嵌入式基础东软IT人才实训中心
课程结构
2.0第三章：计算机组织与体系结构 2.0第四章：输入输出
7.0第五章：单片机体系结构15.0第六章：单片机C程序设计12.0
第七章：基于PROTEUS的应用
2.5第二章：数字逻辑与存储
1.5第一章：嵌入式系统概论课时（H ）
内容
第一章：嵌入式系统概论
学时：1.5学时教学方法：讲授ppt+
案例分析
目标:
本章旨在向学员介绍嵌入式的概念，通过本章的学习，学员应该掌握如下知识：
;了解嵌入式系统的定义
;了解嵌入式系统与通用计算机系统的区别
;了解微处理器的类型及主流嵌入式操作系统
1. 1 计算机发展的重大阶段
近代计算机阶段：始于五十年代的由IBM, Honeywell等公司率先研制的大型机。
现代计算机阶段：始于七十年代的个人计算机。
1946-1956年：电子管计算机的时代。
1956-1964年：晶体管的计算机时代：操作系统。
1964-1970年：集成电路的计算机时代。
1970-现在：超大规模集成电路的计算机时代。
当代计算机阶段：计算机正迈入下一个充满机遇的阶段—“后PC时代”或“无处不在的计算机”阶段。
1.2 什么是嵌入式系统
如：PC机、服务器、大型计算机等。
1.2 什么是嵌入式系统(续)
通用计算机－看得见的计算机
1.3 嵌入式系统定义
“Embedded system is devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or
plants”.
——IEEE 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”
嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和I／O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。
1.3.1 ABS 系统--嵌入式系统的一个应用实例
brake
sensor brake
sensor brake sensor
brake sensor
ABS
液压泵
图1-1 汽车防抱死刹车系统ABS(Anti-locked Braking System)
1.3.2 Mars Rover火星车—高端嵌入式系统的应用
(主板正面)图1-2 美国NASA于2004年1月送到火星上去的“机遇”号火星车
(主板背面)
1.3.3 钢铁侠与机械战衣-未来的机器人技术
1.4 嵌入式系统与通用计算机系统
I/O 设备
CPU
主存
I/O 控制器
图1-3 嵌入式系统具有与通用计算机系统类似的体系结构
数字逻辑层
微体系结构机器语言操作系统应用程序编辑器编译器解释器硬件
系统软件
应用软件
?一般不能再编程
?应用程序可重新编制
二次开发性
?采用交叉开发方式，开发
平台一般是通用计算机，运行平台是嵌入式系统。?开发平台和运行平台都是通用
计算机开发方式
?面向应用的嵌入式微处理
器，总线和外部接口多集成在处理器内部。
?软件与硬件是紧密集成在
一起的。?通用处理器、标准总线和外设
。
?软件和硬件相对独立。
组成
?看不见的计算机。
?形式多样，应用领域广泛
，按应用来分。?看得见的计算机。
?按其体系结构、运算速度和结
构规模等因素分为大、中、小型机和微机。形式和类型
嵌入式系统
通用计算机
特征1.4.1 嵌入式系统与计算机的区别
嵌入式系统一般由嵌入式硬件和软件组成
硬件以微处理器为核心集成存储器和系统专用的输入/输出设备
软件包括：初始化代码及驱动、嵌入式操作系统和应用程序等，这些软件有机地结合在一起，形成系统特定的一体化软件。
1.4.2 嵌入式系统结构
硬件平台
硬件抽象层嵌入式操作系统嵌入式应用
1.5 嵌入式的发展历程
嵌入式系统的出现和兴起（1960-1970）
-20世纪60年代以晶体管、磁芯存储为基础的计算机开始用于航空等军用领域。
嵌入式系统开始走向繁荣，软件和硬件日臻完善（1971-1989）
-在1965～1970年，当时计算机已开始采用集成电路，即第三代计算机。在军事、航空航天领域、工业控制的需求推动下。
嵌入式系统应用走向纵深（1990年-现在）
-嵌入式系统大发展是在微处理器问世之后
1.5.1 嵌入式系统的软件
?软件技术的进步使嵌入式系统日臻完善
–在微处理器出现的初期，为了保障嵌入式软件的时间、空间效率，软件只能用汇编语言编写。
–由于微电子技术的进步，对软件的时空效率的要求不再那么苛刻了，嵌入式计算机的软件开始使用PL/M、C等高级语言
。
–对于复杂的嵌入式系统来说除了需要高级语言开发工具外，还需要嵌入式实时操作系统的支持。
1.5.2 嵌入式系统的硬件
嵌入式微处理器；
嵌入式微控制器；
嵌入式DSP处理器；
嵌入式片上系统（SOC）
嵌入式片上可编程系统(SOPC)
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。
和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。如STD-BUS、PC104等。
嵌入式微控制器又称单片机
单片机，它是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。
和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从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统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于微控制器。
控制，因此称微控制器
嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、
MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多ARM芯片等。目前MCU占嵌入式系统约70％的市场份额。
1.5.
