述98.02.19/10/13嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第3頁第一章課程大綱嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特征嵌入式系統(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/10/14嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第4頁序言「碩大便是美」恰好與IA(InformationAppliance)求「小而美、小而省」是背道而馳。半導(dǎo)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)，含有量身訂做之特征，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)設(shè)計。多產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)：節(jié)省人力成本配合嵌入式系統(tǒng)多功效化求新、求變/10/15嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第5頁計算機(jī)科學(xué)(ComputerScience)ComputerScience電腦科學(xué)是一門包含各種各樣與計算和資訊處理相關(guān)主題系統(tǒng)學(xué)科，從抽象演算法分析、形式化語法等等，到更具體主題如程式設(shè)計語言、程式設(shè)計、軟體和硬體等。作為一門學(xué)科，它與數(shù)學(xué)、電腦程式設(shè)計、軟體工程和電腦工程有顯著不一樣，卻通常被混同，儘管這些學(xué)科之間存在不一樣程度交叉和覆蓋。中國算盤(abacus)，遠(yuǎn)古就應(yīng)用在計算上。資訊理論資訊理論/10/16嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第6頁計算機(jī)科學(xué)(ComputerScience)Computerscience,orcomputingscienceItisthestudyofthetheoreticalfoundationsofinformationandcomputationandtheirimplementationandapplicationincomputersystems.Computation:Itisageneraltermforanytypeofinformationprocessingthatcanberepresentedmathematically.Computationisaprocessfollowingawell-definedmodelthatisunderstoodandcanbeexpressedinanalgorithm,protocol,networktopology,etc./10/17嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第7頁計算機(jī)科學(xué)(ComputerScience)Information:Generallyspeaking,theconceptofinformationiscloselyrelatedtonotionsofconstraint,communication,control,data,form,instruction,knowledge,meaning,mentalstimulus,pattern,perception,andrepresentation.Informationisthewritingofknowldgeofanysubject.Informationisthestateofasystemofinterest.Messageistheinformationmaterialized.TheASCIIcodesfortheword"Wikipedia"representedinbinary,thenumeralsystemmostcommonlyusedforencodingcomputerinformation./10/18嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第8頁InformationprocessingmaymorespecificallybedefinedintermsbyClaudeE.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)./10/19嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第9頁計算機(jī)科學(xué)(ComputerScience)計算機(jī)科學(xué)研究課題：電腦程式能做什麼和不能做什麼（可計算性）怎樣使程式更高效執(zhí)行特定任務(wù)（演算法和複雜性理論）程式怎樣存取不一樣類型資料（資料結(jié)構(gòu)和資料庫）程式怎樣顯得更含有智慧（人工智慧）；

人類怎樣與程式溝通（人機(jī)互動和人機(jī)界面）/10/110嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第10頁計算機(jī)科學(xué)(ComputerScience)電腦(計算機(jī))科學(xué)大部分研究是基於“杜林機(jī)”(TuringMachine)和“馮·范紐曼電腦”(JohnvonNeumann)，它們是絕大多數(shù)實際機(jī)器計算模型。西元1937年，亞蘭杜林（AlanTuring）提出了TuringMachine概念。TuringMachineTuringmachinesareextremelybasicabstractsymbol-manipulatingdeviceswhich,despitetheirsimplicity,canbeadaptedtosimulatethelogicofanycomputerthatcouldpossiblybeconstructed.Thoughtheywereintendedtobetechnicallyfeasible,Turingmachineswerenotmeanttobeapracticalcomputingtechnology,butathoughtexperimentaboutthelimitsofmechanicalcomputation;thustheywerenotactuallyconstructed.Studyingtheirabstractpropertiesyieldsmanyinsightsintocomputerscienceandcomplexitytheory./10/111嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第11頁計算機(jī)科學(xué)(ComputerScience)TuringMachine艾倫?杜林“通用電腦器”(“universalcomputingmachine”)是由他(1936-1937)為他多用途單機(jī)器（電腦器）模型命名，這模型能夠“運行”任何任意（但well-formed）指令序列（稱為

"quintuples"）。這模型被一些人比如Davis()認(rèn)為是“存儲程式電腦”原點。每臺圖靈機(jī)從它字母表得到字串計算一確定固定偏可計算函數(shù)。從外觀上它行為就像一臺使用固定程式電腦。儘管如此，我們能夠把任何杜林機(jī)動作表格編碼到一條字串。/10/112嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第12頁計算機(jī)科學(xué)(ComputerScience)VonNeumannorStoredprogramComputer最早電腦器僅內(nèi)涵固定用途程式，通常是為了簡化或教育目標(biāo)。比如一個計算器僅有固定數(shù)學(xué)計算程式，它不能拿來當(dāng)作文書處理軟體，更不能拿來玩遊戲。若想要改變此機(jī)器程式，則必須更改線路、更改結(jié)構(gòu)甚至重新設(shè)計此機(jī)器。范紐曼結(jié)構(gòu)型電腦，則是以儲存程式型電腦概念改變了這一切。藉由創(chuàng)造一組指令集結(jié)構(gòu)，並將所謂運算轉(zhuǎn)化成一串程式指令執(zhí)行細(xì)節(jié)，讓此機(jī)器更有彈性。借著將指令當(dāng)成一種特別型態(tài)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。/10/113嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第13頁計算機(jī)通用架構(gòu)西元1945年「范紐曼模式」（vonNeumannModel）最主要精神在於「儲存程式」（storedprogram）概念/10/114嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第14頁uProcessor架構(gòu)－Intel80386為例Blockdiagramofthei386/10/115嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第15頁計算機(jī)科學(xué)(ComputerScience)計算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)從功效上看，現(xiàn)代電腦系統(tǒng)可分為五個層次級別，每一層都能進(jìn)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)，是電腦系統(tǒng)最底層硬體系統(tǒng)。由機(jī)器硬體直接執(zhí)行微指令。只有採用微程式設(shè)計電腦系統(tǒng)，才有這一級。假如某一個應(yīng)用程式直接用微指令來編寫，那麼可在這一級上運行應(yīng)用程式。普通機(jī)器級

