嵌入式开发与应用技术个人赛赛点解析.ppt
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1、第六届信息技术应用水平大赛第六届信息技术应用水平大赛 教育部教育管理信息中心教育部教育管理信息中心教育部教育管理信息中心考试内容考试内容 -嵌入式专业知识嵌入式专业知识嵌入式系统定义嵌入式系统定义l是用于控制、监视或者辅助装置、机器和设备运是用于控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置行的装置 IEEEIEEE定义定义l嵌入式系统是软硬件的结合体嵌入式系统是软硬件的结合体 2 2教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识通常认为通常认为 以应用为中心,以计算机技术为基础、以应用为中心,以计算机技术为基础、软硬件可剪裁、能够满足用户需求的专用软硬件可剪裁、能够满足用户
2、需求的专用计算机系统计算机系统 3 3教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识嵌入式系统课程嵌入式系统课程l强调从部件到系统强调从部件到系统l课程目标:在掌握模电、数电、微机原理与接口课程目标:在掌握模电、数电、微机原理与接口的基础上,通过实践训练掌握从需求分析、系统的基础上,通过实践训练掌握从需求分析、系统开发、系统实现的工程实践能力开发、系统实现的工程实践能力 4 4教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识l嵌入式处理器内核嵌入式处理器内核lMIPSMIPS核核lARMARM核核lPowerPCPowerPC核核l68K/ColdFire
3、68K/ColdFire核核 5 5教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点l这是一个充满竞争与机遇的行业,没有哪这是一个充满竞争与机遇的行业,没有哪一家族的处理器和操作系统能够垄断全部一家族的处理器和操作系统能够垄断全部市场市场l现状:产品与技术比较分散现状:产品与技术比较分散 6 6教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点l专用性专用性l实时性实时性l“嵌入性嵌入性”l需要专门的开发环境需要专门的开发环境 7 7 教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业
4、知识嵌入式系统应用嵌入式系统应用l领域:电信、网络、家电、医疗、汽车电子、军领域:电信、网络、家电、医疗、汽车电子、军 事等事等l产品:手机、可视电话、机顶盒、车载电子设备产品:手机、可视电话、机顶盒、车载电子设备等等 8 8教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识嵌入式处理器种类嵌入式处理器种类1.1.嵌入式微处理器嵌入式微处理器 MPU-MPU-由通用计算机由通用计算机 CPUCPU演变而来演变而来 特点:具有特点:具有3232位或以上的处理器位或以上的处理器 体积小(与工业控制计算机相比)体积小(与工业控制计算机相比)可靠性高可靠性高 9 9教育部教育管理信息中
5、心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识嵌入式处理器种类嵌入式处理器种类2.2.嵌入式微控制器嵌入式微控制器 MCUMCU 典型:单片机典型:单片机 特点:单片化、体积小特点:单片化、体积小 、价格低、种类、价格低、种类多;适于控制多;适于控制 1010教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识嵌入式处理器种类嵌入式处理器种类3.3.嵌入式嵌入式DSPDSP处理器处理器 EDSPEDSP -专用于信号处理方面的处理器专用于信号处理方面的处理器 特点:特点:集成度高、运算速度快集成度高、运算速度快 广泛应用于语音、图像处理广泛应用于语音、图像处理 1111教育部教育
6、管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识嵌入式处理器种类嵌入式处理器种类4.4.嵌入式片上系统嵌入式片上系统 SOCSOC 在处理器内部嵌入操作系统,用以实在处理器内部嵌入操作系统,用以实现复杂系统现复杂系统 特点:软硬件无缝结合特点:软硬件无缝结合 运用运用VHDLVHDL语言,综合仿真后将嵌入式语言,综合仿真后将嵌入式系统大部分集成在芯片内系统大部分集成在芯片内 1212教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识嵌入式操作系统嵌入式操作系统l在嵌入式系统中操作系统不是必须的在嵌入式系统中操作系统不是必须的l为什么引入操作系统?为什么引入操作系统?13
