嵌入式知识点总结(4页).doc

-1 什么是嵌入式系统？嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称，是一种嵌入在设备（或系统）内部的特定应用而设计开发的专用的计算机系统。英国电气工程师协会（IEE）从应用角度定义嵌入式是“控制、监视或协助设备、机器、工厂运行的装置”。从技术角度看，国内普遍认为：嵌入式系统是以应用为中心，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、功耗严格要求的专用计算机系统。2.嵌入式系统的特点：专用性、隐蔽性、资源受限、高可靠性、实时性、软件固化专用性：嵌入式系统与具体应用紧密结合，具有很强的专用性。隐蔽性：嵌入式系统通常总是非计算机设备（系统）中的一部分，它们隐蔽在其内部，不为人知。资源受限：嵌入式系统通常要求小型化、轻量化、低功耗及低成本。高可靠性：嵌入式系统大多面向控制应用，系统的可靠性十分重要。实时性：嵌入式系统广泛应用于过程控制、数据采集、通信传输等领域，承担着测量、报警、控制、调节等任务。软件固化：嵌入式系统是一个软硬件高度结合的产物。3.嵌入式系统的组成和分类：l 嵌入式系统的逻辑组成：嵌入式系统与通用计算机一样，也是由软件和硬件组成，硬件的主体由中央处理器和存储器组成。它们通过输入/输出（I/O）接口和输入输出设备与外部世界联系，并借助总线相互连接，这些硬件连同嵌入式软件一起构成完整的嵌入式系统。1) 处理器能按照指令的要求高速度完成二进制数据算术和逻辑运算的部件称为“处理器”。处理器又称为计算引擎，由运算器、控制器、寄存器、高速缓冲存储器等部件组成。由于采用微米级的半导体加工工艺，人们又称为微处理器，目前所有的处理器都是微处理器。有些嵌入式系统会包含多个处理器，它们各有其不同的任务，负责运行系统软件和应用软件的主处理器称为中央处理器（CPU），其余的都是协处理器，如数字信号处理器（DSP）、图形处理器、通信处理等嵌入式系统CPUCPU的子长有4位、8位、16位、32位、64位之分。字长指的是CPU中通用寄存器和定点运算器的宽度。现在嵌入式系统中使用最多的还是8位和16位的CPU，但32位CPU是技术发展的主流。通用计算机的CPU则正在从32位向64 位位过渡。处理器有中央处理器（CPU）、数字信号处理器（DSP）等嵌入式系统的性能很大程度上由CPU决定的，CPU的性能主要表现为程序（指令）执行速度的快慢，而影响程序（指令）执行速度的因素有下列情况：« 主频（CPU时钟频率）指CPU中门电路的工作频率，决定着CPU芯片内部数据传输与操作速度的快慢，一般而言，主频越高，执行一条指令需要的时间就越短。« 指令系统 指令的格式、类型和数目都会影响到程序的执行速度« 高速缓冲存储器的容量和结构程序运行过程中的高速缓冲存储器有利于减少CPU访问内存的次数。通常，其容量越大，级数越多，效果越明显« 逻辑结构 CPU包含的定点运算器和浮点运算器数目、有无协处理器、流水线级数和条数、等都对指令执行速度都有影响2) 存储器存储器的任务是存储程序和数据，它分为内置存储器和扩充存储器两部分，内置存储器固定在嵌入式系统中。有片内存储器和片外存储器之分；扩充存储器通常做成可拔插的形式，有需要时插入宿主设备。存储器大多是半导体集成电路组成，按照其存取特性分为：随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类，其中RAM又可以分为动态随机存取器（DRAM）和静态随机存取器（SRAM）；是一种永久或半永久性地保存信息的存储器，即使掉电，信息也不会丢失。Flash ROM即是闪存，工作原理：在低电压下，存储的信息可读但不可写，这时类似于ROM，当在高电压下，所存储的信息可以更改和删除，此时相当于RAM。3) I/O设备与I/O接口嵌入式系统的输入输出设备种类繁多，按其服务对象可分为两大类：（1） 用于人机交互的设备：如键盘、按键、触摸板、触摸屏、鼠标器、操纵杆等。（2） 用于机机交互的设备：包括各类传感器（压力传感器、温度与湿度传感器、重量传感器、运动传感器、距离传感器等）（3） I/O接口用于连接和控制I/O设备的工作，它有多种分类：l 从数据传输速率上看：有低速和高速之分l 从数据传输方式上看：有串行和并行之分l 从是否需要物理连接上看：有有线和无线之分l 从是否能连接多个设备上看：有总线式和独占式之分l 嵌入式系统常用的一些I/O接口有：« 通用串行总线式接口：USB2.0/USB3.0、IEEE 1394、以太网接口等。« 异步串行接口：RS-232-C、RS-485等« 视频信号接口：视频图形阵列（VGA）接口、数字视频接口（DVI）、高清晰度多媒体接口（HDMI）接口等。« 工业总线接口：控制器局域网（CAN）、1553B接口、局域互联网（LIN）接口等« 无线接口：红外线（IrDA）接口、超宽带（UWB）接口、蓝牙（Bluetooth）接口等。4) 数据总线数据总线又称为总线，它是嵌入式系统各个组件之间进行数据传输的一个传输通路。由传输线和控制电路组成，能为连接在总线上的系统内或者是系统外的各个组件提供数据传输和相对应的控制服务。数据总线分为内部总线和外部总线内部总线：如AMBA总线、IC总线、串行外设接口（SPI）总线、通用异步接受/发送装置（UART）总线、PC104工业控制总线。外部总线：如通用串行总线（USB）、CAN总线、LIN总线（汽车用总线）、通用接口总线（GPIB）等，外部总线又叫做系统的扩展总线。5) 软件2.嵌入式处理芯片嵌入式系统与通用计算机一样，其硬件的核心是CPU。嵌入式系统中的CPU一般具有4个特点：1.支持实时处理、2.低功耗3.结构可扩展4.集成了测试电路。CPU是由大规模集成电路芯片做成的，本书把使用与嵌入式系统的CPU芯片或者包含有CPU内核的微控制器芯片和系统级芯片（System on Chip，SoC或SOC，也称片上系统）称为“嵌入式处理芯片”。目前，嵌入式处理芯片有以下4中产品类型：1） 微处理器根据CPU的字长，微处理器产品也有4、8、16、32位之分，虽然32位和64位处理器是当今技术发展的主流（高端）。2） 数字信号处理器3） 微控制器（单片机）微控制器将整个计算机硬件的大部分甚至全部电路都集中在一块芯片上。微控制器实际上是一种单片计算机，由于早期的4位单片机主要是用作电器的控制单元，8位和16位单片机用于一般的控制领域，所以习惯上人们都把他称为微控制器（MCU）。目前约占是市场的70%左右。4） 片上系统SoC芯片中可以包含数字电视，也可以包含模拟电视，甚至还能包含数字/模拟混合电路和射频电路。3.嵌入式的分类和发展（P10）Soc芯片一些专有名词SSI：小规模集成电路MSI：中规模集成电路LSI:大规模集成电路VLSI：超大规模集成电路ULSI：极大规模集成电路嵌入式处理芯片大多属于VLSI和USLI-第 4 页-