微处理器系统设计结构与嵌入式系统期中复习23页PPT
微处理器系统结构与嵌入式系统设计ppt课件
A/D 数字 基 带
A/D
数字滤波与控制 系统知识 (硬件与软件)
电路设计知识 (DAC、ADC 等)
制造工艺知识 (90nm, 65nm, 45nm)
22 .
晶圆工艺知识 (300mm 晶圆)
片上网络(NOC) 技术
P处理器 M存储器
C缓存 rni网络接口 S交换开关
Dsp核 re可重构逻辑
L专用逻辑
7-8课时
第五章：存储器系统
8-9课时
第六章：输入/输出接口
6-7课时
第七章：ARM微处理器编程模型
4课时
第八章: ARM汇编指令
4-5课时
第九章： ARM程序设计
4-5课时
第十章：基于ARM微处理器的硬件系统设计
3课时
第十一章：基于ARM微处理器的软件系统设计 3课时
第十二章：基于ARM微处理器核的SOC设计
并出现了早期的操作系统。 第三代（1965～1980年）集成电路计算机 以中小规模集成电路为主要部件，内存用磁芯、半导体，外存用磁盘。软件
广泛使用操作系统，产生了分时、实时等操作系统和计算机网络 第四代（1980年至今）个人计算机 以LSI、VLSI为主要部件，以半导体存储器和磁盘为内、外存储器。在软件
章
✓ 片上多核处理器(CMP)
✓ 流处理器(Stream Processor)
✓ PIM(Processor In Memory)
概
✓ 可重构计算处理器
述
1.4 嵌入式系统（了解）
✓ 嵌入式系统的概念
✓ 嵌入式系统的特点
✓ 嵌入式系统中的处理器
✓ 嵌入式系统的组成
✓ 嵌入式系统的发展现状与趋势
✓ 学习嵌4入1.式系统的意义
微处理器系统结构及嵌入式系统设计(第二版)答案全
一1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片1.3 阐述摩尔定律。
每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。
1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。
IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。
它有软核、硬核和固核三种实现形式。
1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？概念：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、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。
特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。
2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。
3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。
4、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。
①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中；②要求高质量、高可靠性的软件代码；③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。
5、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。
6、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
二2.2 完成下列逻辑运算（1）101+1.01 = 110.01（2）1010.001-10.1 = 111.101（3）-1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1（4）10.1101-1.1001 = 1.01（5）110011/11 = 10001（6）(-101.01)/(-0.1) = 1010.12.3 完成下列逻辑运算（1）1011 0101∨1111 0000 = 1111 0101（2）1101 0001∧1010 1011 = 1000 0001（3）1010 1011⊕0001 1100 = 1011 01112.4 选择题（1）下列无符号数中最小的数是( A )。
第2章 微处理器及其体系结构PPT课件
广西大学 机械工程学 院
2020/7/31
第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
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执行部件(Execution Unit—EU)
EU主要完成两种类型的操作： ①算术运算和逻辑运算(由算术逻辑单元ALU完成)； ②按指令的寻址方式计算出16位的偏移地址，并将它 送到BIU(总线接口部件)中，形成20位的实际地址。
8086CPU
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第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
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CPU 图片
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现代CPU
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第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