也稱為機(jī)器語言級，它由微程式解釋機(jī)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)之間紐帶。硬體系統(tǒng)操作由此級控制，軟體系統(tǒng)各種程式，必須轉(zhuǎn)換成此級形式才能執(zhí)行。/10/116嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第16頁計算機(jī)科學(xué)(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(jī)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，它支撐著其它系統(tǒng)軟體和應(yīng)用軟體，使電腦能夠自動運行，發(fā)揮高效率特征。

組合語言級

給程式人員提供一種符號形式語言，以減少程式編寫複雜性。這一級由組合語言程式支持和執(zhí)行。假如應(yīng)用程式採用組合語言編寫，則機(jī)器必須要有這一級功效；假如應(yīng)用程式不採用組合語言編寫，則這一級能夠不要。

高階語言級

導(dǎo)向用戶，為方便用戶編寫應(yīng)用程式而設(shè)置。這一級由各種高階語言編譯程序支持和執(zhí)行。/10/117嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第17頁計算機(jī)科學(xué)(ComputerScience)電腦系統(tǒng)各層次之間關(guān)係十分緊密，上層是下層擴(kuò)展，下層是上層基礎(chǔ)除第一級外，其它各級都得到它下面級支持，同時也受到運行在下面各級上程式支援。第一級到第三級編寫程式採用語言，基本是二進(jìn)位數(shù)字字化語言，機(jī)器執(zhí)行和解釋輕易。第四、五兩級編寫程式所採用語言是符號語言，用英文字母和符號來表示程式，因而便於大多數(shù)不瞭解硬體人們使用電腦。/10/118嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第18頁計算機(jī)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(yīng)用程序Ring6：應(yīng)用系統(tǒng)羅及模型/10/119嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第19頁計算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)/10/120嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第20頁計算機(jī)科學(xué)(ComputerScience)ComputerScience與資訊工程(InformationEngineering)西元1962年，史丹佛大學(xué)和普渡大學(xué)成立了全球最早計算機(jī)科學(xué)系（computersciencedepartments）臺灣最早計算機(jī)科學(xué)系：交通大學(xué)計算機(jī)與控制工程系(1970)臺灣最早命名為資訊工程系則是臺灣大學(xué)(1977)交大計工系也於1988年更名為資訊工程系現(xiàn)在幾乎全球各主流大學(xué)，都設(shè)立了計算機(jī)科學(xué)相關(guān)科系，足以顯示計算機(jī)一日千里進(jìn)展/10/121嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第21頁摩爾定律是由英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（GordonMoore）提出來。其內(nèi)容為：積體電路上可容納電晶體數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，而價格下降二分之一；或者說，每一美元所能買到電腦性能，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(jìn)步速度。計算機(jī)科學(xué)(ComputerScience)/10/122嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第22頁第一章課程大綱嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特征嵌入式系統(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/10/123嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第23頁嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特征何謂嵌入式系統(tǒng)？何謂系統(tǒng)：根據(jù)一個固定之計畫、一個程式或一系列規(guī)則，處理執(zhí)行一個或多個工作之方法，系統(tǒng)也能夠是根據(jù)計畫或程式來整合全部硬體協(xié)同工作。比如：手錶、洗衣機(jī)、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)成一個元件，處理一些不需由人們來操作且特定之一些功效。大多是以電腦為基礎(chǔ)之系統(tǒng)(Computer-Based)應(yīng)用程式或產(chǎn)品。內(nèi)含軟體(OS、AP)於ROM之中單一微電腦機(jī)板，執(zhí)行特種功效。融合驗?zāi)X軟/硬體技術(shù)、通訊技術(shù)與半導(dǎo)體微電子技術(shù)，是資訊技術(shù)IT(InformationTechnology)之最終產(chǎn)品。/10/124嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第24頁嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特征何謂嵌入式系統(tǒng)？從應(yīng)用之層面，根據(jù)IEEE定義：嵌入式系統(tǒng)是「控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)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(yīng)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(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功效、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求之專用電腦系統(tǒng)」。當(dāng)今稱嵌入式系統(tǒng)是針對含有作業(yè)系統(tǒng)之嵌入式系統(tǒng)/10/125嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第25頁嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特征配合特定應(yīng)用之特殊設(shè)計用戶導(dǎo)向、產(chǎn)品導(dǎo)向、應(yīng)用導(dǎo)向，與應(yīng)用緊密結(jié)合。高效率、穩(wěn)定之系統(tǒng)先進(jìn)之電腦、半導(dǎo)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)品同時升級、更新。