嵌入式系统硬件体系结构-第二章
第二章 Wince的体系结构和功能

驱动 程序
BSP当中应该包括对应开发板上所有的外部设备的 驱动程序,保证WinCE操作系统能够发挥此开发 板的最大效能。
配置 文件
运行时所需的二进制文件 包括:.DB、 reginit.ini、 .DAT。
O E M 层 的 组 成
OAL
• 主要负责内核与硬件通讯 • 硬件平台初始化
硬件初始化
内核性能 监测
LOGO
www.themegalle
3
OEM层
OEM(Original Equipment Manufacturer,原始设
备制造商)表示,一些制作硬件主板的厂商可根据自己 的产品特点对Windows CE进行定制,从而使Windows CE可以运行在这些厂商的主板上,在出售硬件开发板的
同时,也会把OEM层以BSP的形式提供给客户供其使用。
WinCE5.0的系统架构
OEM适配层 (OAL)
LOGO
www.themegalle
(OEM adaptation layer)内核抽象出来的与硬件交互 的接口;代码通常是与硬件高度相关;负责内核与 硬件的通信。
引导 程序
初始化硬件,加载操作系统映像(OS Image)到内 存,然后跳转到操作系统代码去执行。
2.1 Windows Ce的结构功能概览
• 2.1.1 层次体系结构 • 微内核,进程、线程,调度、内存管理等基本模 块,其他作为用户进程 • 多层次设计,层层之间,下层服务上层,上层依 赖下层 • 扩展性、可维护性
WinCE5.0的系统架构 WinCE的可剪裁性,使其体积也非常小。
实质
单体内核
2.1.2 硬件层
Why
1. 2. 3. 4. 处理体系结构不统一 硬件资源通常受限 外部设备的种类繁多 实时性和可靠性
嵌入式系统

课程作业成绩:前言嵌入式系统是基于单片机的一种升级版,它是以应用为中心、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。
我们可从几方面来理解嵌入式系统:1.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。
因此可以这样理解上述三个面向的含义,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。
2.嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
所以,介入嵌入式系统行业,必须有一个正确的定位。
例如Palm之所以在PDA领域占有70%以上的市场,就是因为其立足于个人电子消费品,着重发展图形界面和多任务管理;而风河的Vxworks之所以在火星车上得以应用,则是因为其高实时性和高可靠性。
3.嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪,满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。
所以,如果能建立相对通用的软硬件基础,然后在其上开发出适应各种需要的系统,是一个比较好的发展模式。
目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核,需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减,但是由于微内核的存在,使得这种扩展能够非常顺利的进行。
目录第一章嵌入式系统的定义组成和体系结构1.1 嵌入式系统的定义 (1)1.2 嵌入式系统的体系结构 (2)1.3嵌入式系统的组成 (4)第二章嵌入式操作系统和嵌入式软件的编写2.1 嵌入式操作系统 (5)2.2嵌入式Linux的开发流程的步骤 (6)2.3 嵌入式系统的调试 (7)第三章总结 (9)第一章嵌入式系统的定义组成和硬件设计1.1 嵌入式系统的定义按照历史性、本质性、普遍性要求,嵌入式系统应定义为:“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。
嵌入式系统体系结构

嵌入式系统体系结构嵌入式系统体系结构所有带有数字接口的设备,如手表、微波炉、录像机、汽车等,都使用嵌入式系统,有些嵌入式系统还包含操作系统,但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
下面是店铺整理的关于嵌入式系统体系结构,欢迎大家参考!嵌入式系统体系结构:嵌入式系统的组成包含了硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。
1、硬件层:嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。
嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器Cache:位于主存和嵌入式微处理器内核之间,存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。
它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈,使处理速度更快。
2、中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP).它将系统上层软件和底层硬件分离开来,使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况,根据BSP层提供的接口开发即可。
BSP有两个特点:硬件相关性和操作系统相关性。
设计一个完整的BSP需要完成两部分工作:A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。
片级初始化:纯硬件的初始化过程,把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。
板级初始化:包含软硬件两部分在内的初始化过程,为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。
系统级初始化:以软件为主的初始化过程,进行操作系统的初始化。
B、设计硬件相关的设备驱动。
3、系统软件层:由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。
RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。
4、应用软件:由基于实时系统开发的应用程序组成。
嵌入式芯片体系结构介绍1.嵌入式微处理器(Micro Processor Unit,MPU)嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。
