微处理课件：chap1 概述.ppt

1、微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计1 1祝崇今祝崇今电子科技大学电子工程学院电子科技大学电子工程学院nEMAIL: nOffice:(清水河清水河)科科B526微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计2 2计算机是什么计算机是什么微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计3 3后后PC时代：通用计算机、嵌入式计算机时代：通用计算机、嵌入式计算机计算机的分类计算机的分类微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计4 4嵌入式系统是一门交叉学科，涉及计算机、微电子、网络、通信、信号处理、传感器等诸多领域

2、。随着现代微电子技术、微机电系统MEMS、片上系统SoC、纳米材料、无线通信技术、信号处理技术、计算机网络技术等的进步以及互联网的迅猛发展，嵌入式系统向集成化、微型化，智能化、网络化方向发展。嵌入式嵌入式( (计算机计算机) )系统系统微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计5 5 CPU90%90% 10% 10%无所不在的计算无所不在的计算( (普适计算普适计算) )微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计6 6微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计7 7微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设

3、计8 8微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计9 9 1946年年，美国宾夕法尼亚大学莫尔学院的物理学博士，美国宾夕法尼亚大学莫尔学院的物理学博士Mauchley和电气工程师和电气工程师Eckert领导的小组研制成功世界上第一台数字式电子领导的小组研制成功世界上第一台数字式电子计算机计算机ENIAC 。 著名的美籍匈牙利数学家著名的美籍匈牙利数学家Von Neumann参加了为改进参加了为改进ENIAC而而举行的一系列专家会议，研究了新型计算机的体系结构。举行的一系列专家会议，研究了新型计算机的体系结构。 1949年年，英国剑桥大学的威尔克斯等人在，英国剑桥大学的威尔

4、克斯等人在EDSAC 机上实现了机上实现了冯冯诺依曼模式。诺依曼模式。 直至今天冯直至今天冯诺依曼体系结构依然是绝大多数数诺依曼体系结构依然是绝大多数数字计算机的基础字计算机的基础。计算机的体系结构计算机的体系结构微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计1010计算机的组成计算机的组成(1)(1)微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计11 11同步数字系统同步数字系统计算机的组成计算机的组成(2)(2)微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计1212核心核心系统架构系统架构软件基础软件基础本课程涉及主要内容：本课程涉及主

5、要内容： 计算机体系结构与组成原理；计算机体系结构与组成原理； 微处理器系统结构；微处理器系统结构； 嵌入式系统设计技术；嵌入式系统设计技术；硬件基础硬件基础计算机专业课程计算机专业课程微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计1313考核方式考核方式n考核方式：有限开卷考核方式：有限开卷n成绩构成成绩构成u平时成绩：平时成绩：10u实验成绩：实验成绩：15u期中考试：期中考试：15u期末考试：期末考试：60微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计1414教材教材n微处理器系统结构微处理器系统结构及嵌入式系统设计，及嵌入式系统设计，李广军等，电子工

6、李广军等，电子工业出版社，业出版社，2009.8微处理器系统结构及微处理器系统结构及嵌入式系统设计，李嵌入式系统设计，李广军等，电子工业出广军等，电子工业出版社（第版社（第2版），版），20011.8微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计1515参考书目参考书目n郭新房等译郭新房等译. Stephen D. Burd著著. 系统体系结构系统体系结构（第（第5版），清华大学出版社，版），清华大学出版社，2007年年n张晨曦、王志英等编著张晨曦、王志英等编著. 计算机系统结构，高等计算机系统结构，高等教育出版社，教育出版社，2008年年 n潘松，潘明编著潘松，潘明编著.

