嵌入式系统原理及接口技术.ppt

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1、嵌入式系统原理及接口技术嵌入式系统原理及接口技术 第一章第一章 绪论绪论一、概述一、概述 1 1、什么是嵌入式系统什么是嵌入式系统 传统定义：传统定义：嵌入在其他设备中，起智能控制作用的专用计算机系统。嵌入在其他设备中，起智能控制作用的专用计算机系统。嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。现在流行的定义：（现在流行的定义：（新定义新定义）以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适应于应用系统对功能、以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统可靠性、成本、体积、功耗

2、有严格要求的专用计算机系统。2、嵌入式系统的组成、嵌入式系统的组成 硬件硬件 一般描述：嵌入式处理器、存储器、一般描述：嵌入式处理器、存储器、I/O接口、接口、LCD控制器等。控制器等。实际应用：开发板、用户的目标板。实际应用：开发板、用户的目标板。软件软件 操作系统：操作系统：Windows CE、Linux、VxWorks、uc/os等。等。用户程序（简单系统只有用户程序）。用户程序（简单系统只有用户程序）。3.嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点（5页）页）嵌入性、专用性、计算机嵌入性、专用性、计算机。嵌入式系统的相关技术嵌入式系统的相关技术 嵌入式系统的技术前沿嵌入式系统的技术前沿4 4、

3、嵌入式系统的要求嵌入式系统的要求（6 6页）页）5 5、嵌入式系统的未来、嵌入式系统的未来 早在早在19901990年之前，嵌入式系统通常是很简单的且有很长的产品生命周期年之前，嵌入式系统通常是很简单的且有很长的产品生命周期 的自主设备。近年来，嵌入式工业经历了巨大的变革。的自主设备。近年来，嵌入式工业经历了巨大的变革。产品市场窗口现在预计翻番的周期狂热到产品市场窗口现在预计翻番的周期狂热到6-96-9个月；个月；全球重新定义市场的机会和膨胀的应用空间；全球重新定义市场的机会和膨胀的应用空间；互联网现在是一个需求而不是辅助性的，有线和刚刚显露头角的无线；互联网现在是一个需求而不是辅助性的，有线

4、和刚刚显露头角的无线；基于电子的产品更复杂化；基于电子的产品更复杂化；互联嵌入式系统产生新的依赖网络基础设施的应用（互联嵌入式系统产生新的依赖网络基础设施的应用（物联网物联网）；微处理器的处理能力按微处理器的处理能力按莫尔定律莫尔定律预计的速度在增加。预计的速度在增加。二、二、嵌入式处理器嵌入式处理器（2页）页）嵌入式系统大多工作在为特定用户群设计的系统中，嵌入式系统大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，体积小、集成度高等特点，能够把通用台式计算机中许多由板卡完成的任务能够把通用台式计算机中许多由板卡完成的任务 集成在芯片内部，从而

5、有利于嵌入式系统设计趋于小集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强。型化，移动能力大大增强。返返 摩尔定律是由英特尔（摩尔定律是由英特尔（IntelIntel）创始人之一戈登）创始人之一戈登摩尔摩尔（Gordon MooreGordon Moore）提出的。其内容为：集成电路上可容纳的晶体）提出的。其内容为：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔管数目，约每隔1818个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔1818个个月翻两倍

6、以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。返返 嵌入式系统是以嵌入式微处理器为内核，以嵌入式系统是以嵌入式微处理器为内核，以微电子技术、计算机技术、电子技术、对象技微电子技术、计算机技术、电子技术、对象技术为基础，软硬件可根据对象需要所设置，并术为基础，软硬件可根据对象需要所设置，并且嵌入到对象器件内，适用于应用系统对功能、且嵌入到对象器件内，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用智能的控制系统。智能的控制系统。返返 1、实时性、实时性 2 2、多速率、多速率 3 3、功耗、功耗 4

