第1章 嵌入式系统概述

嵌入式系统原理与设计

主讲:杨志方

Wit_chuangxin@https://www.360docs.net/doc/eb14897714.html,

2015

第1章 嵌入式系统概述

OUTLINE

??1、嵌入式系统简介

??2、嵌入式微处理器

??3、嵌入式操作系统

??4、嵌入式系统设计

??5、嵌入式产品开发的主要问题

1、嵌入式系统简介 ??嵌入式系统的定义

??嵌入式系统体系结构

??应用领域和发展方向

1、嵌入式系统简介

??嵌入式系统出现于20世纪70年代初,最初被用于控制机电设备和电话交换机

??如今,在人们日常生活、学习和工作中所接触到的仪器或设备中,有许多是使用嵌入式技术进行开发和改造的产品:

–?通信设备 家用电器

–?网络设备 电子商务

–?工控设备 智能仪表

–?汽车电子 军事电子

嵌入式系统:IEEE定义 ??嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作的机器、设备或装置”(原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants)

国内普遍接受的概念

??以应用为中心、以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在一起的系统

??嵌入式系统和具体应用是有机结合的,它的更新换代也是和具体产品同步进行,因此嵌入式系统产品具有较长的生命周期

嵌入式系统的特点 ??专用性强

??可靠性高

??可裁减性好

??功耗低

应用领域和发展方向 ??信息电器

??移动计算设备

??网络设备

??工控、仿真、医疗仪器等

未来嵌入式系统的发展趋势 ??随着信息化与数字化的推进,嵌入式设备进行网

络互联是未来发展的趋势

–?新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络接口,除了支持TCP/IP协议,有的还支持IEEE1394、

USB、CAN、Bluetooth和IrDA通信接口中的一种

或者几种

–?同时也提供相应的通信组网协议软件和物理层

驱动软件

–?在软件方面,系统内核支持网络模块,甚至可

以在设备上嵌入Web浏览器,实现了随时随地上

未来嵌入式系统的发展趋势 ??优化嵌入式系统软硬件内核、算法,降低功耗和

软硬件成本

–?尽量精简系统硬件资源和软件内核,利用最少的资源实现最佳的功能

–?优化硬件电路,选用最佳的编程模型,不断改进算法,达到最佳的功能

未来嵌入式系统的发展趋势 ??嵌入式微处理器将会向多核技术发展

–?信息时代的计算无所不在,大量多媒体应用的

出现对处理器的算法提出了更高的要求

–?面对海量数据,单个处理器可能无法在规定的

时间内完成处理,应用系统的变化要求处理器

架构做出相应的改变

–?一种较可行的方法就是采用多核架构。引入并

行计算技术,可以采用多个执行单元同时处理,这就是处理器的多核技术

未来嵌入式系统的发展趋势 ??提供友好的多媒体人机界面

–?早期的人机界面只有很少的按键和一些指示灯,只能实现一些简单的控制和状态显示

–?随着嵌入式系统日新月异的发展,对人机交互

部分的要求越来越高,这就需要为这些设备设

计功能更加强大,界面更加友好的人机接口

2、嵌入式微处理器 ??嵌入式处理器简介

??ARM微处理器

??ARM微处理器系列

嵌入式处理器简介

??嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor U nit,EMPU)

??嵌入式微控制器(Microcontroller U nit,MCU)

??嵌入式DSP处理器(Embedded D igital S ignal Processor,EDSP)

??嵌入式片上系统(System O n C hip)

嵌入式处理器

1、嵌入式微处理器(EMPU)

??嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的

??与计算机处理器不同

在实际嵌入式应用中,只保留与嵌入式应用紧密相关的功能硬件,去除其他的冗余功能部分,这样就能以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求

??在工作温度、电磁兼容、可靠性等方面都做了相应的增强

嵌入式处理器

??与工业控制计算机相比

体积小、重量轻、成本低、可靠性高的特点,在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口以及各种外设等器件