2.3 嵌入式系统的硬件——嵌入式DSP处理器
DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、
频谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从
在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP
处理器。
嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是Texas Instruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000 系列。TMS320系列处理器包
括用于控制的C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高
的C6000和C8000系列。DSP56000目前已经发展成为DSP56000，
DSP56100，DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。另外PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP结构低成本、低
功耗技术上制造的R. E. A. L DSP处理器，特点是具备双Harvard结
构和双乘/累加单元，应用目标是大批量消费类产品。
1.5.
2.4 嵌入式系统的硬件——嵌入式片上系统SOC
随着EDA的推广和VLSI设计的普及化及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是System On
Chip(SOC)。各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为VLSI设计中一种标准的器件，用标准的VHDL等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。
SoC可以分为通用和专用两类。通用系列包括Infineon的TriCore、Motorola的M-Core、某些ARM系列器件、Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。专用SoC一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是Philips的Smart XA，它将XA单片机内核和支持超过2048 位复杂RSA算法的CCU单元制作在一块硅片上，形成一个可加载JAVA或C语言的专用的SOC，可用于公众互联网如Internet安全方面。
第一章嵌入式系统概论 参考习题 1、嵌入式系统本质上是什么系统？ 答：从本质上讲，嵌入式系统中的计算机总是处于一种实时计算模式，也可以认为嵌入式计算机应具有某种实时性。也就是说，从嵌入式系统的广义概念考虑，嵌入式系统都可以看成是实时系统。 2、嵌入式系统开发与PC机软件开发的区别是什么？ 答：嵌入式开发就是设计特定功能的计算机系统，形象的说就是开发一种嵌入在一个机器上实现特定功能的一个系统。PC的开发往往是上层应用程序，会更多的和业务流程，数据库，UI打交道。嵌入式的开发主要是和底层打交道，例如内存，NAND, 各种控制器，中断调度等等。当然现在也有很多需要在嵌入式设备上开发上层应用程序的需求了。 3、嵌入式系统基本概念？ 答：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格约束的专用系统。这类系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统（可选择）以及应用程序等四个部分组成的。 4、嵌入式系统分类?
答：（1）按微处理器位数划分 按所采用的处理器位数，可以分为4位、8位、16位、32位和64位系统。 （2）按应用类别划分 可以简单地划分为信息家电、通信、汽车电子、航空航天、移动设备、军用电子、工业控制、环境监控等各种类型。 （3）按系统的实时性划分 硬实时系统、软实时系统和自适应实时。 （4）按工业界应用的复杂程度划分 简单单处理器系统 可扩展单处理器系统 复杂嵌入式系统 制造或过程控制中使用的计算机系统 第二章ARM嵌入式微处理器技术基础 参考习题 1、ARM32位指令、16位指令的特点。 答：ARM微处理器支持32位的ARM指令集和16位Thumb指令集，每种指令集各有自己的优点和缺点：ARM指令集效率高，但代码密度低；Thumb指令集具有较高的代码密度，却仍保持ARM的大多数性能上的优势，可看做ARM指令集的子集。
