嵌入式系統期末考試總結嵌入式系統期末考試總結嵌入式系統的定義結構、應用環境要求不同，因此嵌入式系統可分為有許多種類。IEEE（國際電氣和電子工程師協會）的定義：嵌入式系統是“用于控（原文為devicesusedtomonitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants。可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。”嵌入式系統的組成應用軟件所組成。如下圖所示：應用程序應用程序操作系統軟件結構操作系統軟件結構存儲器硬件結構處理器輸出輸入圖1嵌入式系統的組成存儲器硬件結構處理器輸出輸入嵌入式系統硬件系統;存儲器I/O系統和外設嵌入式系統的軟件系統包括：操作系統 應用軟件嵌入式系統的開發工具硬件開發工具包括：仿真器等；其它（示波器等）C件。嵌入式系統基本硬件架構嵌入式系統基本硬件架構主要包括有處理器、外圍電路及接口和外部設備三大部分。其中外圍電路一般包括有時鐘、復位電路、程序存儲器、USB鍵盤和其他等設備及接口電路。硬件架構的核心部件是微處理器。在一片嵌入式微處理器基礎上增加電源電路、時鐘電路和存儲器電路（ROM和RAM等ROM中。嵌入式系統的軟件包括嵌入式操作系統和相應的各種應用程序。嵌入式操作系統通常包括與硬件相關的底層驅動軟件、系統內核、設備驅動接口、通信協實時性強，可靠性高，專用性強等特點。相應的各種應用程序嵌入式系統的開發工具和開發系統開發工具一般用于開發主機（如微機試器等。4開發工具。嵌入式系統的特點采用32位RISCPC性能方面：采用32位RISC結構微處理器，主頻從30MHz到1200MHz以上，處理能力大大超出單片機系統，接近PC機的水平，但體積更小，能夠真正地“嵌入”到設備中；實時性方面：嵌入式機控制器內嵌實時操作系統（RTO，能夠完全保證控制系統的強實時性；PC機相比略要遜色一些；系統升級方面：嵌入式控制器可為控制系統專門設計，其功能專一，成本較低，而且開放的用戶程序接口（API）保證了系統能夠快速升級和更新。通常是面向特定應用的；數據CACHECACHECPU高速緩存控制器主數據地址存圖3高速緩存CacheCacheCache主存的容量較大（一般為256KB—256MB，甚至更大而定，通常是一些獨立的芯片。在各級存儲器中，輔助存儲器的容量最大，但600MBGB。ROMFlashROM（閃存訪問存儲器（DRAM、靜態隨機訪問存儲器（SRAM、同步動態隨機訪問存儲器（SDRAM、硬盤、軟盤和CD-ROM等外存儲器。外設及接口與芯片連接。每一個外設通常只有一個單一的功能，可以內置在芯片上。外設種類很多，如下：輸入/輸出設備。CRT、LCD息輸入/輸出設備，應用十分廣泛。觸摸屏可以方便的實現鼠標和鍵盤的功能。(2)通信接口。所有計算機通信接口在嵌入式領域中都有著廣泛的應用。應RS-232RS-485USBCANGPIO。(3但由于大容量的內存使得系統成本提高，因此，一些高端嵌入式系統都會為日后用戶有特別需求時，預留可擴展存儲接口。嵌入式系統的軟件結構4RTOSAPI(1)驅動層程序要有相應驅動層程序的支持，它為上層軟件提供了設備的接口。上層軟件不用理會設備的具體內部操作，只需調用驅動層程序提供的接口即可。驅動層程序HALBSPRTOS實時多任務操作系統主要用來完成嵌入式實時應用的任務調度和控制等核RTOSRTOSAPI。的可移植性。RTOS圖4RTOS的體系結構圖APIAPI（ApplicationProgrammingInterface,應用程序接口）是一系列復雜的函數、消息和結構的集合體。