它的特征是具有32位以上的处理器,具有较高的性能,当然其价格也相应较高。
但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。
嵌入式系统硬件体系结构设计

一、嵌入式计算机系统体系结构体系主要组成包括:1。
硬件层硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器(SDRAM 、ROM 、Flash 等)、通用设备接口和I/O 接口(A/D 、D/A、I/O 等).在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路,就构成了一个嵌入式核心控制模块.其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM 中.2. 中间层硬件层与软件层之间为中间层,也称为硬件抽象层(Hardware Abstract Layer ,HAL )或板级支持包(Board Support Package ,BSP ),它将系统上层软件与底层硬件分离开来,使系统的底层驱动程序与硬件无关,上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况,根据BSP 层提供的接口即可进行开发。
该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。
软件层功能层3。
系统软件层系统软件层由实时多任务操作系统(Real-time Operation System,RTOS)、文件系统、图形用户接口(Graphic User Interface,GUI)、网络系统及通用组件模块组成。
RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。
4. 功能层功能层主要由实现某种或某几项任务而被开发运行于操作系统上的程序组成。
一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成,而嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心,由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。
执行装置也称为被控对象,它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令,执行所规定的操作或任务。
硬件的设计本网关硬件环境以单片机S3C2440芯片和DM9000以太网控制芯片为主,实现RJ45接口和RS232接口的数据传输。
内容包括硬件环境的初始化,数据的收发控制,封包解包设计,操作系统的移植等。
硬件框图硬件框图是简单的将每个功能模块列出,也是一个基本的模块组合,可以简洁的每个模块的功能体现出来。
嵌入式系统概述ppt

Connecting SRAM
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包权
人书友圈7.三端同步
一、嵌入式系统的定义
嵌入式系统:
嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,
其软硬件可配置,对功能、可靠性、成本、体积、 功耗有严格约束的一种专用系统。
专用计算机系统(非PC智能电子设备)
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
嵌入式系统硬件
Power Supply Oscillation Circuit
Reset Circuit
Ports
Chip Board Ciruit
Prescaler
CPU CORE
Interrupt Controler
Timer DMA
CPU
I/O Port A/D
Connectong for Debugging
前言
课程设置的必要性 嵌入式系统涉及现代生活的方方面面 应用日趣复杂 微处理器技术长足发展 嵌入式软件技术成为核心
嵌入式系统-2-嵌入式软件基础

嵌入式软件体系结构
无操作系统的体系结构--轮询结构
轮询结构是最简单的结构,程序一次检查每个I/O设备,并且为需要服 务的设备提供服务。
特点:没有中断,没有共享数据,无须考虑延迟时间。例如在数字万用表中 用于连续的测量并可改变显示的内容。
缺点: • 如果一个设备需要比微处理器在最坏情况下完成一个循环的时间更短的响
嵌入式系统
第一部分 嵌入式系统基础
1.3 嵌入式系统软件基础
嵌入式软件分类 嵌入式软件体系结构 嵌入式软件开发 嵌入式软件开发实例
嵌入式软件分类
嵌入式软件
单线程程序
• 分支多 • 技术差系统
多任务系统
单机多任务系统
分布式系统
• 操作系统: Linux、μC/OS-II/III、VxWorks、Android、IOS、WinCE • 硬件平台: ARM、单片机、FPGA、DSP、POWERPC、XScale • 编程语言: C、C++、Object-C、Java、汇编
缺点:若某个较低优先级的运行时间较长,就有可能 影 响较高优先级函数的响应时间。
嵌入式软件体系结构
无操作系统的体系结构--有限状态机 (FSM,Finite State Machine)
控制门状态的有限状态机示意图:
优点: • 对小系统便于编程和理解。 • 以快速执行。 • 只是通过改变输出功能来改变机器的响应。
缺点:所有的任务代码以同样的优先级来执行。
嵌入式软件体系结构
无操作系统的体系结构--函数队列调度结构
在这种结构中,中断程序在一个函数指针队列中添加 一个函数指针,以供程序调用,主程序仅需要从该队列中读 取相应的指针并且调用相关的函数。
优点:该结构没有规定主程序必须按中断程序发生的顺序 来调用函数,主函数可以根据任何达到目的的优先级方案 来调用函数,这样人和需要更快响应的任务代码都可以被 更早地执行。
第2章 嵌入式系统硬件开发平台(新)1

重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
在32位RISC芯片中占据了领导地位。
合作伙伴包括了许多世界顶级的半导体公 司
重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
i.MXL/MX21
LPC2000/300 0
PXA255/270
S3C2410/2440
AT91RM9200
重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