第1章嵌入式系统概述 1,什么是嵌入式系统嵌入式系统的特点是什么 嵌入式系统概念: (1) IEEE对嵌入式系统的定义:用于控制,监视或者辅助操作机器和设备的装置. (2)一般定义: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. 嵌入式系统的特点: (1) 专用的计算机系统 (2) 必须满足环境要求 (3) 必须能满足对象系统的控制要求 (4) 是集成计算机技术与各行业应用的集成系统 (5) 具有较长的生命周期 (6) 软件固化在非易失性存储器中 (7) 必须能满足实时性要求 (8) 需要专用开发环境和开发工具 2,简单分析几种嵌入式操作系统的主要特点,包括嵌入式Linux,Windows CE,uCOS II 及VxWorks. (1)嵌入式Linux:有多个主流版本,根据应用需求,性能略有差别.μCLinux是Linux小型化后,适合于没有MMU的微处理器芯片而裁剪成的操作系统,μCLinux保持了传统Linux操作系统的主要特性,包括稳定,强大的网络和文件系统的支持,μCLinux裁剪了大量的Linux内核以缩小尺寸,适合像512KB RAM,1MB Flash这样小容量,低成本的嵌入式系统.RT_Linux即能兼容通常的Linux,又能保证强实时性. (2)Windows CE:开发平台主要为WinCE Platform Builder,有时也用EVC环境开发一些较上层的应用.WinCE开发难度远低于嵌入式Linux,实时性略低,常用于手机,PDA等手持设备中. (3)uCOS II:结构小巧,抢先式的实时嵌入式操作系统,具有执行效率高,占用空间小,可移植性强,实时性能好和可扩展性能等优点.主要用于小型嵌入式系统. (4) VxWorks: 集成开发环境为Tornado,Vxworks因出现稍早,实时性很强,并且内核可极微(最小8K),可靠性较高等.通常应用在通信设备等实时性要求较高的系统中. 第2章嵌入式处理器体系结构 1,具体说明ARM7TDMI的含义,其中的T,D,M,I分别代表什么 ARM7TDMI是ARM7处理器系列成员之一,采用V4T版本指令.T表示Thumb,该内核可从16位指令集切换到32位ARM指令集;D表示Debug,该内核中放置了用于调试的结构,支持片内Debug调试;M表示Multiplier,支持位乘法;I表示Embedded ICE ,内含嵌入式ICE宏单元,支持片上断点和观察点. 2,ARMV4及以上版本的CPSR的哪一位反映了处理器的状态若CPSR=0x000000090,分析系统状态.CPSR=0x000000090表示当前处理器工作于ARM状态,系统处于用户模式下. CPSR的BIT5(T)反映当前处理器工作于ARM状态或Thumb状态. 3,ARM有哪几个异常类型,为什么FIQ的服务程序地址要位于0x1C 在复位后,ARM处理器处于何种模式,何种状态 ARM的7种异常类型:复位RESET异常,未定义的指令UND异常,软件中断SWI异常,指令预取中止PABT异常,数据访问中止DABT异常,外部中断请求IRQ异常,快速中断请求FIQ 异常.在有快速中断发生时,CPU从0x1C处取出指令执行.ARM复位后处于管理模式,工作于ARM状态. 4,为什么要使用Thumb模式,与ARM代码相比较,Thumb代码的两大优势是什么
第一题单项选择题 1、ADDS R0,R1,R2执行完成后，不会对CPSR中的哪一位产生影响( B)？ A、N B、C C、V D、F 2、FD表示( B )。 A、满递增堆栈 B、满递减堆栈 C、空递增堆栈 D、空递减堆栈 3、已知R0=0xFFFFFC0F，则执行MVN R1，R0后，R1的值为（C ）。 A、0xFFFFFFFF B、0xFFFFFFF0 C、0x3F0 D、0x3F 4、在Linux中使用ls命令显示当前目录的所有内容应使用（A）参数？ A、-l B、-a C、-d D、-i 5、在EMBEST IDE开发环境中，程序的默认入口地址为（ C ）。 A、0x C000 B、0x 1C00 C、0x 8000 D、0x 0 6、已知R0=0x1000，R1=0x2000则执行CMP R0，R1后，R0的值为（B） A、0x2000 B、0x1000 C、0xFFFFF000 D、0xFFFFEFFF 7、已知R1=0x2F，则执行mov R0，R1，ASL #2后，R0的值为（D ）。 A、0xBC B、0xBF C、0x2F0 D、0x2F 8、在Linux中查看文件前10行内容的命令是（ D）。 A、less B、cat C、tail D、head 9、已知R0=0xFC，则执行BIC R0，#0x3C后，R0的值为（ D ）。 A、0x18 B、0x24 C、0xC0 D、0x30 10、已知R0*R1=0x1C2F3E4D5C6B，则执行SMULL R2，R3，R0，R1后，R2和R3的值分别为（D）。 A、R2=0x1C2F3E4D R3=0x5C6B B、R2=0x5C6B R3=0x1C2F3E4D C、R2=0x1C2F R3=0x3E4D5C6B D、R2=0x3E4D5C6B R3=0x1C2F 11、EMPU是( B )。 A、嵌入式微控制器 B、嵌入式微处理器 C、片上系统 D、嵌入式数字信号处理器 12、以下不属于CPSR的条件码标志位的是(A)。 A、Ｆ B、Ｎ C、Ｚ D、Ｃ 13、S3C44B0X的内核工作电压是( B )。 A、3.0V B、2.5V C、3.5V D、 1.5V 14、Linux中删除目录的命令是（B）。 A、rm B、 rmdir C、mkdir D、del 15、能实现ARM处理器在两种工作状态之间进行切换的命令是( D )。 A、B B、 BL C、 BLX D、BX 16、若CPSR寄存器的低5位（4-0）的值为10010，则ARM处理器工作于（B） 模式。 A、FIQ B、IRQ C、USER D、SVC