嵌入式操作系統下的APIAPI：在計算機系統中有很多可通過硬件或外部設備去執行的功能，這些功能的執行可通過計算機操作系統或硬件預留的標準指令調用，而軟件人員在編制應用程序時，就不需要為每種可通過硬件或外設執行的功能重新編制程序，只需按系統或某些硬件事先APIAPI可加快用戶應用程序的開發，統一應用程序的開發標準，也為操作系統版本的API應用程序操作系統是為應用程序提供基礎服務的軟件。而應用程序是在CPU上執行的一個或多個程序，在執行過程中會使用輸入數據并產生輸出數據。應用程序的管理包括程序載入和執行，程序對系統資源的共享和分配，并避免分配到的資源被其他程序破壞。實際的嵌入式系統應用軟件建立在系統的主任務（MainTask）API常用的嵌入式操作系統包括：①LinuxLinuxUNIXLinuxUNIXUNIXLinux②uc/os-IIuc/os-IIuc/os-II64uc/os-II③WindowsCE操作系統。WindowsCE操作系統是針對有限資源的平臺而設計的多線程、完整優先性、多任務的操作系統，但他不是一個硬實時操作系統。WindowsCEPCPCWindowsWindowsCE操作系統的嵌入式設備。流水線技術取指譯碼執行add取指譯碼執行sub取指取指譯碼執行add取指譯碼執行sub取指譯碼執行cmpAddSub時間以ARM7為例，ARM處理器使用的簡單3級流水線分別為：取指級：取指級完成程序存儲器中指令的讀取，并放入指令流水線中。這一級指令“占有”譯碼邏輯，而不“占有”數據路徑。執行級：指令“占有”數據路徑，寄存器被讀取，操作數在桶式移位器中被移位，ALU產生相應的運算結果并回寫到目的寄存器中，ALU的結果則根據指令需求來更改狀態寄存器的條件位。ARM95級流水線：I-CacheD-Cache，把存儲器的取指與數據存取分開；增加了數據寫回的專門通路和寄存器；5階段:取指令；ALU操作；數據Cache訪問；結果寫回到寄存器。取指：指令從存儲器中取出，放入指令流水線。譯碼：指令譯碼，從寄存器中讀取寄存器操作數。在寄存器組中有3個操作數讀端口，因此大多數ARM指令能在一個周期內讀取其操作數。ALULoad在ALU中計算存儲器的地址。緩沖的結果只是簡單地緩沖一個時鐘周期，以便使所有指令具有同樣的流水線流程。回寫：將指令產生的結果回寫到寄存器，包括任何從存儲器讀取的數據。ARM7微處理器系列主要特點ARM732RISC和功耗要求較高的消費類應用。其具有如下特點：ICE-RT邏輯，調試方便。極低的功耗（100mW左右，適合對功耗要求較高的應用，如便攜式產品。0.9MIPS/MHZ的三級流水線結構。16ThumbWinCE、ARM9、ARM10E系列兼容，便于用戶的產品升級換代；主頻20~100MHZ0.9MIPS/MHz。ARM7TMDI32RISCARM處理器內核。主要性能：工藝0.35u（新近0.25u、電壓3.3（新近1.20~66MHZ87mW。ARM9微處理器系列主要特點ARM9E處理器、DSP、Java應用系統的解決方案，極大地減少了芯片的面積和系統的復雜程度。具有以下特點：DSP指令集，適合于需要高速數字信號處理的場合；5300MIPS；32ARM16Thumb指令集；32AMBA總線接口；VFP9浮點處理協處理器MMU，支持包括WinLinux支持實時操作系統。CacheCache，具有更高的指令和數據處理能力。ARM9E數字消費品和網用場合。ARM10E微處理器系列主要特點ARM10EARM9處理器相比較，在同樣的時鐘頻率下，性能提高了近50%，同時又大大減少ARM92DSP指令集，適合于需要高速數字信號處理的場合；6400MHz左右``；32ARM16Thumb指令集；32AMBA總線接口；