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1,嵌入式電子系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)硬件基礎(chǔ),.,嵌入式系統(tǒng)硬件基礎(chǔ),1 本次課的目標(biāo)2 嵌入式系統(tǒng)硬件基本概念3 嵌入式系統(tǒng)硬件基本組成4 嵌入式處理器5 小結(jié),2,.,1. 本次課的目標(biāo),了解嵌入式系統(tǒng)硬件基本概念，掌握基本硬件組成：中央處理器、存儲器、輸入輸出設(shè)備和總線，為后續(xù)接口和應(yīng)用的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。,3,.,嵌入式系統(tǒng)硬件基礎(chǔ),1 本次課的目標(biāo)2 嵌入式系統(tǒng)硬件基本概念3 嵌入式系統(tǒng)硬件基本組成4 嵌入式處理器5 小結(jié),4,.,5,2.1 精簡指令集RISC和復(fù)雜指令集CISC2.2 馮·諾依曼和哈佛體系結(jié)構(gòu)2.3 流水線技術(shù),2. 嵌入式系統(tǒng)硬件基本概念,.,2.1 精簡指令集RISC和復(fù)雜指令集CISC,嵌入式微處理器分為：CISC （Complex Instruction Set Computer）架構(gòu) ：大多數(shù)PC機(jī)均使用CISC微處理器，如Intel的X86；RISC（ Reduced Instruction Set Computer）架構(gòu)Silicon Graphics的MIPS(Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages)技術(shù)ARM公司的Advanced RISC Machines技術(shù)Hitachi公司的SuperH技術(shù),6,.,RISC和CISC是目前設(shè)計制作微處理器的兩種典型技術(shù)，它們都試圖在體系結(jié)構(gòu)、指令集、軟硬件、編譯時間和運行時間等諸多因素中做出平衡，以求達(dá)到高效的目的，只是采用的方法不同。,7,.,CISC架構(gòu)1960年前后的主流架構(gòu)新的指令不斷引入，計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜20%的指令經(jīng)常使用，占80%程序代碼量；80%的指令較少使用，占20%程序代碼量不合理,8,.,RISC架構(gòu)1979年加州大學(xué)伯克利分校提出目的是使計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)更合理，提高運算速度選取使用頻繁的簡單指令，固定指令長度，減少指令類型和尋址方式，以邏輯控制為主。,9,.,RISC和CISC的差異（1）指令系統(tǒng)RISC設(shè)計者把主要精力放在經(jīng)常使用的指令上，使其具有簡單高效的特點。對于不常用的功能，通常通過指令組合來實現(xiàn)。CISC指令系統(tǒng)豐富，有專用指令完成特定功能，處理特殊任務(wù)效率較高。,10,.,（2）存儲器操作RISC對存儲器操作指令少，控制簡單化。CISC存儲器操作指令多，操作直接。（3）程序RISC匯編語言程序一般需要較大的內(nèi)存空間，實現(xiàn)特殊功能時程序復(fù)雜，不易設(shè)計。CISC匯編語言程序編程相對簡單，科學(xué)計算及復(fù)雜操作的程序設(shè)計相對容易，效率較高。,11,.,（4）中斷RISC在一條指令執(zhí)行的適當(dāng)?shù)胤娇梢皂憫?yīng)中斷;CISC在一條指令執(zhí)行結(jié)束后響應(yīng)中斷。（5)CPURISC包含較少的單元電路，面積小，功耗低;CISC：包含豐富的電路單元，功能強(qiáng)、面積大、功耗大。,12,.,（6）設(shè)計周期RISC結(jié)構(gòu)簡單，布局緊湊，設(shè)計周期短，易于采用最新技術(shù);CISC結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計周期長。（7）易用性RISC結(jié)構(gòu)簡單，指令規(guī)整，性能容易把握，易學(xué)易用;CISC結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，實現(xiàn)特殊功能容易。