嵌入式复习资料 第一章嵌入式系统概述： 1、什么是嵌入式系统？是简单列举一些生活中常见的嵌入式系统的实例。P3 嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。以应用为中心，一计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。 3、是比较嵌入式系统与通用PC的区别。P3 （1）嵌入式系统是专用的计算机系统，而PC是通用的计算机系统。 （2）技术要求不同，通用PC追求高速、海量的数据运算；嵌入式要求对象体系的智能化控制。 （3）发展方向不同，PC追求总线速度的不断提升，存储容量不断扩大；嵌入式追求特定对象系统的智能性，嵌入式，专用性。 4、嵌入式体统有哪些部分组成？简单说明各部分的功能与作用。P6 （1）硬件层是整个核心控制模块（由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其他I/O接口以及电源组成），嵌入式系统的硬件层以嵌入式微处理器为核心，在嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路、和存储器电路（RAM和ROM等），这就构成了一个嵌入式核心控制模块，操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。 （2）中间层把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。一般包括硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）和板级支持包（Board Support Package，BSP）。 （3）软件层由实时操作系统（Real Time Operating System，RTOS）、文件系统、图形用户接口（Graphical User Interfaces，GUI）、网络组件组成。（4）功能层是面向被控对象和用户的，当需要用户操作是往往需要提供一个友好的人际界面。 5、嵌入式系统是怎么分类的？P7 按照嵌入式微处理器的位数分类（4位、8位、16位、32位、64位）；按照是实时性分类（硬实时系统式之系统对响应时间有严格的要求；软实时系统是对响应时间有一定要求）； 按照嵌入式软件结构分类（循环轮询系统、前后台系统、多任务系统）；按照应用领域分类。 6什么是多任务系统？多任务系统的特点些？P9 应用的场合：对于较复杂的嵌入式系统而言，存在许多互不相关的过程需要计算机同时处理，在这种情况下就需要采用多任务系统。 多任务系统的软件是由多个任务、多个中断服务程序以及嵌入式操作系统组成。任务是顺序执行的，并行性通过操作系统完成。 特点：（1）每个任务都是一个无限循环的程序，等待特定的输入，从而机型相应的处理。（2）这种程序模型将系统成分相对简单、相互合作的模块。（3）不同的任务共享同一个CPU和其他硬件，嵌入式操作系统对这些共享资源进行管理。（4）多个顺序机型的任务在宏观上是并行执行的，每个任务都运行在自己独立的CPU上。 第二章嵌入式处理器 1`嵌入式处理器有哪几类？简述各类嵌入式处理器的主要特点和应用领域。P16 嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式DSP、嵌入式片上系统。(1)嵌入式
1 嵌入式系统概述 嵌入式系统（Embedded System ）也称嵌入式计算机系统。顾名思义，嵌入式系统是计算机的一种特殊形式，是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图像数据传输技术，甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的更新换代产品。嵌入式系统不仅和一般的PC 机上的应用系统不同，而且针对不同的具体应用而设计的嵌入式系统之间的差别也很大。嵌入式系统强调硬件和软件的协同性与整合性，软件和硬件可剪裁的，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境等有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统特别强调“量身定做”的原则，开发人员往往需要针对某一种特殊用途开发出一个截然不同的嵌入式系统，其特点如下。 （1）嵌入式系统具有应用针对性 应用针对性是嵌入式系统的一个基本特征，体现这种应用针对性的首先是软件，软件实现特定应用所需要的功能，所以嵌入式系统应用中必定配置了专用的应用程序；其次是硬件，大多数嵌入式系统的硬件是针对应用专门设计的，但也有一些标准化的嵌入式硬件模块，采用标准模块可降低开发的技术难度和风险，缩短开发时间，但灵活性不足。 （2）嵌入式系统硬件扩展能力要求不高 硬件上，嵌入式系统作为一种专用的计算机系统，其功能、机械结构、安装要求比较固定，所以一般没有或仅有较少的扩展能力；软件上，嵌入式系统往往是一个设备固定组成部分，其软件功能由设备的需求决定，在相对较长的生命周期里，一般不需要对软件进行改动。但也有一些特例，比如现在的手机，尤其是安装有嵌入式操作系统的智能手机，软件安装、升级比较灵活，但相对于桌面计算机，其软件扩展能力还是相当弱。 （3）嵌入式系统操作系统精简 在现代的通用计算机中，没有操作系统是无法想象的，而在嵌入式计算机中情况则大第 章
