嵌入式系统简介(1)
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目前：ARM CORTEX嵌入式处理器
ARM 微处理器的特点
RISC体系结构具有如下特点： 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式简单； 使用单周期指令，便于流水线操作执行； 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指
令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。
处理器部分：全世界嵌入式处理器的种类有1000多 种，其中以ARM公司授权的ARM系列，MIPS公 司的MIPS系列，IBM公司的POWER PC INTER的 X86系列，以及MOTOROLA公司的68K系列为主。
嵌入式系统的软件部分 ：
操作系统部分：操作系统分为免费的UCOSII、 LINUX，商用的VXWORKS、WINDOWS CE等。
• 实时性方面：嵌入式控制器内嵌实时操作系统（RTOS）， 能够完全保证控制系统的强实时性，这一点优于PC机；
• 人机交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶显示器，
提供功能强大的图形用户界面，这方面与PC机相比毫不 逊色；
• 系统升级方面：嵌入式控制器可为控制系统专门设计，其
功能专一，成本较低，而且开放的用户程序接口（API） 保证了系统能够快速升级和更新。
ARM9E Family ARM926EJ-S ARM946E ARM946E-S ARM966E-S
ARM10 Family ARM1020E ARM1022E ARM1026EJ-S
ARM11 Family ARM11 Family
ARM CORTEX A系列 R系列 M系列
ARM7TDMI参数含义
USB
LCD Keyboard
Other
嵌入式系统的软/硬件框架
功能层 软件层 中间层 硬件层
应用程序
文件系统
图形用户 接口
任务管理
实时操作系统(RTOS)
BSP/HAL 硬件抽象层/板极支持包
D/A
通用接口
A/D
嵌入式 微处理器
ROM
I/O
SDRAM
人机交互接口
嵌入式计算机系统
嵌入式系统的硬件部分：
各半导体公司(ARM公司合作伙伴)在上述的处理器内核或处理器核基础上进 行再设计，嵌入各种外围和处理部件，形成各种嵌入式微处理器和嵌入式微 控制器。、
ARM芯片具有RISC体系的一般特点，除此之外，ARM体系采用了一些特别 的技术，在保证高性能的同时尽量减少芯片体积，降低芯片的功耗。
ARM架构自诞生至今，已经发生了很大的演变，至今已定义7种不同的版本。
ARM与嵌入式技术
➢ ARM嵌入式技术
ARM（Advanced RISC Machines）是英国知识产权核（IP） 设计公司，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是 对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。
ARM架构是一个32位精简指令集（RISC） 中央处理器 （processor）架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。 由于节能的特点，ARM处理器非常适用于移动通讯领域， 符合其主要设计目标为低耗电的特性。
可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是 软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。
微机学会的定义
嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统。可分 为系统级、板级、片级。
➢ 系统级：各种类型的工控器、PC104模块。 ➢ 板级：各种类型的带CPU的主板及OEM产品。 ➢ 片级：各种以单片机、DSP、微处理器为核心的产品。
嵌入式系统与单片机、PC相比较
采用32位RISC嵌入式微处理器和实时操作系统组成的嵌入式 控制系统，与传统基于单片机的控制系统和基于PC的控制方 式相比，具有以下特点：
• 性能方面：采用32位RISC结构微处理器，主频从30MHz 到200MHz以上，处理能力大大超出单片机系统，接近 PC机的水平，但体积更小，能够真正地“嵌入”到设备 中；
技术发展趋势要求——8位、16位、32位，实时操作 系统……
嵌入式系统的嵌入式系统的学科基础 嵌入式系统没有独 立的学科体系
嵌入式系统的四个学科基础：
微电子技术 ：集成电路基础
电子技术 ：应用与技术推进
计算机技术 ：计算机工程方法
对象学科 ： 应用基础
嵌入式系统应用与学科背景
自 表仪 程机 控微 天航 子消
第1章 嵌入式系统简介
1 嵌入式系统的定义
2 嵌入式系统与单片机和PC 的关系
3 嵌入式系统的组成 4 为什么要学习嵌入式系统
嵌入式系统的组成
应用程序
操作系统
软件 结构
输入
存储器 处理器
输出
硬件 结构
嵌入式系统的硬件构成
电源 模块
时钟
复位
外围电路 微处理器
MPU
Flash RAM ROM
外设
与版本4相比，版本5增加或者修改了下列指令： 提高了T变种中ARM/Thumb混合使用的效率。 对于T变种的指令和非T变种的指令使用相同的代码生成技术。 增加了前导零计数(count leading zeros)指令，该指令可以使整数除法和中