而且ARM体系还采用了一些特别的技术,在保证高 性能的同时尽量减小芯片的体积,降低芯片的功 耗。这些技术包括: 在同一条数据处理指令中包含算术逻辑处理单元 处理和移位处理。 MOV R0,R1,LSL #3 //R0=R1<<3 使用地址自动增加(减少)来优化程序中循环处 理。 LDR R0,[R1,R2,LSL #2] //将内存单元(R1+(R2<<2))中的数据读取到 R0中,同时R1=R1+(R2<<2)
重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
3、JTAG接口
• JTAG(Joint Test Action Group,联合 测试行动小组)是一种国际标准测试协议 (IEEE 1149.1兼容),主要用于芯片内部 测试。
嵌入式系统及其应用
• 我们经常用简易 JTAG接口直接烧写 嵌入式系统Flash存 储器。这种烧写方式 是通过一根并口电缆 和一块信号转换集成 电路板以建立PC机与 开发板之间的通信。
重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
2、嵌入式系统中的存储设备
(1)RAM、SRAM、DRAM • RAM即是我们通常所说的内存。RAM又可 分为SRAM(静态存储器)和DRAM(动 态存储器)。 (2)Flash • Flash是一种非易失闪存,它具有和ROM 一样掉电后数据不会丢失的特性。Flash是 目前嵌入式系统中广泛采用的主流存储器, 它的主要特点是按整体/扇区擦除和按字节 编程,具有低功耗、高密度、小体积等优 点。
ARM嵌入式系统习题课1
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(6) CMP指令是如何执行的?写一程序,判断R1的值是否大于0x30,是则 将R1减去0x30。 答:CMP指令是将寄存器Rn的值减去operand2的值,根据操作的结果更新 CPSR中的相应条件标志位,以便后面的指令根据相应的条件标志来判断是 否执行。 比如: CMP {cond} Rn,operand2 CMP R1,#0x30 ;将R1与常数0x30比较 LDRLE PC,LR;如果小于或等于0x30,则程序返回 SUB R1,R1,#0x30;大于0x30,则将R1减去0x30,结果存回 R1 (7)调用子程序是用B指令还是用BL指令?请写出返回子程序的指令。 答:调用子程序是用BL指令; MOV PC,LR 或 BX LR
• 2、定义R0 =0x12345678,假设使用存储指令将R0的值放在0x4000单元中。 如果存储器格式为大端格式,请写出在执行加载指令将存储器0x4000单元 内容取出存放到R2寄存器操作后所得R2的值。如果存储器改为小端格式, 所得的R2值又为多少?低地址0x4000单元的字节内容分别是多少?
PC,
第三章
ARM7TDMI(-S)指令系统
(1)ARM7TDMI(-S)有几种寻址方式?“LDR R1,[R0,#0x08]”属于哪种寻址 方式? 答:有8种寻址方式:1.寄存器寻址 2.立即寻址 3.寄存器移位寻址 4.寄存器 间接寻址 5.基址寻址 6.多寄存器寻址 7.堆栈寻址 8.相对寻址;“LDR R1,[R0,#0x08]”属于基址寻址。 (3) ARM指令中的第2个操作数有哪几种形式?列举5个8位图立即数。 答:a.常数表达式(8位图) b.寄存器方式 c.寄存器移位方式; 八位位图即常熟是由一个八位的常数循环移位偶数位得到的 0x3FC、0、0xF0000000、200、0xF0000001。 (5)请指出MOV指令与LDR加载指令的区别及用途? 答:MOV指令的源操作数是常数或(带偏移量的)寄存器,用于寄存器之 间的数据传送;LDR指令的源操作数是地址,用于存储器到寄存器的数据传 送。
嵌入式系统概述

第一章嵌入式系统概述1.嵌入式系统的概念从技术的角度概念:以应用为中心、以运算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、靠得住性、本钱、体积、功耗严格要求的专用运算机系统。
从系统的角度概念:嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件,并使其紧密耦合在一路的运算机系统。
术语嵌入式反映了这些系统一般是更大系统中的一个完整的部份,称为嵌入的系统。
嵌入的系统中能够共存多个嵌入式系统。
2.嵌入式处置器的分类①嵌入式微处置器;②嵌入式微控制器;③嵌入式DSP处置器;④嵌入式片上系统(SOC)3.嵌入式操作系统的大体概念及特点一般实时操作系统应用于实时处置系统的上位机和实时查询系统等实时性较弱的实时系统,而且提供了开发、调试、运用一致的环境。
嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时控制系统,而且应用程序的开发进程是通过交叉开发来完成的,即开发环境与运行环境是不一致。
嵌入式实时操作系统具有规模小(一般在几K~几十K 内)、可固化利用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)的特点4.实时操作系统的大体概念及特点总的来讲实时操作系统是事件驱动的,能对来自外界的作用和信号在限定的时刻范围内作出响应。
它强调的是实时性、靠得住性和灵活性, 与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用, 由它来管理和协调各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境及开发环境。
从实时系统的应用特点来看实时操作系统能够分为两种:一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统IEEE 的实时UNIX分委会以为实时操作系统应具有以下的几点:异步的事件响应;切换时刻和中断延迟时刻肯定;优先级中断和调度;抢占式调度;内存锁定;持续文件;同步;5.操作系统的内核有哪两种,各自的特点①非占先式内核:非占先式内核要求每一个任务自我舍弃CPU 的所有权。
非占先式调度法也称作合作型多任务,各个任务彼此合作共享一个CPU。
异步事件仍是由中断服务来处置。
中断服务能够使一个高优先级的任务由挂起状态变成就绪状态。
ARM指令系统

2.1 指令集介绍
• ARM指令集——第2个操作数
#immed_8r——常数表达式 该常数必须对应 8 位位图,即必须是一个 8 位的常 数通过循环右移偶数位可以得到的数。
循环右移10位 00000000000000000000000000010010 0x00 0x00 0x00 0x12 移位前的8位常数0x12 00000100100000000000000000000000 0x04 0x80 0x00 0x00 移位后得到的常数0x04800000
?