第1章嵌入式系统概述 1.1 嵌入式系统简介 根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”（全称为devices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery）。这主要是从应用上加以定义的，由此可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，可以涵盖机械等附属装置。 目前国内一个普遍的定义：以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。还有另一种定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语“嵌入式”反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整部分，称为嵌入的系统。两种定义的出发角度不同，前者是从技术角度来定义的，后者是从系统角度来定义的。由于嵌入式系统本身是一个外延很广的名词，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，很难给它下一个准确的定义。因此，目前通常把嵌入式系统概念的重心放在“系统”（即操作系统）上，指能够运行操作系统的软硬件综合体。总体上嵌入式系统可以划分成硬件和软件两部分，硬件一般由高性能的微处理器和外围接口电路组成，软件一般由实时操作系统和其上运行的应用软件构成，软件和硬件之间由所谓的中间层（BSP层，板级支持包）连接。 一般而言，嵌入式系统的架构可以分成4个部分：处理器、存储器、输入/输出（I/O）和软件，如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统的架构
1.2 嵌入式处理器 1.2.1 嵌入式处理器简介 从硬件方面讲，嵌入式系统的核心是嵌入式处理器，据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种数量已经超过1000多种，流行体系结构有30多个，其中8051体系占大多数。生产8051单片机的半导体厂家有20多个，共350多种衍生产品，仅Philips就有近100种。近年来，嵌入式微处理器的主要发展方向是小体积、高性能、低功耗，专业分工也越来越明显，出现了专业的IP（Intellectual Property Core，知识产权核）供应商，如ARM、MIPS 等，它们提供优质、高性能的嵌入式微处理器内核，由各半导体厂商生产面向各个应用领域的芯片。 嵌入式微处理器有许多种流行的处理器核，芯片制造商一般都基于这些处理器核生产不同型号的芯片。一般可以将嵌入式处理器分成4类，即嵌入式微处理器（MicroProcessor Unit，MPU）、嵌入式微控制器（MocroController Unit，MCU）、嵌入式DSP处理器（Digital Signal Processor，DSP）和嵌入式片上系统（System on Chip，SoC）。 ?嵌入式微处理器 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU，它的特征是32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相当高。为了满足嵌入式应用的特殊要求，虽然嵌入式微处理器在功能上和标准微处理器基本上是一样的，但一般在工作温度、抗电磁干扰及可靠性等方面都做了各种增强。 与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点。嵌入式微处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS 和ARM/StrongARM系列等。 ?嵌入式微控制器 嵌入式微控制器最典型的代表是单片机，单片机芯片内部集成了ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各种必要功能和外设。与嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片机，体积大大减小，从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统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。 嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的包括8051、P51XA、MCS-251、MCS96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300和数目众多的ARM 芯片。目前，MCU占嵌入式系统约70%的市场份额。 ?嵌入式DSP处理器 DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令上进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令执行速度。在数字滤波、FFT、频谱分析等仪器上，DSP 获得了大规模的应用。 嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是TI的TMS320系列和Motorola的DSP56000