7、4、低成本、低成本 5 5、环境相关性、环境相关性 返返 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和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与各个行业的具体应用相结合后的产物。这电子技术与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、高度分散（留一点就决定了它必然是一个技术密集、高度分散（留给各个行业高新技术公司的创新余地很大）、可以不给各个行业高新技术公司的创新余地很大）、可以不断创新的知识集成系统。断创新的知识集成系统。返返 目前，无论是嵌入式系统基础器件、开发手段，还是目前，无论是嵌入式系统基础器件、开发手段，还是应用对象，都有了很大变化。无论是未来

8、从事应用对象，都有了很大变化。无论是未来从事8 8位、位、1616位、位、3232位的嵌入式系统应用，都应该了解嵌入式系位的嵌入式系统应用，都应该了解嵌入式系统的技术前沿。这些技术前沿体现了嵌入式系统应用统的技术前沿。这些技术前沿体现了嵌入式系统应用的一些基本观念，它们是：的一些基本观念，它们是：基于集成开发环境的应用开发、应用系统的用户基于集成开发环境的应用开发、应用系统的用户SoCSoC设计、操作系统的普遍应用、普遍的网络接入、先进设计、操作系统的普遍应用、普遍的网络接入、先进的电源技术以及多处理器的电源技术以及多处理器SoCSoC技术。技术。返返 嵌入式处理器关注的要点：性能、尺寸、能耗

9、及价格嵌入式处理器关注的要点：性能、尺寸、能耗及价格 一类嵌入式处理器注重尺寸、能耗、和价格。例如个人数字助一类嵌入式处理器注重尺寸、能耗、和价格。例如个人数字助理（理（PDA）因为应用的主要特性是交互和显示密集性的，而不是）因为应用的主要特性是交互和显示密集性的，而不是计算密集性的。这类嵌入式处理器很小，因为整个计算密集性的。这类嵌入式处理器很小，因为整个PDA装置的尺装置的尺寸很小能放在手掌上。寸很小能放在手掌上。另一类嵌入式处理器更关注性能。这些处理器功能另一类嵌入式处理器更关注性能。这些处理器功能 很强，这些很强，这些处理器设计满足那些通用目的处理器难以达到的密集性计算的应处理器设计满

10、足那些通用目的处理器难以达到的密集性计算的应用需求。如为网络设备和电信工业开发的网络处理器。用需求。如为网络设备和电信工业开发的网络处理器。还有一类嵌入式处理器关注全部还有一类嵌入式处理器关注全部4个需求。例如，移动电话中嵌个需求。例如，移动电话中嵌入式数字处理器（入式数字处理器（DSP）。在同样的时钟频率下，）。在同样的时钟频率下，DSP执行数字执行数字信号处理要比通用目的处理器速度快若干倍，这就是在移动电话信号处理要比通用目的处理器速度快若干倍，这就是在移动电话的设计上用的设计上用DSP而不用通用目的处理器的原因。而不用通用目的处理器的原因。返返 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中嵌入式微

11、处理器的基础是通用计算机中CPU。在应用中，将。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。性等方面一般都做了各种增强。嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的

12、嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。（如：（如：STD-BUS、PC104）嵌入式处理器目前主要由嵌入式处理器目前主要由Am186/88、386EX、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。系列等。返返返返返返FFTFFT（Fast Fourier TransformFast Fourier Transform）快速傅氏变换，）快速傅氏变换，是离散傅氏变换的

13、快速算法，它是根据离散傅氏是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的换的算法进行改进获得的 。一般用来计算信号的频谱、功率谱等。一般用来计算信号的频谱、功率谱等。嵌入式微控制器又称单片机，嵌入式微控制器一般以某种微嵌入式微控制器又称单片机，嵌入式微控制器一般以某种微处理器内核为核心，芯片内部集成处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总、总线、总线逻辑、定时线、总线逻辑、定时/计数器、计数器、WatcgDig、I/O、串行口、脉、串行口、脉宽调制（宽调制（PWM）输出、）