思考与练习
1.以下8位图立即数是否合法?
0x0103C000
0x12800000
× √
可以由0x4A循环右移10位得到
2.请列举2个8位图立即数?
0x4000003B(0xED循环右移2位) 0x0016C000(0x5B循环右移18位)
2.1 指令集介绍
• ARM指令集——第2个操作数
Rm——寄存器方式
BL BEQ ... LOOP MOV ... R6,#1 SUBR1 LOOP ;调用到SUBR1子程序 ;条件跳转到LOOP标号处
SUBR1 ...
本章学习重点
1. ARM处理器的寻址方式
——8种寻址方式;
2. ARM指令的特点; 3. ARM指令的种类,它能完成哪些功能。
2.3 ARM指令集
;R2~R7、R12中(R1自动加1)
LDMIA R1!,{R2-R4,R6}
2.2 ARM处理器寻址方式
• 寻址方式分类——堆栈寻址
堆栈是一个按特定顺序进行存取的存储区,操 作顺序为“后进先出” 。堆栈寻址是隐含的,它使 用一个专门的寄存器 ( 堆栈指针 ) 指向一块存储区域 ( 堆栈 ) ,指针所指向的存储单元即是堆栈的栈顶。 存储器堆栈可分为两种:
嵌入式系统及应用-Chapter02-嵌入式硬件系统

输入/输出接口和设备
• 嵌入式系统的大多数输入/输出接口和部分 设备已经集成在嵌入式微处理器中。 • 输入/输出接口主要有中断控制器、DMA、 串行和并行接口等,设备主要有定时器 (Timers)、计数器(counters)、看门 狗(watchdog timers)、RTC、UARTs、 PWM(Pulse width modulator)、AD/DA、 显示器、键盘和网络等。
由硬件完成部分软件功能,硬件复 杂性增加,芯片成本高
减少代码尺寸,增加指令的执行周 期数 大量的混杂型指令集,有简单快速 的指令,也有复杂的多周期指令, 符合HLL(high level language) 硬件完成 复杂的寻址模式,支持内存到内存 寻址 微码 寄存器较少
由软件完成部分硬件功能,软件复 杂性增加,芯片成本低
• 嵌入式系统的存储器包括主存和外存。
• 大多数嵌入式系统的代码和数据都存储在处 理器可直接访问的存储空间即主存中。
• 系统上电后在主存中的代码直接运行。主存 储器的特点是速度快,一般采用ROM、EPROM、 Nor Flash、SRAM、DRAM等存储器件。
存储器
• 目前有些嵌入式系统除了主存外,还有外 存。外存是处理器不能直接访问的存储器, 用来存放各种信息,相对主存而言具有价 格低、容量大的特点。 • 在嵌入式系统中一般不采用硬盘而采用电 子盘做外存,电子盘的主要种类有 NandFlash、 SD (Secure Digital)卡、 CompactFlash、SmartMedia、Memory Stick、MultiMediaCard、、 DOC(Disk On Chip)等。
Total Embedded Control Market Shipments by Type
中北大学嵌入式习题答案第2章

第二章 ARM体系结构一、填空1、 ARM微处理器支持7种运行模式为、、、、、、。
用户模式(usr): ARM处理器正常的程序执行状态快速中断模式(fiq):用于高速数据传输或通道处理外部中断模式(irq):用于通用的中断处理管理模式(svc):操作系统使用的保护模式数据访问终止模式(abt):当数据或指令预取终止时进入该模式,可用于虚拟存储与存储保护。
系统模式(sys):运行具有特权的操作系统任务。
未定义指令中止模式(und:当未定义的指令执行时进入该模式,可用于支持硬件协处理器的软件仿真。
2、嵌入式微处理器的体系结构可以采用或结构,指令系统可以选和。
冯·诺依曼体系结构: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,采用单一的地址与数据总线,程序和数据的宽度相同。
例如:8086、ARM7、MIPS…哈佛体系结构:程序和数据是两个相互独立的存储器,每个存储器独立编址、独立访问,是一种将程序存储和数据存储分开的存储器结构。
例如:AVR、ARM9、ARM10…精简指令系统 RISC复杂指令集系统 CISC3、AMBA定义了3组总线、和。
AHB(AMBA高性能总线):用于高性能。
高数据吞吐部件,如CPU、DMA、DSP之间的连接。
ASB(AMBA系统总线):用来作处理器与外设之间的互连,将被AHB取代。
APB(AMBA外设总线):为系统的低速外部设备提供低功耗的简易互连。
系统总线和外设总线之间的桥接器提供AHB/ASB部件与APB部件之间的访问代理与缓冲。
4、ARM系列微处理器支持的边界对齐格式有:、和字对齐。
字节对齐半字对齐5、RS-232C的帧格式由四部分组成,包括:起始位、、奇偶校验位和。
