嵌入式系统导论

嵌入式系统发展趋势之特点 嵌入式系统发展与计算机技术发展越行越远 计算机技术逐步以通用化战胜专用化 嵌入式技术逐步桌面化 嵌入式系统构成 一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统（可选），以及应用软件系统等四个部分组成。 嵌入式系统的应用领域 1、PDA（个人信息助理、掌上电脑）；2、手机（普通手机、智能手机、网络手机）；3、PMP；4、办公 用品（录音笔、FLY数字笔、Genius数字便笺、Polymer Vision手机书）；5、手表（Martin Frey手表、手表 手机：M300、Nike的Speed+手表、韩国防性罪犯的电子手镯、爱国者视频MP4手表）；6、运动玩具游戏 （GTX公司定位的运动跑鞋、遥控蜻蜓、防止犯罪的蜻蜓街灯、次世代三大主流）；7、摄像器材（数码相 机、DV）；8、智能家电（智能冰箱（有时称为网络冰箱）、网络微波炉、网络电饭煲、网络空调等家电）； 9、智能家居；10、多媒体终端（IP电话、视频会议、可视电话）；10、电视（高清电视、数字电视、立体 显示技术）；11、家居（家庭相册、远程宠物喂养器、远程观看到宠物的行动、跟它对话、远程喂养宠物）； 12 12、通讯设备（有计算机能力的各种通讯设备、路由器/交换机/防火墙等）；13、仪器仪表（DCG (动态心 / / 13 DCG ( 电图仪)、便携式多参数监护仪、中医指套传感器脉象虚拟仪器、推拿手法测试仪、电动机故障状态监测保 护系统）；14、交通相关（汽车电子、其他）；15、军工（武器控制系统、数字化单兵系统）；16、新兴 硬件。 RISC与CICS指令集 与 指令集 CICS：为实现复杂操作，微处理器除向程序员提供类似各种寄存器和机器指令功能外．还通过存于只读存 贮器(ROM)中的微程序来实现其极强的功能 ，傲处理在分析每一条指令之后执行一系列初级指令运算来完 成所需的功能，这种设计的型式被称为复杂指令集计算机(Complex Instruction Set Computer-CISC)结 构．一般CISC计算机所含的指令数目至少300条 以上，有的甚至超过500条． RISC：尽量简化计算机指令功能，只保留那些功能简单、能在一个节拍内执行完成的指令，而把较复杂的 功能用一段子程序来实现，这种计算机系统就被称为精简指令系统计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）。
ATOM特点：1、散热设计功耗（TDP）规格在 0.6-2.5瓦之间；2、速度可达1.8GHz；3、尺寸不到25平方 特点： 特点 毫米；4、4700万个晶体管；5、45nm技术
ATOM应用场合： 应用场合： 应用场合 z系列： 掌上MID、平板电脑 N系列： NoteBook、小型台式机 D系列： 入门台式机 E系列： 嵌入式设备 CE系列：消费电子
嵌入式系统概念： 嵌入式系统概念 1、IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操 作机器和设备的装置”。 2、通俗地说，嵌入系统是将计算机的硬件或软件嵌入其它机、电设备或应用系统中去，进而 构成了一种新的系统，即嵌入式系统。 嵌入式系统与桌面系统的区别 1、嵌入式系统中运行的任务是专用且比较确定的；桌面通用系统需要支持大量的、需求多样 的应用程序。 2、嵌入式系统往往对实时性提出较高的要求；桌面通用系统以性能、价格的最优为追求原则， 面向多任务性能均衡。 3、嵌入式系统运行需要高可靠性保障，比桌面系统的故障容忍能力弱很多；嵌入式系统需要 忍受长时间、无人值守条件下的运行；嵌入式系统运行的环境恶劣。 4、嵌入式系统大都有功耗约束 。 5、嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多。 6、嵌入式系统的开发需要专用工具和特殊方法。 7、嵌入式系统开发是一项综合的计算机应用技术。 嵌入式系统的发展历程 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 嵌入式系统发展趋势 软硬件系统整合 SOC设计 应用领域拓展：传感器网络、普适计算 内容服务增加
采用RISC架构的 架构的ARM微处理器一般具有如下特点 微处理器一般具有如下特点： 采用 架构的 微处理器一般具有如下特点 体积小、低功耗、低成本、高性能； 支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，兼容8位/16位器件； 大量使用寄存器，指令执行速度更快； 大多数数据操作都在寄存器中完成； 寻址方式灵活简单，执行效率高； 指令长度固定； 全球众多的合作伙伴。 ARM处理器选型方法： 处理器选型方法： 处理器选型方法 ARM微处理器内核的选择 有MMU：ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM 无MMU： ARM7TDMI则。 系统的工作频率 ARM7典型处理速度为0.9MIPS/MHz，常见ARM7芯片系统主时钟为20MHz-133MHz； ARM9典型处理速度为1.1MIPS/MHz，常见ARM9系统主时钟频率为100MHz-233MHz； ARM10最高可以达到700MHz。 片内存储器的容量 片内外围电路的选择 USART（UART/SCI）、USB（HOST/DEVICE)、IrDA、Ethernet（MAC）、LCD、Keypad、 RTC、ADC、DAC、DSP协处理器等 ARM处理器体系架构 处理器体系架构 ARM架构主要是以指令集来区分，从开发先后顺序来看，ARM指令集目前已经发展到第七代： V1版架构、V2版架构、V3版架构、V4版架构、V5版架构、V6版架构、V7版架构。