??目前主要的嵌入式微处理器类型

ARM、Power PC、MIPS、386EX、SC-400、

Am186/88、68000系列等

嵌入式处理器

2、嵌入式微控制器(MCU)

??嵌入式微控制器又称单片机

–?芯片内部集成ROM、RAM、总线逻辑、定时/计数

器、看门狗、I/O、串口、脉宽调制输出、A/D、D/A等必要功能和外设

–?微控制器的片上外设资源比较丰富,适合用于

控制,因此称微控制器

嵌入式处理器

??和嵌入式微处理器相比,微控制器最大的特点 单片化、体积小,从而使功耗和成本下降,可靠性提高

??由于MCU具有低廉的价格、优良的功能,所以拥有的品种和数量最多

比较有代表性的包括8051、P51XA、AVR、

C166/167、68K、C540、C541等。目前,MCU占嵌入式系统约70%的市场份额

嵌入式系统概论讲解

第一章嵌入式系统概论 参考习题 1、嵌入式系统本质上是什么系统? 答:从本质上讲,嵌入式系统中的计算机总是处于一种实时计算模式,也可以认为嵌入式计算机应具有某种实时性。也就是说,从嵌入式系统的广义概念考虑,嵌入式系统都可以看成是实时系统。 2、嵌入式系统开发与PC机软件开发的区别是什么? 答:嵌入式开发就是设计特定功能的计算机系统,形象的说就是开发一种嵌入在一个机器上实现特定功能的一个系统。PC的开发往往是上层应用程序,会更多的和业务流程,数据库,UI打交道。嵌入式的开发主要是和底层打交道,例如内存,NAND, 各种控制器,中断调度等等。当然现在也有很多需要在嵌入式设备上开发上层应用程序的需求了。 3、嵌入式系统基本概念? 答:嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可配置,对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格约束的专用系统。这类系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统(可选择)以及应用程序等四个部分组成的。 4、嵌入式系统分类?

答:(1)按微处理器位数划分 按所采用的处理器位数,可以分为4位、8位、16位、32位和64位系统。 (2)按应用类别划分 可以简单地划分为信息家电、通信、汽车电子、航空航天、移动设备、军用电子、工业控制、环境监控等各种类型。 (3)按系统的实时性划分 硬实时系统、软实时系统和自适应实时。 (4)按工业界应用的复杂程度划分 简单单处理器系统 可扩展单处理器系统 复杂嵌入式系统 制造或过程控制中使用的计算机系统 第二章ARM嵌入式微处理器技术基础 参考习题 1、ARM32位指令、16位指令的特点。 答:ARM微处理器支持32位的ARM指令集和16位Thumb指令集,每种指令集各有自己的优点和缺点:ARM指令集效率高,但代码密度低;Thumb指令集具有较高的代码密度,却仍保持ARM的大多数性能上的优势,可看做ARM指令集的子集。

