嵌入式系统及应用-chapter02-嵌入式硬件系统

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1、嵌入式系统及应用第二章嵌入式硬件系统基础主要内容嵌入式硬件系统基本组成嵌入式微处理器嵌入式系统总线嵌入式存储系统第一节嵌入式硬件系统基本组成嵌入式系统的硬件是以嵌入式微处理器为核心，主要由嵌入式微处理器、总线、存储器、输入/输出接口和设备组成。嵌入式微处理器总线存储器输入/输出接口和设备嵌入式微处理器每个嵌入式系统至少包含一个嵌入式微处理器嵌入式微处理器体系结构可采用冯•诺依曼（VonNeumann）结构或哈佛（Harvard）结构地址数据主存储器MOVr8,#8CPUPC指令程序存储器CPUPC地址

2、数据存储器MOVr8,#8地址数据冯•诺依曼结构哈佛结构嵌入式微处理器传统的微处理器采用的冯·诺依曼结构将指令和数据存放在同一存储空间中，统一编址，指令和数据通过同一总线访问。哈佛结构则是不同于冯·诺依曼结构的一种并行体系结构，其主要特点是程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编制、独立访问。与之相对应的是系统中设置的两条总线（程序总线和数据总线），从而使数据的吞吐率提高了一倍。嵌入式微处理器嵌入式微处理器的指令系统可采用精简指令集系统RISC（R

3、educedInstructionSetComputer）或复杂指令集系统CISC（ComplexInstructionSetComputer）CISCRISC价格由硬件完成部分软件功能，硬件复杂性增加，芯片成本高由软件完成部分硬件功能，软件复杂性增加，芯片成本低性能减少代码尺寸，增加指令的执行周期数使用流水线降低指令的执行周期数，增加代码尺寸指令集大量的混杂型指令集，有简单快速的指令，也有复杂的多周期指令，符合HLL（highlevellanguage）简单的单周期指令，在汇编指令方面有相应的CISC微

4、代码指令高级语言支持硬件完成软件完成寻址模式复杂的寻址模式，支持内存到内存寻址简单的寻址模式，仅允许LOAD和STORE指令存取内存，其它所有的操作都基于寄存器到寄存器控制单元微码直接执行寄存器数目寄存器较少寄存器较多嵌入式微处理器嵌入式微处理器有许多不同的体系，即使在同一体系中也可能具有不同的时钟速度和总线数据宽度、集成不同的外部接口和设备。据不完全统计，目前全世界嵌入式微处理器的品种总量已经超过千种，有几十种嵌入式微处理器体系，主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、SH、X86等。总线嵌入式系

5、统的总线一般集成在嵌入式微处理器中。从微处理器的角度来看，总线可分为片外总线(如：PCI、ISA等)和片内总线（如：AMBA、AVALON、OCP、WISHBONE等）。选择总线和选择嵌入式微处理器密切相关，总线的种类随不同的微处理器的结构而不同。存储器嵌入式系统的存储器包括主存和外存。大多数嵌入式系统的代码和数据都存储在处理器可直接访问的存储空间即主存中。系统上电后在主存中的代码直接运行。主存储器的特点是速度快，一般采用ROM、EPROM、NorFlash、SRAM、DRAM等存储器件。存储器目前有些嵌

6、入式系统除了主存外，还有外存。外存是处理器不能直接访问的存储器，用来存放各种信息，相对主存而言具有价格低、容量大的特点。在嵌入式系统中一般不采用硬盘而采用电子盘做外存，电子盘的主要种类有NandFlash、SD（SecureDigital）卡、CompactFlash、SmartMedia、MemoryStick、MultiMediaCard、、DOC（DiskOnChip）等。输入/输出接口和设备嵌入式系统的大多数输入/输出接口和部分设备已经集成在嵌入式微处理器中。输入/输出接口主要有中断控制器、DMA

7、、串行和并行接口等，设备主要有定时器（Timers）、计数器（counters）、看门狗（watchdogtimers）、RTC、UARTs、PWM（Pulsewidthmodulator）、AD/DA、显示器、键盘和网络等。第二节嵌入式微处理器嵌入式微处理器的发展嵌入式微处理器的分类嵌入式微处理器的特点主流的嵌入式微处理器——(ARM,MIPS,SH,PowerPC,x86)20世纪80年代中后期20世纪90年代初期20世纪90年代中后期21世纪初期制作工艺1-0.8m0.8-0.5m0.5–0

8、.35m0.25-0.13m主频<33MHz<100MHz<200MHz<600MHz晶体管个数>500K>2M>5M>22M位数8/16bit8/16/32bit8/16/32bit8/16/32/64bit嵌入式微处理器的发展嵌入式微处理器的分类嵌入式微处理器种类繁多，按位数可分为4位、8位、16位、32位和64位。按用途来分，嵌入式微处理器可分为嵌入式DSP和通用的嵌入式微处理器两种：嵌入式DSP：专用于数字信号处理