Part2 嵌入式系统硬件基础(1)

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嵌入式物联网系统软硬件基础知识大全

嵌入式物联网系统软硬件基础知识大全

嵌入式物联网系统软硬件基础知识大全本文主要介绍嵌入式系统的基础知识,涉及嵌入式软件和硬件的方方面面,希望对各位有帮助。

嵌入式系统基础1、嵌入式系统的定义(1)定义:以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

(2)嵌入式系统发展的4个阶段:无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet阶段。

(3)知识产权核(IP核):具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块,是实现系统芯片(SOC)的基本构件。

(4)IP核模块有行为、结构和物理3级不同程度的设计,对应描述功能行为的不同可以分为三类:软核、固核、硬核。

2、嵌入式系统的组成嵌入式系统包含:硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。

嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器Cache: 位于主存和嵌入式微处理器内核之间,存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。

它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈,使处理速度更快。

(1)硬件层:嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。

(2)中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP)。

它将系统上层软件和底层硬件分离开来,使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况,根据BSP层提供的接口开发即可。

BSP具有硬件相关性和操作系统相关性。

设计一个完整的BSP需要完成两部分工作:A、 嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。

片级初始化:纯硬件的初始化过程,把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。

板级初始化:包含软硬件两部分在内的初始化过程,为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。

系统级初始化:以软件为主的初始化过程,进行操作系统的初始化。

B、 设计硬件相关的设备驱动。

(3)系统软件层:由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。

《计算机嵌入式系统基础》教案(全套)

《计算机嵌入式系统基础》教案(全套)

《计算机嵌入式系统基础》教案(全套)计算机嵌入式系统基础教案(全套)概述本教案旨在介绍计算机嵌入式系统的基本知识和技能,并引导学生深入了解该领域的发展和应用。

通过理论授课和实践操作,学生将能够熟悉嵌入式系统的工作原理、硬件和软件组成,以及设计和开发嵌入式系统的基本步骤。

教学目标1. 了解嵌入式系统的定义、特点和应用领域。

2. 掌握嵌入式系统中的硬件平台和处理器架构。

3. 熟悉嵌入式系统的操作系统和编程语言。

4. 理解嵌入式系统的实时性和响应性要求。

5. 学会使用嵌入式系统开发工具和调试技术。

6. 能够设计和实现简单的嵌入式系统应用。

教学内容第一章:嵌入式系统概述- 什么是嵌入式系统?- 嵌入式系统的特点和应用领域。

- 嵌入式系统的发展历程和趋势。

第二章:嵌入式系统硬件平台- 嵌入式系统中常用的硬件平台和处理器架构。

- 嵌入式系统的主要外设和接口。

第三章:嵌入式系统操作系统- 嵌入式系统中常用的操作系统。

- 实时操作系统和非实时操作系统的区别。

- 嵌入式系统的任务调度和资源管理。

第四章:嵌入式系统编程语言- 嵌入式系统常用的编程语言和开发工具。

- C语言在嵌入式系统编程中的应用。

- 嵌入式系统硬件和软件的接口。

第五章:嵌入式系统设计和开发- 嵌入式系统设计的基本步骤和方法。

- 嵌入式系统开发中的工具和技术。

- 嵌入式系统调试和测试的方法。

第六章:嵌入式系统应用案例- 嵌入式系统在各个领域的实际应用案例。

- 嵌入式系统应用的未来发展方向。

教学方法本教案采用理论授课和实践操作相结合的教学方法,通过课堂讲解、案例分析和实验操作,帮助学生深入理解嵌入式系统的基本概念和原理,并培养学生的实践能力和解决问题的能力。

教学评价学生的评价将基于他们对嵌入式系统的理论掌握程度和实践操作的能力。

评价方法包括平时作业、实验报告和期末考试。

教材和参考资料- 教材:《嵌入式系统基础教程》- 参考资料:1.《嵌入式系统设计与开发》;2.《嵌入式系统原理与设计》以上是《计算机嵌入式系统基础》教案的基本框架,具体的教学内容和教学细节可根据实际情况进行调整和补充。