断优先级排队操作更为有效。 增加了软件断点指令。 为协处理器设计提供了更多的可选择的指令。 更加严格地定义了乘法指令对条件标志位的影响。 ARM7,ARM9
第1章 嵌入式系统简介
1 嵌入式系统的定义
2 嵌入式系统与单片机和PC 的关系
3 嵌入式系统的组成 4 为什么要学习嵌入式系统
IEEE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”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。
嵌入式系统设计的核心是软件设计（占70%左右的工作 量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同。
嵌入式系统 与 PC机
嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用计算平台。 嵌入式系统的资源比PC少得多。 嵌入式系统软件故障带来的后果比PC机大得多。 嵌入式系统一般采用实时操作系统。 嵌入式系统大都有成本、功耗的要求。 嵌入式系统得到多种微处理体系的支持。 嵌入式系统需要专用的开发工具。
动
器
电
机
空
费
化
仪
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
工
测
航
电
应
用
嵌入式系统设计
微处理器
微处理器及接口
+
操作系统
操作系统及应用
电子工程专业
计算机软件专业
感谢下 载
（４）高实时性OS
这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固 化存储，以提高速度。软件代码要求高质量和 高可靠性、实时性。
第1章 嵌入式系统简介
1 嵌入式系统的定义
2 嵌入式系统与单片机和PC 的关系
3 嵌入式系统的组成 4 为什么要学习嵌入式系统
单片机 最小系统
存储器
CPU
I / O口
时钟电路 控制电路
1991 年ARM 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技 术的授权。目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处 理器，即我们通常所说的ARM 微处理器，已遍及工业控 制、消费类电子、通信系统、网络系统、无线系统等各类 产品市场，基于ARM 技术的微处理器应用约占据了32 位 RISC 微处理器75 %以上的市场份额，ARM 技术正在逐步 渗入到我们生活的各个方面。
ARM体系版本6是2001年发布的。其主要特点是增加了 SIMD(单指令多数据)功能扩展。SIMD功能扩展为包括音 频/视频处理在内的应用系统提供了优化功能。它可以使 音频/视频处理性能提高4倍。ARM体系版本6首先在2002 年春节发布的ARM11处理器中使用。
ARM还定义了一些拥有特定功能的变种(Variant)。
定时器
单 硅 晶
片
嵌入式系统 与 单片机系统
目前嵌入式系统的主流是以32位嵌入式微处理器为核心 的硬件设计和基于实时操作系统（RTOS）的软件设计 。
单片机系统多为8位、16位机，不适合运行复杂的操作 系统，难以进行复杂的运算及处理功能。
嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单 片机大多采用软硬件流水设计。
4 为什么要学习嵌入式系统
嵌入式系统
嵌入式系统
嵌入式系统
基于VXworks的火星探 路者
学习嵌入式系统是多方面的需求
市场需求—— 中国具有世界最大嵌入式技术市场， 将成为世界第一的手持仪器设备、信息家电、城市建 设、工业控制、军事应用……嵌入式技术无处不在。
企业人才需求—— 软硬件设计人才，应用开发人才 ，综合性人才……
《单片机与嵌入式系统应用》定义
嵌入式系统是嵌入到对象体系内部的专用计算机系统。
一般定义
“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬 件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要 求的专用计算机系统。”
从以下几个方面来理解国内对嵌入式系统的定义：
嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必 须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。 可以这样理解上述三个方面的含义，即嵌入式系统是 与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合 实际系统需求进行合理的裁减利用。
ARM嵌入式技术
ARM处理器分类
➢ ARM微处理器目前包括下面几个系列，除了具有ARM体系结 构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自 的特点和应用领域。
ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 ARM11系列 Securcore系列 Intel的StrongARM Intel的Xscale，
嵌入式系统的几个重要特征
（1）系统内核小 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，
