五、嵌入式微处理器体系结构
《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案
《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案第一章：微处理器概述1.1 微处理器的定义与发展历程1.2 微处理器的组成与工作原理1.3 微处理器的性能指标1.4 嵌入式系统与微处理器的关系第二章：微处理器指令系统2.1 指令系统的基本概念2.2 常见的指令类型及其功能2.3 指令的寻址方式2.4 指令执行过程第三章：微处理器存储系统3.1 存储器的分类与特点3.2 内存管理单元（MMU）3.3 存储器层次结构与缓存技术3.4 存储系统的性能优化第四章：微处理器输入/输出系统4.1 I/O 接口的基本概念与分类4.2 常见的I/O 接口技术4.3 直接内存访问（DMA）4.4 interrupt 与事件处理第五章：嵌入式系统设计概述5.1 嵌入式系统的设计流程5.2 嵌入式处理器选型与评估5.3 嵌入式系统硬件设计5.4 嵌入式系统软件设计第六章：嵌入式处理器架构与特性6.1 嵌入式处理器的基本架构6.2 嵌入式处理器的分类与特性6.3 嵌入式处理器的发展趋势6.4 嵌入式处理器选型considerations 第七章：数字逻辑设计基础7.1 数字逻辑电路的基本概念7.2 逻辑门与逻辑函数7.3 组合逻辑电路与触发器7.4 微处理器内部的数字逻辑设计第八章：微处理器系统设计与验证8.1 微处理器系统设计流程8.2 硬件描述语言（HDL）与数字逻辑设计8.3 微处理器系统仿真与验证8.4 设计实例与分析第九章：嵌入式系统软件开发9.1 嵌入式软件的基本概念9.2 嵌入式操作系统与中间件9.3 嵌入式软件开发工具与环境9.4 嵌入式软件编程实践第十章：嵌入式系统应用案例分析10.1 嵌入式系统在工业控制中的应用10.2 嵌入式系统在消费电子中的应用10.3 嵌入式系统在医疗设备中的应用10.4 嵌入式系统在其他领域的应用案例分析第十一章：嵌入式系统与物联网11.1 物联网基本概念与架构11.2 嵌入式系统在物联网中的应用11.3 物联网设备的硬件与软件设计11.4 物联网安全与隐私保护第十二章：实时操作系统（RTOS）12.1 实时操作系统的基本概念12.2 RTOS的核心组件与特性12.3 常见的实时操作系统及其比较12.4 实时操作系统在嵌入式系统中的应用第十三章：嵌入式系统功耗管理13.1 嵌入式系统功耗概述13.2 低功耗设计技术13.3 动态电压与频率调整（DVFS）13.4 嵌入式系统的电源管理方案第十四章：嵌入式系统可靠性设计14.1 嵌入式系统可靠性概述14.2 故障模型与故障分析14.3 冗余设计技术与容错策略14.4 嵌入式系统可靠性评估与测试第十五章：现代嵌入式系统设计实践15.1 现代嵌入式系统设计挑战15.2 多核处理器与并行处理15.3 系统级芯片（SoC）设计与集成15.4 嵌入式系统设计的未来趋势重点和难点解析第一章：微处理器概述重点：微处理器的定义、发展历程、组成、工作原理、性能指标。
嵌入式微处理器原理及应用考试试卷
嵌入式微处理器原理及应用考试试卷（答案见尾页）一、选择题1. 嵌入式微处理器的基本工作原理是什么？A. 基于冯·诺依曼结构B. 基于哈佛结构C. 基于精简指令集计算（RISC）D. 基于复杂指令集计算（CISC）2. 嵌入式微处理器的主要应用领域包括哪些？A. 消费电子产品B. 工业控制系统C. 汽车电子D. 医疗设备3. 在选择嵌入式微处理器时，需要考虑哪些主要性能指标？A. 时钟频率B. 内存容量C. 片上缓存（Cache）大小D. 扩展性4. 嵌入式微处理器的功耗主要包括哪两部分？A. 功耗和散热功耗B. 功耗和信号传输功耗C. 散热功耗和信号传输功耗D. 功耗和电磁辐射功耗5. 下列哪些因素可能影响嵌入式微处理器的实时性能？A. 处理器速度B. 内存访问速度C. I/O设备速度D. 系统总线带宽6. 在设计嵌入式系统时，选择合适的嵌入式微处理器需要考虑哪些因素？A. 性能B. 成本C. 功耗D. 可靠性7. 嵌入式微处理器的发展趋势包括哪些？A. 高性能B. 低功耗C. 轻量化D. 智能化8. 在嵌入式系统中，通常使用哪种类型的存储器来存储程序和数据？A. 随机存取存储器（RAM）B. 