嵌入式系统基础了解嵌入式硬件与软件开发

嵌入式系统基础了解嵌入式硬件与软件开发

嵌入式系统基础了解嵌入式硬件与软件开发嵌入式系统是一种特殊的计算机系统,它被嵌入到了各种设备中,如家用电器、汽车、医疗设备等。

嵌入式系统既包括硬件部分也包括软件部分,是一门综合性的学科。

本文将介绍嵌入式系统的基础知识,包括嵌入式硬件和软件开发。

一、嵌入式硬件嵌入式硬件是嵌入式系统中的物理部分,它包括处理器、内存、输入输出设备、外围接口等。

下面将逐一介绍这些硬件组成部分。

1. 处理器:嵌入式系统中的处理器通常是一款低功耗、高性能的芯片,如ARM架构的处理器等。

处理器是嵌入式系统的核心,负责执行指令和控制其他硬件设备的工作。

2. 内存:嵌入式系统的内存通常包括RAM和ROM两种。

RAM是用来存储程序和数据的临时存储器,而ROM则是用来存储固化的程序和数据的只读存储器。

3. 输入输出设备:嵌入式系统的输入输出设备可以是触摸屏、键盘、麦克风、摄像头等。

这些设备可以让用户与嵌入式系统进行交互,并获取用户输入的信息。

4. 外围接口:嵌入式系统通过外围接口与外部设备进行通信,如串口、SPI接口、I2C接口等。

外围接口可以连接传感器、执行器等外部设备,实现各种功能。

二、嵌入式软件开发嵌入式软件开发是指在嵌入式硬件上运行的程序的开发过程。

嵌入式软件通常是实时系统,要求对响应时间有很高的要求。

下面将介绍嵌入式软件开发的基本流程以及常用的开发工具。

1. 基本流程:嵌入式软件开发的基本流程包括需求分析、系统设计、编码、调试和测试等步骤。

需求分析是确定系统功能和性能要求的过程,系统设计是根据需求设计软件架构和模块划分,编码是将设计的模块实现成具体的代码,调试和测试是验证软件的正确性和性能是否满足要求。

2. 开发工具:常用的嵌入式软件开发工具有编译器、调试器和仿真器等。

编译器用来编译源代码生成可执行文件,调试器用来调试程序的运行过程,仿真器可以模拟出硬件环境,方便软件的开发和测试。

三、嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛应用于各个领域,下面将介绍几个典型的应用领域。

第2章 嵌入式硬件基础(1)

第2章 嵌入式硬件基础(1)

C H A P T E R嵌入式硬件基础本节提要1234嵌入式系统硬件基础RISC和CISC冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构 流水线嵌入式微处理器体系结果总线高速输入输出接口输入输出设备存储器CISC和RISCCISC:复杂指令集(Complex Instruction Set Computer)具有大量的指令和寻址方式,指令长度可变8/2原则:80%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(Reduced Instruction Set Computer)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的背景和特点背景: 存储资源紧缺, 强调编译优化增强指令功能,设置一些功能复杂的指令,把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的(微程序)指令系统来实现为节省存储空间,强调高代码密度,指令格式不固定,指令可长可短,操作数可多可少寻址方式复杂多样,操作数可来自寄存器,也可来自存储器采用微程序控制,执行每条指令均需完成一个微指令序列CPI > 5,指令越复杂,CPI越大。

CISC的主要缺点指令使用频度不均衡。

高频度使用的指令占据了绝大部分的执行时间,扩充的复杂指令往往是低频度指令。

大量复杂指令的控制逻辑不规整,不适于VLSI工艺VLSI的出现,使单芯片处理机希望采用规整的硬联逻辑实现,而不希望用微程序,因为微程序的使用反而制约了速度提高。

(微码的存控速度比CPU慢5-10倍)。

软硬功能分配复杂指令增加硬件的复杂度,使指令执行周期大大加长,直接访存次数增多,数据重复利用率低。

不利于先进指令级并行技术的采用流水线技术RISC基本设计思想减小CPI: CPUtime=Instr_Count* CPI *Clock_cycle精简指令集:保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高的指令采用Load/Store结构,有助于减少指令格式,统一存储器访问方式采用硬接线控制代替微程序控制RISC的提出与发展Load/Store结构提出:CDC6600(1963)--CRAY1(1976)RISC思想最早在IBM公司提出,但不叫RISC,IBM801处理器是公认体现RISC思想的机器。