7、现代计算机组成原理，科学出现代计算机组成原理，科学出版社，版社，2007年年n张昆藏等译张昆藏等译. William Stallings著著. 计算机组织与计算机组织与体系结构体系结构-性能设计（第七版），清华大学出版社，性能设计（第七版），清华大学出版社，2006年年n杜春雷编著杜春雷编著. ARM体系结构与编程，清华大学出体系结构与编程，清华大学出版社，版社，2007年年n任哲等编著任哲等编著. ARM体系结构及其嵌入式处理器，体系结构及其嵌入式处理器，北京航空航天大学出版社，北京航空航天大学出版社，2007 微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计1616学时分配

8、学时分配n课堂教学：课堂教学：64学时学时u概述（概述（2学时）学时）u计算机系统组成与工作原理（计算机系统组成与工作原理（10学时）学时）u微处理器体系结构及关键技术（微处理器体系结构及关键技术（6学时）学时）u总线技术与总线标准（总线技术与总线标准（6学时）学时）u存储器系统（存储器系统（8学时）学时）u输入输入/输出接口（输出接口（8学时）学时）uARM微处理器编程模型（微处理器编程模型（4学时）学时）uARM汇编指令（汇编指令（4学时）学时）uARM程序设计（程序设计（4学时）学时）u基于基于ARM微处理器的硬件系统设计（微处理器的硬件系统设计（5学时）学时）u基于基于ARM微处理器的

9、软件系统设计（微处理器的软件系统设计（5学时）学时）u基于基于ARM微处理器核的微处理器核的SoC设计（设计（2学时）学时）微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计1717学时分配学时分配n实验：实验：16学时学时u基于基于ARM的嵌入式的嵌入式Linux开发环境建立开发环境建立uARM平台下多线程应用程序设计实验平台下多线程应用程序设计实验u基于基于ARM的的SCI/SPI串行通讯实验串行通讯实验u基于基于ARM的触摸屏驱动程序设计实验的触摸屏驱动程序设计实验u基于基于ARM的的AC97音频驱动及应用实验音频驱动及应用实验u多平台兼容的多平台兼容的ARM9硬件开发环境

10、搭建硬件开发环境搭建u基于基于ARM的模块方式驱动程序设计实验的模块方式驱动程序设计实验u基于基于ARM的的SD卡读写及文件系统设计实验卡读写及文件系统设计实验u基于基于ARM的的USB OTG接口实验接口实验u基于基于ARM的的GPRS通讯实验通讯实验u基于基于ARM的以太网通讯实验的以太网通讯实验u基于基于ARM的无线传感器网络实验的无线传感器网络实验微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计1818实验设备实验设备微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计1919课程简介课程简介n是电子类专业最重要的是电子类专业最重要的专业基础课专业基础课程之

11、一，研究程之一，研究微处理器系统结构及嵌入式系统原理及设计方法微处理器系统结构及嵌入式系统原理及设计方法n前修课程：前修课程：数字逻辑电路设计数字逻辑电路设计，计算机技术基础计算机技术基础n后修课程：后修课程：嵌入式系统嵌入式系统，工业控制工业控制n课程目标：理解微处理器系统结构、工作原理，课程目标：理解微处理器系统结构、工作原理，具备初步设计微处理器硬件系统、编写较简单程具备初步设计微处理器硬件系统、编写较简单程序的能力，熟悉使用微处理器系统的设计开发工序的能力，熟悉使用微处理器系统的设计开发工具具n课程主要内容课程主要内容u微处理器芯片结构、模块功能及作用微处理器芯片结构、模块功能及作用u

12、微处理器系统结构及工作原理微处理器系统结构及工作原理u微处理器系统接口微处理器系统接口uARMARM指令系统及编程指令系统及编程u嵌入式系统设计嵌入式系统设计微型计算机系统原理及接口技微型计算机系统原理及接口技术术2020第一章第一章 概述概述微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计第一章第一章概述概述1.1 计算机发展概述计算机发展概述（了解）（了解）电子计算机发展概述电子计算机发展概述普适计算与泛在通信普适计算与泛在通信1.2 集成电路与集成电路与SoC设计设计（理解）（理解）集成电路技术的发展集成电路技术的发展基于基于IP的的SoC设计设计1.3 先进的处理器技术

13、先进的处理器技术（了解）（了解）片上多核处理器片上多核处理器(CMP)流处理器流处理器(Stream Processor)PIM(Processor In Memory)可重构计算处理器可重构计算处理器1.4 嵌入式系统嵌入式系统（了解）（了解）嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点嵌入式系统中的处理器嵌入式系统中的处理器嵌入式系统的组成嵌入式系统的组成嵌入式系统的发展现状与趋势嵌入式系统的发展现状与趋势学习嵌入式系统的意义学习嵌入式系统的意义2121微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计2222现代信息科学的六大组成部分现代信息科学的六大