14、输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。等各种必要功能和外设。微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。因此称微控制器。嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括用系列包括8051、P51XA、MC

15、S-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多、数目众多ARM芯片芯片等。等。返返 DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也高。在数字滤算法，编译效率较高，指令执行速度也高。在数字滤波、波、FFT、频谱分析等方面、频谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域，算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过度功能，过度到采用嵌入式到采用嵌入式D

16、SP处理器。处理器。DSP处理器比较有代表的产品是处理器比较有代表的产品是TMS320系列和系列和Motorola的的DSP5600系列。系列。TMS320系列处理器包括用于控制的系列处理器包括用于控制的C2000系列，系列，移动通信的移动通信的C5000系列，以及性能更高的系列，以及性能更高的C6000和和C8000系列。系列。DSP5600目前已经发展成为目前已经发展成为DSP5600，DSP56100，DSP56200和和DSP56300等几个不同系列的处理器。等几个不同系列的处理器。返返 随着随着EDI的推广和的推广和VLSI设计的普及化及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实设计的普及

17、化及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个更复杂的系统的时代已来临，这就是现一个更复杂的系统的时代已来临，这就是System On Chip（SOC）。各种通用处）。各种通用处理器内核将作为理器内核将作为SOC设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为VLSI设计中一种标准的器件，用标准的设计中一种标准的器件，用标准的VHDL等语言描述，存储在器件库中。用户等语言描述，存储在器件库中。用户只需要定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样只需要定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作

18、样品。这样除了个别无法集成的器件外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几品。这样除了个别无法集成的器件外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。常有利。SOC可以分为通用和专用两类。通用系列包括可以分为通用和专用两类。通用系列包括Infineon的的TriCore，Motorola的的M-Core，某些，某些ARM系列器件，系列器件，Echelon和和Motorola联合研制的联合研制的Neuron芯片等。专用芯片等。专用SOC一般专用于某个

19、或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是Philips的的Smart XA，它将，它将XA单片机内核和支持超过单片机内核和支持超过2048位复杂位复杂RSA算法的算法的CCU单元单元制作在一块硅片上，形成一个可加在制作在一块硅片上，形成一个可加在JAVA或或C语言的专用的语言的专用的SOC，可用于公众互联，可用于公众互联网如网如Intermet安全方面安全方面。返返 使用操作系统的基本思想是隐藏底层不同硬件的差异，向在其上运行的应用程序使用操作系统的基本思想是隐藏底层不同硬件的差异，向在其上运行的应用程序提供一个统一

20、的调用接口。应用程序通过这一接口实现对硬件的使用和控制，不必提供一个统一的调用接口。应用程序通过这一接口实现对硬件的使用和控制，不必考虑不同硬件操作方式的差异。这样软件设计人员就不必关心具体硬件的操作细节，考虑不同硬件操作方式的差异。这样软件设计人员就不必关心具体硬件的操作细节，能够专注于擅长领域的开发。能够专注于擅长领域的开发。但是，由于编写一个操作系统来隐藏不同硬件，并提供统一的编程接口，是一件但是，由于编写一个操作系统来隐藏不同硬件，并提供统一的编程接口，是一件很困难的事情。所以很多产品厂商选择购买操作系统，在此基础上开发自己的应用很困难的事情。所以很多产品厂商选择购买操作系统，在此基础

21、上开发自己的应用程序，形成产品。事实上，因为嵌入式系统是将所有程序，包括系统程序、驱动程程序，形成产品。事实上，因为嵌入式系统是将所有程序，包括系统程序、驱动程序、应用程序的程序代码全部烧写进序、应用程序的程序代码全部烧写进ROM里执行，所以操作系统在这里的角色更像里执行，所以操作系统在这里的角色更像是一套函数库。是一套函数库。操作系统主要完成三项任务：内存管理、多任务管理和外围设备管理。这三项机制操作系统主要完成三项任务：内存管理、多任务管理和外围设备管理。这三项机制提供给应用程序设计者许多良好的特性。但是在嵌入式系统中并非必备，小型系统提供给应用程序设计者许多良好的特性。但是在嵌入式系统中