嵌入式培训课程大纲

嵌入式培训课程大纲

嵌入式培训课程大纲一、课程导言前言培训目标培训对象课程概述二、嵌入式系统基础知识1. 嵌入式系统概述- 定义和特点- 应用领域- 发展趋势2. 嵌入式系统硬件基础- 微处理器和微控制器- 控制芯片及外围设备- 传感器和执行器3. 嵌入式系统软件基础- 实时操作系统- 设备驱动程序- 中断和异常处理4. 嵌入式系统开发流程- 硬件设计流程- 软件开发流程三、嵌入式系统设计与开发1. 嵌入式系统设计方法论 - 系统需求分析- 系统架构设计- 硬件与软件接口设计2. 嵌入式系统开发工具介绍 - 集成开发环境(IDE) - 调试工具- 仿真工具3. 嵌入式系统软件开发- 编程语言选择- 嵌入式编程技巧- 软件测试与调试四、嵌入式系统通信与网络1. 嵌入式系统通信基础 - 串口通信- 并行通信- USB通信2. 嵌入式系统网络通信 - TCP/IP协议栈- Ethernet通信- 无线通信技术五、嵌入式系统电源管理1. 电源管理概述- 电源类型与选择- 嵌入式系统功耗优化 2. 电源管理电路设计- 电源管理芯片选型- 低功耗设计技巧- 电源管理电路实例3. 电池与充电管理- 电池种类与选用- 充电电路设计原则六、嵌入式系统安全与测试1. 嵌入式系统安全性- 操作系统安全- 数据安全与加密- 网络安全2. 嵌入式系统测试方法- 单元测试- 集成测试- 系统测试3. 嵌入式系统可靠性与稳定性 - 故障处理与恢复- 系统监控与维护七、嵌入式系统案例分析1. 嵌入式系统应用案例- 智能家居- 智能交通- 医疗仪器2. 嵌入式系统设计案例- 硬件设计案例- 软件开发案例- 系统集成案例八、课程实践与综合项目1. 嵌入式系统设计实践- 硬件设计实验- 软件开发实验2. 综合项目实践- 嵌入式系统综合设计项目 - 实际应用案例开发结语总结回顾培训证书颁发注:以上为嵌入式培训课程大纲,课程内容可根据实际需求进行调整和扩展。