,13,.,（8）應(yīng)用范圍RISC指令系統(tǒng)與特定的應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)，更適于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用；CISC更適合于通用計算機(jī)。,14,.,15,.,RISC架構(gòu)的特點:采用固定長度的指令格式使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行使用很少的指令類型和尋址模式，基本尋址方式只有2、3種大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器操作，以提高指令的執(zhí)行效率。,16,.,盡管RISC架構(gòu)有很多優(yōu)點，但是決不能認(rèn)為RISC架構(gòu)就能夠替代CISC架構(gòu)，兩者是各有優(yōu)勢，而且界限并不明顯。一些現(xiàn)代CPU外圍采用CISC的外圍，內(nèi)部加入RISC的特性，如超長指令集CPU融合了RISC和CISC的優(yōu)勢，成為未來CPU發(fā)展方向之一。,17,.,2 .2 馮·諾依曼和哈佛體系結(jié)構(gòu),1945年，馮.諾伊曼首先提出了“存儲程序”的概念和二進(jìn)制原理，后來，人們把利用這種概念和原理設(shè)計的電子計算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)稱為“馮.諾伊曼型結(jié)構(gòu)”計算機(jī)。馮.諾伊曼結(jié)構(gòu)的處理器使用一個存儲器，經(jīng)由同一個總線傳輸。,18,.,19,.,馮.諾伊曼結(jié)構(gòu)處理器具有以下幾個特點：必須有一個存儲器；必須有一個控制器；必須有一個運算器，用于完成算術(shù)運算和邏輯運算；必須有輸入和輸出設(shè)備，用于進(jìn)行人機(jī)通信。,20,.,馮.諾伊曼結(jié)構(gòu)處理在典型情況下，完成一條指令需要3個步驟，即：取指令、指令譯碼和執(zhí)行指令。,21,.,22,特點：數(shù)據(jù)程序共享存儲器,.,與馮.諾伊曼結(jié)構(gòu)處理器比較，哈佛結(jié)構(gòu)處理器有兩個明顯的特點：使用兩個獨立的存儲器模塊，分別存儲指令和數(shù)據(jù)；使用獨立的兩條總線，分別作為CPU與每個存儲器之間的專用通信路徑，而這兩條總線之間相互獨立。,23,.,24,.,25,特點：數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器相互獨立,哈佛體系體系結(jié)構(gòu),.,如果采用哈佛結(jié)構(gòu)處理以上同樣的3條存取數(shù)指令，由于取指令和存取數(shù)據(jù)分別經(jīng)由不同的存儲空間和不同的總線，使得各條指令可以重疊執(zhí)行，這樣，也就克服了數(shù)據(jù)流傳輸?shù)钠款i，提高了運算速度。,26,.,27,.,28,哈佛結(jié)構(gòu)和馮.諾依曼結(jié)構(gòu)主要是指存儲器結(jié)構(gòu)，與指令系統(tǒng)沒有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。 ARM7系列是馮諾依曼結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)是RISC。ARM9系列是哈佛結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)是RISC。TI的DSP系列是哈佛結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)是CISC。MCS-51是哈佛結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)是CISC。PIC單片機(jī)是哈佛結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)是RISC。,.,29,預(yù)先取若干條指令每條指令分解為多步，并讓各步操作重疊（分成幾步稱為幾級流水）當(dāng)前指令尚未執(zhí)行完時，提前啟動后續(xù)指令,5+3-7>0?,2 .3 流水線技術(shù),.,30,流水線技術(shù)特點： 各個分解步驟的執(zhí)行時間固定 幾個指令可以并行執(zhí)行 提高了CPU的運行效率 內(nèi)部信息流要求通暢流動,本質(zhì)：指令并行處理的技術(shù),.,31,ARM7處理器核采用了3級流水線結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行分為取指、譯碼和執(zhí)行等3個階段ARM9內(nèi)核采用了五級流水線，指令分5個階段執(zhí)行：取址譯碼執(zhí)行存儲寫。