嵌入式开发课件.ppt
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目前主流的32位嵌入式微处理器系列主 要有ARM系列等。
ARM（Advanced RISC Machine）公司的 微处理器体系结构目前被公认为是嵌入式应用 领域领先的32位嵌入式RISC微处理器结构。
目前，70%的移动电话、手持PC采用了ARM处理器，许多芯片厂商都是ARM的授权用户，如Intel、 Samsung、TI等公司。
应用软件 系统软件
体情况，根据中间层提供的接 中间层
口即可进行开发。
硬件层
嵌入式系统开发及应用
3．系统软件层
包含实时多任务操作 系统（Real-time Operation System，RTOS）
操作系统是控制其他 程序运行，管理系统资源 并为用户提供操作界面的 系统软件的集合。
通用组件模块
网络系统
数据总线 序 / 数 据
地址总线 存 储
器
嵌入式系统开发及应用
2．哈佛（Harvard）
结构
哈佛结构的主要特点是
将程序和数据存储在不同的 存储空间中，即程序存储器
数据总线
程
和数据存储器是两个相互独
序
立的存储器，每个存储器独 立编址、独立访问。系统中
存
具有程序的数据总线与地址 总线，数据的数据总线与地 址总线。这种分离的程序总
高地址
存
储
高
器
低
低地址
高地址
存
储
低
器
高
低地址
嵌入式系统开发及应用
1.3 嵌入式微处理 器的结构和类型
一般把16位及 以下的称为嵌入式 微控制器，32位及 以上的称为嵌入式 微处理器。
微处 理器
微控 制器
DSP处 理器
片上 多核处 系统 理器
嵌入式系统开发及应用
1.3.1 嵌入式微控制器
嵌入式微控制器（Micro Controller Unit，MCU）又称 为单片机。
嵌入式系统开发及应用
1.3.4 嵌入式片上系统
嵌入式片上系统（System On Chip，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，而且具 有极高的综合性，在一个芯片内部运用VHDL等硬 件描述语言，即可实现一个复杂的系统。与传统 的系统设计不同，用户不需要绘制庞大复杂的电 路板，一点点地连接焊制，只需要使用精确的语 言，通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行 生产，设计生产效率高。
图形用户接口
文件系统 操作系统
嵌入式系统开发及应用
4．应用软件层 由所开发的应用程序组成，面向被控对象
和用户。应用软件层提供一个友好的人机界面。
嵌入式系统开发及应用
1.2 嵌入式微处理器体系结构
1.2.1 冯·诺依曼结构
程
与哈佛结构
1．冯·诺依曼（von Neumann）结 构
冯·诺依曼结构的计算机由 CPU和存储器构成，其程序和数 据共用一个存储空间，程序指令 存储地址和数据存储地址指向同 一个存储器的不同物理位置。
嵌入式系统开发及应用
1.3.3 嵌入式DSP处理器
嵌入式DSP处理器（Digital Signal Processor，DSP）是专门用于信号处理方面的 处理器，芯片内部采用程序和数据分开存储和 传输的哈佛结构，具有专门硬件乘法器，采用 流水线操作，提供特殊的DSP指令，可用来快速 地实现各种数字信号处理算法，使其处理速度 比最快的CPU还快10---50倍。
嵌入式系统开发及应用
嵌入 式系 统开 发及 应用
嵌入式系统开发及应用
第一章 嵌入式系统基础知识
重Hale Waihona Puke Baidu：
嵌入式系统
定义 组成
微处理器 结构与类
型
微处理器 体系结构
思考题：第一章：1、6、10、12--16
嵌入式系统开发及应用
1.1 嵌入式系统的定义和组成
定义： 以应用为中心、以计算机技术为基础，软件
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。
三个要素： 嵌入性、 专用性、 计算机系统。
嵌入式系统开发及应用
组成
{ 嵌入式 系统
嵌入式计算机系统
应用软件
执行装置（被控对象） 系统软件
中间层
硬件层
嵌入式系统开发及应用
1．硬件层