嵌入式硬件基础知识

嵌入式硬件基础知识

嵌入式硬件基础知识嵌入式系统是一种特殊的计算机系统,它通常用于嵌入到其他设备中,以完成特定的功能。

嵌入式硬件是构成嵌入式系统的硬件部分,它负责处理数据和控制设备的操作。

了解嵌入式硬件的基础知识对于理解嵌入式系统的工作原理和开发过程至关重要。

一、嵌入式硬件的特点嵌入式硬件与传统计算机硬件相比有一些明显的特点。

首先,嵌入式硬件通常设计为定制化的,针对特定的应用场景和功能需求。

其次,嵌入式硬件通常需要具备较小的尺寸和低功耗的特点,以适应嵌入到各种设备中的要求。

此外,嵌入式硬件还需要具备稳定可靠的性能,以保证系统的正常运行。

二、嵌入式硬件的组成嵌入式硬件通常由处理器、内存、输入输出接口和外设组成。

处理器是嵌入式系统的核心,负责执行指令和进行数据处理。

常见的处理器包括ARM、MIPS和x86等。

内存用于存储程序和数据,通常包括闪存和RAM。

输入输出接口用于与外部设备进行数据交互,例如串口、USB接口和以太网接口等。

外设包括各种传感器和执行器,用于获取环境信息和控制设备。

三、嵌入式硬件的设计流程嵌入式硬件的设计流程包括需求分析、系统设计、电路设计、PCB设计、硬件调试和验证等步骤。

首先,需求分析阶段需要明确系统的功能需求和性能指标。

然后,在系统设计阶段,根据需求分析的结果,确定处理器、内存、接口和外设等硬件组成。

接下来,进行电路设计,包括原理图设计和电路板布局设计。

然后,进行PCB设计,将电路设计结果转化为实际的电路板。

最后,在硬件调试和验证阶段,对设计的硬件进行测试和验证,确保其能够正常运行。

四、嵌入式硬件的开发工具嵌入式硬件的开发通常需要使用一些专用的工具。

常见的工具包括开发板、仿真器、调试器和编程器等。

开发板是用于软硬件开发和调试的平台,通常包括处理器、内存和接口等基本组件。

仿真器和调试器用于在开发过程中对硬件进行调试和测试,以确保其正确性和稳定性。

编程器则用于将程序和数据下载到嵌入式硬件中,使其运行起来。

嵌入式系统-Chapter2-嵌入式硬件系统基础

嵌入式系统-Chapter2-嵌入式硬件系统基础
主频
晶体管 个数
位数
20世纪80年代 中后期
1 - 0.8 m
< 33 MHz
> 500K
4/8/16bit
20世纪90年代 初期
0.8 - 0.5 m
<100 MHz
>2M
4/8/16/32bit
20世纪90年代 中后期
0.5 – 0.35 m
<200 MHz
21世纪 初期
0.25 - 0.13 m
不同种类的处理器结构(CISC/RISC/ VLIW )有不同的代 码密度。
26
主流的嵌入式微处理器
• 目前主流的嵌入式微处理器系列主要有: • ARM系列 • MIPS系列 • PowerPC系列 • Super H系列等。
• 属于这些系列的嵌入式微处理器产品很多,有上千种以上。
27
500 400 300 200 100
< 600 MHz
>5M 4/8/16/32bit
>22M
4/8/16/32/64 b
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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DS P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,采用哈佛结构和一系列措施保证数字信 号的处理速度,如对FFT(快速傅立叶变换)的专门优化。
or)
符合嵌入式系统的低成芯片(SoC)
本和低功耗需求
系统(Syste
18
m)
嵌入式微处理器的集成度
• 嵌入式微处理器是面向应用的,其片内所包含 的组件的数目和种类是由它的市场定位决定的。

嵌入式系统学习课件2

嵌入式系统学习课件2

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知识产权核(IP 核, intellectual property)
? IP核是指具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成 电路设计中重复使用的功能模块,是实现系统芯片(SOC)的基 本构件。
? IP复用意味着设计代价降低(时间,价格) ? IP核的类别:
? 微处理器微处理器: ARM, PowerPC; ? 存储器存储器: RAM, memory controller; ? 外设: PCI, DMA controller; ? 多媒体处理: MPEG/JPEG ; ? encoder/decoder ; ? 数字信号处理器(DSP) ? 通信: Ethernet controller, router,
? 物理综合后的描述 ? 准备流片 ? 包含工艺相关的布局和时序信息 ? IP很容易保护 ? 多数的处理器和存储器
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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 、Nor Flash 、SRAM 、DRAM 等存储器件。
? 精简指令集:保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高 的指令
? 采用Load/Store 结构,有助于减少指令格式,统一存 储器访问方式
? 采用硬接线控制代替微程序控制
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CISC与RISC的对比
类别
CISC
指令系统 指令数量很多
RISC 较少,通常少于100
执行时间 编码长度
有些指令执行时间很长,如 整块的存储器内容拷贝;或 将多个寄存器的内容拷贝到 存贮器
9

嵌入式系统的硬件基本知识.ppt

嵌入式系统的硬件基本知识.ppt

B
u
u
s
s
u

s
移位器
读数据 寄存器
32 位 ALU
写数据 寄存器
内核
DBE
D[31:0]
指令 解码

控制 逻辑
BIGEND MCLK nWAIT
nRW MAS[1:0]
ISYNC nIRQ nFIQ nRESET ABORT nTRANS
nMREQ SEQ LOCK nM[4:0]
nOPC nCPI CPA CPB
9
ARM920T处理器核体系结构框图
10
MPU的生产厂家简介
由集成电路厂商在处理器内核和处理器核 基础上设计,嵌入各种外围和处理部件,形成 各种嵌入式微处理器MPU。例如: Intel公司:PXA25X、27X系列微处理器(采用 XScale 核); TI公司:OMAP59XX微处理器,(采用ARM+DSP 双核); 三星电子公司:S3C2410(ARM920T核); Philips公司:IPC2XXX系列(ARM7TDMI内核) 等等。
1)ALU 它与常用的ALU逻辑结构基本相同,是由
2个操作数锁存器、加法器、逻辑功能、结 果及零检测逻辑构成。
16
图2.1微处理器原理图
例:ARM7TDMI
ABE A[31:0]
地址寄存器
P C
地址 自增器
Incrementer
寄存器 Bank
PC Update
A
L
A
U
B
B
乘法器
B
解码站
指令 解压缩
11
PXA270 Block Diagram
12
作业1 :