数据位停止位6、ARM微处理器有种工作模式,它们分为两类、。
其中用户模式属于。
七非特权模式特权模式非特权模式7、ARM7TDMI采用级流水线结构,ARM920TDMI采用级流水线。
ARM嵌入式体系结构与接口技术

23
精品课件
ARM芯片厂商
2、PCB设计仿真阶段
需要在EDA仿真设计平台下,设计系统原理图及
PCB,并对PCB板上的信号完整性、EMI等进行
仿真,根据仿真结果来对PCB进行合理的布局布
线调整,完成PCB的设计
PCB图
ML67Q4051, ML67Q4060, ML67Q4061, ML696201, ML69Q6203
Samsung (ARM7/ARM9/Cortex-M3 Family)
S3C2410A, S3C2440A, S3C44B0X, S3C4510B,S5PC210
Sharp (ARM7/ARM9/Cortex-M3 Family)
LPC2294, LPC2364, LPC2366,, LPC2880, LPC2888, LPC3180
OKI (ARM7/ARM9/Cortex-M3 Family)
ML674000, ML674001, ML674002, ML674003, ML675001, ML675002, ML675003, ML67Q4050,
到终端用户手中
云计算的核心思想,是将大
量用网络连接的计算资源统
一管理和调度,构成一个计
算资源池向用户按需服务。
精品课件
12
1.2 嵌入式系统的组成
应用 软 件
嵌 入 式操 作 系 统
硬件 设 备
嵌入式处理器
外围 设 备
图1-1 嵌入式系统结构简图
精品课件
13
1.2 嵌入式系统的组成
嵌入式学习教学大纲

标题:嵌入式学习教学大纲导言嵌入式系统是现代计算机科学与工程领域中的一个重要领域,它涵盖了硬件和软件开发、嵌入式系统架构和设计、实时系统以及嵌入式系统编程等方面。
为了引导学生全面了解嵌入式系统以及相关技术,本文档将提供一份嵌入式学习教学大纲,旨在为教师和学生提供指导。
第一部分:课程介绍1.1 学习目标- 介绍嵌入式系统的定义和基本概念- 引导学生认识嵌入式系统的重要性和应用领域- 激发学生对嵌入式系统领域的兴趣和热情1.2 基本知识储备- 需要具备一定的计算机科学和工程基础知识- 对计算机体系结构、操作系统和编程语言有基本了解1.3 教学方法- 理论课讲授:通过讲解原理和概念,帮助学生建立嵌入式系统的基本框架- 实践训练:通过作业和实验,培养学生动手能力和解决问题的能力第二部分:课程内容2.1 嵌入式系统概述- 嵌入式系统的定义和特点- 嵌入式系统的分类和应用领域- 嵌入式系统与传统计算机系统的区别2.2 嵌入式系统硬件体系结构- 嵌入式系统的硬件组成要素- 嵌入式系统的处理器选择与配置- 嵌入式系统的存储器选择与管理2.3 嵌入式系统软件体系结构- 嵌入式系统操作系统的选择与特点- 嵌入式系统软件开发工具与环境- 嵌入式系统软件开发流程与方法2.4 嵌入式系统编程- 嵌入式系统的编程语言选择与适配- 嵌入式系统的程序设计与调试- 嵌入式系统的高效算法和优化技术2.5 嵌入式系统实时系统设计- 实时系统的概念和特点- 实时系统的调度算法与策略- 实时系统的性能优化与分析第三部分:教学进度安排3.1 教学时长- 本课程共计36学时,每周2学时,共计18周3.2 教学进度安排- 第1周:课程介绍和嵌入式系统概述- 第2-5周:嵌入式系统硬件体系结构- 第6-9周:嵌入式系统软件体系结构- 第10-14周:嵌入式系统编程- 第15-18周:嵌入式系统实时系统设计3.3 实践训练- 每周安排2学时的实践训练,包括编程作业和实验设计结语本文档旨在提供一份嵌入式学习教学大纲,将嵌入式系统的基本概念与实践相结合,帮助学生全面了解嵌入式系统的设计与开发。
第2章 嵌入式处理器(第三版)参考答案

第2章嵌入式处理器习题2-1 什么是CISC和RISC,各自有什么特点?答:CISC复杂指令集体系结构,RISC精减指令集体系结构。
CISCRISC一条指令仅执行简单操作,把微处理器能执行的指令数目减少到最低限度,以提高处理速度。
RISC处理器比同等的CISC(复杂指令集计算机)处理器要快50%~75%,CISC一条指令可以执行许多操作。
2-2 冯.诺依曼结构与哈佛结构各自的特点是什么?答:冯·诺依曼结构的处理器使用同一个存储器,即程序和数据共用同一个存储器;而哈佛结构则是程序和数据采用独立的总线来访问程序存储器和数据存储器。
2-3 目前有哪些主要嵌入式内核生产厂商及典型嵌入式内核?ARM处理器核有哪三大特点?答:主要内核厂商有:美国的MIPS公司MIPS处理器内核、美国的IBM与Apple和Motorola 联合开发的PowerPC、Motorola公司独立开发的68K/COLDFIRE、英国的ARM公司ARM处理器内核等等。
