第2部分 嵌入式硬件系统设计ppt课件.ppt

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1、第2部分嵌入式系统硬件设计嵌入式系统硬件部分嵌入式系统软件部分如人的大脑，决定了硬件的操作模式。通过良好的操作系统以及应用程序，把硬件功能发挥到极至。如人的手、脚、神经等部位，决定了嵌入式系统的先天功能。如运算能力和I/O接口等。第一节嵌入式硬件系统基本组成嵌入式系统的硬件是以包含嵌入式微处理器的SoC为核心，主要由SoC、总线、存储器、输入/输出接口和设备组成。1)嵌入式微处理器为核心的SoC2)总线3)存储器4)输入/输出接口和设备1)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

2、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地址数据存储器MOVr8,#8地址数据冯•诺依曼结构哈佛结构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程序和数据存储在不同的存储空间中两条总线（程序总线和数据总线），数据的吞吐率提高了一倍1)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

3、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，每个存储器独立编址、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。1)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（ReducedInstructionSetComputer）或复杂指令集系统CISC（ComplexInstructionSetComputer）CISC：复杂指令集（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和寻址方式，指令长度可变8/2原则：8

4、0%的程序只使用20%的指令大多数程序只使用少量的指令就能够运行。RISC：精简指令集（ReducedInstructionSetComputer)只包含最有用的指令，指令长度固定确保数据通道快速执行每一条指令使CPU硬件结构设计变得更为简单CISC与RISC的数据通道IFIDALUMEMREG微操作通道开始退出RISC：Load/Store结构CISC：寻址方式复杂IFIDREGALUMEM开始退出单通数据通道1)嵌入式微处理器类别CISCRISC指令系统指令数量很多较少，通常少于100执行时间有些指令执行时间很长，如整块的存储器

5、内容拷贝；或将多个寄存器的内容拷贝到存贮器没有较长执行时间的指令编码长度编码长度可变，1-15字节编码长度固定，通常为4个字节寻址方式寻址方式多样简单寻址操作可以对存储器和寄存器进行算术和逻辑操作只能对寄存器对行算术和逻辑操作，Load/Store体系结构编译难以用优化编译器生成高效的目标代码程序采用优化编译技术，生成高效的目标代码程序1)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

6、种嵌入式微处理器体系，主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、SH、X86等。2)总线嵌入式系统的总线可分为：片内总线：与嵌入式微处理器集成在一起，如：AMBA、AVALON、OCP、WISHBONE等片外并行总线：如：PCI、ISA等片外串行总线：UART、SPI、I2C、USB等片内总线的选择取决于CPUCore片外总线的选择取决于应用3)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、

7、EPROM、NorFlash、SRAM、DRAM等存储器件。3)存储器目前有些嵌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。在嵌入式系统中除部分采用硬盘外，大多数采用电子盘做外存，电子盘的主要种类有：NandFlashSD（SecureDigital）CompactFlashU盘SmartMediaMemoryStickMultiMediaCardDOC（DiskOnChip等4)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与嵌入式微处

8、理器集成在一起。输入/输出接口和设备主要包括：中断控制器、DMA、串行和并行接口定时器（Timers）、计数器（counters）、看门狗（watchdogtimers）、RTC、UARTs、PWM（Pulsewidthmodulat