系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作 系统要小得多。 （２）专用性强 嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和 硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系 统的移植。
（３）系统精简
嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明 显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂， 这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实 现系统安全。
ARM 处理器共有37个寄存器，被分为若干个组，这些寄存器包括： － 31个通用寄存器，包括程序计数器（PC 指针），均为32位的寄存器； － 6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位。
ARM微处理器支持两种指令集：
ARM指令集和Thumb指令集（Thumb-2）
ARM处理器当前有5个产品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、ARM11和 SecureCore。
ARM7 Family ARM720T ARM7EJ-S ARM7DI ARM7TDMI ARM7TDMI-S
ARM9 Family ARM920T ARM922T ARM940T
➢ ARM7TDMI含义：
ARM = Advanced RISC Machines 7 = 体系结构 T = THUMB 代码支持 D = Debug 硬件调试模块支持 M = 增强的乘法指令集 I = Embedded ICE Logic
第1章 嵌入式系统简介
1 嵌入式系统的定义 2 嵌入式系统与单片机和PC的 关系 3 嵌入式系统的组成
ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令 集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30％～40％以上的存储 空间，同时具备32位代码的所有优点。
ARM公司为ARM架构处理器提供了ARM处理器内核(如ARM7TDMI、 ARM9TDMI、ARM10TDMI等)和ARM处理器核(ARM710T/720T/740T、 ARM920T/922T/940T、ARM926E/966E及ARM1020E等)。
v4版架构： 半字的读取和写入指令。 读取(Load)带符号的字节和半字数据的指令。 增加了T变种，可以使处理器状态切换到Thumb状态，在
该状态下指令集是16位的Thumb指令集。 增加了处理器的特权模式。在该模式下，使用的是用户模
式下的寄存器。 版本4不再强制要求与以前的26位地址空间兼容。
ARM 微处理器的特点
RISC体系结构具有如下特点： 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式简单； 使用单周期指令，便于流水线操作执行； 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指
令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。
处理器部分：全世界嵌入式处理器的种类有1000多 种，其中以ARM公司授权的ARM系列，MIPS公 司的MIPS系列，IBM公司的POWER PC INTER的 X86系列，以及MOTOROLA公司的68K系列为主。
嵌入式系统的软件部分 ：
操作系统部分：操作系统分为免费的UCOSII、 LINUX，商用的VXWORKS、WINDOWS CE等。
• 实时性方面：嵌入式控制器内嵌实时操作系统（RTOS）， 能够完全保证控制系统的强实时性，这一点优于PC机；
• 人机交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶显示器，
提供功能强大的图形用户界面，这方面与PC机相比毫不 逊色；
• 系统升级方面：嵌入式控制器可为控制系统专门设计，其
功能专一，成本较低，而且开放的用户程序接口（API） 保证了系统能够快速升级和更新。
ARM9E Family ARM926EJ-S ARM946E ARM946E-S ARM966E-S
ARM10 Family ARM1020E ARM1022E ARM1026EJ-S
ARM11 Family ARM11 Family
ARM CORTEX A系列 R系列 M系列
ARM7TDMI参数含义
USB
LCD Keyboard
Other
嵌入式系统的软/硬件框架
功能层 软件层 中间层 硬件层
应用程序
文件系统
图形用户 接口
任务管理
实时操作系统(RTOS)
BSP/HAL 硬件抽象层/板极支持包
D/A
通用接口
A/D
嵌入式 微处理器
ROM
I/O
SDRAM
人机交互接口
嵌入式计算机系统
嵌入式系统的硬件部分：
各半导体公司(ARM公司合作伙伴)在上述的处理器内核或处理器核基础上进 行再设计，嵌入各种外围和处理部件，形成各种嵌入式微处理器和嵌入式微 控制器。、
ARM芯片具有RISC体系的一般特点，除此之外，ARM体系采用了一些特别 的技术，在保证高性能的同时尽量减少芯片体积，降低芯片的功耗。
ARM架构自诞生至今，已经发生了很大的演变，至今已定义7种不同的版本。
ARM与嵌入式技术
➢ ARM嵌入式技术