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CPU图片
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第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
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一、8086/8088CPU的编程结构
1、8086/8088CPU的内部结构 2、8086/8088CPU的寄存器结构
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第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
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1、8086/8088CPU的内部结构
8086/8088CPU内部结构基本相同,有20条外部 地址总线，可以寻址1M内存空间；
8086CPU的内部和外部数据总线均是16位，是 典型的16位微处理器；
8088CPU内部数据总线是16位，外部数据总线 是8位，所以被称为准16位微处理器。
8088CPU指令队列是4个字节，8086是6个字节。
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第二章 8086/8088微处理器及其体系结构
《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案
《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案第一章：微处理器概述1.1 微处理器的定义与发展历程1.2 微处理器的组成与工作原理1.3 微处理器的性能指标1.4 嵌入式系统与微处理器的关系第二章：微处理器指令系统2.1 指令系统的基本概念2.2 常见的指令类型及其功能2.3 指令的寻址方式2.4 指令执行过程第三章：微处理器存储系统3.1 存储器的分类与特点3.2 内存管理单元（MMU）3.3 存储器层次结构与缓存技术3.4 存储系统的性能优化第四章：微处理器输入/输出系统4.1 I/O 接口的基本概念与分类4.2 常见的I/O 接口技术4.3 直接内存访问（DMA）4.4 interrupt 与事件处理第五章：嵌入式系统设计概述5.1 嵌入式系统的设计流程5.2 嵌入式处理器选型与评估5.3 嵌入式系统硬件设计5.4 嵌入式系统软件设计第六章：嵌入式处理器架构与特性6.1 嵌入式处理器的基本架构6.2 嵌入式处理器的分类与特性6.3 嵌入式处理器的发展趋势6.4 嵌入式处理器选型considerations 第七章：数字逻辑设计基础7.1 数字逻辑电路的基本概念7.2 逻辑门与逻辑函数7.3 组合逻辑电路与触发器7.4 微处理器内部的数字逻辑设计第八章：微处理器系统设计与验证8.1 微处理器系统设计流程8.2 硬件描述语言（HDL）与数字逻辑设计8.3 微处理器系统仿真与验证8.4 设计实例与分析第九章：嵌入式系统软件开发9.1 嵌入式软件的基本概念9.2 嵌入式操作系统与中间件9.3 嵌入式软件开发工具与环境9.4 嵌入式软件编程实践第十章：嵌入式系统应用案例分析10.1 嵌入式系统在工业控制中的应用10.2 嵌入式系统在消费电子中的应用10.3 嵌入式系统在医疗设备中的应用10.4 嵌入式系统在其他领域的应用案例分析第十一章：嵌入式系统与物联网11.1 物联网基本概念与架构11.2 嵌入式系统在物联网中的应用11.3 物联网设备的硬件与软件设计11.4 物联网安全与隐私保护第十二章：实时操作系统（RTOS）12.1 实时操作系统的基本概念12.2 RTOS的核心组件与特性12.3 常见的实时操作系统及其比较12.4 实时操作系统在嵌入式系统中的应用第十三章：嵌入式系统功耗管理13.1 嵌入式系统功耗概述13.2 低功耗设计技术13.3 动态电压与频率调整（DVFS）13.4 嵌入式系统的电源管理方案第十四章：嵌入式系统可靠性设计14.1 嵌入式系统可靠性概述14.2 故障模型与故障分析14.3 冗余设计技术与容错策略14.4 嵌入式系统可靠性评估与测试第十五章：现代嵌入式系统设计实践15.1 现代嵌入式系统设计挑战15.2 多核处理器与并行处理15.3 系统级芯片（SoC）设计与集成15.4 嵌入式系统设计的未来趋势重点和难点解析第一章：微处理器概述重点：微处理器的定义、发展历程、组成、工作原理、性能指标。
嵌入式系统及其应用课件-第二章嵌入式微处理器的体系结构
无
无
流水线级 Thum DS Jazel
别
b P le
3
有 无无
ARM7TDMI-S 无
无
3
有 无无
ARM710T/72 8k
MMU
3
0T
ARM740T 8k或4k Protecti
3
on Unit
ARM7EJ-S
无
无
3
有 无无 有 无无 有 有有
CHANG’AN UNIVERSITY
长安大学电子与控制工程学院
计数前导零CLZ指令；
BRK中断指令；
增加了数字信号处理指令（V5TE版）；
为协处理器增加更多可选择的指令；
改进了ARM/Thumb状态之间的切换效率；
增加了两个E和J两个变种，其中E表示增强型DSP 指令集，包括全部算法操作和16位乘法操作，J表 示支持新的JAVA，提供字节代码执行的硬件和优 化软件加速功能。
嵌入式系统与应用
第二章 嵌入式微处理器的体系结构
（1）V3版架构（ 目前已废弃 ）对原来的ARM体系 结构作了较大的改动：
寻址空间增至32位（4GB）；