ARM内核的三大主要特点如下:(1)功耗低(2)性价比高(3)代码密度高2-4 简述ARM体系结构的技术特征。
答:(1)单周期操作:ARM指令系统中的指令只需要执行简单而和基本的操作,因此其执行过程在一个机器周期内完成。
(2)采用加载/存储指令结构:由于存储器访问指令的执行时间长(通过总线对外部访问),因此只采用了加载和存储两种指令对存储器进行读和写的操作,面向运算部件的操作都经过加载指令和存储指令,从存储器取出后预先存放到寄存器对内,以加快执行速度。
(3)固定的32位长度指令:指令格式固定为32位长度,这样使指令译码结构简单,效率提高。
(4)地址指令格式:编译开销大,尽可能优化,采用三地址指令格式、较多寄存器和对称的指令格式便于生成优化代码。
(5)指令流水线技术:ARM采用多级流水线技术,以提高指令执行的效率。
2-5 简述Thumb、Thumb-2及Thumb-2EE的主要特点。
AVR单片机嵌入式系统原理与应用——马潮(著)第02章
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第二章 AVR单片机的基本组成单片机是构成单片机嵌入式系统的核心器件。
本章首先将介绍一般单片机的基本组成和结构,使大家对单片机片内的硬件有基本了解和认识。
掌握了单片机的基本结构和组成,对学习、了解任何一种类型单片机的工作原理,编写单片机的系统软件以及和设计外围电路都是非常重要的。
作为一个实例,本章重点以新型的,采用RISC指令的AVR高速单片机作为主要介绍对象,以本书中主要讲解和使用的一款AVR单片机ATmega16为主线,详细介绍AVR单片机的基本结构和系统构成。
§2.1 单片机的基本组成2.1.1 单片机的基本组成结构单片机嵌入式系统的核心部件是单片机,其结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上,构成一片具有特定功能的单芯片计算机—单片机。
一片典型单片机芯片内部的基本组成结构如图2-1所示。
外部中断外部数据/地址总线图2-1 典型单片机的基本组成结构从单片机的基本组成可以看出,在一片(单片机)芯片中,集成了构成一个计算机系统的最基本的单元:如CPU、程序(指令)存储器、数据存储器、各种类型的输入/输出接口等。
CPU同各基本单元通过芯片内的内部总线(包括数据总线、地址总线和控制总线)连接。
一般情况下,内部总线中的数据总线宽度(或指CPU的字长)也是标定该单片机等级的一个重要指标。
一般讲,低档单片机的内部数据总线宽度为4位(4位机),普通和中档单片机的内部数据总线宽度一般为8位(8位机),高档单片机内部数据总线宽度为16或32位。
内部数据总线宽度越宽,单片机的处理速度也相应的提高,功能也越强。
2.1.2 单片机基本单元与作用下面分别对单片机芯片中所集成的各个组成部分予以简要介绍。
1.MCU单元MCU单元部分包括了CPU、时钟系统、复位、总线控制逻辑等电路。
CPU是按照面向测控对象、嵌入式应用的要求设计的,其功能有进行算术、逻辑、比较等运算和操作,并将结果和状态信息与存储器以及状态寄存器进行交换(读/写)。
《嵌入式系统设计》教学大纲
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《嵌入式系统设计》教学大纲嵌入式系统设计是计算机科学与技术领域的一个重要分支,主要研究如何设计和开发嵌入在其他设备或系统中的计算机系统。
嵌入式系统设计涉及到硬件和软件的相互协作,涵盖了多个学科和技术领域,包括计算机体系结构、操作系统、嵌入式软件开发、嵌入式系统测试等。
本课程将对嵌入式系统设计的相关知识和技能进行系统的讲解和实践操作,旨在培养学生的嵌入式系统设计与开发能力。
一、课程目标1.了解嵌入式系统的概念、特点、应用领域和发展趋势;2.掌握嵌入式系统设计的基本原理和方法;3.学习使用常见的嵌入式系统设计工具和开发环境;4.培养嵌入式系统设计与开发能力,能够独立完成基本的嵌入式系统设计项目。
二、教学内容第一章嵌入式系统概论1.嵌入式系统的概念和特点2.嵌入式系统的应用领域和发展趋势3.嵌入式系统设计的基本要求和步骤第二章嵌入式系统硬件设计1.嵌入式系统的硬件平台和体系结构2.嵌入式系统的处理器选择和嵌入式开发板3.嵌入式系统的外设接口和通信接口设计4.嵌入式系统的电源和封装设计第三章嵌入式系统软件设计1.嵌入式系统开发环境和常用软件工具2.嵌入式系统的软件开发过程和方法3.嵌入式系统的软件编程语言和开发框架4.嵌入式系统的操作系统选择和驱动程序开发第四章嵌入式系统测试与调试1.嵌入式系统的测试原理和策略2.嵌入式系统的测试工具和方法3.嵌入式系统的调试技术和工具4.嵌入式系统的性能调优和优化方法三、教学方法1.理论授课:通过讲解嵌入式系统的相关概念、原理和方法,培养学生的理论知识;2.实践操作:通过实验和实际项目,让学生亲自动手操作和实践,加深对嵌入式系统设计的理解和掌握;3.讨论交流:通过小组讨论和大班互动,促进学生之间的交流和合作,共同解决问题;4.课程项目:学生可以选择一个与嵌入式系统设计相关的项目进行深入研究和实践,提高综合应用能力。