ARM（Advanced RISC Machines）是英国知识产权核（IP） 设计公司，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是 对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。
ARM架构是一个32位精简指令集（RISC） 中央处理器 （processor）架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。 由于节能的特点，ARM处理器非常适用于移动通讯领域， 符合其主要设计目标为低耗电的特性。
可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是 软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。
微机学会的定义
嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统。可分 为系统级、板级、片级。
➢ 系统级：各种类型的工控器、PC104模块。 ➢ 板级：各种类型的带CPU的主板及OEM产品。 ➢ 片级：各种以单片机、DSP、微处理器为核心的产品。
嵌入式系统与单片机、PC相比较
采用32位RISC嵌入式微处理器和实时操作系统组成的嵌入式 控制系统，与传统基于单片机的控制系统和基于PC的控制方 式相比，具有以下特点：
• 性能方面：采用32位RISC结构微处理器，主频从30MHz 到200MHz以上，处理能力大大超出单片机系统，接近 PC机的水平，但体积更小，能够真正地“嵌入”到设备 中；
技术发展趋势要求——8位、16位、32位，实时操作 系统……
嵌入式系统的嵌入式系统的学科基础 嵌入式系统没有独 立的学科体系
嵌入式系统的四个学科基础：
微电子技术 ：集成电路基础
电子技术 ：应用与技术推进
计算机技术 ：计算机工程方法
对象学科 ： 应用基础
嵌入式系统应用与学科背景
自 表仪 程机 控微 天航 子消
第1章 嵌入式系统简介
1 嵌入式系统的定义
2 嵌入式系统与单片机和PC 的关系
3 嵌入式系统的组成 4 为什么要学习嵌入式系统
嵌入式系统的组成
应用程序
操作系统
软件 结构
输入
存储器 处理器
输出
硬件 结构
嵌入式系统的硬件构成
电源 模块
时钟
复位
外围电路 微处理器
MPU
Flash RAM ROM
外设
与版本4相比，版本5增加或者修改了下列指令： 提高了T变种中ARM/Thumb混合使用的效率。 对于T变种的指令和非T变种的指令使用相同的代码生成技术。 增加了前导零计数(count leading zeros)指令，该指令可以使整数除法和中
断优先级排队操作更为有效。 增加了软件断点指令。 为协处理器设计提供了更多的可选择的指令。 更加严格地定义了乘法指令对条件标志位的影响。 ARM7,ARM9
第1章 嵌入式系统简介
1 嵌入式系统的定义
2 嵌入式系统与单片机和PC 的关系
3 嵌入式系统的组成 4 为什么要学习嵌入式系统
IEEE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”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。
嵌入式系统设计的核心是软件设计（占70%左右的工作 量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同。
嵌入式系统 与 PC机
嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用计算平台。 嵌入式系统的资源比PC少得多。 嵌入式系统软件故障带来的后果比PC机大得多。 嵌入式系统一般采用实时操作系统。 嵌入式系统大都有成本、功耗的要求。 嵌入式系统得到多种微处理体系的支持。 嵌入式系统需要专用的开发工具。
动
器
电
机
空
费
化
仪
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
工
测
航
电
应
用
嵌入式系统设计
微处理器
微处理器及接口
+
操作系统
操作系统及应用
电子工程专业
计算机软件专业
感谢下 载
（４）高实时性OS
这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固 化存储，以提高速度。软件代码要求高质量和 高可靠性、实时性。
第1章 嵌入式系统简介
1 嵌入式系统的定义
2 嵌入式系统与单片机和PC 的关系
3 嵌入式系统的组成 4 为什么要学习嵌入式系统
单片机 最小系统
存储器
CPU
I / O口
时钟电路 控制电路
1991 年ARM 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技 术的授权。目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处 理器，即我们通常所说的ARM 微处理器，已遍及工业控 制、消费类电子、通信系统、网络系统、无线系统等各类 产品市场，基于ARM 技术的微处理器应用约占据了32 位 RISC 微处理器75 %以上的市场份额，ARM 技术正在逐步 渗入到我们生活的各个方面。
ARM体系版本6是2001年发布的。其主要特点是增加了 SIMD(单指令多数据)功能扩展。SIMD功能扩展为包括音 频/视频处理在内的应用系统提供了优化功能。它可以使 音频/视频处理性能提高4倍。ARM体系版本6首先在2002 年春节发布的ARM11处理器中使用。