不易被竊取和高安全性嵌入式系統(tǒng)本身不含有自主開發(fā)之能力，普通使用者無法對其中功效進(jìn)行修改，必須有一套開發(fā)工具與環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)，如硬體模擬之ICE或軟體模擬之ADS(ARM?DeveloperSuite?)、RealViewDeveloperSuite等。輕易操作微型化/10/126嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第26頁嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)早期應(yīng)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：處理器關(guān)鍵記憶體輸入與輸出嵌入式作業(yè)系統(tǒng)與應(yīng)用軟體(與普通性之PC有極大之區(qū)別)結(jié)合特定功效之應(yīng)用嵌入式作業(yè)系統(tǒng)存入FLASH或EEPROMBootloaderVs.BIOS/10/127嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第27頁第一章課程大綱嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特征嵌入式系統(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/10/128嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第28頁嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)主要名詞解釋uprocessorSOCICEMIPSPIPELINE結(jié)構(gòu)作業(yè)系統(tǒng)指令主頻MMC/10/129嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第29頁嵌入式系統(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”方式，把所需要之功效嵌入至各種應(yīng)用系統(tǒng)中，隨應(yīng)用形式之不一樣，區(qū)分：IP（IntellectualProperty）級--系統(tǒng)級晶片SOC（SystomonChip）形式晶片級-當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)最常見形式模組級-常出現(xiàn)在工業(yè)控制和儀器儀表中/10/130嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第30頁嵌入式系統(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)各種通用處理器關(guān)鍵將成為SoC設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)庫，成為VLSI設(shè)計中一種標(biāo)準(zhǔn)器件，能夠用標(biāo)準(zhǔn)VHDL等語言描述，並儲存在元件庫中。除個別無法集成元件以外，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(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔，對於減小體積和功率消耗、提升可靠性非常有利。SOC能夠分為通用和專用兩類：專用SOC通慣用於某類系統(tǒng)中，而不為普通用戶所知。通用型SOC如：ARM系列晶片元件。/10/131嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第31頁嵌入式系統(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)核為關(guān)鍵，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等各種必要功效和週邊設(shè)備。為適應(yīng)不一樣應(yīng)用需求，一個單晶片系列含有許多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品處理器內(nèi)關(guān)鍵都是一樣，不一樣是記憶體和週邊設(shè)備配置與封裝。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、可靠性提升。是當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)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，所以稱之為微控制器。市佔率約70％嵌入式市場。/10/132嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第32頁嵌入式系統(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(jìn)行了特殊設(shè)計，使其適合於執(zhí)行DSP演算法，提升編譯效率和指令執(zhí)行速度。DSP應(yīng)用正從以普通指令實現(xiàn)DSP功效通用單晶片中，過渡到採用嵌入式DSP處理器。/10/133嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第33頁嵌入式系統(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)就是通用電腦中中央處理器(CPU)裝配在專門設(shè)計電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用相關(guān)母板功效在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面普通都做了各種加強(qiáng)。含有體積小、重量輕、成本低、可靠性高優(yōu)點在電路板上必須包含ROM、RAM、匯流排界面、和各種週邊設(shè)備，因而降低了系統(tǒng)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。/10/134嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第34頁嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)ARM簡介「AdvanceRISCMachine,ARM」是一個企業(yè)名，已可說是微處理器之通稱，比如：SONYARM企業(yè)是專門RISC技術(shù)晶片設(shè)計開發(fā)企業(yè)，作為之是產(chǎn)權(quán)供應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)控制無線通訊網(wǎng)路應(yīng)用消費類電子影像與安全類產(chǎn)品/10/135嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第35頁嵌入式系統(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/10/136嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第36頁嵌入式系統(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、ARM10EIntelStrongARM、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(jìn)處理效能。體系擴(kuò)展