只读存储器（ROM）C. 闪存（Flash Memory）D. 硬盘驱动器（HDD）9. 嵌入式微处理器与通用微处理器的区别主要体现在哪些方面？A. 架构不同B. 功能不同C. 供电方式不同D. 使用环境不同10. 在设计嵌入式微处理器系统时，通常需要考虑哪些硬件组件？A. 输入输出接口B. 通信接口C. 安全模块D. 显示屏11. 嵌入式微处理器的特点包括哪些？A. 集成度高，体积小B. 低功耗，节能C. 强大的数据处理能力D. 可扩展性强12. 嵌入式微处理器的应用领域广泛，以下哪个不是其应用场景？A. 消费电子产品B. 工业控制系统C. 汽车电子D. 天气预报系统13. 嵌入式微处理器的指令集通常包括哪些类型？A. 算术逻辑单元指令B. 控制指令C. 数据传输指令D. 内存管理指令14. 在设计嵌入式微处理器系统时，需要考虑哪些因素？A. 性能B. 功耗C. 成本D. 可靠性15. 嵌入式微处理器的实时性是指什么？A. 处理器能够立即响应外部事件B. 处理器能够在同一时钟周期内执行多个任务C. 处理器能够在不同时钟频率下运行D. 处理器能够在不同内存层次中快速访问数据16. 以下哪个不是嵌入式微处理器的体系结构？A. 精简指令集计算（RISC）B. 复杂指令集计算（CISC）C. 现代指令集计算（MIC）D. 哈佛架构17. 在嵌入式微处理器的开发过程中，常用的开发工具包括哪些？A. 集成开发环境（IDE）B. 编译器C. 调试器D. 性能分析工具18. 嵌入式微处理器的安全性问题主要涉及哪些方面？A. 病毒和恶意软件B. 隐私泄露C. 不安全的通信协议D. 软件漏洞19. 在选择嵌入式微处理器时，需要考虑哪些技术指标？A. 时钟频率B. 内存容量C. I/O端口数量D. 功耗20. 嵌入式微处理器的未来发展趋势包括哪些？A. 更高的性能B. 更低的功耗C. 更强的安全性D. 更好的可扩展性21. 嵌入式微处理器的主要特点是什么？A. 高性能B. 低功耗C. 集成多种外设D. 所有以上特点22. 嵌入式微处理器的应用领域有哪些？A. 消费电子产品B. 工业控制系统C. 汽车电子D. 所有以上领域23. 嵌入式微处理器的体系结构通常包括哪些部分？A. 控制器B. 运算器C. 寄存器文件D. 内存管理单元24. 下列哪个不是常见的嵌入式微处理器品牌？A. ARMB. IntelC. MIPSD. PowerPC25. 嵌入式微处理器的指令集通常分为哪几类？A. 算术逻辑运算指令B. 控制指令C. 数据传输指令D. 状态寄存器操作指令26. 在嵌入式系统中，内存管理单元（MMU）的作用是什么？A. 提供硬件支持，实现虚拟内存到物理内存的转换B. 管理系统的中断服务例程C. 实现外部设备的I/O操作D. 协调多个任务或进程的执行27. 嵌入式微处理器的工作频率通常用什么单位表示？A. Hz（赫兹）B. MHz（兆赫兹）C. GHz（吉赫兹）D. THz（太赫兹）28. 在选择嵌入式微处理器时，需要考虑哪些因素？A. 性能B. 功耗C. 成本D. 可扩展性29. 下列哪种嵌入式微处理器不属于RISC架构？A. ARMB. MIPSC. PowerPCD. x8630. 嵌入式微处理器在系统启动时的启动程序通常负责做什么？A. 初始化硬件设备B. 运行操作系统内核C. 进行系统调试D. 管理系统资源31. 在嵌入式系统中，微处理器通常工作在哪种模式下？A. 系统模式B. 指令模式C. 低功耗模式D. 上述所有模式32. 下列哪项不是嵌入式微处理器常用的指令集架构？A. ARM架构B. MIPS架构C. x86架构D. PowerPC架构33. 嵌入式微处理器的可扩展性通常通过什么来实现？A. 硬件抽象层（HAL）B. 软件开发工具包（SDK）C. 总线接口D. 外设接口34. 在嵌入式系统的设计中，微处理器通常与哪种类型的存储器一起使用？A. 随机存取存储器（RAM）B. 只读存储器（ROM）C. 闪存（Flash Memory）D. 上述所有类型35. 嵌入式微处理器的实时性是通过什么来保证的？A. 硬件加速器B. 优化编译器C. 实时操作系统（RTOS）D. 上述所有选项36. 嵌入式微处理器的开发通常涉及哪些步骤？A. 硬件平台搭建B. 软件开发C. 系统集成D. 上述所有步骤37. 在嵌入式系统的调试过程中，常用的工具和技术有哪些？A. 