以嵌入 式微处理器为 中心，包含电 源电路、时钟 电路和复位电 路，其中操作 系统和应用程 序固化在存储 器中。
大概有20%的比较简单的指令被反复使用。 • 精简指令集（Reduced Instruction Set Computer，RISC）体系
优先选取使用频率最高的、很有用但不复杂 的指令，避免使用复杂指令；固定指令长度，减 少指令格式和寻址方式种类。
嵌入式系统开发及应用
1.2.3 流水线技术
指令流水线是将一条指令分解成m个子过程，
通用 接口
微处理器 存储器
I/O 接口
嵌入式系统开发及应用
（1）嵌入式微处理
器
嵌入式微处 理器是嵌入式系 统硬件层的核心。 嵌入式微处理器 的选择根据具体 的应用决定。
（2）存储器
Cache
存储器
主存 储器
辅助 存储器
嵌入式系统开发及应用
2．中间层
包括大部分与硬件联系 紧密的软件模块。上层软件开 发人员无需关心底层硬件的具
芯片内部集成ROM、RAM、 总线看门狗、I/O、串行口、脉 宽调制输出（PWM）、A/D
嵌入式微控制器具有单片 化、体积小、功耗和成本低， 可系统市场份额的70％。
微处 理器
微控 制器
DSP处 理器
片上 多核处 系统 理器
嵌入式系统开发及应用
1.3.2 嵌入式微处理器
嵌入式微处理器（Embedded Micro Processing Unit，EMPU）把CPU、ROM、RAM及 I/O等做到同一个芯片上。32位微处理器采用32 位的地址和数据总线，地址空间达到4GB。
地址总线
储 器
线和数据总线可允许在一个
机器周期内同时获取指令字
（来自程序存储器）和操作
数（来自数据存储器），从
而提高执行速度。
数 数据总线 据
存
储 地址总线 器
嵌入式系统开发及应用
1.2.2 精简指令集计算机
• 复杂指令集（Complex Instruction Set Computer，CISC）体系。
每个子过程的执行时间都一样，则利用此条流水
线可将一条指令的执行时间由原来的T缩短为T/m
嵌入式系统开发及应用
1.2.4 信息存储的字节顺序
字长为n位的微处理器，它的虚拟地址范围
为0～2n-1。32位的微处理器，可访问的虚拟 地址空间为4GB。多字节类型的数据，有两种 存放方法。
小端字节顺序存储法 大端字节顺序存储法
ARM（Advanced RISC Machine）公司的 微处理器体系结构目前被公认为是嵌入式应用 领域领先的32位嵌入式RISC微处理器结构。
目前，70%的移动电话、手持PC采用了ARM处理器，许多芯片厂商都是ARM的授权用户，如Intel、 Samsung、TI等公司。
应用软件 系统软件
体情况，根据中间层提供的接 中间层
口即可进行开发。
硬件层
嵌入式系统开发及应用
3．系统软件层
包含实时多任务操作 系统（Real-time Operation System，RTOS）
操作系统是控制其他 程序运行，管理系统资源 并为用户提供操作界面的 系统软件的集合。
通用组件模块
网络系统
数据总线 序 / 数 据
地址总线 存 储
器
嵌入式系统开发及应用
2．哈佛（Harvard）
结构
哈佛结构的主要特点是
将程序和数据存储在不同的 存储空间中，即程序存储器
数据总线
程
和数据存储器是两个相互独
序
立的存储器，每个存储器独 立编址、独立访问。系统中
存
具有程序的数据总线与地址 总线，数据的数据总线与地 址总线。这种分离的程序总
高地址
存
储
高
器
低
低地址
高地址
存
储
低
器
高
低地址
嵌入式系统开发及应用
1.3 嵌入式微处理 器的结构和类型
一般把16位及 以下的称为嵌入式 微控制器，32位及 以上的称为嵌入式 微处理器。
微处 理器
微控 制器
DSP处 理器
片上 多核处 系统 理器
嵌入式系统开发及应用
1.3.1 嵌入式微控制器
嵌入式微控制器（Micro Controller Unit，MCU）又称 为单片机。
嵌入式系统开发及应用
1.3.4 嵌入式片上系统
嵌入式片上系统（System On Chip，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，而且具 有极高的综合性，在一个芯片内部运用VHDL等硬 件描述语言，即可实现一个复杂的系统。与传统 的系统设计不同，用户不需要绘制庞大复杂的电 路板，一点点地连接焊制，只需要使用精确的语 言，通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行 生产，设计生产效率高。