ARM10處理器核采用六級流水線。ARM11系列采用8級流水線操作，個別處理器采用9級流水線。,.,嵌入式系統(tǒng)硬件基礎(chǔ),1 本次課的目標(biāo)2 嵌入式系統(tǒng)硬件基本概念3 嵌入式系統(tǒng)硬件基本組成4 嵌入式處理器5 小結(jié),32,.,33,3. 嵌入式系統(tǒng)硬件基本組成,嵌入式系統(tǒng)硬件組成,.,34,3.1 嵌入式處理器3.2 存儲器3.3 輸入設(shè)備3.4 輸出設(shè)備3.5 總線,.,3.1 嵌入式處理器,嵌入式系統(tǒng)上的處理器單元稱為嵌入式處理器。嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運行的硬件單元。種類極多，目前已超過1000種。,35,.,主要類型：、嵌入式微控制器 MCU （Microcontroller Unit）嵌入式DSP處理器 EDSP (Embedded Digital Signal Processor)嵌入式微處理器 MPU(Embedded Microprocessor Unit) 嵌入式片上系統(tǒng) SOC(System On Chip),36,.,3.2 嵌入式存儲器,嵌入式系統(tǒng)各部分中的存儲器Register：具有寄存功能Cache：高速緩沖存儲器Main Memory：ROM、DRAM、SRAMDisk、Tape U盤(Flash Memory)其他具有數(shù)據(jù)存儲功能的器件和設(shè)備,37,.,對存儲器的三個要求： “容量大、價格低、速度快”實現(xiàn)“容量大、價格低”的要求，需采用提供大容量的存儲技術(shù);滿足“速度快”的要求，需采用昂貴且容量小的快速存儲技術(shù);對存儲器的三個要求是相互矛盾的!,38,.,39,解決矛盾的唯一方法就是采用多種存儲技術(shù)構(gòu)成具有層次結(jié)構(gòu)的存儲系統(tǒng)。,.,40,高速暫存存儲器(Scratch-pad Storage)亦稱便箋式存儲器，由寄存器構(gòu)成用來暫存即刻要執(zhí)行的指令、馬上要用的數(shù)據(jù)或得到的處理結(jié)果，屬于CPU的組成部分高速緩沖存儲器(Cache)存放當(dāng)前正在執(zhí)行程序的部分程序段或數(shù)據(jù)，位于主存和CPU之間速度ns級別、容量KB MB級別,.,主存儲器存放當(dāng)前處于活動狀態(tài)的程序和有關(guān)數(shù)據(jù)速度ns級別、容量MB GB級別輔助存儲器不能由CPU的指令直接訪問，必須通過專門的程序或?qū)ｉT的通道把所需的信息與主存進(jìn)行成批交換，調(diào)入主存后才能使用聯(lián)機(jī)：速度ms級別、容量GB TB級別脫機(jī)：速度s級別、容量為海量,41,.,高速暫存存儲器的存儲容量一般不超過2KB，寄存器的位數(shù)與機(jī)器字長相同，它屬于CPU的組成部分 。高速緩沖存儲器的存儲容量一般在幾十KB到幾MB之間。主存儲器的存儲容量比Cache大得多，一般在幾百MB到幾GB之間。YH-1巨型機(jī)主存為32MB，YH-2巨型機(jī)主存為256MB。,42,.,3.3 嵌入式輸入設(shè)備,計算機(jī)輸入信息的設(shè)備，負(fù)責(zé)將輸入的信息（包括數(shù)據(jù)和指令）轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能識別的二進(jìn)制代碼，送入存儲器保存。在嵌入式系統(tǒng)中，輸入設(shè)備主要包括小型鍵盤、觸摸屏等。,43,.,1、小型鍵盤小型鍵盤為嵌入式系統(tǒng)的一種常用輸入設(shè)備，分為全編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種，非編碼鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用較多。,44,44,.,45,45,.,46,首先判別鍵盤中有無鍵按下：由口向鍵盤送(輸出)全掃描字，然后讀入(輸入)列線狀態(tài)來判斷。判斷鍵盤中哪一個鍵被按下：通過將行線逐行置低電平后，檢查列輸入狀態(tài)實現(xiàn)的。,.,47,.,2、觸摸屏在液晶屏上疊加一片觸摸屏，用觸控筆或手指頭直接點選按鍵或輸入文字。特點：輕薄短小，便于攜帶，使用方便。類別：電容式、表面聲波式、電阻式和XGT式。其中，電容式為最早出現(xiàn)的觸摸屏；電阻式的市場份額最大。