嵌入式系统硬件组成分析

运算器
控制器 CPU 寄存器
•控制器的功能是控制处 数理据器总，线如取指令、译码、 执行指令、读写内存等；
地•的运址内算总部器线完主成要运是算在（处算理术器 运算、位运算）操作， 一般只和寄存器打交道；
•寄存器为处理器提供内 RO部M 的临时存RA储M 空间，它
是处理器和内存的媒介。
2.1.1 计算机系统的一般运行原理
3. 嵌入式系统的一般组成结构有哪些？
编译 开发环境
应用程序 操作系统
软件部分
下载和调试
嵌入式 处理器
外围硬件
硬件部分
课前提问
1.嵌入式系统和一般的计算机系统在硬件组 成结构上有哪些异同之处？
2. 什么是嵌入式最小系统？一般常见的最小 系统由哪些部分组成？
3. 嵌入式系统常见的扩展部件有哪些？
提纲
序，技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向 是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。 嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制 能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、 控制能力与控制的可靠性。 单片机可以理解成嵌入式系统的低端应用
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1嵌.嵌入式入系式统系一统般的由定嵌入义式与处特理点器？、外围硬件设备、嵌 入2.式单操片作机系、统（嵌可入选式）系，统以、及用通户用的计应算用机软系件系统统三等四 个部者分之组间成的。关系如何？
指令0 指令1 指令2
数据存储器
数据0 数据1 数据2
各种体系结构处理器的差别
处理器每次执行的指令的长度（1、2、4或者8字节）； 处理器指令可以完成的功能； 处理器执行一条指令所占用的时间单位； 指令系统是RISC还是CISC； 处理器可访问的地址空间大小； 处理器IO端口使用单独的空间，还是使用内存的地址空 间（x86处理器一般为前者）； 处理器是否具有流水线等。
的代码。
地址总线
地址
wk.baidu.com
数据（只读）
CPU
数据（读写）
寄存器
ROM
RAM
2.1.1 计算机系统的一般运行原理
程序计数器在系统复位后， 指向的内容是内存的某一个 点区域，处理器从该处的内
指0x0令操作处理一器般地址包空间括： PC
•读写内存（R处OM 理器操程序计数器
存依次取出指令，然后译码、 作内存）
CPU对内存的两 种基本操作：
•取指令 •读写内存 运算器
数据总线
控制器 CPU
地址总线
寄存器
ROM
RAM
2.1.1 计算机系统的一般运行原理
指令和数据的概念，只有处理器才会
去做区分。对于内存而言，并不会区
运内算存器 分指令还是数数据据总，线只是在相应的位置
（也就是内存的地址）放入的二进制
指令
控制器
嵌入式系统
第2课 嵌入式系统硬件组成
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本课程教学要求 嵌入式系统应用领域 嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素
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1.嵌入式系统的定义与特点？ 2嵌.单入式片系机统、：嵌“入嵌式入到系对统象、体通系用中的计专算用机计系算统机三系统” “嵌者入之性间”的-必关须系满足如对何象？系统的环境要求
嵌入式系统组成原理 嵌入式最小系统 嵌入式系统扩展
2.1 嵌入式系统组成原理
计算机系统的一般运行原理 嵌入式系统与通用计算机硬件组成的异同 嵌入式系统硬件结构
2.1.1 计算机系统的一般运行原理
运算器
控制器 CPU 寄存器
数据总线 地址总线
ROM
RAM
2.1.1 计算机系统的一般运行原理
嵌入式系统本质上是计算机系统，但是具有 以下的特点：
集成度高 嵌入式系统的非标准化使得嵌入式的硬
件工程师有了更大的发挥空间，同时也
非标准化 要求嵌入式工程师需要拥有较高的专业
素质。
接口非常复杂
2.1.2 嵌入式系统与通用计算机 硬件组成的异同
嵌入式系统本质上是计算机系统，但是具有 以下的特点：
集成度高 非标准化 接口非常复杂
处理器地址空间 ROM
PC 程序计数器
RAM IO映射
冯·诺依曼体系内存结构模型
指令寄存器 控制器
数据通道 输入
中央处理器
输出
存储器
程序
指令0 指令1 指令2 指令3 指令4
数据
数据0 数据1 数据2
哈佛体系内存结构模型
指令寄存器 控制器
地址 指令
数据通道 输入
中央处理器
输出
地址 数据
程序存储器
•有多种接口选择：I2C、SPI、蓝牙、 红外、CAN总线等等。
•嵌入式系统的设计者只有具备了广 泛的知识，才能选择出最合适的硬件， 设计出性价比最高的系统。
2.1.3 嵌入式系统的硬件结构
注意！在嵌入式系统中，对于处理器没有集成、但 桌设一做桥是现应需进面备些在完系 。 该 求 行计，外南成统但首）扩算一部桥。需是先的展机些的中要本选处。系构设，的着择理统 建 备 而部嵌最器中系（内件入适，，统如存，式用而基串控C也系（不P本口制U可统即是具的、器以设内确有部定、通计部定总件时显过中功了线由器示外性能一功主、接部价模个能板中口扩比块控，的断（展最最 制但芯控A的高满器G不片制方的足之P包）组器式原应后括常提）实则用再其由供可，他北。能的 嵌入式系统中处理器的集成度大都很高。一些基本的设 备如通用可编程输入输出端口（GPIO）、定时器、中断 控制器，通常都集成在处理器当中。一些嵌入式处理器 甚至包含内存，只需要在外部扩展简单的电路，就可以 组成系统。
“专用性”-软、硬件的裁剪性；满足对象要求的最小
软3.、嵌硬入件式配系置等统。的一般组成结构有哪些？
“计算机系统”-是能满足对象系统控制要求的计算机 系统，必须配置有与对象系统相适应的接口电路。
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1.嵌入式系统的定义与特点？
2.单片机、嵌入式系统、通用计算机系统三 者之间的关系如何？
3通. 嵌用计入算式机系系统统的需一要支般持组大成量结的构、有需求哪多些样？的应用程
执行。处理器在执行完一条 指令之后，将自动将程序计 数器寄存器的内容增加一个 单位，然后根据其地址自动 执行下一条指令。
•处理寄存器中的数据 （处理器不操RAM作内存）
•跳转到某个位置执行 指令（给PCIO赋映射值） •上述操作的组合
2.1.1 计算机系统的一般运行原理
处理器将所有的内存映 射到自己的地址空间中。 0x0 对于实际内存（RAM和 ROM等）的映射比较简 单，即为根据地址总线 和片选信号为一定大小 的内存分配一个固定的 地址区域，在操作的时 候使用区域地址+内存内 部地址来操作内存的每 一个位置。
小结
计算机系统由处理器、内存、总线等主要部件组成。 处理器对内存的基本操作包括读取指令和读写数据。 指令操作的基本操作包括读写内存，处理寄存器中的 数据，跳转到某个位置执行指令。 处理器所能访问的地址空间包括：只读存储器、随机 存储器、IO端口、处理器特殊功能寄存器的地址映射。
2.1.2 嵌入式系统与通用计算机 硬件组成的异同