调试器B. 软件模拟器C. 物理仿真器D. 上述所有工具和技术38. 下列哪种不是常见的嵌入式微处理器架构？A. ARMB. MIPSC. PowerPCD. x8639. 嵌入式微处理器的指令集通常是如何设计的？A. 精简指令集（RISC）B. 复杂指令集（CISC）C. 简化指令集（SISC）D. 扩展指令集（XISC）40. 在嵌入式系统中，微处理器通常用于执行哪些任务？A. 数据处理B. 通信C. 内存管理D. 安全性41. 下列哪个因素不是影响嵌入式微处理器性能的因素？A. 时钟频率B. 核心数量C. 缓存大小D. 电源电压42. 在嵌入式系统设计中，如何选择合适的微处理器？A. 根据应用需求选择B. 根据预算选择C. 根据品牌选择D. 根据个人喜好选择43. 嵌入式微处理器的开发需要哪些工具和技术？A. 集成开发环境（IDE）B. 片上系统（SoC）技术C. 实时操作系统（RTOS）D. 无线通信技术二、问答题1. 什么是嵌入式系统？请简要描述其特点。
嵌入式系统设计师核心讲义概要
嵌入式系统基础知识1.1嵌入式系统的定义和组成一、嵌入式系统的定义1.IEEE定义2.国内定义二、嵌入式系统的发展概述1.嵌入式系统的发展历史2.嵌入式系统的发展趋势3.知识产权核三、嵌入式系统的组成1.概述2.硬件层3.中间层4.系统软件层5.应用软件层四、实时系统1.实时系统定义2.实时系统特点3.实时系统调度4.实时系统分类5.实时任务分类1.2 嵌入式微处理器体系结构一、冯诺依曼与哈佛结构1.冯诺依曼结构2.哈佛结构二、CISC与RISC1.复杂指令集计算机(CISC)2.精简指令集计算机(RISC)三、流水线技术1.流水线的基本概念2.流水线技术的特点3.流水线结构的分类4.流水线处理机的主要指标四、信息存储的字节顺序1.大端和小端存储法2.可移植性问题3.通信中的存储顺序问题4.数据格式的存储顺序1.3 嵌入式系统的硬件基础一、组合逻辑电路基础1.组合逻辑电路概述2.真值表3.布尔代数4.门电路5.译码器6.数据选择器和数据分配器二、时序逻辑电路1.时钟信号2.触发器3.寄存器与移位器4.计数器三、总线电路及信号驱动1.总线2.三态门3.总线的负载能力4.单向和双向总线驱动器5.总线复用6.总线通信协议7.总线仲裁四、电平转换电路1.数字集成电路的分类2.常用数字集成电路逻辑电平接口技术五、可编程逻辑器件基础1.可编程逻辑器件（PLD）概述2.PLD的电路表示法3.可编程阵列逻辑器件PAL和可编程逻辑阵列PLA4.可编程通用阵列逻辑器件GAL5.门阵列GA6.可编程程序门阵列PGA1.4嵌入式系统中信息表示和运算基础一、进位计数制与转换1.二进制2.十六进制3.数制表示4.数制转换二、计算机中数的表示1.基本概念2.数的定点和浮点表示三、非数值数据编码1.非数值数据定义2.字符和字符串的表示方法3.汉字的表示方法4.统一代码5.语音编码四、差错控制编码1.引入2.基本原理3.差错控制码分类4.常用的差错控制编码1.5嵌入式系统的性能评价一、质量项目1.性能指标2.可靠性与安全性3.可维护性4.可用性5.功耗6.环境适应性7.通用性8.安全性9.保密性10.可扩展性11.其他指标二、评价方法1.测量法2.模型法三、评估嵌入式系统处理器的主要指标1.MIPS测试基准2.Dhrystone3.EEMBC嵌入式微处理器与接口知识2.1嵌入式微处理器的结构和类型一、嵌入式微处理器1.定义2.组成3.分类二、典型8位微处理器结构和特点1.8位微处理器2.8051微处理器三、典型16位微处理器结构和特点1.16位微处理器2.16位微处理器MC68HC912DG128A四、典型32位微处理器结构和特点1.ARM处理器2.MIPS系列3.PowerPC五、DSP处理器结构和特点1.数字信号处理器的特点2.典型的数字信号处理器3.DSP的发展方向六、多核处理器的结构和特点1.多核处理器概述2.典型多核处理器介绍2.2嵌入式系统的存储体系一、存储器系统概述1.存储器系统的层次结构2.高速缓存（cache）3.存储管理单元MMU二、嵌入式系统存储设备分类1.嵌入式系统的存储器2.存储器部件的分类3.存储器的组织和结构的描述三、ROM的种类和选型1.