图形用户接口
文件系统 操作系统
嵌入式系统开发及应用
4．应用软件层 由所开发的应用程序组成，面向被控对象
和用户。应用软件层提供一个友好的人机界面。
嵌入式系统开发及应用
1.2 嵌入式微处理器体系结构
1.2.1 冯·诺依曼结构
程
与哈佛结构
1．冯·诺依曼（von Neumann）结 构
冯·诺依曼结构的计算机由 CPU和存储器构成，其程序和数 据共用一个存储空间，程序指令 存储地址和数据存储地址指向同 一个存储器的不同物理位置。
嵌入式系统开发及应用
1.3.3 嵌入式DSP处理器
嵌入式DSP处理器（Digital Signal Processor，DSP）是专门用于信号处理方面的 处理器，芯片内部采用程序和数据分开存储和 传输的哈佛结构，具有专门硬件乘法器，采用 流水线操作，提供特殊的DSP指令，可用来快速 地实现各种数字信号处理算法，使其处理速度 比最快的CPU还快10---50倍。
嵌入式系统开发及应用
嵌入 式系 统开 发及 应用
嵌入式系统开发及应用
第一章 嵌入式系统基础知识
重Hale Waihona Puke Baidu：
嵌入式系统
定义 组成
微处理器 结构与类
型
微处理器 体系结构
思考题：第一章：1、6、10、12--16
嵌入式系统开发及应用
1.1 嵌入式系统的定义和组成
定义： 以应用为中心、以计算机技术为基础，软件
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。
三个要素： 嵌入性、 专用性、 计算机系统。
嵌入式系统开发及应用
组成
{ 嵌入式 系统
嵌入式计算机系统
应用软件
执行装置（被控对象） 系统软件
中间层
硬件层
嵌入式系统开发及应用
1．硬件层
以嵌入 式微处理器为 中心，包含电 源电路、时钟 电路和复位电 路，其中操作 系统和应用程 序固化在存储 器中。
大概有20%的比较简单的指令被反复使用。 • 精简指令集（Reduced Instruction Set Computer，RISC）体系
优先选取使用频率最高的、很有用但不复杂 的指令，避免使用复杂指令；固定指令长度，减 少指令格式和寻址方式种类。
嵌入式系统开发及应用
1.2.3 流水线技术
指令流水线是将一条指令分解成m个子过程，
通用 接口
微处理器 存储器
I/O 接口
嵌入式系统开发及应用
（1）嵌入式微处理
器
嵌入式微处 理器是嵌入式系 统硬件层的核心。 嵌入式微处理器 的选择根据具体 的应用决定。
（2）存储器
Cache
存储器
主存 储器
辅助 存储器
嵌入式系统开发及应用
2．中间层
包括大部分与硬件联系 紧密的软件模块。上层软件开 发人员无需关心底层硬件的具
芯片内部集成ROM、RAM、 总线看门狗、I/O、串行口、脉 宽调制输出（PWM）、A/D
嵌入式微控制器具有单片 化、体积小、功耗和成本低， 可系统市场份额的70％。
微处 理器
微控 制器
DSP处 理器
片上 多核处 系统 理器
嵌入式系统开发及应用
1.3.2 嵌入式微处理器
嵌入式微处理器（Embedded Micro Processing Unit，EMPU）把CPU、ROM、RAM及 I/O等做到同一个芯片上。32位微处理器采用32 位的地址和数据总线，地址空间达到4GB。
地址总线
储 器
线和数据总线可允许在一个
机器周期内同时获取指令字
（来自程序存储器）和操作
数（来自数据存储器），从
而提高执行速度。
数 数据总线 据
存
储 地址总线 器
嵌入式系统开发及应用
1.2.2 精简指令集计算机
• 复杂指令集（Complex Instruction Set Computer，CISC）体系。
每个子过程的执行时间都一样，则利用此条流水
线可将一条指令的执行时间由原来的T缩短为T/m
嵌入式系统开发及应用
1.2.4 信息存储的字节顺序
字长为n位的微处理器，它的虚拟地址范围
为0～2n-1。32位的微处理器，可访问的虚拟 地址空间为4GB。多字节类型的数据，有两种 存放方法。
小端字节顺序存储法 大端字节顺序存储法