22、并非必备，小型系统可能并不需要操作系统，但复杂的大型嵌入式系统通常会使用操作系统来进行有效可能并不需要操作系统，但复杂的大型嵌入式系统通常会使用操作系统来进行有效管理。管理。返返 大多数情况下，使用计算机来解决问题时，主要关注的是计算机的计算结果是否大多数情况下，使用计算机来解决问题时，主要关注的是计算机的计算结果是否正确，至于计算机为了获得这个结果花费了多长的计算时间并不十分在意。但是，正确，至于计算机为了获得这个结果花费了多长的计算时间并不十分在意。但是，在相当一部分实际应用中，计算机系统得到结果所花费时间的长短与结果的正确性在相当一部分实际应用中，计算机系统得到结果所花费时间的长短与结果

23、的正确性同等重要，甚至有时更为重要。同等重要，甚至有时更为重要。为了提高系统的实时性，实时操作系统的设计应尽量满足为了提高系统的实时性，实时操作系统的设计应尽量满足5个条件：个条件：1）必须是多任务系统）必须是多任务系统 2）内核应是可剥夺型）内核应是可剥夺型 3）任务的切换时间应与系统中的任务数无关并可预知）任务的切换时间应与系统中的任务数无关并可预知 4）系统提供所有服务所需时间应尽可能短并且可预知）系统提供所有服务所需时间应尽可能短并且可预知 5）中断延迟的时间可预知并尽可能短）中断延迟的时间可预知并尽可能短返返返返 ARM处理器系列处理器系列 ARM7（V4）ARM9（V5）ARM10

24、 ARM11（V6）Cortex（V7）返返 ARM7 ARM7（V4/V4TV4/V4T）ARM7系列微处理器为低功耗的系列微处理器为低功耗的32位位RISC处理器，最适合用于对价位和处理器，最适合用于对价位和 功耗要求较高的消费类应用。功耗要求较高的消费类应用。ARM7微处理器系列具有如下特点：微处理器系列具有如下特点：具有嵌入式具有嵌入式ICERT逻辑逻辑，调试开发方便。，调试开发方便。极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。能够提供能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。的三级流水线结构。代码密度高并兼容代码密度高

25、并兼容16位的位的Thumb指令集。指令集。对操作系统的支持广泛，包括对操作系统的支持广泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS等。等。指令系统与指令系统与ARM9系列、系列、ARM9E系列和系列和ARM10E系列兼容，便于用系列兼容，便于用 户的产品升级换代。户的产品升级换代。主频最高可达主频最高可达130MIPS，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂 应用。应用。ARM7系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、Internet设备、网设备、网 络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应

26、用。络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。返返 ICE-RT应该是应该是In Circuit Emulator-Rral Time缩写缩写 返返 ARM9（V5/V5E）ARM9ARM9系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特点：系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特点：5 5级整数流水线，指令执行效率更高。级整数流水线，指令执行效率更高。提供提供1.1MIPS/MHz1.1MIPS/MHz的哈佛结构。的哈佛结构。支持支持3232位位ARMARM指令集和指令集和1616位位ThumbThumb指令集。指令集。支持支持3232位的高速

27、位的高速AMBAAMBA总线接口。总线接口。全性能的全性能的MMUMMU，支持，支持Windows CEWindows CE、LinuxLinux、Palm OSPalm OS等多种主流嵌入式操等多种主流嵌入式操 作系统。作系统。MPU MPU支持实时操作系统。支持实时操作系统。支持数据支持数据CacheCache和指令和指令CacheCache，具有更高的指令和数据处理能力。，具有更高的指令和数据处理能力。ARM9 ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端 打印机、数字照相机和数字摄像机等。打印机