,48,48,.,3.4 嵌入式輸出設(shè)備,輸出設(shè)備是指輸出計算機(jī)處理結(jié)果的設(shè)備。在大多數(shù)情況下，需要將這些結(jié)果轉(zhuǎn)換成便于人們識別的形式。在嵌入式系統(tǒng)中，輸出設(shè)備主要包括LED、LCD等。,49,.,1、LEDLED（Light Emitting Diode）主要作為電源指示燈、電平指示、工作狀態(tài)顯示或微光源之用，主要分為發(fā)光二極管（基本單元）、數(shù)碼管、符號管、米字管、點陣顯示屏等。,50,50,.,51,51,.,2、LCD液晶顯示器簡稱LCD（Liquid Crystal Diodes）是利用液晶經(jīng)過處理后能夠改變光線傳輸方向的特性，達(dá)到顯示字符或者圖形的目的。其特點是體積小、重量輕、功耗極低、顯示內(nèi)容豐富等特點，在單嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中有著日益廣泛的應(yīng)用。,52,52,.,液晶屏主要由背光板、液晶陣列、彩色濾光膜、兩塊偏光板等組成。,53,53,.,54,.,55,.,3.5 嵌入式總線,微處理器通過一組線路，配置以適當(dāng)?shù)慕涌陔娐罚c各部件和外圍設(shè)備連接，這組共用的連接線路被稱為總線?？偩€一般有內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。,56,.,1、內(nèi)部總線內(nèi)部總線，微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線，用于芯片一級的互連，如IIC總線、SCI總線、SPI總線等。,57,57,.,2、系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線，微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線，用于插件板一級的互連。平常所說的微機(jī)總線就是指系統(tǒng)總線，如ISA總線、EISA總線、PCI總線、 PCI-E總線、 PXIe總線等。,58,58,.,3、外部總線外部總線，微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線，通過該總線和其他設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)交換，它用于設(shè)備一級的互連。如RS-232-C總線、RS-422A總線、RS-485總線、USB總線、IEEE1394總線等。,59,59,.,嵌入式系統(tǒng)硬件基礎(chǔ),1 本次課的目標(biāo)2 嵌入式系統(tǒng)硬件基本概念3 嵌入式系統(tǒng)硬件基本組成4 嵌入式處理器5 小結(jié),60,.,4 嵌入式處理器,4.1 嵌入式處理器概述4.2 嵌入式處理器分類4.3 嵌入式處理器的主要技術(shù)指標(biāo)4.4 如何選擇嵌入式處理器4.5 嵌入式處理器的發(fā)展,61,.,4.1 嵌入式處理器概述,嵌入式系統(tǒng)上的處理器單元稱為嵌入式處理器。嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件的核心，在嵌入式處理器上運行嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。,62,.,嵌入式處理器具有多種形式，但都具有：處理器內(nèi)核；地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線；輔助電路，如時鐘、復(fù)位電路；片上I/O接口電路。,63,.,4.2 嵌入式處理器分類,4.2.1嵌入式微控制器 MCU4.2.2嵌入式DSP處理器 EDSP4.2.3嵌入式微處理器MPU4.2.4嵌入式片上系統(tǒng)SOC,64,.,4.2.1嵌入式微控制器 MCU,嵌入式微控制器將整個計算機(jī)系統(tǒng)的主要硬件集成到一塊芯片中。一般以微處理器內(nèi)核為核心，集成ROM/EPROM、RAM、總線邏輯、定時/計數(shù)器、看門狗、串口、A/D、D/A等各種必要的功能和外設(shè)。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱為微控制器。單片機(jī)是嵌入式微控制器的典型代表。,65,.,微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流，占嵌入式系統(tǒng)約70的市場份額。