嵌入式系统原理及应用开发

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1、嵌入式硬件组成嵌入式硬件组成1嵌入式系统组成原理2嵌入式最小系统3嵌入式系统扩展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、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。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

2、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。计算机系统的内存模型读写内存处理寄存器内的数据跳转到某个位置执行指令组合操作取指从存储器中获得下一条执行的指令读入指令寄存器PC:程序计数器,总是指向下一条将要执行的指令IR:指令寄存器，用于保持已取得指令译码解释指令，决定指令的执行意义执行从存储器向数据通道寄存器移动数据通过算术逻辑单元ALU进行数据操作存储从寄存器向存储器写数据处理器指令执行过程各个体系结构的处理

3、器的差别处理器执行的指令长度，是否定长处理器指令的功能处理器执行指令的时间单位指令系统是RISC还是CISC处理器一次可以访问的内存大小寻址空间大小处理器内存结构IO端口内存地址是否具有流水线是否具有超标量功能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。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嵌入式系统

4、的硬件结构无总线扩展的嵌入式处理器的系统2嵌入式最小系统最小系统是处理器能够运行的基本系统。嵌入式最小系统的作用：最小系统是构建嵌入式系统的的第一步，保证嵌入式处理器可以运作。然后才可以逐步增加系统的功能，如：外围硬件扩展、软件及程序设计、操作系统移植、增加各种接口等，最终形成符合需求的完整系统。嵌入式最小系统的组成嵌入式系统最小系统组成部分：处理器内存时钟电源和复位JTAG接口在最小系统中的应用传统最小系统构建方式JTAG接口在最小系统中的应用使用JTAG的最小系统构建方式实际的嵌入式最小系统最小系统中的各部件ROM、RAM、FLA

5、SH、硬盘、软盘、CD-ROM等内存的地址配置必须依赖于物理内存3嵌入式系统扩展内存类芯片通信类芯片：网络芯片、USB芯片、CAN总线芯片等其他类：AD/DA、传感器、LCD/LCM内存类芯片芯片种类读写方式扩展方式功能和特点价格SRAM线性读、写地址数据总线运行代码调试代码可读写数据速度很快贵NORFLASH线性读写需要根据时序地址数据总线固化代码和数据运行代码、只读数据、在线更新读快写慢较贵SDRAM线性读、写特殊内存控制器的支持运行代码可读写数据便宜NANDFLASH根据时序读写GPIO或者普通总线方式大规模可读写数据不能线性访

6、问便宜网络芯片通用的TCP/IP协议族可以使用总线方式扩展使用中断USB芯片主机USB芯片设备USB芯片计算机的内存模型指令寄存器控制器数据通道输入输出中央处理器存储器程序指令0指令1指令2指令3指令4数据数据0数据1数据2地址/数据冯·诺依曼体系结构模型按存储结构分：冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构冯·诺伊曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。处理器，经由同一个总线传输来访问程序和数据存储器，程序指令和数据的宽度相同。如C51、X86系列、ARM7等指令寄存器控制器数据通道输入输出中央处理

7、器程序存储器指令0指令1指令2数据存储器数据0数据1数据2地址指令地址数据哈佛体系结构哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构，目的是为了减轻程序运行时的访存瓶颈。哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。如ARM9、TI的DSP等计算机的内存模型返回（1）取指处理器从程序存储器中取出指令处理器控制单元IRloadR0,M[500]PC→100控制器存储器I/O控制/状态loadR0,M[500]100incR1,R0101storeM[501],R110210...500501数据通道数字逻辑单元寄存器R0R1返回（2

8、）译码解释指令，决定指令的执行意义存储器处理器控制单元IRloadR0,M[500]PC→100控制器I/O控制/状态loadR0,M[500]100incR1,R0101storeM[501],R110210...50