28、、数字照相机和数字摄像机等。返返 ARM10E（V5/V5E）ARM10E系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新的体系结构，系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新的体系结构，与同等的与同等的ARM9器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近50，同时，同时，ARM10E系列微处理器采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低。系列微处理器采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低。ARM10E系列微处理器的主要特点如下：系列微处理器的主要特点如下：支持支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。指令集，适合于需要高速数字信号处

29、理的场合。6级整数流水线，指令执行效率更高。级整数流水线，指令执行效率更高。支持支持32位位ARM指令集和指令集和16位位Thumb指令集。指令集。支持支持32位的高速位的高速AMBA总线接口。总线接口。支持支持VFP10浮点处理协处理器。浮点处理协处理器。全性能的全性能的MMU，支持，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多种主流嵌入式操等多种主流嵌入式操 作系统。作系统。支持数据支持数据Cache和指令和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力，具有更高的指令和数据处理能力 主频最高可达主频最高可达400MIPS。内嵌并行读内嵌并行读/写操作部件。写操作部件。ARM10

30、E系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、通信和信息系统等领域。业控制、通信和信息系统等领域。返返 ARM11（V6）ARM11ARM11系列微处理器是系列微处理器是ARMARM公司近年推出的新一代公司近年推出的新一代RISCRISC处理器，它是处理器，它是ARMARM新指新指令架构令架构ARMv6ARMv6的第一代设计实现。的第一代设计实现。发展目的是为了达到低功耗、低成本的高速传输发展目的是为了达到低功耗、低成本的高速传输性。性。该系列主要有该系列主要有ARM1136JARM1136J，ARM115

31、6T2ARM1156T2和和ARM1176JZARM1176JZ三个内核型号，分别针对不同应用三个内核型号，分别针对不同应用领域。领域。ARMv6 ARMv6架构是根据下一代的消费类电子、无线设备、网络应用和汽车电子产品架构是根据下一代的消费类电子、无线设备、网络应用和汽车电子产品等需求而制定的。等需求而制定的。ARM11ARM11的媒体处理能力和低功耗特点，特别适用于无线和消费类电子的媒体处理能力和低功耗特点，特别适用于无线和消费类电子产品；其高数据吞吐量和高性能的结合非常适合网络处理应用；另外，也在实时性能产品；其高数据吞吐量和高性能的结合非常适合网络处理应用；另外，也在实时性能和浮点处理

32、等方面和浮点处理等方面ARM11ARM11可以满足汽车电子应用的需求。可以预言，基于可以满足汽车电子应用的需求。可以预言，基于AMRv6AMRv6体系结体系结构的构的ARM11ARM11系列处理器将在上述领域发挥巨大的作用。系列处理器将在上述领域发挥巨大的作用。返返 ARM（V7）ARMv7ARMv7架构是在架构是在ARMv6ARMv6架构的基础上诞生的。该架构采用了架构的基础上诞生的。该架构采用了Thumb-2Thumb-2技技能能 ，它是在，它是在ARMARM的的ThumbThumb代码压缩技能代码压缩技能 的基础上发展起来的，并且保持了的基础上发展起来的，并且保持了对现存对现存ARMAR

33、M处理处理 方案的完整的代码兼容性。方案的完整的代码兼容性。Thumb-2Thumb-2技能技能 比纯比纯3232位代码少位代码少运用运用 31 31的内存，减小了系统开销，同时能够提供比已有的基于的内存，减小了系统开销，同时能够提供比已有的基于ThumbThumb技技能能 的处理的处理 方案高出方案高出3838的性能。的性能。ARMv7ARMv7架构还采用丁架构还采用丁NEONNEON技能技能 ，将，将DSPDSP和媒体处理能力提高了近和媒体处理能力提高了近4 4倍。并支持改良的浮点运算，满足下一代倍。并支持改良的浮点运算，满足下一代3D3D图形、图形、游戏处理使用，游戏处理使用，以及传统嵌

