嵌入式系统开发Chapter2嵌入式硬件系统基础ppt课件.ppt

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1、第二章嵌入式硬件系统基础主要内容1嵌入式硬件系统基本组成2嵌入式微处理器3ARM处理器4嵌入式系统总线5嵌入式存储系统第一节嵌入式硬件系统基本组成1嵌入式微处理器2总线3存储器4输入/输出接口和设备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。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：冯•诺依曼(VonNeumann)结构、哈佛(Harvard)结构。地址数据主存储器MOVr8,#8CPUPC指令程序存储器CPUPC

2、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（highlevellangua

3、ge）简单的单周期指令，在汇编指令方面有相应的CISC微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指令系统：精简指令集系统RISC(ReducedInstructionSetComputer)、复杂指令集系统CISC(ComplexInstructionSetComputer)CISC及其缺陷RISC嵌入式微处理器有许多不同的体系，即使在同一体

4、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。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AMBA(AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture)总线规范是ARM公司设计的一种用于高性能嵌入式系统的总线标准AVALON总线：2000年，

5、Altera公司(FPGA、CPLD和ASIC半导体生产商)专门为可编程芯片片上系统而推出的片内总线系统OCP（OpenCoreProtocol）总线规范是OCP-IP（开放式内核协议国际同盟）设计的一个规范，是为了在SoC设计中实现IP核的即插即用而制定的片上总线规范，是一种不依赖于特定处理器内核的总线协议片外并行总线：如：PCI、ISA等片外串行总线：UART、SPI、I2C、USB等片内总线：取决于CPUCore片外总线：取决于应用AMBA总线－S3C44b0X3存储器嵌入式系统的存储器：主存和外存。大多数嵌入

6、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。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4输入/输出接口和设备大多数输入/输出接口和部分设备已经与嵌入式微处理器集成在一

7、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(Pulsewidthmodulator)AD/DA、显示器、键盘和网络等第二节嵌入式微处理器1嵌入式微处理器的发展2嵌入式微处理器的分类3嵌入式微处理器的特点4主流的嵌入式微处理器——(X86,ARM,MIPS,SH,PowerPC)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

8、m0.8-0.5m0.5–0.35m0.25-0.13m主频<33MHz<100MHz<200MHz<600MHz晶体管个数>500K>2M>5M>22M位数4/8/16bit4/8/16/32bit4/8/16/32bit4/8/16/32/64b1嵌入式微处理器的发展2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