嵌入式系统技术与设计 第1章 嵌入式系统概述

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1、嵌入式系统技术与设计第1章嵌入式系统概述嵌入式系统简介1.1嵌入式系统发展趋势1.2嵌入式系统的硬件和软件特征1.3ARM系列处理器简介1.4本章主要介绍嵌入式系统的概念、发展趋势、硬件和软件的特征，并简单介绍了各个系列的ARM处理器，以引导读者进入嵌入式技术的殿堂。本章主要内容：●嵌入式系统简介●嵌入式系统发展趋势●嵌入式系统的硬件和软件特征●ARM系列处理器简介1.1嵌入式系统简介嵌入式系统是以应用为中心，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。嵌入式系统不同于常见的计算机系统，它不以独立设备的物理形态出

2、现，即它没有一个统一的外观，它的部件根据主体设备及应用的需要嵌入在设备的内部，发挥着运算、处理、存储及控制的作用。从体系结构上看，嵌入式系统主要由嵌入式处理器、支撑硬件和嵌入式软件组成。其中嵌入式处理器通常是单片机或微控制器，支撑硬件主要包括存储介质、通信部件和显示部件等，嵌入式软件则包括支撑硬件的驱动程序、操作系统、支撑软件及应用中间件等。1.2嵌入式系统发展趋势1．提供强大的网络服务2．小型化、低成本、低功耗3．人性化的人机界面4．完善的开发平台1.3嵌入式系统的硬件和软件特征图1-1嵌入式系统组成示意图嵌入式系统硬件平台是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的硬件平台，不同的应

3、用通常有不同的硬件环境。在嵌入式系统中硬件平台具有多样性的特点。1．嵌入式系统硬件平台（1）嵌入式RISC微处理器（2）嵌入式CISC微处理器表1-1RISC和CISC之间主要的区别指标RISCCISC指令集一个周期执行一条指令，通过简单指令的组合实现复杂操作；指令长度固定指令长度不固定，执行需要多个周期流水线流水线每周期前进一步指令的执行需要调用微代码的一个微程序寄存器更多通用寄存器用于特定目的的专用寄存器Load/Store结构独立的Load和Store指令完成数据在寄存器和外部存储器之间的传输处理器能够直接处理存储器中的数据嵌入式操作系统完成系统初始化及嵌入式应用的任务调度

4、和控制等核心功能，其内核精简，具有可配置特性，并与高层应用紧密关联。嵌入式操作系统具有相对不变性。嵌入式操作系统的主要特点如下。2．嵌入式操作系统（1）体积小（2）实时性（3）特殊的开发调试环境嵌入式系统应用是以嵌入式系统硬件平台的搭建、嵌入式操作系统的成功移植和运行为前提的，其运行于嵌入式操作系统之上，完成特定的功能或利用操作系统提供的机制完成特定的功能。不同的系统需要设计不同的嵌入式应用程序。3．嵌入式系统应用如何简洁有效地使嵌入式系统能够应用于各种不同的应用环境，是嵌入式系统发展中所必须解决的关键问题。经过不断地发展，嵌入式系统原有的三层结构逐步演化成为一种四层结构。这个新

5、增加的中间层称为硬件抽象层（HardwareAbstractionLayer，HAL），有时也称为板级支持包（BoardSupportPackage，BSP）。HAL是一个介于硬件与软件之间的中间层，其通过特定的上层接口与操作系统进行交互。HAL的引入大大推动了嵌入式操作系统的通用化。1.4　ARM系列处理器简介ARM（AdvancedRISCMachines）有3种含义，它是一个公司的名称，是一类微处理器的通称，还是一种技术的名称。表1-2ARM各系列处理器所包含的不同类型ARM系列包含类型ARM7系列ARM7EJ-SARM7TDMIARM7TDMI-SARM720TARM9/

6、9E系列ARM920TARM922TARM926EJ-SARM940TARM946E-SARM966E-SARM968E-S向量浮点运算（VectorFloatingPoint）系列VFP9-SVFP10ARM系列包含类型ARM10E系列ARM1020EARM1022EARM1026EJ-SARM11系列ARM1136J-SARM1136JF-SARM1156T2(F)-SARM1176JZ(F)-SARM11MPCoreSecurCore系列SC100SC110SC200SC210其他合作伙伴产品StrongARMXScaleCortex-M3MBXARM7内核采用冯·诺伊曼体

7、系结构，数据和指令使用同一条总线。内核有一条3级流水线，执行ARMv4指令集。ARM7系列处理器主要用于对功耗和成本要求比较苛刻的消费类产品。其最高主频可以到达130MIPS。ARM7系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM7EJ-S和ARM720T四种类型，主要用于适应不同的市场需求。1.4.1ARM7处理器系列ARM9系列于1997年问世。由于采用了5级指令流水线，ARM9处理器能够运行在比ARM7更高的时钟频率上，改善了处理器的整体性能；存储器系统根据哈佛体系