34、入式控制使用的需求。以及传统嵌入式控制使用的需求。在命名方式上，基于在命名方式上，基于ARMv7ARMv7架构的架构的ARMARM处理器已经不再延用过去的数字命处理器已经不再延用过去的数字命名方式，而是冠以名方式，而是冠以CortexCortex的代呼。基于的代呼。基于v7Av7A的称为的称为“Cortex-A“Cortex-A系列系列”，基于，基于v7Rv7R的称为的称为“Cortex-R“Cortex-R系列系列”，基于，基于v7Mv7M的称为的称为“Cortex-M3”“Cortex-M3”。返返 ARM 高级单指令多数据高级单指令多数据(SIMDSIMD)扩展亦称扩展亦称NEON 技术

35、，它是一种由技术，它是一种由ARM 开发的开发的64/128 64/128 位混合位混合SIMD SIMD 体系结构，可以提升多媒体和信号处理应用程序的性能。体系结构，可以提升多媒体和信号处理应用程序的性能。返返(Single Instruction Multiple Data(Single Instruction Multiple Data，单指令多数据流，单指令多数据流)能够复制多个操作能够复制多个操作数，并把它们打包在大型寄存器的一组指令集，数，并把它们打包在大型寄存器的一组指令集，以加法指令为例，单指令单数据（以加法指令为例，单指令单数据（SISDSISD）的）的CPUCPU对加法指令

36、译码后，执行对加法指令译码后，执行部件先访问内存，取得第一个操作数；之后再一次访问内存，取得第二个操部件先访问内存，取得第一个操作数；之后再一次访问内存，取得第二个操作数；随后才能进行求和运算。而在作数；随后才能进行求和运算。而在SIMDSIMD型的型的CPUCPU中，指令译码后几个执行部中，指令译码后几个执行部件同时访问内存，一次性获得所有操作数进行运算。这个特点使件同时访问内存，一次性获得所有操作数进行运算。这个特点使SIMDSIMD特别适特别适合于多媒体应用等数据密集型运算合于多媒体应用等数据密集型运算。返返 ARMTDMI ARMTDMI内核（内核（4242页）页）5 5级流水线级流水

37、线 具有指令缓存与数据缓存具有指令缓存与数据缓存 返返1 1、ARM9ARM9的结构特点的结构特点2 2、ARM9ARM9指令集特点指令集特点3 3、ARM9ARM9工作模式及工作状态工作模式及工作状态返返 七种模式（除了用户模式都是特权模式除了系统模式都是异常模式）七种模式（除了用户模式都是特权模式除了系统模式都是异常模式）用户（用户（UsrUsr）：正常执行程序）：正常执行程序 系统（系统（SysSys）：运行特权操作系统任务。（特权级任务）：运行特权操作系统任务。（特权级任务）管理管理(Svc)(Svc)：操作系统的保护模式。（系统上电后首先进入的模式）操作系统的保护模式。（系统上电后首

38、先进入的模式）中止中止(Abt)(Abt)：指令或数据预取中止指令或数据预取中止 未定义未定义(Und)(Und)：执行未定义指令：执行未定义指令 IRQ(Irq)IRQ(Irq)：响应普通中断（硬件中断）响应普通中断（硬件中断）IRQ IRQ中断模式用于键盘、定时器、显示。中断模式用于键盘、定时器、显示。FIQ(Fiq)FIQ(Fiq)：响应快速中断（硬件中断）响应快速中断（硬件中断）FIQ FIQ用于软盘驱动器、串口通信。用于软盘驱动器、串口通信。工作状态工作状态 ：ARM ARM态态 Thumb Thumb态态 返返 ARMARM的存储组织结构的存储组织结构 ARMARM体系使用单一的平