3第二章嵌入式系统基础知识

3第二章嵌入式系统基础知识

控制总线Cbus
31
总线概述
总 线 的 主 要 参 数 总线宽度
又称总线位宽,指的是总线能同时 传送数据的位数。如16位总线就是 具有16位数据传送能力。 总线工作速度的一个重要参数, 工作频率越高,速度越快。 通常用MHz表示。 又称总线的数据传送率,是指在一 定时间内总线上可传送的数据总量, 用每秒最大传送数据量来衡量。 总线带宽越宽,传输率越高。
章节安排
• 2.1 嵌入式系统的硬件基础
–2.1.1 基于ARM技术的嵌入式系统硬件 架构 –2.1.2 硬件系统基本体系结构原理
2.1
嵌入式系统的硬件基础
• 1990 年,英国一位叫罗宾 . 沙科斯 比的人离开了摩托罗拉与另外 12名 工程师一起开始了创业之旅,于是 就有了现在的ARM公司。 • 公司正式成立于1991年11月,全称 是 :Advanced RISC Machines Limited 。 • ARM 公司的总部位于英国剑桥, 它拥有 1700 多名员工
桶形移位寄存器 • ARM采用32位的桶形移位寄存器,置于ALU的操作输入口 前。这样使逻辑移位和算术移位等都可以在一个周期内 完成。 • 由多路选择器、符号控制电路、移位寄存器和写选择电 路等构成。 • 实现对累加器中的内容进行算术或逻辑移位、操作数的 符号位扩展、对累加器进行归一化处理和多媒体数据压 缩解压等功能。
直接执行 寄存器较多 8
ARM微处理器的技术指标
• 功能 • 字宽
• 处理速度
• 工作温度
• 功耗
• 寻址能力 • 工艺和电磁兼容性指标等
9
2.1.1 基于ARM技术的嵌入式系统硬件架构
32位ALU
ARM微处理器
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

嵌入式硬件基础知识

嵌入式硬件基础知识

嵌入式系统简介---引子嵌入式系统的应用说明嵌入式系统的组成嵌入式系统的应用实例第2章嵌入式硬件基础知识•在为一个嵌入式系统写软件之前,你必须先熟悉将要使用的硬件环境。

首先,你需要了解系统的一般操作。

你并不需要了解很小的细节,这些只是现在还用不到,慢慢就会碰到了。

无论何时你拿到一块新的电路板,都应该阅读一下附带的所有文档。

•再看文档的时候先把板子放在一边。

这会有助你着眼于全局。

等看完资料以后有得是时间来仔细检查电路板。

在拿起这块板子之前,你应该能回答如下两个基本问题:1.这块板子主要目标是什么?2.数据是如何在里面流动的?2.1 嵌入式硬件基础知识基本组成:嵌入式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,存储器以及I/O借口和设备组成。

嵌入式微处理器将在后面介绍,这里先介绍总线,存储器以及I/O借口和设备。

总线:嵌入式系统的总线一般与嵌入式微处理器核集成在一起。

从微处理器的角度来看,总线可分为片内总线(例如:PIC,ISA)和片内总线(例如:AMBA,AVALON,OCP,WISHBONE)。

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(又称为辅存)。

大多数嵌入式系统的代码和数据都存储在处理器可以直接访问的存储空间即主存中。

系统上电后,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和DRAM等存储器件。

I/O接口和设备:嵌入式系统的大多数I/O接口和部分设备已经集成在嵌入式微处理器中。

I/O接口主要有中断控制器,DMA,窜行和并行接口等;设备主要有定时器(timers),计数器(counters),看门狗定时器(watchdog timers),RTC,UARTs,PWM(Pulse Width Modulator),AD/DA,显示器,键盘和网络等。

