嵌入式系统硬件组成

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1、1嵌入式系统第2讲嵌入式系统硬件组成邹润民rmzou@mail.csu.edu.cn民主楼234#2011年4月2课前提问1.嵌入式系统和一般的计算机系统在硬件组成结构上有哪些异同之处？2.什么是嵌入式最小系统？一般常见的最小系统由哪些部分组成？3.嵌入式系统常见的扩展部件有哪些？3提纲嵌入式系统组成原理嵌入式最小系统嵌入式系统扩展42.1嵌入式系统组成原理计算机系统的一般运行原理嵌入式系统与通用计算机硬件组成的异同嵌入式系统硬件结构52.1.1计算机系统的一般运行原理62.1.1计算机系统的一般运行原理控制器的功能是控制处理器，如取指令、译码、

2、执行指令、读写内存等；运算器主要是在处理器的内部完成运算（算术运算、位运算）操作，一般只和寄存器打交道；寄存器为处理器提供内部的临时存储空间，它是处理器和内存的媒介。72.1.1计算机系统的一般运行原理CPU对内存的两种基本操作：取指令读写内存82.1.1计算机系统的一般运行原理指令和数据的概念，只有处理器才会去做区分。对于内存而言，并不会区分指令还是数据，只是在相应的位置（也就是内存的地址）放入的二进制的代码。92.1.1计算机系统的一般运行原理程序计数器在系统复位后，指向的内容是内存的某一个点区域，处理器从该处的内存依次取出指令，然后译码、执行。处

3、理器在执行完一条指令之后，将自动将程序计数器寄存器的内容增加一个单位，然后根据其地址自动执行下一条指令。指令操作一般包括：读写内存（处理器操作内存）处理寄存器中的数据（处理器不操作内存）跳转到某个位置执行指令（给PC赋值）上述操作的组合102.1.1计算机系统的一般运行原理处理器将所有的内存映射到自己的地址空间中。对于实际内存（RAM和ROM等）的映射比较简单，即为根据地址总线和片选信号为一定大小的内存分配一个固定的地址区域，在操作的时候使用区域地址+内存内部地址来操作内存的每一个位置。11冯·诺依曼体系内存结构模型12哈佛体系内存结构模型13各种体系

4、结构处理器的差别处理器每次执行的指令的长度（1、2、4或者8字节）；处理器指令可以完成的功能；处理器执行一条指令所占用的时间单位；指令系统是RISC还是CISC；处理器可访问的地址空间大小；处理器IO端口使用单独的空间，还是使用内存的地址空间（x86处理器一般为前者）；处理器是否具有流水线等。14小结计算机系统由处理器、内存、总线等主要部件组成。处理器对内存的基本操作包括读取指令和读写数据。指令操作的基本操作包括读写内存，处理寄存器中的数据，跳转到某个位置执行指令。处理器所能访问的地址空间包括：只读存储器、随机存储器、IO端口、处理器特殊功能寄存器的地

5、址映射。152.1.2嵌入式系统与通用计算机硬件组成的异同嵌入式系统本质上是计算机系统，但是具有以下的特点：集成度高非标准化接口非常复杂嵌入式系统的非标准化使得嵌入式的硬件工程师有了更大的发挥空间，同时也要求嵌入式工程师需要拥有较高的专业素质。162.1.2嵌入式系统与通用计算机硬件组成的异同嵌入式系统本质上是计算机系统，但是具有以下的特点：集成度高非标准化接口非常复杂有多种接口选择：I2C、SPI、蓝牙、红外、CAN总线等等。嵌入式系统的设计者只有具备了广泛的知识，才能选择出最合适的硬件，设计出性价比最高的系统。172.1.3嵌入式系统的硬件结构

6、桌面计算机系统中，CPU具有总线功能，但不包括其他的设备，一些构建系统基本的部件由主板的芯片组提供。一些外部的设备（如串口、定时器、中断控制器）可能做在南桥中，而内存控制器、显示接口（AGP）常由北桥完成。嵌入式系统中处理器的集成度大都很高。一些基本的设备如通用可编程输入输出端口（GPIO）、定时器、中断控制器，通常都集成在处理器当中。一些嵌入式处理器甚至包含内存，只需要在外部扩展简单的电路，就可以组成系统。注意！在嵌入式系统中，对于处理器没有集成、但是系统需要的部件，也可以通过外部扩展的方式实现。但是本着嵌入式系统设计中性价比最高的原则，应该首先选择

7、最适用（即内部功能模块最满足应用需求）的处理器，而不是确定了一个控制器之后再进行扩展。182.1.3嵌入式系统的硬件结构嵌入式系统硬件结构的特点：以嵌入式处理器为核心，集成度高。嵌入式系统的组成结构：处理器（内核+片内外设）+内存+外围硬件+辅助设备。192.1.3嵌入式系统的硬件结构带有总线扩展的嵌入式处理器的系统构建方式比较灵活！202.1.3嵌入式系统的硬件结构无总线扩展的嵌入式处理器的系统适用于集成度要求比较高的应用！嵌入式系统硬件结构的多样性和复杂性，也决定了嵌入式系统的工程师比通用计算机的工程师要更多地关注硬件的设计。21小结嵌入式系统和一

8、般的计算机系统类似，也是由CPU、内存、IO端口、总线等几个部分组成。在嵌入式系统中，一些基本