常见ROM的种类2.PROM、EPROM、E2PROM型ROM的各自典型特征和不同点四、Flash Memory的种类和选型1.Flash Memory的种类（NOR和NAND型）2.NOR和NAND型Flash Memory各自的典型特征和不同点五、RAM的种类和选型1.常见RAM的种类（SRAM、DRAM、DDRAM）2.SRAM、DRAM、DDRAM各自的典型特征和不同点六、外部存储器的种类和选型1.外存概述2.硬盘存储器的基本结构与分类3.光盘存储器4.标准存储卡（CF卡）5.安全数据卡（SD卡）2.3嵌入式系统输入输出设备一、嵌入式系统常用输入输出设备1.概述2.键盘、鼠标3.触摸屏4.显示器5.打印机6.图形图像摄影输入设备二、GPIO原理与结构1.原理2.结构三、AD接口的基本原理和结构1.概述2.AD转换方法3.AD转换的重要指标四、DA接口的基本原理和结构1.DA转换的工作原理2.DA转换的主要指标五、键盘接口基本原理与结构1.键盘的分类2.用ARM芯片实现键盘接口六、显示接口的基本原理与结构1.液晶显示器LCD显示接口原理与结构2.电致发光3.LCD种类4.LCD的设计方法5.其他显示接口原理与结构七、显示接口的基本原理与结构1.触摸屏原理2.电阻触摸屏的有关技术3.触摸屏的控制4.触摸屏与显示屏的配合八、音频接口基本原理与结构1.音频数据类型2.IIS音频接口总线2.4嵌入式系统总线接口一、串行接口基本原理与结构1.串行通信的概念2.串行数据传送模式3.RS232串行接口4.RS422串行接口5.RS485串行总线接口二、并行接口基本原理与结构1.并行接口的分类2.并行总线三、PCI总线1.概述2.特点3.32位PCI系统的引脚分类4.PCI总线进行读操作四、USB通用串行总线1.概念2.主要性能特点B系统描述4.物理接口B电压规范6.总线协议7.健壮性B接口工作原理五、SPI串行外围设备接口1.概念2.使用信号3.同外设进行连接以及原理4.工作模式六、IIC总线1.概念2.特点3.操作模式4.通用传输过程及格式5.工作原理七、PCMCIA接口1.内存卡的种类2.16位PCMCIA接口的规范与结构2.5嵌入式系统网络接口一、以太网接口基本原理与结构1.以太网基础知识2.嵌入式以太网接口的实现方法3.在嵌入式系统中主要处理的以太网协议4.网络编程接口二、CAN总线1.概念2.特点3.位时间的组成4.CAN总线的帧数据格式5.在嵌入式处理器上扩展CAN总线接口三、XDSL接口的基本原理和结构1.概念2.XDSL技术的分析3.各类XDSL的特点四、无线以太网基本原理与结构1.概念2.标准3.网络结构4.接口设计和调试五、蓝牙接口基本原理与结构1.蓝牙技术2.蓝牙技术的特点3.蓝牙接口的组成4.链路管理与控制5.蓝牙接口的主要应用六、1394接口基本原理与结构1.发展过程2.应用领域3.IEEE 1394的特点4.IEEE 1394的协议结构2.6嵌入式系统电源一、电源接口技术1.AC电源2.电池3.稳压器二、电源管理技术1.电源管理技术2.降低功耗的设计技术2.7电子电路设计基础一、电路设计1.电路设计原理2.电路设计方法（有效步骤）二、PCB电路设计1.PCB设计原理2.PCB设计方法（有效步骤）3.多层PCB设计的注意事项（布线的原则）4.PCB螯合剂中的可靠性知识三、电子设计1.电子设计原理四、电子电路测试1.电子电路测试原理与方法2.硬件抗干扰测试嵌入式系统软件及操作系统知识3.1嵌入式软件基础一、嵌入式软件概述1.嵌入式软件的定义2.嵌入式软件的特点二、嵌入式软件分类1.系统软件2.应用软件3.支撑软件三、嵌入式软件的体系结构1.无操作系统的情形2.有操作系统的情形四、设备驱动层1.板级支持包2.引导加载程序3.设备驱动程序五、嵌入式中间件1.定义2.基本思想3.分类3.2嵌入式操作系统概述一、嵌入式操作系统的概念1.概述2.功能3.特点4.组件二、嵌入式操作系统的分类1.按系统的类型分类2.按响应时间分类3.按软件结构分类三、常见的嵌入式操作系统1.Vxworks2.嵌入式linux3.Windows CE4.Uc/os-II5.Palm OS3.3任务管理一、单道程序技术和多道程序技术1.定义2.实例二、进程、线程和任务1.进程2.线程3.任务三、任务的实现1.任务的层次结构2.任务的创建与终止3.任务的状态4.任务控制块TCB5.任务切换6.任务队列四、任务调度1.任务调度概述2.先来先服务算法3.短作业优先算法4.