当前程序状态信息从原来的R15寄存器移到当前程序状 态寄存器CPSR中（Current Program Status Register）
增加了程序状态保存寄存器SPSR（Saved Program Status Register）；
处理器系统模式引进特权方式时使用用户寄存器 操作；
把一些未使用的指令空间捕获为未定义指令 。
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嵌入式系统与应用
第二章 嵌入式微处理器的体系结构
嵌入式系统的PPT课件
地址
指令寄存器
控制器
指令
数据通道
输入
输出
中央处理器
地址 数据
程序存储器
指令0 指令1 指令2
数据存储器
数据0 数据1 数据2
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CISC和RISC
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）
具有大量的指令和寻址方式 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) 在通道中只包含最有用的指令 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
10
CISC与RISC的数据通道
开始
IF
ID
ALU MEM REG
退出
微操作通道
开始
IF
ID
REG ALU MEM
退出
单通数据通道
11
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 （微程序） CPI > ５，指令越复杂，CPI越大。
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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
微处理器系统结构与嵌入式系统PPT培训课件
运算类指令只能对寄存器中 的数据或立即数进行直接操
作
将指定地址的存储单元或I/O 端口的值读入寄存器Rd
(Rs)[MEM]
将寄存器Rs的值写入指定地址 的存储单元或I/O端口
(Rs)(Rd)
Lable(PC) If X为真/假，则 Lable (PC)
Sub-Lable(PC)
调用子程序
STR
寄存器访问 MOV
无条件跳转 JMP
跳转类
条件跳转 过程调用
JX/JNX CALL
操作数示例
Rs1, Rs2, Rd① Rs, Imm②, Rd Rs1, Rs2, Rd Rs, Imm, Rd Rs1, Rs2, Rd Rs, Imm, Rd Rs1, Rs2, Rd Rs, Imm, Rd
2021-12-21
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RISC的特点及设计思想
RISC机的设计应当遵循以下五个原则：
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计算机的体系结构
1946年，美国宾夕法尼亚大学莫尔学院的物理学博士 Mauchley和电气工程师Eckert领导的小组研制成功世界上第一 台数字式电子计算机ENIAC 。
著名的美籍匈牙利数学家Von Neumann参加了为改进ENIAC 而举行的一系列专家会议，研究了新型计算机的体系结构。
Rs, Rd
[MEM], Rd
Rs, [MEM]
Rs, Rd Imm, Rd
Lable
Lable
Sub-L(Rs2)Rd (Rs)+ImmRd
(Rs1)-(Rs2)Rd (Rs)-ImmRd
(Rs1)˄(Rs2)Rd (Rs)˄ImmRd
《微处理器与嵌入式系统设计》复习要点
《微处理器与嵌入式系统设计》复习要点第一章嵌入式系统概述嵌入式系统的共性：特定的使用场合或工作环境，是某个大型系统的一部分，完成一个具体的功能，专用性强，应用于特定的平台；功耗低，且一般要求高实时性和高可靠性，系统程序一般都是固化在内存中，以提高运行速度和可靠性；功能单一，模块的设计和实现较为简单；人机交互界面简单；开发时往往有上位机和下位机或主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。
MCU：Micro Control Unit，嵌入式微控制器（俗称单片机），把CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O、中断系统、定时器/计时器、各种功能外设等资源集成到一个芯片上的微型计算机系统。
MPU：Micro Processor Unit，嵌入式微处理器。
MPU是由通用计算机中的CPU（微处理器）演变而来，可以理解为增强版的CPU，即不带外围功能器件。
ARM：是一家公司，也是一类技术和产品的统称。
ARM公司设计的芯片主要涉及嵌入式移动设备领域，指令集更加紧凑简单，功耗和成本更低，在移动消费电子领域占据着很大的市场份额。
嵌入式系统开发流程：需求分析、系统总体设计、系统软硬件设计、系统测试第二章 ARM Cortex-M3内核与STM32微控制器ARM存储模式（2种）小端模式：数据的低字节存放在内存低地址处，数据的高字节存放在内存高地址处。
大端模式：数据的高字节存放在内存低地址处，数据的低字节存放在内存高地址处。
注意书上的相关例子！ARM指令集架构系统设计有两种方式：RISC（Reduced Instruction Set Computer）精简指令集计算机CISC（Complex Instruction Set Computer）复杂指令集计算机流水线技术：每条指令分解为多步，并让各步操作重叠，从而实现几条指令并行处理的技术，称为流水线技术。
ARM Cortex-M3微控制器采用的三级流水线： 取指—译码—执行流水线的技术指标通常用吞吐率、加速比和效率三项指标来衡量。