ARM还定义了一些拥有特定功能的变种(Variant)。
定时器
单 硅 晶
片
嵌入式系统 与 单片机系统
目前嵌入式系统的主流是以32位嵌入式微处理器为核心 的硬件设计和基于实时操作系统（RTOS）的软件设计 。
单片机系统多为8位、16位机，不适合运行复杂的操作 系统，难以进行复杂的运算及处理功能。
嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单 片机大多采用软硬件流水设计。
4 为什么要学习嵌入式系统
嵌入式系统
嵌入式系统
嵌入式系统
基于VXworks的火星探 路者
学习嵌入式系统是多方面的需求
市场需求—— 中国具有世界最大嵌入式技术市场， 将成为世界第一的手持仪器设备、信息家电、城市建 设、工业控制、军事应用……嵌入式技术无处不在。
企业人才需求—— 软硬件设计人才，应用开发人才 ，综合性人才……
《单片机与嵌入式系统应用》定义
嵌入式系统是嵌入到对象体系内部的专用计算机系统。
一般定义
“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬 件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要 求的专用计算机系统。”
从以下几个方面来理解国内对嵌入式系统的定义：
嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必 须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。 可以这样理解上述三个方面的含义，即嵌入式系统是 与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合 实际系统需求进行合理的裁减利用。
ARM嵌入式技术
ARM处理器分类
➢ ARM微处理器目前包括下面几个系列，除了具有ARM体系结 构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自 的特点和应用领域。
ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 ARM11系列 Securcore系列 Intel的StrongARM Intel的Xscale，
嵌入式系统的几个重要特征
（1）系统内核小 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，
系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作 系统要小得多。 （２）专用性强 嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和 硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系 统的移植。
（３）系统精简
嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明 显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂， 这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实 现系统安全。
ARM 处理器共有37个寄存器，被分为若干个组，这些寄存器包括： － 31个通用寄存器，包括程序计数器（PC 指针），均为32位的寄存器； － 6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位。
ARM微处理器支持两种指令集：
ARM指令集和Thumb指令集（Thumb-2）
ARM处理器当前有5个产品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、ARM11和 SecureCore。
ARM7 Family ARM720T ARM7EJ-S ARM7DI ARM7TDMI ARM7TDMI-S
ARM9 Family ARM920T ARM922T ARM940T
➢ ARM7TDMI含义：
ARM = Advanced RISC Machines 7 = 体系结构 T = THUMB 代码支持 D = Debug 硬件调试模块支持 M = 增强的乘法指令集 I = Embedded ICE Logic
第1章 嵌入式系统简介
1 嵌入式系统的定义 2 嵌入式系统与单片机和PC的 关系 3 嵌入式系统的组成
ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令 集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30％～40％以上的存储 空间，同时具备32位代码的所有优点。
ARM公司为ARM架构处理器提供了ARM处理器内核(如ARM7TDMI、 ARM9TDMI、ARM10TDMI等)和ARM处理器核(ARM710T/720T/740T、 ARM920T/922T/940T、ARM926E/966E及ARM1020E等)。
v4版架构： 半字的读取和写入指令。 读取(Load)带符号的字节和半字数据的指令。 增加了T变种，可以使处理器状态切换到Thumb状态，在
该状态下指令集是16位的Thumb指令集。 增加了处理器的特权模式。在该模式下，使用的是用户模
式下的寄存器。 版本4不再强制要求与以前的26位地址空间兼容。