四、考核方式1.平时成绩:包括课堂表现、实验报告和讨论参与等;2.期末考试:对理论知识的掌握程度进行考核;3.课程项目:对学生的综合能力进行考核;4.考勤情况:根据学生的出勤情况进行评定。
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DRAM
RAM类存储器
SDRAM
SRAM
CACHE
DRAM
SDRAM
SRAM
CACHE
NVRAM
NVRAM
RAM类存储器
DRAM SDRAM
SRAM
CACHE NVRAM
1. DRAM 的英文全称是“Dynamic RAM”,翻译成中文就是“动态随机存储器”。
2. DRAM用于通常的数据存取。我们常说内存有多大,主要是指DRAM的容量。
3. DRAM需要刷新:DRAM的数据是靠电容特性存储的。由于电容会放电,要维持 数据,就要不断的给它充电。给动态 DRAM 定期充电的机制就叫做数据刷新时钟 电路,即内存刷新电路。
4. 在标准的 PC 电路设计中,每隔 15 微秒( us )对 DRAM 充电一次,整个充电 操作必须在 4ms 之内完成。
2. FLASH ROM芯片的读和写操作都是在单电压下进行,不需跳线,只利用 专用程序即可方便地修改其内容;
3. FLASH ROM的存储容量普遍较大,约为512K到至8M KBit,由于大批量 生产,价格也比较合适,很适合用来存放程序码,广泛用于主板的 BIOS ROM,也是CIH攻击的主要目标。
③ DSP: (Digital Signal Processor )数字信号处理器.是一种具有特 殊结构的微处理器。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的结 构,具有专门的硬件乘法器,广泛采用流水线操作,提供特殊 的DSP 指令,可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。
处理器的性能
1. 处理器的性能包括速度和精度,处理器的速度由 处理器的时钟频率决定,处理器的精度和寻址能 力由处理器的字长决定。
1. 厂商:
① Intel 公司的805X; ② Motorola的68HCxx
2. 微控制器的组成:
① CPU; ② 中断控制器; ③ 定时器/记数器; ④ 存储器; ⑤ 外部设备;
3. 应用:
① 电动玩具; ② 智能卡; ③ 网卡; ④ ADSL Modem
数字信号处理器(DSP)
1. 是特别为处理信号设计的 处理器,而不是为处理数 据设计的;
① 不能再作任何修改。如果发现资料有任何错误,则只有舍弃不用,重 新订做一份。ROM制造和升级不便。
② 很少在开发阶段使用。
ROM类内存储器
ROM
PROM
EEPROM FLASHROM
1. PROM(Programmable ROM,可编程ROM)。 2. 最初从工厂中制作完成的PROM内部并没有资料,用户可以用专用的编程
3. 优点,节能、速度快,不必配合内存刷新电路,可提高整体的工作效率。 缺点,集成度低,相同的容量体积较大,而且价格较高,少量用于关键性系统以提高效率。
3. SDRAM同步动态随机存储器。目前的168线64bit带宽内存基本上都采用SDRAM 芯片,工作电压3.3V电压,存取速度高达7.5ns,而EDO内存最快为15ns。并将 RAM与CPU以相同时钟频率控制,使RAM与CPU外频同步,取消等待时间。所以 其传输速率比EDO DRAM更快。
4. DDR(Double Data Rate)SDRAM:其核心建立在SDRAM的基础上,但在速度 上有了提高。SDRAM仅在时钟信号的上升沿读取数据,而DDR在时钟信号的上升 沿和下降沿都读取数据,因此,它的速度是标准SDRAM的2倍。
RAM类存储器
DRAM SDRAM
SRAM
CACHE NVRAM
1. SRAM 的英文全称是“Static RAM”,翻译成中文就是“静态随机存储器”,SRAM主要用于制造Cache 。
2. Cache 的英文原意是“储藏”,它一般使用SRAM制造,它与CPU之间交换数据的速度高于DRAM,所以 被称作“高速缓冲存储器”,简称为“高速缓存”。
2. 时钟频率:400MHz, 精度:16位处理器
时 钟 时钟频率越快, 频 处理器速度越快.
