第二讲、嵌入式系统体系课件.ppt
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- 第二 嵌入式 系统 体系 课件
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1、嵌入式系统原理及应用嵌入式系统原理及应用第二讲、嵌入式系统体系第二讲、嵌入式系统体系嵌入式系统体系嵌入式系统体系q学习目的学习目的 学会从不同的视角去分析嵌入式计算机系统与微学会从不同的视角去分析嵌入式计算机系统与微型计算机系统之间的关系型计算机系统之间的关系 掌握四种典型的嵌入式处理器体系基本特点并了掌握四种典型的嵌入式处理器体系基本特点并了解各类处理器的代表产品解各类处理器的代表产品嵌入式系统体系嵌入式系统体系OutLineq嵌入式系统与微机系统嵌入式系统与微机系统q嵌入式微控制器嵌入式微控制器q嵌入式嵌入式DSP处理器处理器q嵌入式微处理器嵌入式微处理器q嵌入式片上系统(嵌入式片上系统(
2、SOC)q一些特殊的嵌入式系统体系一些特殊的嵌入式系统体系嵌入式系统与微机系统嵌入式系统与微机系统q过去:源于微机系统嵌入式化过去:源于微机系统嵌入式化q现在:逐渐成为一个独立的分支,但在体系现在:逐渐成为一个独立的分支,但在体系结构上没有脱离微机的范畴,技术上不断吸结构上没有脱离微机的范畴,技术上不断吸纳微机新技术的同时也形成一些自己的特点纳微机新技术的同时也形成一些自己的特点q未来:从微机体系中完全独立?未来:从微机体系中完全独立?Review:嵌入式系统体系分类嵌入式系统体系分类嵌入式微控制器(嵌入式微控制器(EMCU)嵌入式嵌入式DSP处理器(处理器(EDSP)嵌入式微处理器(嵌入式微
3、处理器(EMPU)嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SOC)嵌入式嵌入式处理器处理器嵌入式微控制器嵌入式微控制器q嵌入式微控制器(MicroController Unit MCU)典型代表是单片机。单片机芯片内部集成了ROM/EPROM(可擦可编程只读存储器)、RAM、总线、定时器、看门狗、I/O、A/D、D/A等各种功能和外设。微控制器的片上外设资源丰富,适合于控制,因此称为微控制器。代表性的有:8051、MCS-251、MCU 8xc930嵌入式微控制器嵌入式微控制器q结构特点结构特点 集成度较高,计算机集成度较高,计算机5大部件全部包含在一个芯大部件全部包含在一个芯片内片内 接口功能齐全接口
4、功能齐全 产品结构简单产品结构简单Review:嵌入深度划分:嵌入深度划分q嵌入式系统嵌入式系统(ES)的嵌入深度的嵌入深度ED=F(计算机大计算机大小小;芯片工艺芯片工艺;系统复杂程度不同系统复杂程度不同;使用环境条使用环境条件件;以及其它原因以及其它原因)qA级级 浅嵌入,微处理器为核心浅嵌入,微处理器为核心 qB级级 中等嵌入,微控制器为核心中等嵌入,微控制器为核心 qC级级 中等嵌入,数字微处理器为核心中等嵌入,数字微处理器为核心 qD级级 深嵌入,片上系统为核心深嵌入,片上系统为核心 Review:从从8位单片机开始位单片机开始q1972年年Intel公司的公司的8008是是8位单片
5、机的雏位单片机的雏形形q1976年年Intel公司推出公司推出MCS-48,是真正意,是真正意义上的义上的8位单片机位单片机q单片机的出现标志着单片机的出现标志着嵌入式系统开始独立发嵌入式系统开始独立发展展8位单片机发展历程位单片机发展历程q1972年年Intel公司的公司的8008是是8位单片机的雏位单片机的雏形形q1976年年Intel公司推出公司推出MCS-48,是真正意,是真正意义上的义上的8位单片机位单片机q这类单片机不带串行接口,寻址范围一般在这类单片机不带串行接口,寻址范围一般在4KB内。其功能可满足一般工业控制和智能内。其功能可满足一般工业控制和智能化仪器等的需要化仪器等的需要