,66,.,目前MCU的品種和數(shù)量很多，有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11 /12 /16、MC68300等。另外，還有許多半通用系列，如支持USB接口、I2C、CAN總線的專用和兼容系列等。典型器件包括8051、MCS-251、MCS-96/ 196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及 MCU 8XC930/931、C540、C541等。,67,.,68,.,69,.,4.2.2嵌入式DSP處理器 EDSP,嵌入式DSP（Digital Signal Processor，DSP）處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用Harvard結(jié)構(gòu)和專用的硬件乘法器，指令為快速DSP指令（屬于RISC精簡指令集），使其適合于對處理器運算速度要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域。,70,.,DSP是當(dāng)今發(fā)展最為迅速的和最有發(fā)展前景的技術(shù)之一。目前，DSP已經(jīng)成為通信、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制以及家用電器等電子產(chǎn)品中不可或缺的基礎(chǔ)器件。DSP的應(yīng)用領(lǐng)域包括語音處理，圖像壓縮，視頻處理，調(diào)制解調(diào)，控制算法，通信處理等。,71,.,DSP發(fā)展70年代理論先行:70年代出現(xiàn)DSP的理論算法；80年代產(chǎn)品普及:1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。其運算速度比MPU快了幾十倍，在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。,72,.,到80年代后期，DSP的運算速度進(jìn)一步提高，應(yīng)用領(lǐng)域也從上述范圍擴(kuò)大到了通信和計算機(jī)方面。90年代后，DSP發(fā)展到了第五代產(chǎn)品，集成度更高，使用范圍也更加廣闊。,73,.,DSP的特點,(1)采用哈佛(HARVARD)結(jié)構(gòu)，高度并行運算大大提高運算速度；(2)芯片內(nèi)配置了一個或多個硬件乘法器和累加器，能實現(xiàn)單指令乘加運算和變址運算；(3)芯片內(nèi)專門設(shè)置了功能很強(qiáng)的專用指令，可以實現(xiàn)指令的重疊運行；(4)芯片內(nèi)設(shè)置了多種功能很強(qiáng)的外圍器件和接口；(5)DSP增加了硬件循環(huán)控制，當(dāng)完成循環(huán)初始化后。實際運行中循環(huán)不再消耗指令周期。大大提高了數(shù)字信號處理的運算速度。（零開銷循環(huán)）,74,.,DSP的分類,定點DSP：完成定點數(shù)的算術(shù)操作；通常16位的DSP用于定點操作；特點為精度低、耗電低、成本低，適合于低端應(yīng)用；浮點DSP：處理浮點數(shù)，32位的DSP通常用于浮點運算。特點為性能高、價格高，通常用于高端應(yīng)用的場合，包括視頻處理、圖像識別。,75,.,DSP典型產(chǎn)品,嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是Texas Instruments的TMS320系列、Motorola的DSP56000 系列和ADI公司的ADSP系列。TMS320系列處理器包括用于控制的 C2000系列，移動通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已經(jīng)發(fā)展成為DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等幾個不同系列的處理器。,76,.,77,TMS320 DSP微處理器系列產(chǎn)品推出時間圖,.,78,TMS320C5x的方塊圖(德州儀器公司提供),.,79,.,DSP技術(shù)展望,系統(tǒng)級集成DSP是潮流縮小DSP芯片尺寸始終是DSP的技術(shù)發(fā)展方向。當(dāng)前的DSP多數(shù)基于RISC（精簡指令集計算）結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP廠商紛紛采用新工藝，改進(jìn)DSP芯核，并將幾個DSP芯核、MPU芯核、專用處理單元、外圍電路單元、存儲單元統(tǒng)統(tǒng)集成在一個芯片上，成為DSP系統(tǒng)級集成電路。