归纳嵌入式系统概论习题

第一题单项选择题 1、ADDS R0,R1,R2执行完成后,不会对CPSR中的哪一位产生影响( B)? A、N B、C C、V D、F 2、FD表示( B )。 A、满递增堆栈 B、满递减堆栈 C、空递增堆栈 D、空递减堆栈 3、已知R0=0xFFFFFC0F,则执行MVN R1,R0后,R1的值为(C )。 A、0xFFFFFFFF B、0xFFFFFFF0 C、0x3F0 D、0x3F 4、在Linux中使用ls命令显示当前目录的所有内容应使用(A)参数? A、-l B、-a C、-d D、-i 5、在EMBEST IDE开发环境中,程序的默认入口地址为( C )。 A、0x C000 B、0x 1C00 C、0x 8000 D、0x 0 6、已知R0=0x1000,R1=0x2000则执行CMP R0,R1后,R0的值为(B) A、0x2000 B、0x1000 C、0xFFFFF000 D、0xFFFFEFFF 7、已知R1=0x2F,则执行mov R0,R1,ASL #2后,R0的值为(D )。 A、0xBC B、0xBF C、0x2F0 D、0x2F 8、在Linux中查看文件前10行内容的命令是( D)。 A、less B、cat C、tail D、head 9、已知R0=0xFC,则执行BIC R0,#0x3C后,R0的值为( D )。 A、0x18 B、0x24 C、0xC0 D、0x30 10、已知R0*R1=0x1C2F3E4D5C6B,则执行SMULL R2,R3,R0,R1后,R2和R3的值分别为(D)。 A、R2=0x1C2F3E4D R3=0x5C6B B、R2=0x5C6B R3=0x1C2F3E4D C、R2=0x1C2F R3=0x3E4D5C6B D、R2=0x3E4D5C6B R3=0x1C2F 11、EMPU是( B )。 A、嵌入式微控制器 B、嵌入式微处理器 C、片上系统 D、嵌入式数字信号处理器 12、以下不属于CPSR的条件码标志位的是(A)。 A、F B、N C、Z D、C 13、S3C44B0X的内核工作电压是( B )。 A、3.0V B、2.5V C、3.5V D、 1.5V 14、Linux中删除目录的命令是(B)。 A、rm B、 rmdir C、mkdir D、del 15、能实现ARM处理器在两种工作状态之间进行切换的命令是( D )。 A、B B、 BL C、 BLX D、BX 16、若CPSR寄存器的低5位(4-0)的值为10010,则ARM处理器工作于(B) 模式。 A、FIQ B、IRQ C、USER D、SVC

嵌入式部分课后题答案

嵌入式复习资料 第一章嵌入式系统概述: 1、什么是嵌入式系统?是简单列举一些生活中常见的嵌入式系统的实例。P3 嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。以应用为中心,一计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。 3、是比较嵌入式系统与通用PC的区别。P3 (1)嵌入式系统是专用的计算机系统,而PC是通用的计算机系统。 (2)技术要求不同,通用PC追求高速、海量的数据运算;嵌入式要求对象体系的智能化控制。 (3)发展方向不同,PC追求总线速度的不断提升,存储容量不断扩大;嵌入式追求特定对象系统的智能性,嵌入式,专用性。 4、嵌入式体统有哪些部分组成?简单说明各部分的功能与作用。P6 (1)硬件层是整个核心控制模块(由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其他I/O接口以及电源组成),嵌入式系统的硬件层以嵌入式微处理器为核心,在嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路、和存储器电路(RAM和ROM等),这就构成了一个嵌入式核心控制模块,操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。 (2)中间层把系统软件与底层硬件部分隔离,使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。一般包括硬件抽象层(Hardware Abstract Layer,HAL)和板级支持包(Board Support Package,BSP)。 (3)软件层由实时操作系统(Real Time Operating System,RTOS)、文件系统、图形用户接口(Graphical User Interfaces,GUI)、网络组件组成。(4)功能层是面向被控对象和用户的,当需要用户操作是往往需要提供一个友好的人际界面。 5、嵌入式系统是怎么分类的?P7 按照嵌入式微处理器的位数分类(4位、8位、16位、32位、64位);按照是实时性分类(硬实时系统式之系统对响应时间有严格的要求;软实时系统是对响应时间有一定要求); 按照嵌入式软件结构分类(循环轮询系统、前后台系统、多任务系统);按照应用领域分类。 6什么是多任务系统?多任务系统的特点些?P9 应用的场合:对于较复杂的嵌入式系统而言,存在许多互不相关的过程需要计算机同时处理,在这种情况下就需要采用多任务系统。 多任务系统的软件是由多个任务、多个中断服务程序以及嵌入式操作系统组成。任务是顺序执行的,并行性通过操作系统完成。 特点:(1)每个任务都是一个无限循环的程序,等待特定的输入,从而机型相应的处理。(2)这种程序模型将系统成分相对简单、相互合作的模块。(3)不同的任务共享同一个CPU和其他硬件,嵌入式操作系统对这些共享资源进行管理。(4)多个顺序机型的任务在宏观上是并行执行的,每个任务都运行在自己独立的CPU上。 第二章嵌入式处理器 1`嵌入式处理器有哪几类?简述各类嵌入式处理器的主要特点和应用领域。P16 嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式DSP、嵌入式片上系统。(1)嵌入式