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

由於整合了類似於ICECPU內(nèi)核調(diào)校技術(shù)，所以原型設(shè)計和系統(tǒng)晶片調(diào)校得到了極大簡化。微處理器/10/137嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第37頁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編碼程式亦可對應(yīng)至ARM編碼程式。期付程式亦可相互呼叫運用。/10/138嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第38頁嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)ARM7微處理器含有嵌入式ICE-RT邏輯，除錯開發(fā)方便極低功耗，適合對功耗要求嚴(yán)格應(yīng)用，如攜帶型產(chǎn)品；能夠提供0.9MIPS/MHz三級流水線結(jié)構(gòu)；程式密度高並相容16位元Thumb指令集；對作業(yè)系統(tǒng)支援廣泛，包含WindowsCE、Linux、PalmOS等；指令系統(tǒng)與ARM9、ARM9E和ARM10E系列相容，便於使用者產(chǎn)品升級換代；主頻最高可達(dá)130MIPS，高速運算處理能力能勝任絕大多數(shù)複雜應(yīng)用。/10/139嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第39頁嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)ARM7系列微處理器主要應(yīng)用領(lǐng)域為：工業(yè)控制、Internet設(shè)備、網(wǎng)路和數(shù)據(jù)機(jī)設(shè)備、行動電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。ARM7系列微處理器包含以下幾種類型關(guān)鍵：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是當(dāng)前使用最廣泛32位元嵌入式RISC處理器，屬低端ARM處理器關(guān)鍵。TDMI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不含有MMU功效。/10/140嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第40頁嵌入式系統(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征方面提供最正確性能。含有以下特點：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，含有更高指令和資料處理能力。ARM9系列微處理器主要應(yīng)用於無線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端印表機(jī)、數(shù)位攝影機(jī)和數(shù)位攝像機(jī)等。它包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型。/10/141嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第41頁嵌入式系統(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，使用單一處理器關(guān)鍵提供了微控制器、DSP、Java應(yīng)用系統(tǒng)解決方案，極大地減少了晶片面積和系統(tǒng)複雜程度。ARM9E系列微處理器提供了增強(qiáng)DSP處理能力，很適合於那些需要同時使用DSP和微控制器應(yīng)用場合。ARM9E系列微處理器主要特點以下：支援DSP指令集，適合於需要高速數(shù)位信號處理場合；

5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；/10/142嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第42頁嵌入式系統(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，含有更高指令和資料處理能力；主頻最高可達(dá)300MIPS。ARM9E系列微處理器主要應(yīng)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。/10/143嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第43頁嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)ARM10E系列微處理器含有高性能、低功耗特點，由於採用了新體系結(jié)構(gòu)，與同等ARM9元件相比較，在同樣時鐘頻率下，性能提升了近50％，同時，ARM10E系列微處理器採用了兩種先進(jìn)節(jié)能方式，使其功耗極低。ARM10E系列微處理器主要特點以下：支援DSP指令集，適合於需要高速數(shù)位信號處理場合；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)位信號處理場合；6級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；/10/144嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第44頁嵌入式系統(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，含有更高指令和資料處理能力；主頻最高可達(dá)400MIPS；內(nèi)嵌並行讀/寫操作元件。ARM10E系列微處理器主要應(yīng)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。/10/145嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第45頁嵌入式系統(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32位元RISC技術(shù)安全解決方案，所以它除了含有ARM體系結(jié)構(gòu)低功耗、高性能特點外，還含有其獨特優(yōu)勢，即提供了對安全解決方案支援。SecurCore系列微處理器在系統(tǒng)安全方面含有以下特點：帶有靈活保護(hù)單元，以確保作業(yè)系統(tǒng)和應(yīng)用資料安全；採用軟關(guān)鍵技術(shù)，預(yù)防外部對其進(jìn)行掃描探測；可集成使用者自己安全特征和其它輔助運算器。/10/146嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第46頁嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)體系架構(gòu)SecurCore系列微處理器主要應(yīng)用於一些對安全性要求較高應(yīng)用產(chǎn)品及應(yīng)用系統(tǒng)，如電子商務(wù)、電子政府服務(wù)、電子銀行業(yè)務(wù)、網(wǎng)路和認(rèn)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(yīng)用於一些對安全性要求較高應(yīng)用產(chǎn)品及應(yīng)用系統(tǒng)，如電子商務(wù)、電子政府服務(wù)、電子銀行業(yè)務(wù)、網(wǎng)路和認(rèn)證系統(tǒng)等領(lǐng)域。/10/147嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第47頁嵌入式系統(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32位元RISC微處理器。融合了Intel企業(yè)設(shè)計和處理技術(shù)以及ARM體系結(jié)構(gòu)電源效率，採用在軟體上相容ARMv4體系結(jié)構(gòu)、同時採用含有Intel技術(shù)優(yōu)點體系結(jié)構(gòu)。IntelStrongARM處理器是攜帶型通訊產(chǎn)品和消費型電子產(chǎn)品理想選擇，已成功應(yīng)用於多家企業(yè)掌上型PDA系列產(chǎn)品。/10/148嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第48頁嵌入式系統(tǒng)概述由於ARM微處理器有多達(dá)十幾種關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，幾十個晶片生產(chǎn)廠家，以及千變?nèi)f化內(nèi)部功效配置組合，所以以介紹ARM微處理器為主，但ARM系列關(guān)鍵之功效亦有不一樣，其較大差異說明如后：作業(yè)系統(tǒng)：WinCE或標(biāo)準(zhǔn)Linux作業(yè)系統(tǒng)，就需要選擇ARM720T以上帶有MMU（MemoryManagementUnit）功效ARM晶片，ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都帶有MMU功效。ARM7TDMI

則沒有MMU，不支援WindowsCE和標(biāo)準(zhǔn)Linux，但當(dāng)前有uCLinux以及uC/OS-II

等不需要MMU支援作業(yè)系統(tǒng)可執(zhí)行於ARM7TDMI硬體平臺之上。本課程教學(xué)實驗系統(tǒng)使用PXA270為一款含有MMUARM微處理器，可在其上執(zhí)行Linux、WindowsCE和uC/OS-II等作業(yè)系統(tǒng)。/10/149嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第49頁嵌入式系統(tǒng)概述系統(tǒng)工作頻率：系統(tǒng)工作頻率在很大程度上決定了ARM微處理器處理能力。ARM7系列微處理器經(jīng)典處理速度為0.9MIPS/MHz，常見ARM7晶片系統(tǒng)主時鐘20MHz-133MHz。ARM9系列微處理器經(jīng)典處理速度為1.1MIPS/MHz，常見ARM9系統(tǒng)主時鐘頻率為100MHz-233MHz；ARM10