39、板地址空间体系使用单一的平板地址空间,该地址空间的大小为该地址空间的大小为2 23232个个8 8位字节。地址位字节。地址范围范围0-FFFFFFFFH 0-FFFFFFFFH（4G4G）。当然，也可以看成）。当然，也可以看成2 23232/2/22 2=2=23030个字，地址范围为个字，地址范围为0-3FFFFFFFH0-3FFFFFFFH。大端存储和小端存储大端存储和小端存储 I/O I/O端口的访问方式端口的访问方式 ARM9ARM9内部寄存器内部寄存器 返返ARM内部寄存器内部寄存器（31个通用，个通用，6个状态）个状态）UsrUsrSysSysSvcSvcAbtAbtUndUndI

40、RQIRQFIQFIQR0R0R0R0R0R0R0R0R0R0R0R0R0R0R1R1R1R1R1R1R1R1R1R1R1R1R1R1R2R2R2R2R2R2R2R2R2R2R2R2R2R2R3R3R3R3R3R3R3R3R3R3R3R3R3R3R4R4R4R4R4R4R4R4R4R4R4R4R4R4R5R5R5R5R5R5R5R5R5R5R5R5R5R5R6R6R6R6R6R6R6R6R6R6R6R6R6R6R7R7R7R7R7R7R7R7R7R7R7R7R7R7R8R8R8R8R8R8R8R8R8R8R8R8R8_fiqR8_fiqR9R9R9R9R9R9R9R9R9R9R9R9R9_fi

41、qR9_fiqR10R10R10R10R10R10R10R10R10R10R10R10R10_fiqR10_fiqR11R11R11R11R11R11R11R11R11R11R11R11R11_fiqR11_fiqR12R12R12R12R12R12R12R12R12R12R12R12R12_fiqR12_fiq返返SPSR_fiqSPSR_irqSPSR_abtSPSR_svcCPSRCPSRCPSRCPSRCPSRCPSRCPSRR15(PC)R15(PC)R15(PC)R15(PC)R15(PC)R15(PC)R15(PC)R14_fiqR14_irqR14_undR14_abtR14_

42、svcR14R14R13_fiqR13_irqR13_undR13_abtR13_svcR13R13SPSR_und返返N NZ ZC CV VI IF FT TM4M4M3M3M2M2M1M1M0M0状态位状态位 N：符号位：符号位 N=0 正正 N=1 负负 Z：零标志：零标志 Z=0 结果非零结果非零 Z=1 结果为零结果为零 C：进位标志：进位标志 V：溢出标志：溢出标志控制位控制位 I：IRQ中断中断允许允许 0：允许：允许 1：禁止：禁止 F：FIQ中断允许中断允许 0：允许：允许 1：禁止：禁止 T：状态：状态 0：ARM 1：Thumb 控制处理器模式控制处理器模式M4 M3

43、M2 M1 M0 1 0 0 0 0 User 1 0 0 0 1 FIQ 1 0 0 1 0 IRQ 1 0 0 1 1 SVC 1 0 1 1 1 Abort 1 1 0 1 1 Umdefined 1 1 1 1 1 System 031返返N NZ ZC CV VI IF FT TM4M4M3M3M2M2M1M1M0M0状态位状态位 N：符号位：符号位 N=0 正正 N=1 负负 Z：零标志：零标志 Z=0 结果非零结果非零 Z=1 结果为零结果为零 C：进位标志：进位标志 控制位控制位 V：溢出标志：溢出标志 I：IRQ中断中断允许允许 0：允许：允许 1：禁止：禁止 F：FIQ中断

