第1章嵌入式系统原理与应用绪论.ppt
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1、物理与电子信息工程学院,嵌入式系统原理与应用,College of Physics and Electronic Information Engineering,王峰 wang_,嵌入式系统的基本概念,ARM微处理器,ARM Cortex系列微处理器,STM32系列微处理器,1.1,1.2,1.3,1.4,第一章 绪论,1.1 嵌入式系统的基本概念,1、定义,2、组成,3、特点,4、分类,嵌入式处理器,5、嵌入式操作系统,手持的MP3,1、定义,嵌入到对象体系内部的专用计算机系统,称为嵌入式系统,工业控制系统,火星探测器,2、组成,(1)嵌入式系统硬件组成,嵌入式 微 处 理 器,(2)嵌入式
2、系统组成 一般有以下五个(四个)部分组成 嵌入式微处理器 外围硬件设备,(驱动程序 ) (可选) 嵌入式操作系统 (可选) 应用程序,操作系统,应用程序,嵌入式系统组成,驱动程序,底层硬件,软 件 组 成,(,),组成:由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统(可选)和用户的应用程序等部分组成。,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 嵌入式系统可靠性要求高,故障带来的后果比PC机大得多 嵌入式系统大都有成本、功耗、体积的要求 嵌入式系统一般采用实时操作系统,3、特点:-嵌入式系统与PC之间的区别,4、分类,按实时性要求分:(软件范畴) 非实时系统(
3、PDA,Personal Digital Assistant 個人數字助理) 软实时系统(消费类产品) 硬实时系统(工业和军工系统),两种类型的实时系统,软实时系统: 不要求限定某一任务必须在一定的时间内完成,只要求各任务运行得越快越好; 硬实时系统: 对系统响应时间有严格要求,一旦系统响应时间不能满足,就可能会引起系统崩溃或致命的错误,一般在工业控制中应用较多。,5、嵌入式操作系统,1、 uC/OS-II 2、嵌入式Linux 3、Windows CE 4、 VxWorks 5、 Nucleus,几种最常见的RTOS(Real Time Operation System),软实时RTOS 嵌
4、入式Linux Win CE 硬实时RTOS VxWorks OSE Nuclear 著名的open RTOS ucOS/II RTEMS 自主知识产权的RTOS HOPEN Delta OS,嵌入式处理器,嵌入式处理器可以分为三类: 嵌入式微控制器(MCU,即Micro Controller Unit ):又称单片机,将CPU、存储器(少量的RAM、ROM或两者都有)和其它外设封装在同一片集成电路里。常见的有80C51系列单片机等。 嵌入式数字信号处理器(DSP,即Digital Signal Processor):专门用来对离散时间信号进行极快的处理计算,提高编译效率和执行速度。在数字滤波
5、、FFT、谱分析、图像处理的分析等领域,DSP正在大量进入嵌入式市场。 嵌入式微处理器(MPU,即Micro Processor Unit ):它是专用的CPU,不同于通用计算机的CPU。在应用中,一般是将微处理器装配在专门设计的电路板上,在母板上只保留和嵌入式相关的功能即可,这样可以满足嵌入式系统体积小和功耗低的要求。目前的嵌入式处理器主要包括:ARM 、 PowerPC、Motorola 68000系列等。,1.2 ARM微处理器,1.2.2 ARM 分类,1.2.1 ARM 简介,1.2.3 ARM 体系结构 的发展,1.2.4 ARM与单片机的主要区别,ARM(Advanced RIS
6、C Machines): 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。 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,基于ARM 技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器70以上的市场份额。 ARM公司是专门从事基于RISC技术的芯片设计开发公司。,1.2.1 ARM简介,RISC的三个要素是:,(1) 一个有限的简单的指令集; (2) CPU配备大量的通用寄存器; (3) 强调对指令流水线的优化。,RISC的目标:不是简单地 缩减指令系统。 而是使处理器的结构更简单, 具有更快的处理速度。,RISC CPU一定
7、是流水CPU,但流水CPU不一定是RISC CPU。,例如:意法半导体公司: STM32F103 TI公司(原Luminary Micro公司): LM3S811 ATMEL公司: ATSAM3U NXP公司(恩智浦半导体)公司: LPC1768,Cortex-M3内核,另外也提供基于ARM架构的开发设计技术,软件工具, 调试工具,应用软件, 评估板, 总线架构, 外围设备单元,等等。,Realview MDK集成开发环境:源自Keil公司(现在已经被ARM公司收购),是ARM公司最新推出的,针对各种嵌入式处理器的软件开发工具。它包括大家非常熟悉的uVision4集成开发环境和RealView
8、编译器。,ARM合作伙伴,正中间是和ARM公司合作最紧密的公司,它们都是一些大的半导体公司,也是ARM公司最直接的客户,比如ST、TI、IBM、OKI、MOTOROLA、SHARP、PHILIPS等等 旁边这四个角分别是技术共享计划合作伙伴、开发工具合作伙伴、软件应用合作伙伴、操作系统合作伙伴。这是比较早期的一个图片,很多公司都没有出现在这上面,实际上ARM公司的合作伙伴类型和数量都远远不止这些。,S3C2410, S3C2440,1.2.2 ARM分类,1.2.3 ARM体系结构的发展,5、ARMv5体系结构,2 、ARMv2体系结构,3 、ARMv3体系结构,4 、ARMv4体系结构:,1
9、 、ARMv1体系结构,6、ARMv6体系结构,7 、ARMv7体系结构,1.2.3 ARM体系结构的发展,5、ARMv5体系结构:提升了ARM和Thumb指令的交互工作能力。,2 、ARMv2体系结构,3 、ARMv3体系结构,4 、ARMv4体系结构:加入了半字存储操作。,1 、ARMv1体系结构,6、ARMv6体系结构:增加了媒体指令,7 、ARMv7体系结构:定义了三种独立的内核: A(应用领域)、R(实时领域)、M(控制领域),ARM系列 与 ARM体系结构 对照表:,注意: ARM7系列不是采用ARMv7的体系结构,不要混淆! ARM7和ARMv7,两者不是一回事。,1.2.4 A
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