嵌入式系统硬件平台 PPT

嵌入式片上系统(System On Chip)（1）
▪SoC 就是System on Chip ，SoC 嵌入式系统微处理器就是一
种电路系统。
▪它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，像是ARM
RISC 、MIPS RISC 、DSP 或是其他的微处理器核心，加上通信 的接口单元，像是万用串行端口（USB ）、TCP/IP 通信单元、 GPRS通信接口、GSM 通信接口、IEEE1394 、蓝牙模块接口等 等，这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理 芯片。
DSP 的理论算法在70 年代就已经出现，但是由于专 门的DSP 处理器还未出现，所以这种理论算法只能 通过MPU 等由分立元件实现。1982 年世界上诞生了 首枚DSP 芯片。在语音合成和编码解码器中得到了 广泛应用。DSP 的运算速度进一步提高，应用领域 也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。
▪ARM7RTDMI 处理器是目前应用广的32 位高性能嵌入式
RISC 处理器。ARM7RTDMI 使用3 级流水线，取指、译码和 执行。
▪嵌入式ICE— RT 逻辑为ARM7TDMI 核提供了集成的在片调
试支持。可以使用嵌入式ICE— RT 逻辑来编程断点或观察断 点出现的条件。在目标和宿主调试器通过JTAG （JOINT TEST ACTION GROUP ）传送信息。
▪PowerPC 架构的特点是可伸缩性好，方便灵活。
▪既有通用的处理器，又有嵌入式控制器和内核，应用范围非
常广泛，从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统，从消费 类电子产品到大型通信设备，无所不包。
▪基于PowerPC 架构的处理器有：
✓IBM 公司开发的PowerPC 405 GP 是一个集成10/100
嵌入式硬件开发工具（4）
4 ．精简系统内核、算法，降低功耗和软硬件 成本。
未来的嵌入式产品是软硬件紧密结合的设备，为了减低功耗和 成本，需要设计者尽量精简系统内核，利用最低的资源实现最 适当的功能，如Java 、Web 和WAP 等。
5 ．提供友好的多媒体人机界面
嵌入式设备能与用户亲密接触，最重要的因素就是它能提供非
嵌入式硬件开发工具（2）
2.工具：三星在推广Arm7 ，Arm9 芯片的同 时还提供开发板和板级支持包（BSP ），而 WindowCE 在主推系统时也提供Embedded VC ＋＋作为开发工具，还有Vxworks 的 Tonado 开发环境，DeltaOS 的Limda 编译环 境等等。
嵌入式硬件开发工具（3）
典型的嵌入式微处理器-ARM
基于ARM 处理器核的典型产品如下：
✓Intel 公司的StrongARM 的系列：SA-110 、SA-1100 、SA-
1101、SA-1110 、SA-1111 ；
✓Cirrus Logic 公司的ARM 系列：EP7209 、EP7211 、
EP7212、EP7312 、EP9312 、PS7500FE ；
嵌入式硬件开发工具（1）
嵌入式开发需要提供强大的硬件开发工具和软件包 支持。
1.硬件：速度、功能、成本。
更强大的嵌入式处理器如32 位、64位RISC芯片或信 号处理器、DSP 增强处理能力，同时增加功能接口， 如USB，扩展总线类型，如CAN BUS，加强对多媒体、 图形等的处理，逐步实施片上系统（SOC）的概念。
ARM 处理器有三大特点：
✓小体积、低功耗、低成本而高性能；
✓16/32 位双指令集；
✓全球众多的合作伙伴。
典型的嵌入式微处理器-ARM
▪ARM7 、ARM9 、ARM9E 、ARM10 和SecurCore 。其中
ARM7 是低功耗的32 位核，最适合应用于对价位和功耗敏感 的产品，它又分为应用于实时环境的ARM7TDMI 、 ARM7TDMI-S ，以及适用于开放平台的ARM720T 和适用于 DSP 运算及支持Java 的ARM7EJ 等。
嵌入式DSP处理器(2)
▪目前最为广泛应用的嵌入式DSP
处理器是TI 的MS320C2000/C5000 系列，另外如Intel 的MCS-296 和 Siemens 的TriCore 也有各自的应 用范围。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
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嵌入式微处理器 （Micro Processor Unit)
常友好的用户界面。手写文字输入、语音拨号上网、收发电
子邮件以及彩色图形、图像都会使使用者获得自由的感受。
典型的嵌入式微处理器（1）
1 ．ARM/StrongARM
ARM （Advanced RISC Machines ）公司是全球领先的16/32 位RISC 微处理器知识产权设计供应商。ARM 公司通过转让 它的高性能、低成本、功耗低的RISC 微处理器、外围和系统 芯片设计技术给合作伙伴来生产各具特色的芯片。ARM 公司 已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案 的RISC 标准。
✓SamSung 公司的ARM 系列：S3C44B0 、S3C2400 、3C4510 ✓Aplio 公司的ARM 系列：Aplio/TRIO ✓LinkUp Systems 公司的ARM 系列: L7200 、L7205 ✓NETsilicon 公司的ARM 系列：NET+ARM ✓Triscend Corporation ARM 的产品：A7
MPU 嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU 演变而 来的。
与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保 留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余 功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用 的特殊要求。
和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、 重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式 处理器类型有Am186/88 、386EX 、SC-400 、Power PC 、68000 、MIPS 、ARM/ StrongARM 系列等.