ARM处理器系列，以及各自特点和应用场合 处理器系列， 处理器系列 ARM7系列（ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ） 系列（ 系列 、 、 、 ） 特点：1、低功耗、嵌入式ICE－RT逻辑；2、0.9MIPS/MHz的3级流水线结构；3、32位ARM指令集和16位的Thumb指令集；4、 主频最高可达130MHz。 应用领域：工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。 ARM9系列（ARM920T、ARM922T、ARM940T） 系列（ 系列 、 、 ） 特点：1、1.1MIPS/MHz哈佛结构，5级流水线；2、32位ARM指令集和16位Thumb指令集；3、支持32位的高速AMBA总线接口； 4、全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等主流嵌入式操作系统；5、支持数据Cache和指令Cache，具有更高 的指令和数据处理能力。 应用领域：无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。 ARM9E系列（ARM926EJ-S、ARM946E-S、ARM966E-S。） 系列（ 系列 、 、 。） 特点：1、支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合；2、5级流水线，指令执行效率更高；3、支持32位ARM指令 集和16位Thumb指令集；4、支持32位的高速AMBA总线接口；5、支持VFP9浮点处理协处理器；6、全性能的MMU，支持 Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操作系统；7、MPU支持实时操作系统；8、支持数据Cache和指令Cache， 具有更高的指令和数据处理能力；9、主频最高可达300MIPS。 应用领域：下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备等领域。 ARM10E系列（ARM1020E、ARM1022E、ARM1026EJ-S） 系列（ 系列 、 、 ） 特点：ARM10E系列微处理器由于采用了新的体系结构，与同等ARM9器件相比较，在同样时钟频率下，性能提高了近50％，同 时，采用了先进节能方式，使其功耗极低。 应用领域：下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。 ARM11E系列 系列 特点：1、基于ARM11的微处理器具有更强的性能，尤其是多媒体处理能力；2、ARM11微处理器采用0.13微米工艺，低端产品 运行在350MHz～500MHz，高端产品运行在533～750MHz。 SecurCore系列（SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200、SecurCore SC210） 系列（ 系列 、 、 、 ） 特点：SecurCore系列微处理器为安全需要而设计，提供了完善的32位RISC技术的安全解决方案，因此，除具有ARM体系结构 的低功耗、高性能的特点外，还具有其独特的优势，即提供了对安全解决方案的支持。 应用领域：主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系 统等领域。 Intel StrongARM处理器 处理器 特点：是采用ARM体系结构高度集成的32位RISC微处理器，融合了Intel公司的设计和处理技术以及ARM体系结构的电源效率， 采用在软件上兼容ARMv4体系结构、同时采用具有Intel技术优点的体系结构。 应用领域：Intel StrongARM处理器是便携式通讯产品和消费类电子产品的理想选择，已成功应用于多家公司的掌上电脑系列产 品。 Xscale 处理器 特点：基于ARMv5TE体系结构的解决方案，是一款全性能、高性价比、低功耗的处理器。 应用领域：已在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合使用。
UEFI特点： 特点： 特点 UEFI优点：提供了一个连接操作系统载入程序与固件之间稳定的接口；为独立软件开发商和制造 商提供了一个清晰的预启动编程环境；延长了传统பைடு நூலகம்件的使用寿命； 不足之处：UEFI在安全问题并没有作出改善。 嵌入式系统体系结构： 嵌入式系统体系结构： 存储器的分类： 存储器的分类： • ROM（Read only Memory）只读存储器 • PROM（programmable ROM）可编程只读存储器 • EPROM（Erasable Programmable）电可擦可编程只读存储器 • FLASH Memory：闪存 • RAM（Random access Memory）随机存取存储器 • SRAM（Static RAM） • DRAM（Dynamic RAM）动态随机存储器 • SDRAM（Synchronization Dynamic RAM ）同步动态随机存储 器 • DDRSDAM (Double Data Rate SDRAM)，双倍速率同步动态随 机存储器 嵌入式系统中所用到的存储器主要有：触发器、 嵌入式系统中所用到的存储器主要有 寄存器、静态随机访问存储器（SRAM）、动 态随机访问存储器（DRAM）、闪速存储器 （FLASH）、磁盘。（如右图） 固态硬盘SSD （Solid State Disk）的优点 固态硬盘 ）的优点： 速度快、耐用防震、无噪音、重量轻。