最高能夠達(dá)到700MHz。不同晶片對時鐘處理不同，有晶片只需要一個主時鐘頻率，有晶片內(nèi)部時鐘控制器能夠分別為ARM關(guān)鍵和USB、UART、DSP、音頻等功效元件提供不同頻率時鐘。/10/150嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第50頁嵌入式系統(tǒng)概述晶片內(nèi)記憶體容量：大多數(shù)ARM微處理器片內(nèi)記憶體容量都不大，需要使用者在設(shè)計系統(tǒng)時外擴(kuò)記憶體，但也有部分晶片含有相對較大晶片內(nèi)儲存空間，如ATMELAT91F40162就含有高達(dá)2MB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)設(shè)計。晶片內(nèi)週邊電路選擇：除ARM微處理器關(guān)鍵以外，幾乎全部ARM晶片均根據(jù)各自不同應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)充了相關(guān)功效模組，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(yīng)分析系統(tǒng)需求，盡可能採用晶片內(nèi)週邊電路完成所需功效，以簡化系統(tǒng)設(shè)計，提升系統(tǒng)可靠性。/10/151嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第51頁第一章課程大綱嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特征嵌入式系統(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/10/152嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第52頁嵌入式系統(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(yīng)用軟體開發(fā)需要強(qiáng)大開發(fā)工具和作業(yè)系統(tǒng)支援網(wǎng)路成為必定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多媒體人機(jī)界面/10/153嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第53頁第一章課程大綱嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)特征嵌入式系統(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/10/154嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第54頁嵌入式系統(tǒng)軟體嵌入式作業(yè)系統(tǒng)限於儲存空間等原因，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)核關(guān)鍵、減少動態(tài)連結(jié)庫、減少應(yīng)用程式等，以達(dá)到減少各種程式碼佔用記憶體空間之目標(biāo)。嵌入式系統(tǒng)需要增強(qiáng)即時性之特殊功效，這可透過修改流程調(diào)度演算法和使用雙關(guān)鍵系統(tǒng)達(dá)成。嵌入式系統(tǒng)含有主機(jī)模擬環(huán)境(跨平臺)來進(jìn)行發(fā)展之優(yōu)勢。模擬MSWindowsCygwin或VMWare等嵌入式作業(yè)系統(tǒng)最慣用之作業(yè)系統(tǒng)嵌入式LinuxuclinuxFedoraWinCE/10/155嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第55頁嵌入式系統(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/10/156嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第56頁嵌入式系統(tǒng)軟體軟體系統(tǒng)能夠進(jìn)一步劃分為系統(tǒng)軟體、支撐軟體和應(yīng)用軟體三個層次。系統(tǒng)軟體是電腦系統(tǒng)中基礎(chǔ)軟體系統(tǒng)，它包含作業(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)最下層，緊接著底層硬體.支撐軟體包含網(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)路通信功效。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處理。硬體介面程式提供與各種電腦外部設(shè)備連接支援。實用軟體工具則提供了多種系統(tǒng)維護(hù)和操作伎倆，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、便捷環(huán)境。/10/157嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第57頁嵌入式系統(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Linux/10/158嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第58頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linux作業(yè)系統(tǒng)Linux系統(tǒng)分成三個主要部份：關(guān)鍵Shell工具程式(檔案結(jié)構(gòu)、實用工具)為何稱它為Shell呢?Shell本意是"殼"意思呢!沒錯，在關(guān)鍵外面，包覆著一層外殼，用來負(fù)責(zé)接收使用者輸入指令，然後將指令解譯成關(guān)鍵能夠了解方式，傳給關(guān)鍵去執(zhí)行，再將結(jié)果傳回至預(yù)設(shè)輸出周邊。/10/159嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第59頁嵌入式系統(tǒng)軟體嵌入式Linux嵌入式Linux系統(tǒng)包含：內(nèi)核關(guān)鍵和應(yīng)用程式二部分。內(nèi)核關(guān)鍵為應(yīng)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(jìn)行分配。應(yīng)用程式負(fù)責(zé)系統(tǒng)之部分初始化、基本之人機(jī)介面、必要之指令等內(nèi)容。/10/160嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第60頁嵌入式系統(tǒng)軟體關(guān)鍵在電腦科學(xué)中，關(guān)鍵是作業(yè)系統(tǒng)最基本部分。它是為眾多應(yīng)用程式提供對電腦硬體安全訪問一部分軟體，這種訪問是有限，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；所以關(guān)鍵通常提供一種硬體抽象方法，來完成這些操作。硬體抽象隱藏了複雜部分，為應(yīng)用軟體和硬體提供了一套簡潔，統(tǒng)一介面，使程式設(shè)計更為簡單。/10/161嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第61頁嵌入式系統(tǒng)軟體關(guān)鍵關(guān)鍵可分為四大類：單內(nèi)核：它為潛在硬體，提供了大量完善硬體抽象操作。如：Linux關(guān)鍵、UNIX、Windows9x。微內(nèi)核：只提供了很小一部分硬體抽象，大部分功效由一種特殊用戶態(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)，只不過它元件更多在內(nèi)核態(tài)(supervisormode)中運行，以獲得更加快執(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，不過允許為內(nèi)核增加額外函式庫(library)，通過這些函式庫應(yīng)用程式能夠直接地或者靠近直接地對硬體進(jìn)行操作。Linux/10/1嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第62頁嵌入式系統(tǒng)軟體四大類關(guān)鍵示意圖：單內(nèi)核微內(nèi)核混合內(nèi)核單內(nèi)核結(jié)構(gòu)例子：傳統(tǒng)UNIX內(nèi)核，比如伯克利大學(xué)發(fā)行版本Linux內(nèi)核MS-DOS,Windows9x(Windows95,98,Me)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)例子：AIXBeOSL4微內(nèi)核系列Mach,用於GNUHurd和MacOSXMinix/10/163嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第63頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linux關(guān)鍵關(guān)鍵是系統(tǒng)心臟，是執(zhí)行程式和管理像磁片和印表機(jī)等硬體設(shè)備關(guān)鍵程式。它從使用者那裏接收指令並把指令送給關(guān)鍵去執(zhí)行?！戈P(guān)鍵(kernel)」指是一個提供硬體抽象層、磁片及檔案系統(tǒng)控制、多工等功效系統(tǒng)軟體。一個關(guān)鍵不是一套完整作業(yè)系統(tǒng)。一套基於Linux關(guān)鍵完整作業(yè)系統(tǒng)叫作Linux作業(yè)系統(tǒng)，或是GNU/Linux。Linux關(guān)鍵是由芬蘭之網(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，是當(dāng)前自由軟體中最卓越之軟體程式。Linux：：：/10/164嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第64頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linux關(guān)鍵