《嵌入式系统原理及应用》习题 2012 1

第一章 嵌入式系统概述 1.什么是嵌入式系统? 2.嵌入式系统的组成。 3.通过查阅资料,你认为嵌入式系统的发展趋势如何? 4.RISC架构与CISC架构的特点和区别。 5.冯?诺依曼(Von Neumann)结构或哈佛(Harvard)的特点。 6.请分析课堂上讲解的基于ucosII的程序工作原理。将其改写成单片机C程序或汇编程 序。 第二章 ARM7体系结构 1.分析ARM7的3级流水线的工作方式。 2.比较ARM7与单片机的异常向量表,当前程序状态寄存器。 3.简述ARM7处理器的2种工作状态和7种运行模式。 4.MOV指令与LDR指令都是往目标寄存器中传送数据,它们的区别。 第三章 ARM7TDMI(-S)指令系统 1.比较ARM7与单片机的寻址方式种类的区别。 2.解释满递减堆栈。 3.试分析ARM7的RISC汇编指令的特点。 第四章 ARM硬件结构 1.ARM的片内、外存储器编程通常有哪些方法? 2.简述ARM7存储空间的映射分布 3.简述存储器映射原因。 4.分析存储器重映射的原因。 5.程序分析题。试分析该程序,并计算PLL中M和P的值。 config.h中的部分代码 /* System configuration .Fosc、Fcclk、Fcco、Fpclk must be defined */ /* 系统设置, Fosc、Fcclk、Fcco、Fpclk必须定义*/ #define Fosc 11059200 //Crystal frequence,10MHz~25MHz,should be the same as actual status. //应当与实际一致晶振频率,10MHz~25MHz #define Fcclk (Fosc* 4) //System frequence,should be (1~32)multiples of Fosc,and should be equal // or less than 60MHz. 系统频率,必须为Fosc的整数倍(1~32),且<=60MHZ #define Fcco (Fcclk * 4) //CCO frequence,should be 2、4、8、16 multiples of Fcclk, ranged from 156MHz to // 320MHz. CCO频率,必须为Fcclk的2、4、8、16倍,范围为156MHz~320MHz #define Fpclk (Fcclk / 4) * 1 //VPB clock frequence , must be 1、2、4 multiples of (Fcclk / 4). //VPB时钟频率,只能为(Fcclk / 4)的1、2、4倍