时间片轮转算法5.优先级算法五、实时系统调度1.任务模型2.RMS算法（单调速率调度算法）3.EDF算法（最早期限优先调度算法）六、任务间的同步与互斥1.任务之间的关系2.任务互斥3.任务互斥的解决方案4.信号量5.任务同步6.死锁7.信号七、任务间通信1.概念2.分类3.共享内存4.消息传递5.管道3.4存储管理一、存储管理概述1.存储管理方式2.内存保护3.实时性要求二、存储管理方案的种类1.实模式方案2.保护模式方案三、分区存储管理1.概念2.固定分区存储管理3.可变分区存储管理4.分区存储管理实例四、地址映射1.地址映射概述2.静态地址映射3.动态地址映射五、页式存储管理1.基本原理2.数据结构3.内存的分配与回收4.地址映射5.页式存储管理方案的特点六、虚拟存储管理1.程序局部性原理2.虚拟页式存储管理3.页面置换算法4.工作集模型3.5设备管理一、设备管理基础1.概述2.访问硬件寄存器的方法二、IO控制方式1.程序循环检测方式2.中断驱动方式3.直接内存访问方式（DMA）三、IO软件1.中断处理程序2.设备驱动程序3.设备独立的IO软件4.用户空间的IO软件3.6文件系统一、嵌入式文件系统概述1.基本概念2.嵌入式文件系统同桌面文件系统的区别3.常见的嵌入式文件系统二、文件和目录1.文件的基本概念2.文件的使用3.目录三、文件系统的实现1.数据块2.文件的实现3.目录的实现4.空闲空间管理嵌入式软件程序设计4.1嵌入式软件开发概述一、嵌入式应用开发过程1.步骤2.与桌面系统开发的区别3.示例二、嵌入式软件开发的特点1.需要交叉编译工具2.通过仿真手段调试3.开发板是中间目标机4.可利用的资源有限5.需要与硬件打交道三、嵌入式软件开发的挑战1.软硬件协同设计2.嵌入式操作系统3.代码优化4.有限的IO功能4.2嵌入式程序设计语言一、概述二、程序设计语言概述1.低级语言与高级语言2.汇编程序、编译程序、解释程序3.程序设计语言的定义4.程序语言的发展概述5.嵌入式程序设计语言三、汇编语言1.基本原理2.ARM汇编语言四、面向过程的语言1.基本概念2.数据成分3.运算成分程序语言的运算成分4.控制成分五、面向对象的语言1.面向对象的基本概念2.面向对象的程序设计语言六、汇编、编译与解释程序的基本原理1.汇编程序基本原理2.编译程序基本原理3.解释程序基本原理4.3嵌入式软件开发环境一、要求二、宿主机、目标机1.宿主机2.目标机3.宿主机与目标机的连接三、嵌入式软件开发工具1.软件开发阶段2.编辑器3.编译器4.调试及调试工具5.软件工程工具四、集成开发环境1.IDE的发展2.Tornado3.WindowsCE应用程序开发工具4.Linux环境下的集成开发环境4.4嵌入式软件开发一、嵌入式平台选型1.嵌入式系统设计的阶段2.软硬件平台的选择二、软件设计1.软件设计的任务2.模块结构设计3.结构化软件设计方法4.面向对象软件设计方法三、嵌入式程序设计1.BootLoader设计2.设备驱动程序设计3.网络应用程序设计四、编码1.编码过程2.编码准则3.编码技术五、测试1.软件测试2.测试的任务3.测试的方法和分类4.嵌入式软件测试的步骤5.覆盖测试六、下载和运行1.TFTP2.编程器的固化4.5嵌入式软件移植一、概述1.嵌入式软件的特点2.可移植性和可重用性的考虑3.嵌入式应用软件的开发4.嵌入式软件的移植二、无操作系统的软件移植1.概述2.基于层次化的嵌入式应用软件的设计三、有操作系统的软件移植1.概述2.示例四、应用软件的移植1.应用软件实现涉及的两方面2.移植应用软件是需考虑的因素3.软件开发时需遵守的原则嵌入式系统开发与维护知识5.1系统开发过程及其项目管理一、概述二、系统开发生命周期各阶段的目标和任务的划分方法1.常用开发模型1.1边做边修改模型1.2瀑布模型1.3快速原型模型1.4增量模型1.5螺旋模型1.6演化模型2.需求分析3.设计3.1系统架构设计3.2硬件子系统设计3.3软件子系统设计4.系统集成与测试三、系统开发项目管理基础知识及常用的管理工具1.项目管理概述2.项目范围管理3.项目成本管理4.项目时间管理5.软件配置管理6.软件配置管理的解决方案四、系统开发工具与环境知识1.建模工具2.编程工具3.测试工具5.2系统分析基础知识一、系统分析的目的和任务1.需求工程的概念2.相关术语二、用户需求1.概念2.