14、组成部分n信息的信息的生成、获取、存储、传输、处理及其生成、获取、存储、传输、处理及其应用应用是现代信息科学的六大组成部分，是现代信息科学的六大组成部分，n计算机在信息的计算机在信息的后五部分后五部分都起到关键作用都起到关键作用n计算机的发展一直和计算机的发展一直和数字电路设计数字电路设计的发展相的发展相辅相成，互相促进辅相成，互相促进 n从计算机学科的角度分析，从计算机学科的角度分析，嵌入式系统嵌入式系统在一在一定程度上代表了未来计算机发展的方向定程度上代表了未来计算机发展的方向微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计2323ITIT行业的四大定律行业的四大定律 Mo

15、ore定律：微处理器内定律：微处理器内晶体管集成度晶体管集成度每每18个月翻一番；个月翻一番； Bell定律：如果保持计算能力不变，定律：如果保持计算能力不变，微处微处理器的价格理器的价格每每18个月减少一半；个月减少一半； Gilder定律：未来定律：未来25年（年（1996年预言）里，年预言）里，主干网的带宽主干网的带宽将每将每6个月增加一倍；个月增加一倍； Metcalfe定律：网络价值同网络用户数的定律：网络价值同网络用户数的平方成正比平方成正比微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计24241.11.1计算机发展概述计算机发展概述机械式计算机的启蒙时代机械式计

16、算机的启蒙时代 n公元前公元前3000年，中国年，中国古代使用珠子计数古代使用珠子计数n后来发明算盘后来发明算盘微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计2525中世纪（中世纪（18221822）Charles Babbage (1791-1871）出生于英国，父亲是银行家提出分析引擎的设计，用于差分运算difference engine微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计2626分析引擎照片分析引擎照片analytical engine, 1834微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计27271.1.1 1.1.1

17、电子计算机发展概述电子计算机发展概述n美国发明家佛斯特（美国发明家佛斯特（Lee de Forest）于）于1906年发明了年发明了电子管电子管n1909年起，年起，BELL实验室相继发明电子管收音机、电子实验室相继发明电子管收音机、电子管录放机、电子管电视机、唱片机、无线电发报机管录放机、电子管电视机、唱片机、无线电发报机 n1920年在美国宾夕法尼亚大学摩尔电子工程学院开始研年在美国宾夕法尼亚大学摩尔电子工程学院开始研究大规模数字计算机究大规模数字计算机n1943年年Mauchly and Eckert 等给美国军方建议研制数等给美国军方建议研制数字积分器，每秒能计算一个轨道参数字积分器，

18、每秒能计算一个轨道参数n1943年年5月，月， ENIAC开始设计，开始设计，n1944年初，提出程序存储的概念年初，提出程序存储的概念n1944年年7月，月，2个累加器正常工作个累加器正常工作n1945年春，年春，ENIAC研制成功研制成功累加器：累加器：28个真空管个真空管1电子管时代电子管时代微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计2828ENIACENIACn18,000电子管n1500个继电器n70,000电阻n5M个焊点n占地1,800平方英尺n功率180,000瓦n重量30吨n运算速度5000次/秒微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系

19、统设计2929ENIACENIAC微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计3030英国英国 Manchester Mark I (1948)Manchester Mark I (1948)n开发成功固体电子存开发成功固体电子存储器储器n程序存储程序存储n存储器：存储器：32字字32位位n1949年年10月全部完成月全部完成微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计3131EDSACEDSACn英国剑桥，英国剑桥，1945年年微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计32322 2晶体管晶体管(transistor)(trans

