嵌入式系统讲义4_09
嵌入式系统讲课文档

第一页,共34页。
What is this?
The Von Neumann Architecture
第二页,共34页。
What is Embedded ?
第三页,共34页。
什么是嵌入式系统?
计算机 ……
,假装自己不是计算机
(Stephen A. Edwards)
第四页,共34页。
为什么要嵌入?
办公设备、建筑物设备、制造和流程控制、医疗、监视、维生设备、交通运输、 通讯业、银行金融业、测试及诊断系统、其他…
Embedded systems in everything
第十页,共34页。
应用范例 LEGO 机器人
• The LEGO Mindstorms® is a robotic building system consisting of
almost twice as fast
Wii
l ATI “Hollywood” processor handles the 遙控
graphics
SYNC. 按鍵
DC in
l Runs at 243 MHz
GFX
數位信號處理 DSP
Hollywood
圖表記憶體 3MB
內部儲存記憶體 24MB
Wi-Fi 區塊
Operating system: MAC OS X GSM: Quad-band Wireless data: WiFi, EDGE, Bluetooth
Camera: 2 Mega pixel Audio and video playback
Talk time: 8 hrs Standby time: 250 hrs
Microprocessor: TI OMAP (ARM+DSP)
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。
2、简单说明RISC处理器与CISC处理器的主要区别有哪些?3、简要说明看门狗电路的作用和原理。
粤嵌讲师详解嵌入式系统

☆粤嵌讲师详解嵌入式系统嵌入式系统(Embedded system),是一种“完全嵌入受控器件内部,为特定应用而设计的专用计算机系统”,根据英国电气工程师协会( U.K. Institution of Electrical Engineer)的定义,嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。
与个人计算机这样的通用计算机系统不同,嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。
由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务,设计人员能够对它进行优化,减小尺寸降低成本。
嵌入式系统通常进行大量生产,所以单个的成本节约,能够随着产量进行成百上千的放大。
嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。
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。
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由单个程序实现整个控制逻辑。
嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。
与通用计算机能够运行用户选择的软件不同,嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的;所以经常称为“固件”。
从20世纪七十年代单片机的出现到各式各样的嵌入式微处理器,微控制器的大规模应用,嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。
嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。
70年代单片机的出现,使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能:更容易使用、更快、更便宜。
这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点,但是这时的应用只是使用8位的芯片,执行一些单线程的程序,还谈不上“系统”的概念。
最早的单片机是Intel公司的 8048,它出现在1976年。
嵌入式开发讲义(4)

在程序初始化时,TL0和TH0由软件赋予相同的初值。一旦TL0计数溢出,TF0将被置位,
同时,TH0中的初值装入TL0,从而进入新一轮计数,如此循环不止。因此特别适合于用 作较精确的脉冲信号发生器。其应用分析如下: 机器周期=1/fosc×12 计数范围:1~28
启 动
内部总线 溢出 工作方式
工 作 方 式
中断
TCON (88H)
TMOD (89H)
4.3 定时器工作原理
定时器的定时时间与系统的振荡频率紧密相关,因51单片机的一个机器周期 由12个振荡脉冲组成,所以,在晶振频率为11.0592MHz时,则计数周期为: T=12(1/(11059200)s≈1.085us 这是最短的定时周期,适当选择定时器的初值可获取各种定时时间。
4.4 定时器的控制
TCON的字节地址为88H,可以位寻址,
4.4 定时器的控制
4.5 定时器工作方式
方式1构成一个16位定时器。
