微处理器系统结构与嵌入式系统
第1章嵌入式系统概述
2、SiM3U1xx（80MHZ USB）系列（M3）
1.4 STM32系列微控制器简介 STM32为意法半导体(ST)公司生产的ARM处理器。
Flash Size (bytes)
512K
256 K
STM32 prod Q2/08 Samples Dec 07 Prod Q2/08
未来 发展方向
64 K 32 K
STM32 Samples NOW Prod Oct 07
72 MHz CORTEX- M3 CPU Wide offer
• 32KB-512KB Flash • 6Kb-64KB RAM
0K 48 pins 64 pins 100 pins
144 pins
LQFP
LQFP
LQFP
LQFP
(7x7) (10x10) (14x14)/BGA (20x20)/BG
machinery or plants”.
1.嵌入式系统简介
目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是全面的。下面给出两种 比较合理定义：
●从技术的角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、 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。 ●从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧 密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一 个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。
ADC
16 channels /
Tem1pMSsepns sor
Power Supply Reg 1.8V
POR/PDR/PV XTDAL
oscillators 3I2nKt.HRzC+ o4s~c1il6lMatoHrzs 32KHz +
(参考资料)电子科大嵌入式期末试题2014末 -
………密………封………线………以………内………答………题………无………效……电子科技大学2014-2015学年第 1 学期期 末 考试 A 卷课程名称：微处理器系统结构与嵌入式系统设计 考试形式：一本书开卷 考试日期：2015年1月8日 考试时长：120分钟平行班课程成绩构成：平时 10 %， 期中 15 %， 实验 15 %， 期末 60 % 英才班课程成绩构成：平时 30 %， 期中 0 %， 实验 20 %， 期末 50 % 本试卷试题由 三 部分构成，共 5 页。
注意：请将第一、二题答案填入指定位置。
一、单选题答案（共30分，共30空，每空1分）二、填空题答案（共20分，共20空，每空1分） 1. ① 运算器 ② 控制器 2. ① 528 ② 528 3. ① 1 ② DRAM （动态RAM ） 4. ① 空递增5. ① 高 ② 嵌套6. ① FIQ （快中断、快速中断）7. ① 4 ② 4 ③ 0 ④ 1 8. ① MRS ② LDR ③ LDM………密………封………线………以………内………答………题………无………效……9.①同步控制②电路简单，速度快③时钟以最慢设备为准，高速设备速度受影响………密………封………线………以………内………答………题………无………效……一、单选题（共30分，共30空，每空1分）1.程序计数器PC通常用于存放（ D ）。
A、数据B、指令C、正在执行的指令地址D、待取指的指令地址2.微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（ B ）。
A、每一条机器指令由一条微指令来执行B、每一条机器指令由一段微指令编写的微程序来执行C、每一条微指令由一段机器指令编写的程序来执行D、一条微指令由若干条机器指令组成3.指令之间存在的相关性可能会引起流水线的停顿，从而影响流水线的性能和效率。
下列不属于指令相关的为（ C ）。
A、数据相关B、结构相关C、名字相关D、控制相关4.某微处理器的结构之所以称为超标量结构，是因为该微处理器（ B ）。
SoC与嵌入式系统
03
嵌入式系统开发
嵌入式系统开发流程
需求分析
明确嵌入式系统的功 能需求和性能要求， 进行系统需求调研和 分析。
系统设计
根据需求分析结果， 进行系统架构设计、 硬件和软件模块划分 等。
硬件开发
根据系统设计，进行 硬件电路板设计、芯 片选型和电路搭建等。
软件编程
根据系统设计，进行 软件编程、算法实现 和测试等。
专用电路模块
根据具体应用需求设计的 电路模块，如数字信号处 理器、图像处理器等。
SOC的设计流程
架构设计
根据需求分析结果，设计SOC 的体系结构和各模块的组成。
集成测试
将各个模块集成在一起进行测 试，确保模块之间的协调和整 体性能达到要求。
需求分析
明确SOC的功能需求和性能指 标。
模块设计
对SOC的各个模块进行详细设 计，包括功能描述、接口定义、 性能参数等。
人工智能技术将进一步融 入嵌入式系统，实现更智 能化的控制和决策。
深度学习
嵌入式系统将采用深度学 习算法，实现更高效的数 据处理和分析。
机器视觉