20、istor)时代时代n1947年年12月，月，肖克莱、巴丁和布拉顿肖克莱、巴丁和布拉顿 锗点锗点接触型晶体管接触型晶体管n1950年面结型硅晶体管年面结型硅晶体管n1953年半导体材料区域提纯年半导体材料区域提纯n1958年第一块集成电路年第一块集成电路u德克萨斯仪器公司德克萨斯仪器公司(TI) - Ge ICu仙童公司仙童公司(Fairchild) - Si ICn1960年年MOS场效应管场效应管微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计3333第一个点接触型锗晶体管第一个点接触型锗晶体管巴丁巴丁(左左)肖克莱肖克莱(中中)布拉顿布拉顿1947年年12月，月，3人研制

21、人研制出出点接触型晶体管点接触型晶体管1948年年1月肖构思了面结月肖构思了面结型晶体管，直到型晶体管，直到1950年年4月研制成功月研制成功微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计3434第一台集成电路的计算机第一台集成电路的计算机IBM360(IBM360(第三代第三代) )1964年年4月，月，IBM研制第研制第一台采用集成电路的一台采用集成电路的计算机，兼顾科学计计算机，兼顾科学计算和事务处理算和事务处理微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计3535中、小规模集成电路计算机中、小规模集成电路计算机n第三代计算机是第三代计算机是中、小规模

22、集成中、小规模集成电路计算机时代，电路计算机时代，它是以集成电路它是以集成电路作为基础元件，作为基础元件，这是微电子与计这是微电子与计算机技术相结合算机技术相结合的一大突破，并的一大突破，并且有了操作系统。且有了操作系统。微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计3636INTEL4004INTEL40041971.11.15集成集成2250个元件个元件第第1个微处理器个微处理器微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计3737INTEL8008INTEL80081972.4集成了集成了3500第第1个个8位微处理器位微处理器微处理器系统结构与嵌入式

23、系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计3838集成度的迅猛发展集成度的迅猛发展 n半导体技术发展的事实像半导体技术发展的事实像MooreMoore定律所预言定律所预言的一样，科学家和工程师解决了一个又一的一样，科学家和工程师解决了一个又一个的技术障碍，使个的技术障碍，使MOSMOS工艺每隔几年现款就工艺每隔几年现款就缩小二分之一缩小二分之一计算机进入是大规模集成电路计算机进入是大规模集成电路(Large Scale (Large Scale Integration)Integration)和超大规模集成电路和超大规模集成电路(VLSI)(VLSI)时代，软件方面发展了数据库系统，分布时代，软

24、件方面发展了数据库系统，分布式操作系统，网络软件等式操作系统，网络软件等微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计3939集成度的迅猛发展集成度的迅猛发展 微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计4040INTELINTEL处理器处理器n处理器处理器时间时间 宽度宽度 存储器存储器 速度速度MIPSn4004197141Kn80081972816Kn80801974864Kn8088198081M.33n802861982161M3n803861985324G11n804861989324G41nPentium 1993 64 4G 111n微处理

25、器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计4141奔腾系列处理器奔腾系列处理器奔腾处理器奔腾处理器1994,100 MHz, 3.3V,集成集成3M 元件元件奔腾奔腾II:1997.5.7, 266 MHz, 3.3V,集成集成7.5M个元件个元件微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计4242Intel Pentium (IV) Microprocessor:1999,1.2 GHz, Intel Pentium (IV) Microprocessor:1999,1.2 GHz, 1.8V,42M Components1.8V,42M Componen

26、ts微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计4343Intel core i7 Intel core i7 四核处理器四核处理器微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计4444新型的计算机新型的计算机n生物计算机生物计算机n模糊计算机模糊计算机n光计算机光计算机n量子计算机量子计算机n超导计算机超导计算机n思考：还有哪些公司的什么处理器和计算机？请举例说明思考：还有哪些公司的什么处理器和计算机？请举例说明计算机发展计算机发展过程示意图过程示意图微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计1.1.2 1.1.2 普适计算与泛在通

27、信普适计算与泛在通信n普适计算（普适计算（Ubiquitous computing）：）：4545小型、便宜、网络小型、便宜、网络化的处理设备广泛化的处理设备广泛分布在日常生活的分布在日常生活的各个场所，计算设各个场所，计算设备将不只依赖命令备将不只依赖命令行、图形界面进行行、图形界面进行人机交互，而更依人机交互，而更依赖赖“自然自然”的交互的交互方式方式微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计泛在通信泛在通信(无所不在的计算机无所不在的计算机)4646微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计无线传感器网络无线传感器网络4747微处理器系统结构与

