嵌入式微处理器概述

第7章 嵌入式微处理器概述
什么是嵌入式系统？


引言


引言


引言


“物联网”


本章内容简介


7.1 嵌入式系统的定义和特征
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嵌入式系统(Embedded System)定义
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IEEE的定义：devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants. 国内比较认同的定义(4要素)：是以应用为中心，以计 算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系 统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求 的专用计算机系统。

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7.1 嵌入式系统的定义和特征


7.1 嵌入式系统的定义和特征


7.2 嵌入式系统的分类
实时性 可靠性


7.2 嵌入式系统的分类
实时性
要求系统对外部事件的响应时 是系统从识别一个外部事件到 间必须是确定的和可重复的， 做出响应的时间。

也是最重要 不管当时系统内部状态如何， 指标之一。

对不同控制过程， 都是可预测的，是实时系统最 有不同响应时间要求，不能单 重要指标之一 纯从绝对的响应时间长短来衡 量
是在一段给定时间内，系统可 以处理的事件总数。

是数据有效等待时间，在这段 时间里，数据是有效的。

7.2 嵌入式系统的分类
可 靠 性


7.2 嵌入式系统的分类
编程简单且易于理 解，但系统的确定性 不能 保证。

常见于 小型、简单的嵌入式 系统 能对外部事件直接 响应。

编程复杂， 但系统确定性好， 实时响应快，常见 于规模较大的嵌入 式实时系统


7.2 嵌入式系统的分类
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嵌入式循环轮询系统 (Polling Loop System)
程序依次检查系统的每一个 输入条件，一旦条件成立就 进行相应的处理。

其结构如 右图：
Initialize() while(true) { If(condition_l) action_l(); if(condition_2) action_2() ; … if(condition_n) action_n() ; }


7.2 嵌入式系统的分类
”
有限状态机 (Finite State Machine)
系统的行为表现为有限个 不同状态，在不同的输入 作用下，系统从一个状态 迁徙到另一个状态。

如右 图：
有限状态机示意图


7.2 嵌入式系统的分类
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嵌入式前后台系统
(Foreground/Background System)
又称嵌入式中断驱动系统。

后台是一个循环轮询系统，一 后台 直处于运行状态，又称主程 序；
嵌入式前后台系统运行方式
前台是由一些中断处理过程组 前台 成的。

当前台有一外部事件发生时将 引起中断，中断后台运行，转 入前台处理，处理完成后又回 到后台。

极端情况：后台简单循环不做任 何事情，所有其他工作由中断处 理程序完成的，如微波炉、玩具 等采用了这种软件结构，从省电 角度出发，平时微处理器处于基 本停机状态，所有事务都由中断 服务来完成。

7.2 嵌入式系统的分类
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嵌入式多任务系统
(Multitask System) 是由多个任务、多个中断处理 过程和嵌入式操作系统组成的 有机整体。

每个任务按顺序或 优先级执行，并行性通过操作 系统来完成，任务之间的相互 通信和同步需要操作系统的支 持。

根据多任务的调度方式，可进 一步划分为：
¾嵌入式抢占多任务系统
Main1() Main2()
Main3()
…….
MainN()
TSR1
TSR2
TSRn
如:VxWorks、WindowsCE ¾嵌入式分时多任务系统 如: UCLinux
嵌入式多任务系统示意图


7.2 嵌入式系统的分类
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嵌入式多处理器/多核系统
(Multi-processor/core system)
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当某些工作用单处理器难以完成时，就需要用多处理器／多核 同时处理。

在单处理器／单核系统中，多个任务在宏观上看是并发的，但 在微观上看实际是顺序执行的； 在多处理器／多核系统中，多个任务可以分别放在不同的处理 器／内核上执行，宏观上看是并发的，微观上看也是并发的。

因此，前者成为伪并发性，后者称为真并发性。

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例如，目前一些高端的PDA、手持设备等采用“ARM+DSP”的两 核甚至多核结构，其中ARM作为主处理器，而DSP处理实时 图像和语音的压缩／解压缩等大运算量的工作，发挥其快速性。

7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器 嵌入式处理器基本情况
品种总数：>1000 产品系列：>30 寻址空间：64kB‾16MB 处理速度：～2000MIPS 引脚数目：8～144 速度越来越快、性能越来越强、价格越来越低


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器
SoC定义基本内容包含两方面


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器
每个半导体制造商根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成 自己的 ARM 微处理器芯片进入市场。

目前已遍及：工业控制、消费类电子、 通信系统、网络系统、无线系统等 ARM目前占据的市场份额：75%32位RISC处理器市场；90%手机处理器市 场， 30%上网本处理器市场；80%平板电脑处理器80%市场


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器
” DSP数字信号处理器的主要特点 ” －哈佛结构 ” －流水线结构
4-Level Pipeline Operation CLKOUT1 Fetch Decode Operand Execute N N-1 N-2 N-3 N+1 N N-1 N-2 N+2 N+1 N N-1 N+3 N+2 N+1 N


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器


7.3 嵌入式处理器
PLD的应用领域


7.3 嵌入式处理器
PLD的应用领域


7.3 嵌入式处理器


7.4 嵌入式系统组成与体系结构


7.4 嵌入式系统组成与体系结构


7.5 嵌入式系统应用领域


7.6 嵌入式系统发展趋势









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