典型的嵌入式硬件基本组成嵌入式系统的软/硬件框架2.2 嵌入式处理器的特点嵌入式微处理器(Embedded MicroProcessor Unit, EMPU)嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器,据不完全统计,到2000年全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000种,流行体系结构有30多个系列,其中8051体系的占了多半。

如何学习嵌入式系统(硬件篇)

如何学习嵌入式系统(硬件篇)

如何学习嵌入式系统(硬件篇)
学习嵌入式之前我们需要了解什么是嵌入式。

(官方说法)嵌入式系统是一种专用的计算机系统,作为装置或设备的一部分。

国内普遍认同的嵌入式系统定义为:以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。

举些例子,手机、电子时钟、智能报警装置、自动监控器、出租车计费器等等都属于嵌入式系统。

嵌入式系统是硬件和软件的综合体,这里来看看嵌入式系统的具体框图,以手机为例吧。

(硬件篇)
1、基本电路知识
嵌入式硬件也是需要许多电路搭建起来的,学习嵌入式之前必须对电路基本知识有一定基础。

了解常用的基本器件,基本仪器使用,具有一定的电路分析能力。

这样你才能看得懂嵌入式系统的硬件电路图,才能为后续开发奠定基础。

具体操作:回复CD查看主菜单,再回复109进入视频下载菜单,下载模拟电路教学视频,再回复104进入硬件技术。

学习元器件基础、常用电路等知识。

2、基本语言知识
嵌入式驱动程序编写需要用到C语言,因此在学习嵌入式之前还必须熟练C语言基本语法,并能编写些普通程序代码。

这里需要提醒,在学习C语言时养成规范的编程习惯,如添加备注、注意排版等,这将对以后的程序准确性有很大影响。

嵌入式系统基础知识

嵌入式系统基础知识

嵌入式系统基础知识嵌入式系统这一概念已经不再只是计算机专业人士的专属领域,而是面向更广泛的学科和行业。

它涉及到硬件和软件,需要对多学科进行深入的学习和了解。

本文就嵌入式系统的基础知识进行探讨,包括硬件、软件、应用领域等方面。

一、嵌入式系统的概念和特点嵌入式系统是一种集成了计算机硬件和软件的计算机系统,其目的是完成特定任务。

相对于通用计算机而言,嵌入式系统更加具有针对性和专业性。

其特点主要有以下几个方面:1. 任务导向:嵌入式系统的设计和开发是基于特定的任务和应用领域,比如汽车电子、医疗设备、智能家居等等。

因此在设计过程中,需要深入了解任务和所处领域的特点和需求。

2. 实时性:嵌入式系统往往要求具备很高的实时性,即需要在极短的时间内完成任务和数据处理,例如航空航天、军事等领域。

3. 资源受限:相对于通用计算机,嵌入式系统在硬件和软件资源方面都有所限制,需要针对性地进行优化。

在资源方面受限的情况下,嵌入式系统需要同时兼顾高效性和低能耗性。

4. 协作性:嵌入式系统通常是由多个组成部分构成,比如传感器、控制器、数据存储等等,这些部分需要协同完成任务。

5. 可靠性:嵌入式系统往往要求具备很高的可靠性和安全性,一旦发生故障,可能会带来重大的后果。

二、嵌入式系统的硬件基础嵌入式系统的硬件基础可以分为以下几个方面:1. 处理器芯片:是嵌入式系统最核心的部件,可以进行数据处理和控制操作。

2. 存储设备:包括闪存和RAM等,其中闪存用于存储程序,RAM用于存储数据。

3. 输入输出设备:包括显示器、键盘、鼠标、摄像头、传感器等,通过这些设备实现用户和系统的交互。

4. 通信模块:可以连接互联网、局域网或其他嵌入式系统,实现数据的传输和共享。

5. 电源系统:嵌入式系统需要用电才能正常工作,电源系统需要提供稳定的电压和电流。

6. 外壳:为了保护嵌入式系统免受物理伤害,通常需要加上合适的外壳,同时还可以提升美观性和舒适度。

三、嵌入式系统的软件基础嵌入式软件用于操作嵌入式系统的硬件,实现特定的任务和功能。

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可伸缩的 Cortex-A9、 成熟的 Cortex-A8 处理器
高效的 Cortex-A5 处理器
共享同一体系结构,因此具有完整的应用兼 容性, 支持传统的 ARM、Thumb® 指令集和新增的 高性能紧凑型 Thumb-2 指令集。