44、允许中断允许 0：允许：允许 1：禁止：禁止 T：状态：状态 0：ARM 1：Thumb 控制处理器模式控制处理器模式M4 M3 M2 M1 M0 1 0 0 0 0 User 1 0 0 0 1 FIQ 1 0 0 1 0 IRQ 1 0 0 1 1 SVC 1 0 1 1 1 Abort 1 1 0 1 1 Umdefined 1 1 1 1 1 System 031返返CodeWarrior for ARM集成开发环境是集成开发环境是ADS1.2（ARM Developer Suite）开发工具中的）开发工具中的重要组成部分。配套的程序调试器采用重要组成部分。配套的程序调试器采用AXD返

45、返返返Windows CEWindows CE就是基于掌上型电脑类的电子设备操作系就是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统。其中统。其中CECE中的中的C C代表袖珍（代表袖珍（CompactCompact）、消费）、消费（ConsumerConsumer）、通讯能力（）、通讯能力（ConnectivityConnectivity）和伴侣）和伴侣（CompanionCompanion）；）；E E代表电子产品（代表电子产品（ElectronicsElectronics）。）。（基本内核至少需（基本内核至少需200KB200KB的的ROMROM）返返VxWorksVxWorks操作系统是美国溫瑞尔

46、（操作系统是美国溫瑞尔（WindRiverWindRiver）公司于）公司于19831983年设计开发的一年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（种嵌入式实时操作系统（RTOSRTOS），是嵌入式开发环境的关键组成部分。良），是嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广时操作系统领域占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领泛地应用在通信、军事、航

47、空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等。在美国的域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等。在美国的F-16F-16、F/A-18F/A-18战斗机、战斗机、B-2B-2隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连19971997年年7 7月在火星月在火星表面登陆的火星探测器，表面登陆的火星探测器，20082008年年5 5月在火星表面上登陆的凤凰号火星探测器月在火星表面上登陆的凤凰号火星探测器上也都使用到了上也都使用到了VxWorksVxWorks 返返Linux Linux 操作系统是操作系统是UNIX UNIX

48、操作系统的一种克隆系统。它诞生于操作系统的一种克隆系统。它诞生于1991 1991 年的年的10 10 月月5 5 日（这是第一次正式向外公布的时间）。以后借助于日（这是第一次正式向外公布的时间）。以后借助于Internet Internet 网络，网络，并经过全世界各地计算机爱好者的共同努力下，现已成为今天世界上使用并经过全世界各地计算机爱好者的共同努力下，现已成为今天世界上使用最多的一种最多的一种UNIX UNIX 类操作系统，并且使用人数还在迅猛增长。类操作系统，并且使用人数还在迅猛增长。Linux Linux 操作系统的诞生、发展和成长过程始终依赖着以下五个重要支操作系统的诞生、发展和

49、成长过程始终依赖着以下五个重要支柱：柱：UNIX UNIX 操作系统、操作系统、MINIXMINIX 操作系统、操作系统、GNUGNU 计划、计划、POSIX POSIX 标准标准和和Internet Internet 网络。网络。返返GNUGNU计划，又称革奴计划，是由计划，又称革奴计划，是由Richard StallmanRichard Stallman在在19831983年年9 9月月2727日公开发起的。它的目标是创建一套完全自由的操作系统。日公开发起的。它的目标是创建一套完全自由的操作系统。Richard StallmanRichard Stallman最早是在最早是在net.uni

50、x-wizardsnet.unix-wizards新闻组上公布该新闻组上公布该消息，并附带一份消息，并附带一份GNUGNU宣言等解释为何发起该计划的文章，宣言等解释为何发起该计划的文章，其中一个理由就是要其中一个理由就是要“重现当年软件界合作互助的团结精神重现当年软件界合作互助的团结精神”。返返 uC/OS-II的前身是的前身是C/OS，最早出自于，最早出自于1992 年美国年美国嵌入式系统专家嵌入式系统专家Jean J.Labrosse 在嵌入式系统编在嵌入式系统编程杂志的程杂志的5 月和月和6 月刊上刊登的文章连载，并把月刊上刊登的文章连载，并把C/OS 的源码发布在该杂志的的源码发布在该