,80,.,追求更高的運算速度目前一般DSP運算速度為100MIPS，即每秒鐘可運算1億條指令。DSP運算速度的提高，主要依靠新工藝改進(jìn)芯片結(jié)構(gòu)。目前，TI的TM320C6X芯片由于采用VLIW（Very Long Instruction Word超長指令字）結(jié)構(gòu)設(shè)計，其處理速度已高達(dá)2000MIPS。,81,.,定點DSP是主流 從理論上講，雖然浮點DSP的動態(tài)范圍比定點DSP大，且更適合于DSP的應(yīng)用場合，但定點運算的DSP器件的成本較低，對存儲器的要求也較低，而且耗電較省。因此，定點運算的可編程DSP器件仍是市場上的主流產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計，目前銷售的DSP器件中的80%以上屬于16位定點可編程DSP器件，預(yù)計今后的比重將逐漸增大。,82,.,4.2.3嵌入式微處理器（MPU）,嵌入式微處理器是由通用計算機(jī)中的CPU演變而來的。具有較高的性能，其價格也相應(yīng)較高。嵌入式微處理器在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的，但一般在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面做了各種增強(qiáng)。,83,.,和工業(yè)控制計算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點。嵌入式微處理器及其存儲器、總線和外設(shè)等安裝在一塊電路板上，稱為單板計算機(jī)。,84,.,85,.,目前主要的嵌入式處理器類型有Power PC、68000、MIPS、ARM/ Strong ARM系列等。,86,.,4.2.4嵌入式片上系統(tǒng)SOC,隨著超大規(guī)模集成電路設(shè)計的普及化及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個硅片上實現(xiàn)一個更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時代已經(jīng)來臨，這就是SOC。各種通用處理器內(nèi)核將作為SOC設(shè)計公司的標(biāo)準(zhǔn)庫，和許多其他嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為超大規(guī)模集成電路設(shè)計中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，通過VHDL等語言描述，仿真通過后就可以交給半導(dǎo)體工廠制作芯片樣品。,87,.,88,專用集成電路芯片F(xiàn)PGA,存儲器FLASH,嵌入式處理器,采樣等模擬芯片,通信芯片,傳感器芯片,電路板,.,89,.,整個系統(tǒng)大部分均集成到一塊或幾塊芯片中，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔，對于減少體積、功耗、提高可靠性非常有利。SOC追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件，是目前嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的熱門話題之一。SOC最大的特點是成功實現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合。SOC芯片在聲音、圖像、影視、網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。,90,.,SoC嵌入式系統(tǒng)微處理器特點和優(yōu)勢：利用改變內(nèi)部工作電壓，降低芯片功耗。減少芯片對外管腳數(shù)，簡化制造過程。減少外圍驅(qū)動接口單元及電路板之間的信號傳遞，可以加快微處理器數(shù)據(jù)處理的速度。內(nèi)嵌的線路可以避免外部電路板在信號傳遞時所造成系統(tǒng)干擾。,91,.,92,4.3 嵌入式處理器的主要技術(shù)指標(biāo),字長字長是處理器內(nèi)部一次可以處理的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)。一般處理器的字長決定于它的通用寄存器、內(nèi)存儲器、ALU的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。