7、 13 教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识1.1.系统运行多任务、内存分配复杂系统运行多任务、内存分配复杂2.2.系统需要图形用户界面系统需要图形用户界面3.3.系统需要协议支持系统需要协议支持4.4.文件管理文件管理 1414教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识嵌入式通用操作系统嵌入式通用操作系统l支持的技术:支持的技术:1.1.中断技术中断技术 2.2.缓存(缓存(CacheCache)技术)技术 3.DMA(direct Memory Access)3.DMA(direct Memory Access)4.4.保护模式保护模式
8、 1515教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识lCPUCPU接收到中断后停止原来的工作,转去处接收到中断后停止原来的工作,转去处理中断事件;中断事件处理完毕后返回到理中断事件;中断事件处理完毕后返回到原来断点继续工作。原来断点继续工作。l使用中断技术是提高处理器效率的一个重要使用中断技术是提高处理器效率的一个重要手段手段 1616教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识l处理器内部集成一小块存储器(处理器内部集成一小块存储器(CacheCache),),将常用的指令和数据放入将常用的指令和数据放入CacheCache;避免频繁;避免频繁访
9、问内存访问内存 1717教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识什么是什么是DMADMAlDMA Direct Memory Access-DMA Direct Memory Access-直接存储器存取直接存储器存取 一种不经过一种不经过CPUCPU而直接从内存存取数据的数据交换方式而直接从内存存取数据的数据交换方式优点:释放处理器,提高数据传输效率优点:释放处理器,提高数据传输效率 数据直接在源地址和目的地址之间传送数据直接在源地址和目的地址之间传送DMADMA操作需要一块在物理上连续的空间操作需要一块在物理上连续的空间 1818教育部教育管理信息中心考试内容考试
10、内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识DMADMA的传输过程的传输过程 DMA DMA请求请求 响应响应 传输传输 结束结束l小结:小结:DMADMA传输方式无需传输方式无需CPUCPU的直接控制的直接控制 DMADMA传送方式高于程序中断传送方式高于程序中断 DMADMA主要由硬件实现主要由硬件实现l缺陷:缺陷:DMADMA允许外设直接访问内存,形成对总线允许外设直接访问内存,形成对总线的独占的独占 1919教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统l功能功能 任务管理任务管理 实时时钟实时时钟 中断管理中断管理 存储器优化管理等存储器优
11、化管理等 2020教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识嵌入式操作系统嵌入式操作系统商用型商用型 VxWorksVxWorks、(、(WindRiverWindRiver )Windows CE Windows CE、Palm OSPalm OS(3COM3COM)、)、pSOSpSOS(ISIISI)、)、OS-9(Microware)OS-9(Microware)、QNX OS(QNX)QNX OS(QNX)等等 特点:稳定可靠、技术支持与售后完善、特点:稳定可靠、技术支持与售后完善、价格高价格高 2121教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入
12、式专业知识嵌入式操作系统嵌入式操作系统 免费型免费型 LinuxLinux、uCuC/OS-/OS-特点:开源性、稳定性、免费性特点:开源性、稳定性、免费性 2222教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识关于关于ARMARMARM Advanced RISC MachinesARM Advanced RISC Machines 代表公司名称代表公司名称 一类嵌入式处理器一类嵌入式处理器 一种技术一种技术 2323教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识关于关于ARMARM ARM ARM公司本身不直接从事芯片生产,只出售芯片公司本身不直接从