嵌入式系统原理_总复习_复习课件_
n ARM程序设计基础
n 1、ARM完整汇编程序的结构，常用汇编语 句的作用
n 2、ARM与C的混合编程：
n
（1）C语言中内嵌汇编的方法
n
（2）C和ARM汇编语言之间的相互调
用方法
n 3、Startup.S分析：作用，如何跳转到C语 言
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CHAPTER
4 嵌入式系统 的存储系统
10
主要内容
3.1 存储器组织及接口方式：RAM、ROM 3.2 各类存储器的特点：SRAM、DRAM、Flash 3.3 虚拟存储的基本原理 如何设计给定系统的存储器：如手持设备
设
驱动程序设计
计 软件详细设计
应用程序设计与调试
④
系统集成与测试
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n 掌握各阶段应该完成那些任务，做到什么程 度。
n 能针对某个设计要求，进行需求分析（的方 法）、概要设计（总体设计，硬件系统、软 件系统）、详细设计。
20
4
主要内容
一、嵌入式系统的概念 3、嵌入式系统的组成结构：4层 4、嵌入式系统的分类：按实时性分；按嵌入式软件结构分
二、发展趋势（了解）
5
CHAPTER
3 嵌入式 处理器
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主要内容
一、嵌入式处理器概述：基本架构、体系结构及分类 二、ARM处理器体系结构 1、ARM处理器系列及ARM7与ARM9的主要特点 2、RISC体系结构 3、ARM的总线：AHB，APB 4、工作状态：ARM状态和Thumb状态 5、ARM处理器工作模式：7种 6、寄存器结构：37个寄存器（31+6） 7、存储系统：地址空间，大小端格式
嵌入式系统原理 总复习
2017年 青岛科技大学信息学院
课程主要内容
嵌入式系统复习资料课件
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六. 嵌入式设备驱动
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6.1 Linux下设备驱动程序简介
44
6.2 Linux设备的分类
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7.6 GTK+的基本概念
• 信号、事件和对象 • 构件 • 容器 • 消息及回调函数的概念
60
• 硬件和软件的选择包括：
• 处理器(如51、ARM) • 硬件部件(如运放、短信模块) • 操作系统(如uC/OS-II、WinCE) • 编程语言(如汇编、C) • 软件开发工具(Keil、ADS) • 硬件调试工具(如Wiggler下载线、ULink) • 软件组件(如LWIP、JFFS)
• 7.Makefile文件、MAKE工具 • 8.Makefile基本规则 • 9.宏和标签
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提纲
• 1. ARM系统结构简介 • 2. ARM-Linux内存管理 • 3. ARM-Linux 的中断响应和处理 • 4. ARM-Linux系统调用 • 5. 系统的启动和初始化 • 6. ARM-Linux进程管理和调度 • 7. Linux的模块机制
• 理解嵌入式系统应用开发流程，理解 交叉编译与交叉链接的概念，掌握远 程调试开发是如FLASH与NORFLASH的功能及区别 • 2. RS232电平转换电路
• 3.边界扫描技术JTAG • 4.嵌入式软件系统基本模型 • 5.Boot Loader 的概念 • 6.宿主机环境建立
• Ext2fs 、JFFS和YAFFS
• ext、 ext2、xia、vfat、minix、msdos、umsdos、 proc、smb、 ncp、iso9660、sysv、hpfs、affs、ufs、vfs等
微处理器与嵌入式系统设计程PPT课件
还有一个参数在选购变压器时非常重要——变压器功率。如果某电路的工作电压 为5V、工作电流为200mA，则电路的消耗功率P=VI=5V×200mA=1W，于是选择一个 次级5V、额定功率1W以上的电源变压器就可以了。
微处理器与嵌入式系统设计课程简介
课程特点和准备
• 课程内容多、平台跨度大、实验要求高。 • 课程定位与衔接 • 课程参考资料与所作准备
1.课程所针对的实验平台--80C51与STM32 2.课程所用到的开发环境--Keil MDK与Proteus 3.课程所用的参考资料
51单片机C语言教程---郭天祥 电子设计从零开始---杨欣 ARM Cortex-M3 权威指南 STM32中文参考手册
电源端（VCC、GND）
AT89S51的VCC（40管脚 ）和GND（20管脚）分别 为电源端和接地端， AT89S51的供电电压范围 为直流+4.0～+5.5V。电 路中所有具有同名的电源 标号或网络标号之间是连 通的，只是为了电路图的 美观，没有把这些连通的 节点全部连接起来。
时钟信号端（XTAL1、XTAL2）
单片机控制下的发光二极管
• 发光二极管的工作原理
• 单片机如何控制发光二极管
我们把发光二极管D1的负极连接在 单片机的P0.4口（35管脚）上，电 阻R1起到限流的作用。根据器件的
连接关系分析知道：当单片机的 P0.4口输出低电平时（接地），发 光二极管D1正、负极之间获得电压 而被点亮；当P0.4口输出高电平时 （+5V），发光二极管D1则熄灭。
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微处理器系统设计没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特