ARM处理器概述
Cortex-R 系列
Cortex-R
Part2 嵌入式系统硬件基础

提纲:
介绍几种主流的嵌入式处理器 ○ 处理器核心 ○ MCU集成接口 通用的嵌入式系统硬件的构成和接口技术 ○ 存储 ○ 网络 ○ 人机交互 相关接口的技术背景 DataSheet的读法

参考资料:
ARM公司官方站点: ARM7TDMI-S(Rev 4)技术参考手册
ARM处理器概述

ARM
一种商标 一种处理器内核IP 一家设计公司


ARM IP系列
ARM 是 32 位嵌入式微处理器的行业领先提供商,已推出各种各样基于通用架构的处 理器,这些处理器具有高性能和行业领先的功效,而且系统成本也有所降低。与业界 最广泛的体系(拥有超过 750 个可提供芯片、工具和软件的合作伙伴)相结合,已推 出的一系列 20 多种处理器可以解决所有应用难题。 迄今为止,ARM 已生产超过 200 亿个处理器,是真正意义上的 The Architecture for the Digital World®(数字世界的架构)。
Cortex-M 系列

Cortex-M
Cortex-M 系列针对成本和功耗敏感的 MCU 和终
端应用:
○ 智能测量、人机接口设备、汽车和工业控制系统、
大型家用电器、消费性产品和医疗器械
ARM技术概述
ARM 7 TDMI-S(V4T) 编程模型基础 CortexM3

ARM技术概述

Cortex M3处理器

特点(续)
跟踪和调试接口
○ 可访问所有的寄存器、存储器和存储器映射接
口 ○ SWD
Serial Wire Debug Port (SW-DP) Serial Wire JTAG Debug Port (SWJ-DP).
○ Optional Flash Patch and Breakpoint (FPB)
ARM 7 TDMI-S(V4T)
结构
ARM技术概述

ARM 7 TDMI-S(V4T)
ห้องสมุดไป่ตู้ 指令流水线

Thumb 指令集是最通用的ARM指令的子集,Thumb 指令长度为16 位每条指令都对应一条32 位ARM指令它对处理器模型有相同的效果
ARM 7 TDMI-S

功能
ARM的编程模型基础

存储器格式
大端(Big-endian) 格式
小端(Little-endian) 格式
ARM的编程模型基础

数据类型
ARM处理器支持下列数据类型 ○ 字32 位 ○ 半字16 位 ○ 字节8 位
数据类型使用和对齐 ○ 字量必须分配为占用4 个字节 ○ 半字量必须分配为占用2 个字节 ○ 字节量可放置在任何一个字节内

ARM处理器概述

ARM 经典处理器
ARM11、ARM9™ 和 ARM7™ 处理器系列。 在全球范围内仍被广泛授权, 应用领域高性价比的解决方案。

经典处理器的列表
系列
ARM11
Cortex 替代 产品 ARM11MPCor 该处理器率先采用了多核技术,应用场合 Cortex-A9 e Cortex-A5 包括手机、导航设备以及智能本应用。 ARM1176JZ(F)-S 是经典 ARM 系列中的最 Cortex-A9 高性能单核处理器,它引入了 ARM1176JZ(F) Cortex-A8 TrustZone® 技术,主流品牌的手机、机 -S 顶盒、数字电视、高端相框和其他众多应 Cortex-A5 用领域。 ARM1156T2(F)-S 是最高性能的实时经典 ARM1156T2(F) ARM 处理器,Thumb®-2 指令集体系结构。 Cortex-R4 -S 该处理器可以用于高性能确定性控制系统, 例如汽车、工业控制和机器人解决方案。 除扩展管道、频率和性能之外, ARM1136J(F)-S 在许多方面都与 ARM1136J(F)- ARM926EJ-S 相似。该处理器还引入了 Cortex-A5 S 基本 SIMD(Single Instruction Multiple Data,单指令多数据)指令来提高编解码 器性能,并提供可选浮点支持。 处理器 说明
快速 - 以高时钟频率获得高处理性能。
确定性 - 处理在所有场合都必须符合硬实时限制。 安全 - 系统必须可靠且可信。某些系统将是安全关
键系统。 成本效益 - 在处理器及其内存系统中都具有竞争力 的成本和功耗。