《嵌入式系统原理与应用》课程教学大纲

《嵌入式系统原理与应用》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程代码:230449 课程名称:嵌入式系统原理与应用 英文名称:Principle and Application of Embedded System 课程类别:专业课 学时:72(其中实验32学时) 学分:3.5 适用对象:计算机科学与技术业 考核方式:考试(平时成绩占总评成绩的30%,期末考试成绩占70%) 先修课程:计算机组成原理、操作系统、编译原理 二、课程简介 嵌入式系统原理与应用是计算机科学技术专业的一门专业课,讲述嵌入式系统的基本理论、原理。本课程是一门既与硬件关系紧密,又与嵌入式操作系统、嵌入式软件关系十分紧密课程。它围绕目前流行的32位ARM处理器和源码开放的Linux操作系统,讲述嵌入式系统的概念,软、硬件组成,开发过程以及嵌入式应用程序开发设计方法。本课程的知识将为学生今后从事嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础。 Theprinciple ofembedded systemis an important courseof computer science andtechnology, which introduce the principles and the theory of embedded system.This curriculumis tied closelywithnot only hardware butalso embeddedoperating systemandembeddedsoftware.It introduce theconception of embedded system,components ofsoftware andhardware, developing progre sses anddesigningmethods of embeddedprogrammingwhichbased onthe 32bitarmprocessor and operatingsystemof opened linux.The knowledgeof this course wouldbe solidfoundation forthestudent who wouldbeengaged in researching or developing about embedded system. 三、课程性质与教学目的 嵌入式系统原理与应用课程的性质:该课程是计算机科学与技术专业的专业课。 嵌入式系统原理与应用课程的教学目的:通过对基于ARM嵌入式芯片的系统的基本组织结构与工作原理的学习, 使学生对计算机系统的硬件部分有一个全面的了解,对嵌入式软件的开发过程有一个清楚的认识,通过对嵌入式操作系统的工作原理的学习,使学生对嵌入式操作系统有一个清晰的认识,提高学生在嵌入式软件设计设计能力及解决实际问题的动手能力,为后续专业课程的学习打下坚实的基础。 四、教学内容及要求

级嵌入式系统

三级嵌入式系统学习总结 一第一章 1.嵌入式系统概论 嵌入式系统中的软件一般都固化在只读存储器中,用户不能随意更改其中的程序功能。 嵌入式系统的逻辑组成:1)处理器2)存储器3)I/O设备与I/O接口4)数据总线5)软件 嵌入式处理芯片有四种类型:1)微处理器2)数字信号处理器3)微控制器(单片机)4)片上系统 微控制器MCU的低端产品并不会因为高端产品的出现而衰落 在32位MCU中,绝大多数使用RAM内核 EDA:电子设计自动化 IP核可以分为三种:软核、硬核、固核 2.嵌入式系统与数字媒体 计算机中常用的最广泛的西文字符及其编码是ASCII字符集和ASCII码,即美国标准信息交换码,共有128个字符,一个字符占一个字节。 我国目前广泛使用的汉字编码国家标准有GB2312和GB18030 GB2312只有6763个汉字,不够用 GB18030字符集与国际标准UCS/Unicode字符集基本兼容。GB18030采用不等长的编码方法,单字节编码表示ASCII码,双字节编码表示汉字,与GB2312保持向下兼容,四字节编码表示其他字符 Unicode最新版本是。UCS/Unicode在计算机中具体实现时采用不同的编码方案,最常用的是UTF-8和UTF-16,UTF-8采用的是单字节可变长编码;UTF-16采用的是双字节可变长编码文本的类型可以分为简单文本、丰富格式文本、超文本 图像的数据量=图像水平分辨率*图像垂直分辨率*像素深度/8(像素深度指的是每个像素用多少个二进制数来表示) 数字视频的数据量非常大,在进行传输时必须进行压缩,压缩编码标准是国际标准化组织(ISO)制定的,其名称为MPEG。 无线局域网采用的协议主要是IEEE (俗称WIFI) 3.数字通信与计算机网络 微波是一种300MHz-300GHz的电磁波 计算机网络的组成:1)计算机等智能电子设备2)数据通信链路3)通信协议4)网络软件 以太局域网: 1)发送数据设备必须把要传输的数据分成小块(帧)进行传输,一次只能传输1帧; 2)局域网中的每一个终端都有自己唯一的标识,称为物理地址或MAC地址,在发送的每一帧数据中,必须包含自己的MAC地址和接收终端的MAC地址 3)IP协议定义了主机的概念,所有主机及使用一种统一格式的地址标识,称为IP地址。4)以太局域网大多是由集线器或者交换机组网 计算机网络的类型:1)局域网2)城域网2)广域网 IP地址分为A、B、C三类。 IP是由四段数字组成,共32位,8位一段。 A类IP段到(0段和127段不使用) B类IP段到C类IP段到XP默认分配的子网掩码每段只有255或0

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