机器视觉技术将在嵌入式 系统中得到广泛应用，提 高系统的感知和识别能力。
物联网与嵌入式系统
物联网设备
嵌入式系统将广泛应用于 物联网设备中，实现设备 的智能化和互联互通。
系统集成与测试
将硬件和软件模块集 成在一起，进行系统 测试和验证，确保系 统功能和性能符合要 求。
嵌入式系统开发工具
硬件开发工具
包括电路板设计软件、芯 片编程器和调试器等。
系统集成与测试工具
包括仿真测试工具、压力 测试工具和性能测试工具 等。
软件开发工具
包括集成开发环境 （IDE）、编译器、调试 器和仿真器等。
第四章SoC嵌入式微处理器系统解读
4.1 SoC的概念
• 在SOC系统的设计中，大量可重复利用的IP是非 常重要的。 • ARM公司的RISC架构ARM Core、MIPS公司的 MIPS32/64 RISC Core、Freescale的 PowerPC…等，是目前市场上非常知名的嵌入式 微处理器IP • 许多芯片设计厂商购买这些微处理器IP，再根据 目标处理器的类型、功能和市场（应用领域）的 定位，加上购买或自己设计的一些外设IP，就可 以快速地形成一个高度集成的SOC嵌入式微处理 器。
主要内容
• 1 SoC的概念 • 2 典型的SoC结构 • 3 典型的SoC嵌入式系统硬件介绍
典型的SoC结构
外设
MMU / MPU
R W R
如USB、LCD 控制器等 Address
扩展芯片
Cache
W
CPU
W
Write Buffer
(R/W)
W
Bus Interface
Data
External Memory
• SOC的系统具有如下特点：
4.1 SoC的概念
– 可以大幅度缩小整个系统所占的体积，在大批量生产 的情况下，生产成本大大降低； – 通过改变系统内部工作电压，能有效降低芯片的功率 消耗； – 通过减少芯片的对外引脚数，能够简化制造过程； – 芯片外部的驱动接口单元数量减少，相应的电路板级 的信号传递量也减少，大量的信号和数据在芯片内部 传递和处理，能加快微处理器的处理速度，并降低系 统噪声干扰，提高可靠性； – 大量利用可重复的IP（Intellectual Property，包括各种 原器件库、宏单元及特殊的专用IP如微处理器核心IP、 通信接口IP、多媒体压缩解压缩IP及输入输出接口IP等） 来构建系统，缩短产品开发周期，并大幅降低嵌入式 微处理器及系统开发的复杂度。
电子科技大学微机原理2012-2013期末A卷及答案
………密………封………线………以………内………答………题………无………效……电子科技大学2012-2013学年第 1 学期期 末 考试 A 卷课程名称：微处理器系统结构与嵌入式系统设计 考试形式：一本书开卷 考试日期：2013年1月16日 考试时长：120分钟平行班课程成绩构成：平时 10 %， 期中 15 %， 实验 15 %， 期末 60 % 英才班课程成绩构成：平时 30 %， 期中 0 %， 实验 20 %， 期末 50 % 本试卷试题由 3 部分构成，共 4 页。
注意：请将第一、二题答案填入指定位置。
一、单选题答案（共30分，共30空，每空1分）二、填空题答案（共28分，共28空，每空1分）1. ① 存储器 ② I/O 端口 （可交换顺序）2. ① 一条机器指令由一段微程序来解释执行3. ① 指令 ② 总线4. ① IRQ ② FIQ （可交换顺序）5. ① 1.78 ② 44.94 ③ 2.886. ① 1100 0011 0000 1010 ② 1010 0010 1001 1010 ③ 1 ④ 1 ⑤ 1 ⑥ 0 （说明：该题评阅时按上述答案给分，但实际ARM 是32位CPU ，基本没有同学考虑到）7. ① 非流水线执行时间相对流水线执行时间之比8. ① 一段时间内，计算机工作时所需的指令和数据总是集中存放在临近地址的存储单元 9. ① 复位 ② 电源 ③ 时钟 ④ 存储系统 ⑤ 调试接口 （可交换顺序） 10. ① 异常 （或中断） 11. ① BIC ② ORR12. ① =ULCON0(或=0x50000000) ② #0x2B （或#0xAB ）………密………封………线………以………内………答………题………无………效……一、单选题（共30分，共30空，每空1分）1.以下常用总线标准中，不属于片内总线的是（）。
A、Core ConnectB、AMBAC、AvalonD、SATA2.计算机系统中，以下不属于“异常”的是（）。
嵌入式系统硬件体系结构设计
嵌入式系统硬件体系结构设计一、嵌入式计算机系统体系结构体系主要组成包括：硬件层中涵盖嵌入式微处理器、存储器（sdram、rom、flash等）、通用设备USB和i/oUSB（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。
硬件层与软件层之间为中间层，也称作硬件抽象化层（hardwareabstractlayer，hal）或板级积极支持纸盒（boardsupportpackage，bsp），它将系统上层软件与底层硬件拆分开去，并使系统的底层驱动程序与硬件毫无关系，上层软件开发人员无须关心底层硬件的具体情况，根据bsp层提供更多的USB即可展开研发。
该层通常涵盖有关底层硬件的初始化、数据的输出/输入操作方式和硬件设备的布局功能。