6、q MOSTEK公司的公司的3870等也是这类单片机的等也是这类单片机的代表代表q这一时期是微处理器的低端时期这一时期是微处理器的低端时期8位单片机发展历程位单片机发展历程qIntel公司于公司于1980年推出的年推出的MCS-51奠定了奠定了单片微型计算机的经典体系结构单片微型计算机的经典体系结构q不久实施了不久实施了8051的技术开放政策的技术开放政策qPHILIPS公司作为全球著名的电器商以其在公司作为全球著名的电器商以其在电子应用系统的优势,着力发展电子应用系统的优势,着力发展80C51的控的控制功能及外围单元。将制功能及外围单元。将MCS-51的单片微型的单片微型计算机迅速地推进到计
7、算机迅速地推进到80C51的的MCU时代,形时代,形成了可满足大量嵌入式应用的单片机系列产成了可满足大量嵌入式应用的单片机系列产品。品。8位单片机发展历程位单片机发展历程q世界上很多知名芯片厂商都开始生产世界上很多知名芯片厂商都开始生产51架构架构的单片机的单片机q51单片机到目前仍然在低端的嵌入式应用中单片机到目前仍然在低端的嵌入式应用中独领风骚独领风骚q这类单片机带有串行接口,寻址范围可达这类单片机带有串行接口,寻址范围可达64KB,有多级中断处理系统、,有多级中断处理系统、16位定时器位定时器计数器。其功能较强,是目前应用的主要产计数器。其功能较强,是目前应用的主要产品品8位单片机发展历
8、程位单片机发展历程q这一类单片机的代表还有这一类单片机的代表还有PIC16F8系列、系列、AT90S4433(AVR)、)、MOTOROLA公司公司的的Z8和和NEC公司的公司的MPD7800等产品等产品q这一时期,这一时期,8位单片机步入高端时期位单片机步入高端时期8位单片机发展历程位单片机发展历程q目前的目前的8位单片机在原有架构的基础上向高速、多位单片机在原有架构的基础上向高速、多功能、低功耗等方向发展功能、低功耗等方向发展qCygnal C8051F对对80C51的技术突破的技术突破-采用采用CIP-51内核大力提升内核大力提升CISC结构运行速度结构运行速度-I/O从固定方式到交叉开
9、关配置从固定方式到交叉开关配置-从系统时钟到时钟系统从系统时钟到时钟系统-从传统的仿真调试到基于从传统的仿真调试到基于JTAG接口的在系统调接口的在系统调试试-从引脚复位到多源复位从引脚复位到多源复位-最小功耗系统的最佳支持最小功耗系统的最佳支持16位单片机位单片机qMOSTEK公司于公司于1982年首先推出了年首先推出了16位单位单片机片机68200qINTEL公司于公司于1983年推出年推出16位单片机位单片机8096q与与8位单片机相比速度和控制功能大幅度提位单片机相比速度和控制功能大幅度提高,具有很强的实时处理能力高,具有很强的实时处理能力Review:嵌入式系统体系分类嵌入式系统体系
10、分类嵌入式微控制器(嵌入式微控制器(EMCU)嵌入式嵌入式DSP处理器(处理器(EDSP)嵌入式微处理器(嵌入式微处理器(EMPU)嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SOC)嵌入式嵌入式处理器处理器嵌入式嵌入式DSP处理器处理器q嵌入式DSP处理器 (Digital Signal Prosessor DSP)是专门用于信号处理方面的处理器。在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计。在信号处理方面的速度特别快,成为语音处理、图像处理技术的基础。在通信领域使用广泛。典型代表是:TI 公司的TMS320c2000/c5000系列。嵌入式嵌入式DSP处理器处理器q结构特点结构特点 集成度高,在硬件结构集成的