Linux關(guān)鍵功效大致分成以下幾個部分：進(jìn)程(process)管理：進(jìn)程管理功效負(fù)責(zé)建立和撤銷進(jìn)程以及處理他們和外部世界連接。不同進(jìn)程之間通信是整個系統(tǒng)基本功效，所以也由關(guān)鍵處理。除此之外，控制進(jìn)程怎樣共用CPU資源調(diào)度程式也是進(jìn)程管理一部分。概括說，關(guān)鍵進(jìn)程管理活動就是在單個或多個CPU上實現(xiàn)多進(jìn)程抽象。記憶體管理：記憶體是電腦主要資源之一，用來管理記憶體策略是決定系統(tǒng)性能一個關(guān)鍵原因。關(guān)鍵在有限可用資源上為每個進(jìn)程都建立了一個虛擬定址空間。關(guān)鍵不同部分在和記憶體管理子系統(tǒng)交互時使用一套相同系統(tǒng)呼叫，包含從簡單malloc/free到其它一些不慣用系統(tǒng)呼叫。Linux：：：/10/165嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第65頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linux關(guān)鍵檔案系統(tǒng)：Linux在很大程度上依賴於檔案系統(tǒng)概念，Linux中每個物件幾乎都是能夠被視為檔案。關(guān)鍵在沒有結(jié)構(gòu)硬體上構(gòu)造結(jié)構(gòu)化檔案系統(tǒng)。所構(gòu)造檔案系統(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，記憶體以及其它很有限幾個實體外，全部設(shè)備控制操作都由與被控制設(shè)備相關(guān)程式完成。這段程式叫做設(shè)備驅(qū)動程式，關(guān)鍵必須為系統(tǒng)中每件外部設(shè)備嵌入相應(yīng)驅(qū)動程式。Linux/10/166嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第66頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linux關(guān)鍵網(wǎng)路功效：網(wǎng)路功效也必須有作業(yè)系統(tǒng)來管理，因為大部分網(wǎng)路操作都和具體進(jìn)程無關(guān)。在每個進(jìn)程處理這些資料之前，資料報必須已經(jīng)被搜集、標(biāo)識、和分發(fā)。系統(tǒng)負(fù)責(zé)在應(yīng)用程式和網(wǎng)路之間傳遞資料。另外，全部路由和位址解析問題都由關(guān)鍵處理。/10/167嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第67頁嵌入式系統(tǒng)軟體嵌入式Linux內(nèi)核關(guān)鍵嵌入式Linux內(nèi)核關(guān)鍵能夠分為六部分：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，以下圖：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/10/168嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第68頁嵌入式系統(tǒng)軟體嵌入式Linux內(nèi)核關(guān)鍵程序管理：控制CPU之資源分配，Linux值型基於優(yōu)先順序搶占式多工。即時處理需求多，所以需要改變程序調(diào)度來執(zhí)行及時程序程序調(diào)度普通是透過時鐘中斷執(zhí)行，所以與硬體有關(guān)。程序調(diào)度程式碼普通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(hù)、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(jī)制。與記憶體硬體無關(guān)：記憶體分配與記憶體映射(memorymapping)/10/169嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第69頁嵌入式系統(tǒng)軟體嵌入式Linux內(nèi)核關(guān)鍵檔案系統(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(jìn)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：全部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(hù)船，則是經(jīng)由程序通信機(jī)制。Pipe、Signal、網(wǎng)路通信等/10/170嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第70頁嵌入式系統(tǒng)軟體嵌入式Linux內(nèi)核關(guān)鍵網(wǎng)路支援多種網(wǎng)路協(xié)定：IP、IPv6、Bluetooth等關(guān)鍵網(wǎng)旅程式碼與硬體無關(guān)驅(qū)動程式Linux除CPU和記憶體以外之資源皆用驅(qū)動程式形式管理，內(nèi)核關(guān)鍵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。/10/171嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第71頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linuxshell由於關(guān)鍵部份相當(dāng)?shù)碗A,操作者不易和它直接溝通,所以,必須要有一個友善介面(interface),使得操作時能更為方便,這個介面便是Shell.換言之,Shell就是一個居於關(guān)鍵和操作者之間一層使用者介面.