应用包括
ARM处理器概述
Cortex-R 系列

应用包括
ARM处理器概述
ARM处理器概述
Cortex-A 系列

Cortex-A 系列
○ 应用型处理器, ○ 可运行丰富的操作系统功能。

应用包括
超低成本的手机、智能手机、移动计算平台、 数字电视、机顶盒、企业网络、打印机和服务器解
决方案。
ARM处理器概述
Cortex-A 系列

Cortex-A
高性能的 Cortex-A15、
unit for implementing breakpoints and code patches.
Cortex M3处理器

特点(续)
跟踪和调试接口 ○ Optional Data Watchpoint and Trace (DWT) unit for implementing watchpoints,data tracing, and system profiling. ○ Optional Instrumentation Trace Macrocell (ITM) for support of printf() style debugging. ○ Optional Trace Port Interface Unit (TPIU) for bridging to a Trace Port Analyzer (TPA), including Single Wire Output (SWO) mode. ○ Optional Embedded Trace Macrocell (ETM) for instruction trace
ARM的编程模型基础

操作模式
用户模式 ○ 这是ARM 程序通常执行的状态用于执行大多数应用程序 快速中断FIQ 模式 ○ 支持数据传输或通道处理 中断IRQ 模式 ○ 用于通用中断处理 超级用户模式 ○ 是操作系统一种受保护的模式 中止模式 ○ 在数据或指令预取指中止时进入该模式 系统模式 ○ 是操作系统一种特许的用户模式 未定义模式 ○ 当执行未定义的指令时进入该模式
系列
处理器
说明
Cortex 替代 产品
ARM968E-S
ARM9
ARM946E-S
ARM926EJ-S
ARM7
ARM7TDMI-S
面积最小、功耗最低的 ARM9 处理器是众 多实时类型应用的理想之选。通过可轻松 Cortex-R4 从标准接口集成的紧密耦合内存,该处理 器可高效工作。 包含可选高速缓存接口以及完整的内存保 护单元的实时处理器。对于大部分代码位 于主存储器中的应用,该处理器非常有用, Cortex-R4 它按需加载到高速缓存中,同时关键的异 常处理代码和数据仍本地保留在紧密耦合 内存中。 ARM926EJ-S 是入门级处理器,可支持完 全版操作系统,包括 Linux、Windows CE Cortex-A5 和 Symbian。因此,该处理器是众多需要 完整图形用户界面的应用的理想之选。 该处理器是出色的重负荷处理器,适用于 Cortex-M3 众多应用领域。该处理器通常用于手机, Cortex-M0 现在广泛用于移动和非移动应用领域。
Cortex M3处理器

特点(续)
AHB ○ Advanced High-performance Bus ○ 3条AHB: ICode,Dcode, System bus APB ○ Advanced Peripheral Bus NVIC ○ Nested Vectored Interrupt Controller
最多支持4颗A9核心

应用
主频可达1GHz PDA,媒体播放器,导航仪,平板电脑
基于ARM的嵌入式计算平台
基于Cortex M3的MCU介绍

介绍两种基于Cortex M3的MCU
了解Core与接口部件是怎么组成SoC芯 片的

LM3S9B90
LM3S9B90
LM3S9B90
LM3S9B90
○ 包括物理层和链路层接口 ○ TI的特有技术 ○ 与100M网络直接连接
LM3S9B90

接口介绍
SSI(SPI) I2C CAN USART
(上述通用串行接口,将在后续介绍)
嵌入式处理器的选择
ARM的软件开发和调试环境
应用场景
Cortex A9处理器
Cortex A9处理器

MPE
ARM单指令多数据 (SIMD)媒体处理引擎 图像和视频、三维动态图形处理和显示


MPU
浮点数处理单元
L2Cache MMU
虚拟内存管理单元 L1-L2缓存和物理逻辑内存管理
Cortex A9处理器

Cortex-A9 MPCore multiprocessor
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