关于Ada编程环境的需求示例3.编辑软件设计模型的CASE需求文档的示例4.特别的用户需求示例三、系统需求1.概念2.替代自然语言描述的系统分析方法四、系统规格说明书的编写方法1.系统规格说明书2.书写用户需求应遵循的简单原则3.需求文档的可能用户以及使用文档的方式4.Heninger（1980）对软件需求文档提出的要求5.IEEE标准为需求文档提出的结构6.编写系统规格说明书应重点注意的内容5.3系统设计知识一、传统的设计方法1.瀑布模型的组成部分2.瀑布模型法的优缺点3.传统的嵌入式系统的设计4.软硬件协同设计二、实时系统分析与设计1.实时系统分析阶段的主要任务2.实时系统的开发方法三、软硬件协同设计方法1.软硬件协同设计在实际应用中的表现2.软硬件协同设计的流程3.软硬件协同设计的优点4.系统涉及到组成部分5.4系统实施基础一、系统架构设计1.系统架构设计在软件生命周期中的作用2.系统架构设计原则和概念二、系统详细设计1.系统详细设计在软件生命周期中的作用2.系统详细设计阶段用到的设计方法概述三、系统测试1.系统测试在软件生命周期中的作用2.系统测试类型3.系统测试的策略5.5系统维护知识一、系统运行管理1.运行管理制度2.日常运行管理内容3.系统软件及文档管理二、系统维护知识1.系统可维护性概念2.系统维护的内容及类型3.系统维护的管理和步骤三、系统评价知识1.系统评价的目的和任务2.系统评价的指标嵌入式系统设计6.1嵌入式系统设计的特点一、嵌入式系统设计的主要任务二、嵌入式系统的设计方法三、嵌入式系统的特点1.软硬件协调并行开发2.嵌入式系统通常是面向特定应用的系统3.实时嵌入式操作系统的多样性RTOS4.与台式机相比，可利用资源很少5.嵌入式系统设计需要交叉开发环境6.嵌入式系统的程序需要固化7.嵌入式系统的软件开发难度较大8.嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持9.其他方面6.2嵌入式系统的设计流程一、概述1.嵌入式系统的设计和开发要求2.嵌入式系统的设计和开发流程的阶段二、产品定义1.产品功能与产品性能2.产品定义三、嵌入式系统的软硬件划分1.性能原则2.性价比原则3.资源利用率原则四、嵌入式系统硬件设计1.概述2.嵌入式系统硬件的选择3.硬件功能模块划分4.硬件的可靠性五、嵌入式系统的软件设计1.嵌入式开发过程中的角色2.进行嵌入式系统软件设计时需要考虑的方面六、系统集成和测试1.系统集成过程中，可以分阶段运行测试程序2.嵌入式系统集成过程中的调试工具3.嵌入式系统的软件测试的方法6.3设计示例：嵌入式数控系统一、嵌入式系统采用的设计方法1.传统设计方法2.软硬件协同设计方法二、数控系统简介1.概述C系统构成三、需求分析1.功能要求2.非功能要求四、系统体系结构设计1.系统软硬件划分2.硬件系统划分3.系统软件功能划分五、硬件设计1.板级设计2.芯片级硬件设计六、软件设计1.软件接口设计2.系统软件模块划分七、系统集成与测试1.功能干涉测试2.压力测试3.容量测试4.性能测试5.安全测试6.容错测试。
微处理器系统结构及嵌入式系统设计答案全
1.2以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片1.3阐述摩尔定律。
每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。
1.5什么是SoC什么是IP核，它有哪几种实现形式？SoC:系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。
IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。
它有软核、硬核和固核三种实现形式。
1.8什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？概念：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、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。
特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。