▪SoC 嵌入式系统微处理器所具有的其他的好处可以
分为下列几点：
✓利用改变内部工作电压，降低芯片功耗。
✓减少芯片对外管脚数，简化制造过程。
✓减少外围驱动接口单元及电路板之间的信号传递，
可以加快微处理器数据处理的速度。
✓内嵌的线路可以避免外部电路板在信号传递时所
造成系统杂讯。
嵌入式片上系统(System On Chip)（4）
SmartMIPS 。
▪如果您有一台机顶盒设备，那很可能就是基
于MIPS TM 的；如果您有一台视频游戏机， 或许他就是基于MIPS 的；你的电子邮件或许 就是通过基于MIPS 芯片的Cisco 路由器来传递 的；您的公司所使用的激光打印机也有可能使 用着基于MIPS 的64 位处理器。
典型的嵌入式微处理器PowerPC
Mbps 以太网控制器、串行和并行端口、内存控制器以及 其它外设的高性能嵌入式处理器。
✓MPC823e 微处理器是一个高度综合的片上系统（SOC ）
设备。
典型的嵌入式微处理器-x86
▪x86 系列处理器是我们最熟悉的了，它起源于intel 架
构的8080 。
▪486DX 是当时和AMR ，68K ，MIPS 和SuperH 齐
典型的嵌入式微处理器-ARM
1 ．ARM/StrongARM
ARM （Advanced RISC Machines ）公司是全球领先的16/32 位RISC 微处理器知识产权设计供应商。ARM 公司通过转让 它的高性能、低成本、功耗低的RISC 微处理器、外围和系统 芯片设计技术给合作伙伴来生产各具特色的芯片。ARM 公司 已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案 的RISC 标准。
▪近来Atmel 推出的AVR 单片机由于其集成了FPGA
等器件，所以具有很高的性价比，势必将推动单片 机获得更高的发展。
嵌入式DSP处理器(1)
DSP 处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其 在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数 字滤波、FFT 、谱分析等各种仪器上DSP 获得了大 规模的应用。
3.无线。要求硬件上提供各种网络通信接口。 新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口， 除了支持TCP ／IP 协议，还有的支持 IEEE1394 、USB 、CAN 、Bluetooth 或IrDA 通信接口中的一种或者几种，软件方面系统系 统内核支持网络模块，甚至可以在设备上嵌
入Web 浏览器，
名的五大嵌入式处理器之一
▪lGeode SP1SC10 具有非妥协网络访问、硬件MPEG-
2 音频和视频解码器、TV 解码器、modem 、10/100 以太网、各种固化通信和外设接口。
嵌入式系统的输入输出接口
▪嵌入式系统的输入与输出接口可以分为有线连接传输与无
线传输两种。
▪有线连接传输的输入与输出接口在设计上，必须考虑到几
▪MIPS 公司设计RISC 处理器始于80 年代初，MIPS 公司的战略发
生变化，把重点放在嵌入式系统。
▪1999 年，MIPS 公司发布MIPS 32 和MIPS 64 架构标准，为未来
MIPS 处理器的开发奠定了基础。
▪MIPS 公司陆续开发了高性能、低功耗的32 位处理器内核（core ）
MIPS 32 4Kc 与高性能64 位处理器内核MIPS 64 5Kc
▪为了使用户更加方便地应用MIPS 处理器，MIPS 公司推出了一套
集成的开发工具，称为MIPS IDF （Integrated Development Framework ），特别适合嵌入式系统的开发。
典型的嵌入式微处理器-MIPS
▪MIPS 的定位很广
▪在高端它有64 位的20Kc 家族，在低端市场有
个因素，如电位匹配，就是嵌入式系统微处理器的输入输出 接口所提供与接收信号的电位，必须和相连接的外围装置相 同，否则会发生一方电位较高，导致电路的毁损，或者是电 位不同，无法准确判断所代表的正确信号。
第四章 嵌入式系统硬件平台
嵌入式处理器及其分类 典型的嵌入式处理器 嵌入式系统常见外设
嵌入式系统硬件体系结构
嵌入式微处理器
嵌入式微控制器
典型代表：单片机这种８位的电子器件，目前 在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。
单片机芯片内部集成ROM/EPROM 、RAM 、 总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O 、 串行口、脉宽调制输出、A/D 、D/A 、Flash RAM 、EEPROM 等各种必要功能和外设
▪SoC 是追求产品系统最大包容的集成器件，SOC 最大的特点是
成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的 代码模块。
嵌入式片上系统(System On Chip)（2）
▪运用VHDL 等硬件描述语言不需要再像传统的系统
设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点点的连接焊 制，只需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器 件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之 后就可以直接交付芯片厂商进行生产。
微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小， 从而使功耗和成本下降、可靠性提高。
嵌入式微控制器（2）
微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。 微控制器的片上外设资源一般比较丰富， 适合于控制，因此称为微控制器。
嵌入式微控制器（3）
▪由于MCU 低廉的价格，优良的功能，所以拥有的
品种和数量最多，比较有代表性的包括8051、MCS251 、MCS-96/196/296 、P51XA 、C166/167 、68K 系列以及MCU 8XC930/931 、C540 、C541 ，并且 有支持I 2 C 、CAN-Bus 、LCD及众多专用MCU 和 兼容系列。
▪由于SOC 往往是专用的，所以大部分都不为用户所
知，如Philips 的Smart XA 。Siemens 的TriCore ， Motorola 的M-Core ，某些ARM 系列器件，Echelon 和Motorola 联合研制的Neuron 芯片等。
嵌入式片上系统(System On Chip)（3）
ARM 处理器有三大特点：
✓小体积、低功耗、低成本而高性能；
✓16/32 位双指令集；
✓全球众多的合作伙伴。
ห้องสมุดไป่ตู้
典型的嵌入式微处理器-MIPS
▪MIPS 是Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages，
MIPS 技术公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64 位处理器的厂商。在RISC 处理器方面占有重要地位