3.系统软件层系统软件层由实时多任务操作系统（real-timeoperationsystem，rtos）、文件系统、图形用户USB（graphicuserinterface，gui）、网络系统及通用型组件模块共同组成。
rtos就是嵌入式应用软件的基础和研发平台。
功能层主要由实现某种或某几项任务而被开发运行于操作系统上的程序组成。
一个嵌入式系统装置通常都由嵌入式计算机系统和继续执行装置共同组成，而嵌入式计算机系统就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共同组成。
继续执行装置也称作被控对象，它可以拒绝接受嵌入式计算机系统收到的掌控命令，继续执行所规定的操作方式或任务。
本网关硬件环境以单片机s3c2440芯片和dm9000以太网控制芯片为主，实现rj45接口和rs232接口的数据传输。
内容包括硬件环境的初始化，数据的收发控制，封包解包设计，操作系统的移植等。
硬件框图就是直观的将每个功能模块列举，也就是一个基本的模块女团，可以简约的每个模块的功能彰显出。
嵌入式微处理器分类
嵌入式微处理器分类：根据微处理器的字长宽度：微处理器可分为4位、8位、16位、32位、64位。
一般把16位及以下的称为嵌入式微控制器，32位以上的称为嵌入式微处理器。
根据微处理器系统集成度，可划分为两类：一般用途的微处理器，即微处理器内部仅包含单纯的中央处理单元；单芯片微控制器，即将CPU、Rom、RAM及I/O等部分集成到同一个芯片上。
根据嵌入式微处理器的用途：可分为以下几类：1、嵌入式微控制器（MCU），又称为单片机。
微控制器的片上外设资源通常比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。
微控制器芯片内部集成有ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出（PWM）、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各种必要功能和外设。
微控制器的最大特点是单片化，功耗成本低，可靠性高。
常用的有8051、MCS系列、C540、MSP430系列等，目前，微控制器占嵌入式系统的约70%的市场份额。
2、嵌入式微处理器（EMPU）。
由通用计算机中的CPU发展而来，主要特点是具有32位以上的处理器，具有比较高的性能，价格也较高。
与计算机CPU不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其它的冗余功能部分，因此其体积小、重量轻、功耗低、成本低及可靠性高。
通常嵌入式微处理器把CPU、ROM、RAM及I/O等元件做到同一个芯片上，也称为单板计算机。
目前，主要的嵌入式微处理器有ARM、MIPS、POWER PC和基于X86的386EX等。
特点：嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同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·诺依曼体系或哈佛体系结构；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）。
嵌入式系统(STM32微处理器)实训指导书
嵌入式系统（STM32微控制器）实训指导书意法半导体公司的STM32微控制器具有32位字长的CPU，使用精简指令系统（RISC）。
精简指令系统的指令字长固定，译码方便，相对于复杂指令系统（CISC），精简指令系统的处理效率更高。
具有32位字长CPU的STM32系列微控制器的处理能力远高于8位和16位单片机，同时集成了与32位CPU相适应的强大外设（如双通道ADC、多功能定时器、7通道DMA、SPI等），能够完成过去一般单片机所无法达到控制功能。
现在，已经形成了以8位单片机为主流的低端产品和以32位微控制器为主流的高端产品两大市场。
对于自动化领域的从业人员，了解32位微控制器的结构、特点，掌握其使用方法，是很有必要的。
一、关于学习方法此前，我们已经学习过《C语言程序设计》、《微机原理》、《单片机原理及应用》等相关课程。
这些课程的学习是系统的、完整的、全面的，是有老师讲授的。
这种学习方法，适合在学校学习一些重要的基础理论课程。
在工作中，我们常常会遇到新的东西，需要以已有的知识作为基础，去解决问题、完成任务。
这就需要不同于前述的另一种学习方法。
这种方法是建立在自学基础上的，以解决实际问题为目的，允许通过局部的、模仿性的手段，来实现既定目标。
这种方法在工程实践中的应用是非常普遍的。
“白猫黑猫，能抓住老鼠就是好猫”。
能解决问题的方法就是好方法。
本次实训采取的方法是：将参考资料发给同学，同学自学其中需要的部分。
在指导教师引导下，体验各个控制项目、理解各组成部分，再以原控制软件为基础进行修改和移植，获得要达到的控制效果。
在本次实训中，我们使用的微控制器型号为STM32F103RB。
STM32F103RB是STM32微控制器系列中的一种，内部具有128KB程序存储器、20KB随机读写存储器、1个16位高级定时器、3个16位通用定时器、2个SPI、2个I2C、3个USART、1个USB、1个CAN、2个ADC。
芯片为64引脚LQFP封装，有51个I/O引脚。