2 、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。
3 、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。
4 、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。
①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中；②要求高质量、高可靠性的软件代码；③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。
5 、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。
6 、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
2.2完成下列逻辑运算（1）101+1.01 = 110.01(2) 1010.001-10.1 = 111.101(3) -1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1(4)10.1101-1.1001 :=1.01(5)110011/11 = 10001(6)(-101.01)/(-0.1)=:1010.1 2.3完成下列逻辑运算(1)1011 0101 V 1111 0000==1111 0101(2)1101 0001 A 1010 1011==1000 0001(3)1010 1011 ® 0001 1100==1011 01112.4选择题(1)下列无符号数中最小的数是(A ) oA. (01A5)HB. (1,1011,0101)C. (2590) DD. (3764)O(2)下列无符号数中最大的数是(B ) oA. (10010101)BB. (227)OC. (96)HD. (143)D(3)在机器数(A )中，零的表示形式是唯一的。
嵌入式系统体系结构
嵌入式系统体系结构嵌入式系统体系结构：嵌入式系统的组成包含了硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。
1、硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。
嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。
它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。
2、中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP).它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。
BSP有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。
设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。
片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。
板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。
系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。
B、设计硬件相关的设备驱动。
3、系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。
RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。
4、应用软件：由基于实时系统开发的应用程序组成。
嵌入式芯片体系结构介绍1.嵌入式微处理器(Micro Processor Unit，MPU)嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。
它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。