為何稱它為Shell呢?Shell本意是"殼"意思呢!沒錯，在關(guān)鍵外面，包覆著一層外殼，用來負(fù)責(zé)接收使用者輸入指令，然後將指令解譯成關(guān)鍵能夠了解方式，傳給關(guān)鍵去執(zhí)行，再將結(jié)果傳回至預(yù)設(shè)輸出周邊。/10/172嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第72頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linuxshell/10/173嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第73頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linuxshell比如：資料夾檔案顯示，指令為ls-l，則shell給你以下回應(yīng):/10/174嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第74頁嵌入式系統(tǒng)軟體

擁

檔有案檔種案檔案大小最近修改類檔案權(quán)限數(shù)擁有些人組別(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-x3apachenobody1024Feb2516:58temp/10/175嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第75頁嵌入式系統(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

，Windows

GUI(GraphicalUserInterface)，Mac

GUI等。Shell按著表現(xiàn)方式與讀取使用者輸入種類不一樣,可分為二大類:Textbase:文字導(dǎo)向，如DOSGraphbase:圖型導(dǎo)向，如WINDOWS所謂"讀取使用者輸入種類不一樣"是指:讀取自鍵盤,或讀取自滑鼠,其它serialinput,螢?zāi)挥|控等./10/176嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第76頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linuxshell以DOS

COMMAND.COM而言，它就是一個十足命令直譯器，除了一點點batch檔能力之外，它功效並不多。Win平臺GUI，則是一個圖型式命令直譯器，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

shell，除了做為命令直譯器之外，它也是一個不錯程式語言，是系統(tǒng)管理維護(hù)時主要工具。Unix家族，對Shell處理，採獨立自由開放方式，所以，Shell種類相當(dāng)?shù)囟?，慣用是BourneAgainshell:bash(GNU)/10/1嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第77頁嵌入式系統(tǒng)軟體LinuxshellLinux是多人多工作業(yè)系統(tǒng)，這意謂Linux能夠讓多人同時使用，更能夠同時執(zhí)行許多程式。普通而言，你所執(zhí)行指令會一直握著控制權(quán)，一直到程式結(jié)束為止，我們稱為這樣執(zhí)行工作是在前景工作(foregroundjobs)，假如，執(zhí)行指令時，你依然能夠再做其它事情，那我們就稱它是在背景工作。較耗時間工作，我們會把它丟到背景去執(zhí)行，而這期間，我們依然能夠和shell繼續(xù)溝通，下達(dá)其它命令給shell去執(zhí)行。/10/178嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第78頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linuxshell以DOS

COMMAND.COM而言，它就是一個十足命令直譯器，除了一點點batch檔能力之外，它功效並不多。Win平臺GUI，則是一個圖型式命令直譯器，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

shell，除了做為命令直譯器之外，它也是一個不錯程式語言，是系統(tǒng)管理維護(hù)時主要工具。Unix家族，對Shell處理，採獨立自由開放方式，所以，Shell種類相當(dāng)?shù)囟?，慣用是BourneAgainshell:bash(GNU)/10/1嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第79頁嵌入式系統(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檔案，在檔案系統(tǒng)中所存放一些資訊能夠用來快速找到在硬碟或是光碟中檔案資料並做維護(hù)工作；另外檔案系統(tǒng)也會對建立RAM和硬體(硬碟或是其它儲存裝置)資料對應(yīng)，兩者之間會有所謂邏輯和實體對應(yīng)關(guān)係，是由檔案系統(tǒng)來做維護(hù)。

