2022年嵌入式定义 .pdf
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1、嵌入式介绍一、嵌入式定义IEEE(国际电气和电子工程师协会)对嵌入式系统的定义:“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”(原文为:Devices Used to Control,Monitor or Assist the Operation of Equipment,Machinery or Plants)。这主要是从应用对象上加以定义,从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。国内普遍认同的嵌入式系统定义为: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、功耗等严格要求的专用计算机系统。可以这样认为,嵌入式系统是一种专
2、用的计算机系统,作为装置或设备的一部分。通常,嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM 中的嵌入式处理器控制板。事实上,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是由单个程序实现整个控制逻辑。二、嵌入式系统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,如图 1-1 所示,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。执行装置可以很简单,如手机上的一个微小型的电机,当手机处
3、于震动接收状态时打开;也可以很复杂,如SONY 智能机器狗,上面集成了多个微小型控制电机和多种传感器,从而可以执行各种复杂的动作和感受各种状态信息。下面对嵌入式计算机系统的组成进行介绍。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。(1)嵌入式微处理器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页,共 8 页 -嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器,
4、嵌入式微处理器与通用CPU 最大的不用在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中,它将通用CPU 许多由板卡完成的任务集成在芯片内部,从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化,同时还具有很高的效率和可靠性。嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯 诺依曼体系或哈佛提醒哦结构;指令系统可以选用精简指令系统(Reduced Instruction Set Computer,RISC)和复杂指令系统CISC(Complex Instruction Set Computer,CISC)。CISC 计算机在通道中只包含最有用的指令,确保数据通道快速执行每一条指令,从而提高了执行效率并使CPU 硬
5、件结构设计变得更为简单。嵌入式微处理器有各种不同的体系,即使在同一体系中也可能具有不同的时钟频率和数据总线宽度,或集成了不同的外设和接口。据不完全统计,目前全世界嵌入式微处理器已经超过 1000 多种,体系结构有30 多个系列,其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86 和 SH 等。但与全球PC 市场不同的是,没有一种嵌入式微处理器可以主导市场,仅以32 位的产品而言,就有100 种以上的嵌入式微处理器。嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。(2)存储器嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和辅助存储器,其存储结构如图1-2 所嵌入
6、式系统的存储结构示。1Cache Cache 是一种容量小、速度快的存储器阵列它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。在需要进行数据读取操作时,名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页,共 8 页 -微处理器尽可能的从Cache 中读取数据,而不是从主存中读取,这样就大大改善了系统的性能,提高了微处理器和主存之间的数据传输速率。Cache 的主要目标就是:减小存储器(如主存和辅助存储器)给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈,使处理速度更快,实时性更强。在嵌入式系统中Cache 全部集成在嵌入式微处理器内,可分为数据Cache、指令
7、 Cache或混合 Cache,Cache 的大小依不同处理器而定。一般中高档的嵌入式微处理器才会把Cache 集成进去。2主存主存是嵌入式微处理器能直接访问的寄存器,用来存放系统和用户的程序及数据。它可以位于微处理器的内部或外部,其容量为256KB1GB,根据具体的应用而定,一般片内存储器容量小,速度快,片外存储器容量大。常用作主存的存储器有:ROM 类 NOR Flash、EPROM 和 PROM 等。RAM 类 SRAM、DRAM 和 SDRAM 等。其中 NOR Flash 凭借其可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格便宜等优点,在嵌入式领域内得到了广泛应用。3辅助存储器辅助存储器
8、用来存放大数据量的程序代码或信息,它的容量大、但读取速度与主存相比就慢的很多,用来长期保存用户的信息。嵌入式系统中常用的外存有:硬盘、NAND Flash、CF 卡、MMC 和 SD 卡等。(3)通用设备接口和I/O 接口嵌入式系统和外界交互需要一定形式的通用设备接口,如A/D、D/A、I/O 等,外设通过和片外其他设备的或传感器的连接来实现微处理器的输入/输出功能。每个外设通常都只有单一的功能,它可以在芯片外也可以内置芯片中。外设的种类很多,可从一个简单的串行通信设备到非常复杂的802.11 无线设备。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页,共 8 页 -目前嵌入式系统中常
9、用的通用设备接口有A/D(模/数转换接口)、D/A(数/模转换接口),I/O 接口有 RS-232 接口(串行通信接口)、Ethernet(以太网接口)、USB(通用串行总线接口)、音频接口、VGA 视频输出接口、I2C(现场总线)、SPI(串行外围设备接口)和 IrDA(红外线接口)等。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
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