但与计算机处理器不同的是，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，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。
和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。
目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。
嵌入式处理器
嵌入式处理器子系统
嵌入式系统适用的处理器包括通用微处理 器、嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、 DSP等，有时还可以使用可编程逻辑器件 （FPGA或CPLD等）作为内核处理单元。
通用微处理器
相似处
对外的接口：各类总线及辅助电路接口 处理功能：近似的指令功能分类
不同特征
指令系统中指令的个数：如浮点功能的有/无 指令的形式：精简指令集计算机（RISC）和复杂指 令集计算机（CISC） 处理器的结构设计：如流水线结构 处理器的工艺和应用指标：如工作的温度条件等
Microchip系列嵌入式控制器
高性能、低价格、小包装，广泛应用于消 费者市场、计算机外设、办公室自动化、 自动控制系统安全、无线电通信应用。 PIC16C5X 12位编程字 PIC16CXXX 14位编程字 PIC17CXXX 16位编程字 PIC18CXXX 增强的16位编程字 PIC12CXXX 8管脚12位/14位的编程字
PIC18CXXX 16位结构系列
结合模数转换器的高性能、CMOS、全静 态的16位MCU。 采用高级RISC结构。 Harvard结构。
Philips LPC嵌入式控制器系列
51LPC系列OTP嵌入式微控制器与80C51 系列兼容；时钟频率可高达20MHz。 20个引脚，I/O端口功能丰富。
Philips LPC主要性能和特点
嵌入式微处理器
特点：
需要扩展。一般需要大量的外围电路，包括存储器 和I/O接口电路 处理能力一般大于微控制器：大量的芯片面积集成 了处理器内核，具有较高时钟频率和较宽的字长 寻址能力大于微控制器 一般适合于高端应用 型号多 通用性强
ARM、Atmel、Intel、Motorola、National Semiconductors等公司
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。
微处理器系统结构与嵌入式系统设计
微处理器的存储器系统
03
嵌入式系统设计
专用性
嵌入式系统通常针对特定的应用进行设计和优化。
定义
嵌入式系统是一种专用的计算机系统，它被嵌入到设备中，以控制、监视或帮助操作该设备。
实时性
嵌入式系统需要能够在特定的时间内响应外部事件或执行特定任务。
指令集
指令中操作数的有效地址的确定方式。
寻址方式
指令在存储器中的表示方式。
指令格式
指令在二进制代码中的表示方式。
指令编码
微处理器的指令集体系结构
高速缓存（Cache）：用于存储经常访问的数据，提高数据访问速度。
主存储器（Main Memory）：用于存储程序和数据，是微处理器可以直接访问的存储器。
控制系统中的微处理器
微处理器具有运算速度快、集成度高、可编程性强等优点，能够提高控制系统的稳定性和可靠性。
微处理器在控制系统中的优势
微处理器在控制系统中的应用
通信系统中的微处理器微处理器 Nhomakorabea通信系统中主要用于信号处理、协议转换、数据加密等功能，保障通信的稳定性和安全性。
微处理器在通信系统中的优势
微处理器具有高速的数据处理能力和灵活的可编程性，能够满足通信系统的复杂需求。
硬件设计
根据系统设计，编写嵌入式系统的程序和固件。
软件设计
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嵌入式系统的设计流程
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微处理器在嵌入式系统中的应用
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微处理器在控制系统中发挥着核心作用，通过接收输入信号，经过处理后输出控制信号，实现对被控对象的精确控制。