振荡器 ÷12
C/T=0 C /T=1 T0 TR0 GATE INT0 1 ≥1 & 控制
TL0 8位
TH 0 8位
TF 0
中断
4.5 定时器工作方式
计数范围:1~216 计数方式公式:X=216-要求的计数值 定时范围:1机器周期~216机器周期 定时方式方式:X=216-(要求的定时值÷机器周期) 作定时器用时其计数最大值为:216=65536。 如果晶振为11.0592MHz,其最大定时时间为:Tmax=65536 ×1.085us≈71.106ms。 (M – 定时器0初值)×时钟周期×12=(65536 – 定时器0初值)×时钟周期×12
嵌入式系统原理与设计 教学课件(共82张PPT)

杂,如:16位、32位CPU或特殊功能的微处理器、 特定功能的集成芯片、FPGA或CPLD等,其软
件设计的复杂性成倍增长。因此研究嵌入式系统的
设计原理及技术,提供系统的设计方法和开发工具是 嵌入式计算学科的关键技术。
嵌入式微处理器分类
嵌入式处理器
嵌入式微控制器 (MCU)
嵌入式DSP处理器 (DSP)
嵌入式微处理器 (MPU)
嵌入式片上系统 (System On Chip)
1、嵌入式微控制器(MCU)
• 嵌入式微控制器的典型代表是单片机这 种8位的电子器件目前在嵌入式设备中 仍然有着极其广泛的应用。
• 单片机芯片内部集成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、 A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等 各种必要功能和外设。
要求程序编写和编译工具的质量要高,以减少程序二进制代码长度、提 高执行速度。
以微处理器为核心
• 我们设计一个数字系统可以有很多种方法,如:定制
逻辑、现场可编程门阵列(FPGA)等,那么为什 么在设计嵌入式系统时要以微处理器为核心呢? 这主要有两种原因:
• (1)用微处理器是实现数字系统一种十分便捷、有 效的方法;
嵌入式系统的特征
• 可接5种GPS接收器; 嵌入式系统是以微处理器为核心的,嵌 入在其他设备中的专用计算机系统。它 5个按键需要和屏幕菜单显示组合起来完成这些功能。
在移动地图这个例子中,电能消耗特别重要,设计时应尽量减少存储器读/写,因为存储器访问是主要的功耗来源,存储器的访问必须精心安排 ,以避免多次读取相同的数据。
《嵌入式系统基础教程》第09讲第5章ARM指令集特点寻址方式和指令

标志
C=1,Z=0 C=0,Z=l
N=V N!=V Z=0,N=V Z=1,N!=V 任何 ARMv3之前
含义
无符号数大于 无符号数小于或等于 有符号数大于或等于 有符号数小于 有符号数大于 有符号数小于或等于 无条件执行(指令默认条件) 该指令从不执行
2008年6月28日
《嵌入式系统基础教程》第09讲第5 章ARM指令集特点寻址方式和指令
《嵌入式系统基础教程 》第09讲第5章ARM指 令集特点寻址方式和指
令
2023/5/9
《嵌入式系统基础教程》第09讲第5 章ARM指令集特点寻址方式和指令
第5章 ARM指令集和汇编语言程序
l 本章主要介绍以下内容:
l ARM指令集的基本特点 l 与Thumb指令集的区别 l 与x86处理器的区别 l ARM指令格式
l 举例:
l SUB R1,R1,R2 ;R1-R2→R1 l MOV PC,R0 ;PC←R0,程序跳转到指定地址 l LDR R0,[R1],-R2
;读取R1地址上的存储器单元内容并存入R0, ;且R1=R1-R2,后索引偏移 l AND R0,R5,R2 ;R2中存放的是第2操作数 ;该数据属于寄存器方式的第2操作数
运算指令能够访问存储器
2008年6月28日
《嵌入式系统基础教程》第09讲第5 章ARM指令集特点寻址方式和指令
ARM指令集的编码格式
l 参看ARM指令集编码格式PDF文件
2008年6月28日
《嵌入式系统基础教程》第09讲第5 章ARM指令集特点寻址方式和指令
ARM指令集的语法
l 一条典型的ARM指令语法如下所示:
寄存器寻址
l 操作数的值在寄存器中,指令中的地址码字段指 出的是寄存器编号,指令执行时直接取出寄存器 值来操作。寄存器寻址指令举例如下:
嵌入式系统PPT讲解全

三大领域所占比例之和接近60%
消费电子:信息家电,电视机、微波炉、数字电话 通信设备:手机、平板电脑 工业控制:自动化与测控仪器仪表 在工控和仿真领域,几乎所有的计算机控制系统都
采用嵌入式系统.新型的测控仪器仪表无一不是嵌入 式系统
嵌入式系统作为“物联网”的核心,是当前最热门最 有前景的IT应用领域之一。
(软件外包是指软件外包提供商为了集中精力从事核心 竞争力业务,降低项目成本,同时提高项目实施的质量,将 自己的软件项目中的全部或部分工作发包给合适的软件 企业去完成)
嵌入式系统在工业上的应用
嵌入式工控机 嵌入式工控机(Embedded Industrial Computer)是一
种加固的增强型工业计算机,它可以作为一个工业控 制器在工业环境中可靠运行。
工控机对于扩展性的要求也非常高,接口的设计需要 满足特定的外部设备,因此大多数情况下工控机需要 单独定制才能满足需求。
嵌入式工控机的优点 性能可靠 体积小巧 免维护 低功耗、无风扇、宽温设计、适应恶劣工作环境
嵌入式工控机的三大缺点。 一是性能较低; 二是扩展性较差;
三是缺乏标准化。