率
数 数据字长8位,16位,32位
据 字长越大处理精度越高
字 寻址范围越大
长
处理器(Processor)指令集
1. CISC: 与RISC相对的是复杂指令集计算(CISC,
Complex Instruction Set Computer),如Intel X86。 2. RISC: RISC(reduced instruction set computer,精简指
EEPROM
FLASH RM FLASHROM
1. ROM: ROM(Read Only Memory,只读存储器)。 2. ROM内部的资料是在ROM的制造工序中,在工厂里用特殊的方法
被烧录进去的,其中的内容只能读不能改。
3. 应用场合:在微机的发展初期,BIOS都存放在ROM中。 4. 优点:适合批量生产。 5. 缺点:
1. EPROM:(Erasable Programmable ROM,可擦除可编程ROM)芯片可重复擦除 和写入,解决了PROM芯片只能写入一次的弊端。
2. 擦除:EPROM芯片有一个很明显的特征,在其正面的陶瓷封装上,开有一个玻璃 窗口,透过该窗口,可以看到其内部的集成电路,紫外线透过该孔照射内部芯片就 可以擦除其内的数据,完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。
3. 写入电压:EPROM内资料的写入要用专用的编程器,并且往芯片中写内容时必须 要加一定的编程电压(VPP=12—24V,随不同的芯片型号而定)。
4. 型号特征:EPROM的型号是以27开头的,如27C020(8*256K)是一片2M Bits容量的 EPROM芯片。
5. 注意点:EPROM芯片在写入资料后,还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住,以 免受到周围的紫外线照射而使资料受损 。
2. 具有更高的时钟频率和字长; 3. 高端应用:
① 手持电脑; ② 网络设备;
4. 能完成的工作:
① ALU(Arithmetic/Logic Unit)能够处理加、减、 乘、除,以及浮点运算。
② 能够将数据从一个储存单 元移到另一个储存单元。
③ 能作判断,并能跳转指令。
应用于嵌入式系统的处理器
存储器
1. 寄存器; 2. 内部存储器; 3. 外部存储设备;
存储器物理位置
寄存器-处理器 内存-ROM-RAM
外部存储设备-硬盘
总 线
I/O 口
存储器中数据的移动
数据 寄存器
数据
内存
数I/O据 口
数据 外部存储
处理器中的寄存器
1. 和处理器集成在一块芯片上; 2. 优点是指令和数据的访问速度快; 3. 缺点是价格贵;
3. EEPROM的写入:在写入数据时,仍要利用一定的编程电压,此时,只需用厂商提供的 专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容,所以,它属于双电压芯片。
4. 具有防病毒功能:借助于EEPROM芯片的双电压特性,可以使BIOS具有良好的防毒功 能,在升级时,把跳线开关打至“ON”的位置,即给芯片加上相应的编程电压,就可以 方便地升级;平时使用时,则把跳线开关打至“OFF”的位置,防止CIH类的病毒对 BIOS芯片的非法修改。
内部存储器
1. 只读存储器(ROM,Read Only Memory) 2. 随机存取存储器(RAM,Random Access Memory) 3. 混合存储器(Hybrid Memory)
只读存储器
随机存取存储器
混合存储器
ROM类内存储器
ROM
PROM
EEPROM FLASHROM
ROM
PROM
令集计算机)是一种执行较少类型计算机指令的微处理器,这 样一来,它能够以更快的速度执行操作(每秒执行百万条指令, 即MIPS)。因为计算机执行每个指令类型都需要额外的晶体 管和电路元件,计算机指令集越大就会使微处理器更复杂,执 行操作也会更慢. 纽约约克镇IBM研究中心的John Cocke证明, 计算机中约20%的指令承担了80%的工作,于1974年,他提 出RISC的概念。第一台得益于这个发现的电脑是1980年IBM 的PC/XT。再后来,IBM的RISC System/6000也使用了这个 思想。RISC这个词还属于伯克利加利福尼亚大学的一个教师 David Patterson承担的RISC项目。RISC这个概念还被用在 Sun公司的SPARC微处理器中,许多当前的微芯片现在都使 用RISC概念。
通信接口
ARM9实验板介绍
串口
CPU和RAM 芯片
液晶屏
并口 小键盘
以太网络口
USB口
FLASH卡
提纲
1. 硬件体系结构 2. 处理器 3. 存储器 4. 输入输出 5. 集成电路开发工具
微处理器
微处理器:
具有中央处理器功能的大规 模集成电路器件,被称为 “微处理器” 。
1. 厂商:
① ARM, Atmel, Intel, Motorola, National Semiconductors
RAM类存储器
DRAM SDRAM
SRAM
CACHE NVRAM
1. EDO RAM: EDO (Extended Data Out) RAM,消除普通RAM和主板间的配合时 钟周期。
2. SDRAM 的英文全称是“Synchronous DRAM”,它比一般DRAM和EDO (Extended Data Out) RAM速度都快,它已经逐渐成为PC机的标准内存配置。
处理器一览
处理器 ARM Intel Pentium PowerPC
SPARC PA-RISC Alpha MIPS
研制和生产厂
Intel等 Intel IBM, Apple, Motorola SUN, TI HP CompaQ MIPS
微控制器
微控制器(也称单片机):