28、嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计物联网技术物联网技术4848微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计物联网技术物联网技术4949微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计50501.2 1.2 集成电路与集成电路与SoCSoC设计设计美国德州仪器美国德州仪器杰克，基尔比（杰克，基尔比（Jack,Kilby）1958年年9月，集成了月，集成了5个元个元件，件，锗材料锗材料，相移振荡器，相移振荡器第第一一块块集集成成电电路路1.2.1集成电路技术的发展集成电路技术的发展微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计515

29、1第一块集成电路第一块集成电路n1959年年7月，美国仙童月，美国仙童公司诺伊斯公司诺伊斯(Robert Royce)n二氧化硅屏蔽的扩散二氧化硅屏蔽的扩散技术和技术和PN结的隔离技结的隔离技术，术，硅平面上硅平面上的集成的集成电路，更具商业化电路，更具商业化n都申请了专利，且诺都申请了专利，且诺伊斯的先批准，都认伊斯的先批准，都认为是集成电路的发明为是集成电路的发明者者Robert Royce微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计集成电路工艺集成电路工艺年 度199920022005200820112014特征尺寸(m)0.180.130.090.0650.500.

30、035集成规模(transistors)120M330M880M2.5G7.1G19.9G5252微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计1.2.2 基于基于IP的的SOC设计设计系统知识系统知识 (硬件与软件硬件与软件)电路设计知识电路设计知识 (DAC、ADC 等等)制造工艺知识制造工艺知识(90nm, 65nm, 45nm)晶圆工艺知识晶圆工艺知识(300mm 晶圆晶圆)A/DA/D数字射频处理器数字射频处理器数字滤波与控制数字滤波与控制混合信混合信号处理号处理器器 数字数字 基基带带混合信号混合信号处理器处理器软硬件协同设计设计及验证技术软硬件协同设计设计及验证

31、技术IP核生成和复用技术核生成和复用技术超深亚微米工艺及纳米超深亚微米工艺及纳米IC设计技术设计技术5353微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计片上网络片上网络(NOC) 技术技术P处理器处理器 M存储器存储器 C缓存缓存 rni网络接口网络接口S交换开关交换开关Dsp核核 re可重构逻辑可重构逻辑L专用逻辑专用逻辑5454微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计1.3 1.3 先进的处理器技术先进的处理器技术n多核处理器多核处理器5555微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计5656多核处理器并行结构多核处理器并行

32、结构 n提高计算机性能的提高计算机性能的方法方法u提高时钟频率，以加快提高时钟频率，以加快CPU的执行速度的执行速度u流水线技术流水线技术u并行处理技术并行处理技术n计算机系统模型计算机系统模型u单指令单数据单指令单数据SISDu单指令多数据单指令多数据SIMDu多指令单数据多指令单数据MISDu多指令多数据多指令多数据MIMDn多处理器多处理器组织方式组织方式u对称多处理机对称多处理机(Symmetric MultiProcessor，SMP)u机群系统机群系统(cluster)微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计5757用单总线连接的多处理器用单总线连接的多处理

33、器 微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计5858通过网络连接的多处理器通过网络连接的多处理器 微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计5959片内多处理器和多线程技术片内多处理器和多线程技术 n多个微处理器通过多个微处理器通过互连网络连接共享互连网络连接共享的一种替代的一种替代方式是片内处理器方式是片内处理器n在这种设计中，处理器通常在这种设计中，处理器通常共享共享一些一些高速缓存和高速缓存和外部内存接口外部内存接口。很明显，当所有的部件都在同一。很明显，当所有的部件都在同一芯片上时，芯片间通信的延迟就会小得多芯片上时，芯片间通信的延迟就会小