嵌入式工业触控一体机
工控机(Industrial Personal Computer,IPC)即工业 控制计算机,是一种采用总线结构,对生产过程及 机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。 工控机具有重要的计算机属性和特征,如具有计算 机CPU、硬盘、内存、外设及接口,并有操作系统、 控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。
工控机的主要类别有:IPC(PC总线工业电脑)、PLC (可编程控制系统)、DCS(分散型控制系统)、 FCS(现场总线系统)及CNC(数控系统)五种。
嵌入式工控机的优势
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片内存储器 VS 片外存储器
片内:速度快、容量小 片外:容量大、速度慢
2013-7-10
© 国防科技大学计算机学院601室
5
第四章 存储系统
2013-7-10
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第四章 存储系统
片外存储器引线很长, 电容负载增加, 信号翻转时间变长, 传输速度变慢。
2013-7-10
总线信号
信号可 能改变
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信号 有效
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第四章 存储系统
4.3.3 建立/保持时间
时 clk 钟 信 号
2013-7-10
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第四章 存储系统
4.3.3 建立/保持时间(续)
锁 存 器 与 触 发 器
q clk 锁存器 q’
q clk 触发器 q’
3
第四章 存储系统
4.1.1 半导体存储器
作用
存放程序与数据
嵌入式系统存储器的特殊要求
集成度高 体积小 功耗低
2013-7-10
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第四章 存储系统
4.1.1 半导体存储器(续)
发展趋势
片上集成 Why? • 性能 • 可靠性 • 成本
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第四章 存储系统
4.2.1 存储器的结构(续)
2013-7-10
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第四章 存储系统
4.2.1 存储器的结构(续)
容量和字宽——64K X 32
总容量决定于容量和字宽 选择正确字宽的存储器与嵌入式系统相连接
存储器的扩容
扩展地址 • 对地址高位进行译码,形成片选 • 由于负载增加总线速度变慢——加入总线缓冲器 扩展字宽 • 同型芯片拼接,形成较大的字宽 • 同样有速度问题
状 态 转 换 时 序 转 换
2013-7-10
高阻态-高电平/低电平
高电平/低电平-高阻态
信号可 能改变
信号 有效
信号可 能改变
信号 有效
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第四章 存储系统
4.3.2 时序转换(续)
状 态 转 换 时 序 转 换
2013-7-10
总线信号
高电平/低电平——低电平/高电平
所有数据信号在时钟信号边沿(触发器采集)前 后一段时间内必须满足建立/保持时间的要求
性能和鲁棒性的折中
2013-7-10
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第四章 存储系统
4.3.3 建立/保持时间(续)
建立时间 setup
4.1.3 常用的几种存储器
SRAM(静态随机存储器)
存储密度小 • 6管结构,占用较大芯片面积 价格较高 功耗较高
容量较小
存取速度快 接口时序简单
2013-7-10 © 国防科技大学计算机学院601室 13
第四章 存储系统
4.1.3 常用的几种存储器(续)
DRAM(动态随机存储器)
存储空间分配
嵌入式系统一般具有多种类型存储器 支持多种存储器扩展 接口灵活、可配置
2013-7-10
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第四章 存储系统
4.2.3 S3C44B0x的存储分配
一共有8个Bank
Bank0~Bank5可接ROM(Flash)、SRAM存储器 Bank6~Bank7可接FPM/EDO/SDRAM存储器
2013-7-10
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第四章 存储系统
4.2.1 存储器的结构(续)
地址译码扩展
2013-7-10
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第四章 存储系统
4.2.1 存储器的结构(续)
字宽扩展
2013-7-10
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第四章 存储系统
第四章 存储系统