13、事芯片生产,只出售芯片设计技术的授权;由合作公司生产各具特色的芯设计技术的授权;由合作公司生产各具特色的芯片。片。目前全世界有几十家大的半导体生产商使用目前全世界有几十家大的半导体生产商使用ARMARM公司的授权公司的授权 2424教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识计算机体系结构计算机体系结构l冯冯诺依曼体系结构诺依曼体系结构 -提取指令和数据是通过一个提取指令和数据是通过一个 单一的内部数据总线进行单一的内部数据总线进行l哈佛体系结构:哈佛体系结构:-程序指令存储与数据存储分开程序指令存储与数据存储分开的存储结构的存储结构-分别设置指令总线和数据总线进分别设置
14、指令总线和数据总线进行存取行存取 2525教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识ARMARM体系结构体系结构lRISCRISC技术技术 Reduced Instruction Set ComputerReduced Instruction Set Computer l中心思想:精简指令集的复杂度。中心思想:精简指令集的复杂度。特点:使用大量的通用寄存器特点:使用大量的通用寄存器 采用流水线技术采用流水线技术 简单的寻址模式简单的寻址模式 2626教育部教育管理信息中心ARMARM体系结构体系结构l流水线技术流水线技术 以三级流水线为例以三级流水线为例 取址译码执行取
15、址译码执行取址译码执行考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识教育部教育管理信息中心ARMARM体系结构体系结构l五级流水线五级流水线lARM7ARM7的内核一般为三级流水线的内核一般为三级流水线lARM9ARM9的内核为五级流水线的内核为五级流水线lARM10ARM10的内核为六级流水线的内核为六级流水线lXScaleXScale为七级流水线为七级流水线 2828考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识ARMARM体系结构体系结构l1.V11.V1版本版本 地址空间地址空间2626位位l2.V22.V2版本版本 地址空
16、间地址空间2626位位 未商业授权未商业授权l3.V33.V3版本版本 地址空间地址空间3232位位l4.V44.V4版本版本 地址空间地址空间3232位位 在在3232位指令集的基础上增加位指令集的基础上增加1616位位ThumbThumb指令集指令集 代表:代表:ARM7TDMI ARM922TARM7TDMI ARM922T 2929教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识ARMARM体系结构体系结构lARM7TDMI ARM7TDMI 采用冯采用冯诺依曼结构诺依曼结构 三级流水线三级流水线 时钟速率时钟速率66MHz66MHz或更高或更高 0.9MIPS/MH
17、z0.9MIPS/MHz性能性能l ARM922T ARM922T 哈佛结构哈佛结构 五级流水线五级流水线 1.1MIPS/MHz1.1MIPS/MHz性能性能lMIPS/MHz MIPS/MHz 每秒百万条指令每秒百万条指令 3030教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识ARMARM体系结构体系结构5.V55.V5版本版本 支持支持ARMARM与与ThumbThumb指令集之间进行切换指令集之间进行切换 支持支持DSPDSP运算运算 (E)(E)增加对增加对JavaJava指令支持指令支持(J)(J)指令与数据分离的指令与数据分离的CacheCache结构结构 五
18、级流水线五级流水线 代表代表 ARM946E ARM926EJ ARM946E ARM926EJ 3131教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识ARMARM体系结构体系结构ARM10 ARM10 六级流水线六级流水线 时钟频率时钟频率300MHz300MHz或更高或更高 指令指令CacheCache、数据、数据Cache Cache 各各32K32K 能够运行多种商用操作系统能够运行多种商用操作系统 3232教育部教育管理信息中心考试内容考试内容嵌入式专业知识嵌入式专业知识ARMARM体系结构体系结构6.V66.V6版本版本 时钟频率时钟频率350500MHz 35
19、0500MHz 最高可达最高可达1GHz1GHz 支持多媒体处理运算支持多媒体处理运算 SIMD SIMD(Single Instruction Multiple DataSingle Instruction Multiple Data)指令扩展)指令扩展 Thumb-2 Thumb-2指令指令 将将ThumbThumb技术性能提高技术性能提高25%25%IEM IEM(IntellingentIntellingent Energy Manager Energy Manager)技术)技术 TrustZoneTrustZone技术技术 代表代表 ARM1136J-S ARM1176JZ-S A
- 配套讲稿:
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