11、基础上还有功能的集成度高,在硬件结构集成的基础上还有功能的集成集成 功能相对单一功能相对单一 一般作为协处理器一般作为协处理器Review:嵌入深度划分:嵌入深度划分q嵌入式系统嵌入式系统(ES)的嵌入深度的嵌入深度ED=F(计算机大计算机大小小;芯片工艺芯片工艺;系统复杂程度不同系统复杂程度不同;使用环境条使用环境条件件;以及其它原因以及其它原因)qA级级 浅嵌入,微处理器为核心浅嵌入,微处理器为核心 qB级级 中等嵌入,微控制器为核心中等嵌入,微控制器为核心 qC级级 中等嵌入,数字微处理器为核心中等嵌入,数字微处理器为核心 qD级级 深嵌入,片上系统为核心深嵌入,片上系统为核心 Revi
12、ew:嵌入式系统与微机系统嵌入式系统与微机系统q过去:源于微机系统嵌入式化过去:源于微机系统嵌入式化q现在:逐渐成为一个独立的分支,但在体系现在:逐渐成为一个独立的分支,但在体系结构上没有脱离微机的范畴,技术上不断吸结构上没有脱离微机的范畴,技术上不断吸纳微机新技术的同时也形成一些自己的特点纳微机新技术的同时也形成一些自己的特点q未来:从微机体系中完全独立?未来:从微机体系中完全独立?Review:嵌入式系统体系分类嵌入式系统体系分类嵌入式微控制器(嵌入式微控制器(EMCU)嵌入式嵌入式DSP处理器(处理器(EDSP)嵌入式微处理器(嵌入式微处理器()嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SOC)嵌入
13、式嵌入式处理器处理器EMCU2.4 嵌入式微处理器嵌入式微处理器OutLineq嵌入式微处理器特点嵌入式微处理器特点q与嵌入式微控制器的比较与嵌入式微控制器的比较q与与DSP处理器之间的比较处理器之间的比较q与通用微机与通用微机CPU的比较的比较q代表产品介绍代表产品介绍2.4.1 嵌入式微处理器特点嵌入式微处理器特点一、嵌入式微处理器 (Embedded MicroProsessor Unit EMPU)q32位以上、处理能力强位以上、处理能力强q工作温度、抗电磁干扰、可靠性工作温度、抗电磁干扰、可靠性q体系架构上以体系架构上以 架构为主流架构为主流q :A级级嵌入深度嵌入深度RISCRev
14、iew:RISC设计思想设计思想q指令系统大多选取简单指令,而且大多数指令单周指令系统大多选取简单指令,而且大多数指令单周期完成。期完成。q采用采用LOADSTORE结构,只有取数存数指令访结构,只有取数存数指令访问存储器。问存储器。q采用固定的指令格式,较少的指令数和寻址方式。采用固定的指令格式,较少的指令数和寻址方式。q以硬布线控制为主,不用或少用微指令码控制。以硬布线控制为主,不用或少用微指令码控制。q采用面向寄存器的结构。采用面向寄存器的结构。q十分重视提高流水线的执行效率的设计。十分重视提高流水线的执行效率的设计。q特别注重采用编译优化技术,减少程序执行时间。特别注重采用编译优化技术
15、,减少程序执行时间。Review:嵌入深度划分:嵌入深度划分q嵌入式系统嵌入式系统(ES)的嵌入深度的嵌入深度ED=F(计算机大计算机大小小;芯片工艺芯片工艺;系统复杂程度不同系统复杂程度不同;使用环境条使用环境条件件;以及其它原因以及其它原因)qA级级 浅嵌入,微处理器为核心浅嵌入,微处理器为核心 qB级级 中等嵌入,微控制器为核心中等嵌入,微控制器为核心 qC级级 中等嵌入,数字微处理器为核心中等嵌入,数字微处理器为核心 qD级级 深嵌入,片上系统为核心深嵌入,片上系统为核心 二、二、EMPU功能特点功能特点q实时性实时性q存储区的保护存储区的保护q可扩展性可扩展性q低功耗低功耗1、实时性
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