4.3.1 数字信号的三种状态(续)
标准CMOS电平
发送端 • 高电平:>0.9Vdd • 低电平:<0.1Vdd 接收端 • 高电平:>0.7Vdd • 低电平:<0.3Vdd 特点 • 噪声容限大 • 负载能力强
Vdd 0.9Vdd 0.7Vdd
高电平
VO
VI
0.3Vdd 0.1Vdd 0V 低电平
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第四章 存储系统
4.2 存储设备组织
4.2.1 存储器的结构 4.2.2 嵌入式系统存储器子系统 4.2.3 S3C44B0x的存储分配
2013-7-10
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第四章 存储系统
4.2.1 存储器的结构
存储矩阵MM(Memory Matrix)
由bit排列而成
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第四章 存储系统
处理器 引脚很多
2013-7-10
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第四章 存储系统
4.1.2 存储器的性能指标
性能指标 只读性 挥发性 存储容量 速度 功耗 可靠性
2013-7-10
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第四章 存储系统
2013-7-10
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第四章 存储系统
4.3.1 数字信号的三种状态
高电平(逻辑1——理论5/3.3V) 低电平(逻辑0——理论0V) 高阻态(三态——断开)
低电平
高电平
高阻态
2013-7-10
© 国防科技大学计算机学院601室
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第四章 存储系统
4.3.1 数字信号的三种状态(续)
2013-7-10 © 国防科技大学计算机学院601室 15
第四章 存储系统
4.1.3 常用的几种存储器(续)
Flash(闪存存储器)
非挥发 存储密度大 单位存储成本较低 容量大
接口时序复杂——需要擦除及Block写
NOR Flash & NAND Flash
2013-7-10
寻址系统(Addressing System)
存储地址寄存器、地址译码器、地址驱动器
读写系统(Read/Write System)
存储缓冲寄存器、读写线路
时序控制线路(Sequential Control Circuit)
控制器、门电路、延迟线
2013-7-10
© 国防科技大学计算机学院601室
4.2.2 嵌入式系统存储器子系统
与通用计算机并无本质区别,但有自身特点
存储密度要求 功耗要求 片内集成存储器——彻底抛弃片外存储器 一般焊接在板子上,较少采用内存条
2013-7-10
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第四章 存储系统
4.2.2 嵌入式系统存储器子系统(续)
引脚数目极少 存储容量较小 • 适用于较小存储容量场合 存取速度较慢
使用串行接口通信,接口标准化,编程不透明
• I2C、SPI • 可以用软件通过GPIO模拟
2013-7-10 © 国防科技大学计算机学院601室 19
第四章 存储系统
2004年亚洲存储器选用情况
2013-7-10
© 国防科技大学计算机学院601室
授课重点
典型存储器和存储器组织
授课难点
无
阅读章节:第4.1、4.2节 作业:无
2013-7-10
© 国防科技大学计算机学院601室
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第四章 存储系统
4.1 存储系统概述
4.1.1 半导体存储器 4.1.2 存储器的性能指标 4.1.3 常用的几种存储器
2013-7-10
© 国防科技大学计算机学院601室
11
第四章 存储系统
4.1.2 存储器的性能指标(续)
可靠性
片内=可靠性好一些 采用检错、纠错技术 • ECC、奇偶校验、CRC 存储器是可靠性设计的一个重要部分
• 占据大量芯片面积
• 导致容易受到干扰而发生错误
2013-7-10
© 国防科技大学计算机学院601室
12
第四章 存储系统
存储密度大 • 单管结构 单位存储成本较低 功耗较低
容量较大
接口时序复杂 • 需要刷新电路
2013-7-10 © 国防科技大学计算机学院601室 14
第四章 存储系统
4.1.3 常用的几种存储器(续)
EEPROM
非挥发 存储密度小
单位存储成本较高
容量小 写入有限制,页写要等待 接口时序简单,一般采用串行接口 小量参数存储
4.1.2 存储器的性能指标(续)
只读存储器
Mask ROM——固定掩模型ROM OTP——一次可改写ROM PROM——可多次改写的ROM 主要用于存放固化信息 受到Flash、EEPROM技术的挑战
2013-7-10
© 国防科技大学计算机学院601室
10
第四章 存储系统
4.1.2 存储器的性能指标(续)
支持两种端格式的存储器
Big/Little ENDIAN
如何支持多种存储器字宽的引导ROM?