字長越長，一個字所能表示的數(shù)據(jù)精度就越高；在完成同樣精度的運算時，則數(shù)據(jù)的處理速度越高。,.,處理速度計算機(jī)運算速度一般用每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)來表示。MIPS: Million Instructions Per Second)尋址能力尋址能力取決于處理器地址線的數(shù)目，它是衡量處理器存儲信息能力的主要指標(biāo)。,93,.,功耗在嵌入式系統(tǒng)中，一般需要注意系統(tǒng)的功耗，嵌入式處理器的功耗對系統(tǒng)的總功耗有較大影響。功能嵌入式處理器的功能取決于處理器集成的存儲器的數(shù)量和外部設(shè)備接口的種類。處理器的功能往往決定了嵌入式系統(tǒng)的功能。,94,.,平均無故障間隔時間嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常需要連續(xù)工作，平均無故障時間表明嵌入式系統(tǒng)長期工作的可靠性。MTBF (Mean Time Between Failures) 工作溫度范圍嵌入式處理器的工作溫度范圍決定了它能應(yīng)用的環(huán)境。一般分為民用級，工業(yè)級，軍用級，航天級。,95,.,4.4 如何選擇嵌入式處理器,4.4.1選擇嵌入式處理器的總原則4.4.2 選擇嵌入式處理器的具體方法4.4.3選擇嵌入式處理器小結(jié),96,.,4.4.1選擇嵌入式處理器的總原則,簡單控制8位微控制器需要使用嵌入式操作系統(tǒng)16位以上處理器涉及到復(fù)雜數(shù)學(xué)運算、信號處理選擇DSP涉及到圖形處理高性能的處理器,97,.,4.4.2 選擇嵌入式處理器的具體方法,夠用原則成本原則技術(shù)支持參考設(shè)計技術(shù)積累購買渠道供貨能力行業(yè)用途和使用情況,98,.,考慮技術(shù)指標(biāo)參數(shù)體系結(jié)構(gòu)處理速度-MIPS（Million Instructions Per Second）尋址能力總線寬度片上存儲器的集成情況工作溫度封裝形式操作系統(tǒng)、開發(fā)工具的支持調(diào)試接口功耗特性 mW/MHz電源管理功能價格-批量價格,99,.,參數(shù)比較選擇表,100,.,4.4.3選擇嵌入式處理器小結(jié),精挑細(xì)選，反復(fù)比較慎重選擇方案不唯一咨詢專家的意見自己下決心,101,.,4.5嵌入式處理器的發(fā)展,（1）在市場的占有率來看，其中8位的產(chǎn)品即占了一半左右的市場，其次是16位及32位的產(chǎn)品 。,102,.,位數(shù)來對嵌入式系統(tǒng)微處理器做分類,103,.,（2） 32位微處理器的應(yīng)用不會像8位機(jī)那樣百花齊放、百余種型號系列齊上陣。8位機(jī)的低端應(yīng)用中，其領(lǐng)域十分廣泛而復(fù)雜，但當(dāng)前32位微處理器的應(yīng)用則集中在網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體技術(shù)領(lǐng)域。,104,.,一般來說，嵌入式系統(tǒng)的高低端應(yīng)用模糊地界定為：高端用于具有海量數(shù)據(jù)處理的網(wǎng)絡(luò)、通信 、多媒體領(lǐng)域；低端則用于對象系統(tǒng)的控制領(lǐng)域。,105,.,在眾多嵌入式系統(tǒng)廠家參與下，基于ARM系列處理器的應(yīng)用技術(shù)在眾多領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。Intel將ARM系列向更高端的嵌入式系統(tǒng)發(fā)展Philips則向高端應(yīng)用發(fā)展的同時，向低端的8位和16位機(jī)的高端應(yīng)用延伸。,106,.,嵌入式系統(tǒng)硬件基礎(chǔ),1 本次課的目標(biāo)2 嵌入式系統(tǒng)硬件基本概念3 嵌入式系統(tǒng)硬件基本組成4 嵌入式處理器5 小結(jié)6 下次課準(zhǔn)備,107,.,小結(jié),1.嵌入式系統(tǒng)硬件的基本概念；2.嵌入式系統(tǒng)硬件的基本組成；,108,.,思考題,RISC和CISC的區(qū)別？馮·諾依曼和哈佛體系結(jié)構(gòu)的區(qū)別？嵌入式中央處理器的種類？嵌入式存儲器的種類？嵌入式常見的輸入輸出設(shè)備？嵌入式總線的定義及分類？,109,.,110,21世紀(jì)將是嵌入式系統(tǒng)泛濫的世紀(jì)機(jī)會無處不在，同志仍須努力謝謝大家！,110,.,