檔案結(jié)構(gòu)是檔案存放在磁片等儲存設(shè)備上組織方法。主要展現(xiàn)在對檔案和目錄組織上，目錄提供了管理檔案一個方便而有效途徑。我們能夠從一個目錄切換到另一個目錄，而且能夠設(shè)置目錄和檔案許可權(quán)，設(shè)置檔案共用程度。/10/180嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第80頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linux檔案結(jié)構(gòu)Linux目錄採用多級樹形結(jié)構(gòu)，使用者能夠瀏覽整個系統(tǒng)，能夠進(jìn)入任何一個已授權(quán)進(jìn)入目錄，瀏覽那裏檔案。檔案結(jié)構(gòu)相互關(guān)聯(lián)性使共用資料變得容易，幾個使用者能夠瀏覽同一個檔案。Linux是一個多使用者系統(tǒng)，作業(yè)系統(tǒng)本身駐留程式存放在以根目錄開始專用目錄中，有時被指定為系統(tǒng)目錄。flashmemory因為含有速度快、體積小、耐震等特征，所以常被用來做為embeddedsystem儲存裝置。/10/181嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第81頁嵌入式系統(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)，而根目錄下目錄就是系統(tǒng)目錄。//etclocal/user/libsrcbin/bin/sbinbin/10/182嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第82頁嵌入式系統(tǒng)軟體關(guān)鍵、Shell

和檔案結(jié)構(gòu)一起形成了基本作業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它們使得使用者能夠執(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程式，輔助使用者完成一些特定任務(wù)。/10/183嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第83頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linux實用工具標(biāo)準(zhǔn)Linux系統(tǒng)都有一套叫做實用工具程式，它們是專門程式，例如編輯器、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)計算操作等。使用者也能夠產(chǎn)生自己工具。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它使用者資訊。/10/184嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第84頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linux實用工具Linux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?zāi)痪庉嬈?。Linux篩檢程式（Filter）讀取從使用者檔案或其它地方輸入，檢查和處理資料，然後輸出結(jié)果。從這個意義上說，它們過濾了經(jīng)過它們資料。Linux有不同類型篩檢程式，一些篩檢程式用行編輯指令輸出一個被編輯檔案。另外一些篩檢程式是按模式尋找檔案並以這種模式輸出部分資料。還有一些執(zhí)行字元處理操作，檢測一個檔案中格式，輸出一個格式化檔案。/10/185嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第85頁嵌入式系統(tǒng)軟體Linux實用工具Linux篩檢程式（Filter)(cont.)篩檢程式輸入能夠是一個檔案，也能夠是使用者從鍵盤鍵入資料，還能夠是另一個篩檢程式輸出。篩檢程式能夠相互連接，所以，一個篩檢程式輸出可能是另一個篩檢程式輸入。Linux交互程式是使用者與機(jī)器資訊介面。Linux是一個多使用者系統(tǒng)，它必須和全部使用者保持聯(lián)繫。資訊能夠由系統(tǒng)上不同使用者發(fā)送或接收。資訊發(fā)送有兩種方式：一種方式是與其它使用者一對一地連結(jié)進(jìn)行對話另一種是一個使用者對多個使用者同時連結(jié)進(jìn)行通訊，即所謂廣播式通訊。/10/186嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第86頁Linux系統(tǒng)環(huán)境arm-elf-toolchainforlinux：

ARMCPUGNUCrossCompiler，在Linux環(huán)境下使用，透過CrossCompiler能夠在某一架構(gòu)下CPU製作另一架構(gòu)CPU可執(zhí)行MachineCode，比如我們當(dāng)前使用x86CPU製作ARM7架構(gòu)程式，所以我們需要一個x86"cross"到ARM7Compiler?；竞瘮?shù)庫：需要Library給我們方便使用,有uClibc

RedHatLinux9或Fedora：Linux作業(yè)系統(tǒng)，用來建造Linux真實環(huán)境。/10/187嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第87頁Linux系統(tǒng)環(huán)境vsftpd：FTP伺服器,用來提供EmbeddedPlatform透過FTP軟體進(jìn)行目標(biāo)檔案存取。

makeLinux環(huán)境下專案開發(fā)工具，編譯程式需要一行一行下指令，還有一大堆參數(shù)要設(shè)定，所以為了簡化這個枯燥無味過程，設(shè)計了一套命令處理程式make，能夠利用一個指令就完成全部動作，就類似IDERun按鈕一樣包辦大小事情。在安裝Linux時，系統(tǒng)也一併會安裝make。/10/188嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第88頁Linux系統(tǒng)環(huán)境vim:在Linux上強(qiáng)力文字編輯器，用它來撰寫程式碼。

Minicom:Linux上連線軟體，我們用它使PC能夠經(jīng)由SerialPort和EmbeddedPlatform作連線，透過這個軟體能夠觀察到EmbeddedPlatform發(fā)生事情。但必須知道EmbeddedPlatform硬體設(shè)定。

/10/189嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第89頁Linux系統(tǒng)環(huán)境HyperTerminal:Windows上連線軟體，我們用它來使PC能夠經(jīng)由SerialPort和EmbeddedPlatform作連線，透過這個軟體能夠觀察到EmbeddedPlatform發(fā)生事情。

PuTTY:

Windows上無償SSH、TELNET連線軟體。TFTP以網(wǎng)路埠(RJ-45)藉由通訊協(xié)定和目標(biāo)機(jī)通訊作為檔案(可執(zhí)行二儘位檔)傳輸。/10/190嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計嵌入式系統(tǒng)組織架構(gòu)與設(shè)計概述第90頁嵌入式系統(tǒng)軟體嵌入式LinuxCygwin

在windows上提供了一個像linux(Linux-like)環(huán)境，能夠讓使用者在windows上執(zhí)行l(wèi)inux