34、得多微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计60601.4 嵌入式系统n嵌入式系统或嵌入式计算机系统，是专用的计嵌入式系统或嵌入式计算机系统，是专用的计算机系统，随着技术的发展，嵌入式系统无处算机系统，随着技术的发展，嵌入式系统无处不在不在 .微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计6161按应用来分类按应用来分类信息家电类信息家电类移动终端类移动终端类通信类通信类汽车电子类汽车电子类工业控制类工业控制类微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计6262一、嵌入式系统的概念一、嵌入式系统的概念 nIEEE定义定义:嵌入式系统

35、(embeded system)是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”(devices used to control, monitor，or assist the operation equipment , machinery or plants)n国内普遍认同的定义：国内普遍认同的定义：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，即“嵌入到对象体系中的专用计算机系统嵌入到对象体系中的专用计算机系统”微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计6363二、嵌入式系统的特点二、嵌入式

36、系统的特点 n嵌入式系统通常是嵌入式系统通常是面向特定应用面向特定应用的，如的，如ARM系列多用于系列多用于移动电话中，移动电话中，PowerPC用于网络设备中。用于网络设备中。n嵌入式系统是一个嵌入式系统是一个技术密集、资金密集、技术密集、资金密集、高度分散并高度分散并不断不断创新创新的知识集成系统，嵌入式系统的开发和应用不容易在的知识集成系统，嵌入式系统的开发和应用不容易在市场上形成垄断。市场上形成垄断。n嵌入式系统的硬件和软件都必须嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计高效率地设计。n嵌入式处理器的嵌入式处理器的应用软件应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，是实现嵌入式系统功能的关键，和

37、通用计算机有以下不同点：和通用计算机有以下不同点：u软件要求固件化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中；软件要求固件化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中；u要求高质量、高可靠性的软件代码；要求高质量、高可靠性的软件代码；u许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。n嵌入式系统和具体应用嵌入式系统和具体应用有机地结合有机地结合在一起，嵌入式系统产在一起，嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。n嵌入式系统需要有一套嵌入式系统需要有一套开发工具和环境开发工具和环境微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处

38、理器系统结构与嵌入式系统设计以应用为中心以应用为中心 软、硬件可软、硬件可裁剪裁剪 对体积、功对体积、功耗、实时性、耗、实时性、可靠性、功能、可靠性、功能、成本等有严格成本等有严格约束约束嵌入式系统的特点微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计6565三、嵌入式系统的组成三、嵌入式系统的组成 n嵌入式系统分为如下三大部分嵌入式系统分为如下三大部分 u 嵌入式系统的硬件嵌入式系统的硬件,嵌入式系统的硬件包括嵌嵌入式系统的硬件包括嵌入式核心芯片、存储器系统及外部接口。入式核心芯片、存储器系统及外部接口。 u嵌入式系统的软件嵌入式系统的软件。嵌入式系统的软件主要包。嵌入式系统

39、的软件主要包括两大部分：嵌入式操作系统和应用软件。括两大部分：嵌入式操作系统和应用软件。 u嵌入式系统的开发工具和开发系统嵌入式系统的开发工具和开发系统 微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计硬件硬件软件软件开发系统开发系统嵌入式处理器嵌入式处理器存储器系统存储器系统外部接口外部接口EMPUEMCUEDSPESoCEPSoC程序程序ROM数据数据RAM参数参数EEPROMNVRAM并行接口并行接口串行接口串行接口音视频接口音视频接口网络接口网络接口嵌入式操作系统嵌入式操作系统应用软件应用软件VxWorksc/OSWindows CE嵌入式嵌入式Linux编译器编译器链

40、接器链接器调试器调试器集成软件环境集成软件环境硬件工具硬件工具仿真器仿真器编程器编程器在线调试工具在线调试工具外围设备外围设备键盘键盘LCD存储设备存储设备音频设备音频设备专用设备专用设备嵌入式系统的组成微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计7070四、嵌入式系统的发展趋势四、嵌入式系统的发展趋势 n开发平台的完备化 n嵌入式系统的网络化 n系统的集成度的提高和性能指标的提高 n友好的人机界面微处理器系统结构与嵌入式系统设计微处理器系统结构与嵌入式系统设计作业：作业：2 2、3 3、5 5、8 8思考：思考：4 4、6 6、9 97171