嵌入式系统概念

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1、未来嵌入式系统的发展趋势1.嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持2.联网成为必然趋势3.精简系统内核、算法，设备实现小尺寸、微功耗和低成本4.提供精巧的多媒体人机界面嵌入式系统的组成1）嵌入式系统便件系统。一般包括冇：嵌入式处理器、存储器、I/O系统和外设2）嵌入式系统的软件系统。包括：操作系统、应用软件嵌入式系统的开发工貝（1）硬件开发工貝包括：仿真器等；其它（示波器等）（2）软件开发工具包括：编译、连接、定位软件，通常使用C语言；调试软件。3）屮间层。它将系统软件与底层硬件部分

2、隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。4）应用层嵌入式系统与单片机的区别日前嵌入式系统的主流是以32位嵌入式微处理器为核心的硬件设计和基于实时操作系统（RTOS）的软件设计：单片机系统多为4位、8位、16位机，它们不适合运行操作系统，难以进行复杂的运算及处理功能；嵌入式系统强调基于平台的设计、软唤件协同设计，单片机大多采用软硬件流水设计；嵌入式系统设计的核心是软件设计（占70%左右的工作量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同。嵌入式系统与PC之间的区别嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用

3、计算平台；嵌入式系统的资源比PC少得多；软件故障带来的后果比PC机大得多；嵌入式系统一般采用实时操作系统；有成本、功耗的要求；得到多种微处理体系的支持；需要专用的开发工具。通用计算机系统要求的是高速、海量的数值运算。在技术发展上追求总线速度不断提升、存储容量不断扩大。而嵌入式计算机系统要求的是对象体系的智能化控制能力，在技术发展方向追求对特定对象系统的嵌入性、专川性和智能化。这种技术发展的分歧导致2（）世纪末计算机进入了两人分支并行发展的时期，人们称之为后PC机时代。嵌入式处理器分类（1）嵌入式微控

4、制器。嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种8位的电子器件目前在嵌入式设备屮仍然有着极其广泛的应用。（2）嵌入式DSP处理器。DSP（DigitalSignalProcessor）处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，支持复杂指令集去完成信号信号处理计算。（3）嵌入式微处理器。EMPU（或MPU）嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。（4）嵌入式片上系统（SystemOnChip）oSoC技术是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。ARM微处理器

5、ARM系统架构的微处理器一般是由32位ALU、数十个32位通用寄存器及状态寄存器、32位桶型移位寄存器、指令译码及控制逻辑、指令流水线和数据/地址寄存器组成。总线结构1）冯•诺依曼结构冯.诺依曼结构计算机系统是由一个中央处理单元（CPU）和一个存储器组成。这个存储器存储全部的数据和指令，并口可以根据所给的地址対其进行读写操作。数据和指令都存在一个存储器中的计算机被称为冯.诺依曼结构计算机。CPU有几个可以存放内部使用数据的内部寄存器。其屮典型的寄存器是程序计数器PC。CPU先从存储器取出指令，然后对

6、指令译码，最后执行。程序计数器是间接地指向了存储器中的指令。我们只要改变指令，就能改变CPU所做的事情。应用：PC、Intel、单片机、8086...2）哈佛体系结构计算机哈佛体系结构计算机为数据和程序提供了各口独立的存储器，程序计数器只指向程序存储器而不指向数据存储器。独立的程序存储器和数据存储器为数字处理提供了较高的性能，让两个存储器有不同的端口，可以提供较大的存储器带宽。这样一來，数据和程序不必再竟争同一个端口，这使得数据适时地移动更加容易。目前大部分DSP和ARM9微处理器都是采用这种哈佛体

7、系结构。但这种结构的弱点是很难在哈佛机上编写出一个自修改的程序（即写入数据值后，使用这些值作为指令的程序）。提高CPU性能的措施是采用流水线、超标量等新技术流水线技术计算机中一条指令的指向可分为若干个阶段，由于每个阶段的操作相对都是独立的。因此可以采用流水线的重叠技术来大大提高系统的性能。在流水线装满以后，几个指令可以并行执行。这样可充分利用现有硬件资源，提高了CPU的运行效率。以ARM7为例，ARM处理器使用的简单3级流水线分别为：取指级：取指级完成程序存储器中指令的读取，并放入指令流水线中。译码

8、级：对指令进行译码，为下一周期准备数据路径需耍的控制信号。这一级指令“占有”译码逻辑，而不“占有”数据路径。执行级：指令“占有”数据路径，寄存器被读取，操作数在桶式移位器小被移位，ALU产主相应的运算结果并回写到目的寄存器屮，ALU的结果则根据指令需求来更改状态寄存器的条件位。ARM9架构采用了5级流水线：取指、译码、执行、缓冲/数据：如果需要，则访问数据存储器。否则，ALU的结果只是简单地缓冲一个时钟周期，以便使所有指令具有同样的流水线流程。冋写：将指令产生的结果回