11-12学年上学期嵌入式系统概论期末试卷(A卷)答案及评分细则 一、填空题：（本大题共20空，每空1.5分，共30分） 1.ARM920T 2.冯诺依曼、哈佛结构 3.非特权模式、特权模式、非特权模式 4.ARM 、Thumb 、32 、16 5.立即 6.嵌入式微控制器、嵌入式数字信号处理器、嵌入式微处理器、嵌入式片上系统 7.高速缓存、内存、外存 8.3级、5级 二、名词解释：（本大题共5题，每题4分，共20分） 1、CISC：复杂指令集计算机 2、RISC：精简指令集计算机 3、RTOS: 实时操作系统 4、占先式内核：高优先级的任务一旦就绪，总能立即获得CPU使用权 5、交叉编译：在一种体系平台编译在另外一种体系平台运行 三、简答题（本大题共5题，每题6分，共30分） 1.简要叙述嵌入式系统的定义。 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且在软、硬件方面可进行裁剪，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。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成。 2.寄存器R13，R14，R15的专用功能各是什么？ 答：1）寄存器R13保存堆栈指针SP；2）寄存器R14用作子程序链接寄存器，也称为LR ，用以保存返回地址；3）R15（PC）用作程序计数器。 3.目前使用的嵌入式操作系统主要有哪些？请举出六种较常用的。 Windows CE/Windows Mobile、VxWork、Linux、uC/os、Symbian、QNX、webOS、ios 任选六 4.ARM处理器的工作模式有哪几种？ 答：1）正常用户模式（usr）； 2）快速中断模式（fiq）； 3）普通中断模式（irq）； 4）操作系统保护模式（svc）或管理模式； 5）数据访问中止模式（abt）； 6）处理未定义指令的未定义模式（und）；
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，可根据实际需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求的专用计算机系统。通常情况下，系统装置由嵌入式计算机系统和所应用的被控对象组成。前者是整个嵌入式系统的核心，由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统和应用软件构成；而后者则用于接收前者发出的控制、监视和管理命令，完成所规定的操作或任务。由此可见，嵌入式技术是结合计算机、电子和半导体等技术精髓，并将其具体应用到各个行业的先进新兴技术。 2. 嵌入式系统的发展与应用 如果问哪种计算机最普及，有人会说是PC机，可实际上嵌入式系统在数量上远远超过了以PC机为代表的通用计算机，只是嵌入式系统一般集成在设备内部，不象PC那样本身是一个独立的系统，配备显示器、键盘、鼠标等标准设备。人们在使用设备时，往往在意的是设备提供的功能，而忽略了在设备内部高速运转、起着核心作用的嵌入式系统，例如在用MP3欣赏音乐的时候，人们只关心音乐的音质、操控方式、系统容量、支持的音乐格式等，有多少人会关心在MP3内部发挥作用的嵌入式计算机呢？可实际上所有的功能都是内部的计算机完成的。早期计算机由电子管组成，体积庞大，主要用于完成复杂的计算任务。随着晶体管计算机的出现，尤其是集成电路在计算机中的应用，计算机体积越来越小、性能越来越强，除了数值计算外，计算机还可以实现数据采集、信息处理、自动控制等功能，将专门设计的计算机集成到传统设备中，可显著提高设备的性能。此时，一种新的计算机类型——嵌入式系统应运而生。嵌入式系统发展之初，因为计算机还是个昂贵的电子设备，所以应用仅限于军事、工业控制等成本不敏感的领域。随着微处理器技术的飞速发展，计算机集成度越来越高，在性能提高的同时，计算机也变得越来越小、越来越廉价，嵌入式系统的进入蓬勃发展时期。现代社会生活中，嵌入式系统无处不在，广泛应用在国防电子、数字家庭、工业自动化、汽车电子、医学科技、消费电子、无线通讯、电力系统等各行各业。嵌入式系统是数字化社会的技术基础，正如中科院院士沈绪榜教授所说，“计算机是认识世界的工具，而嵌入式系统则是改造世界的产物。” 图1给出的是数字手机电路的原理框图，嵌入式系统在手机里完成人机接口、信息管理、设备控制等功能，在多媒体手机中，嵌入式系统还要实现语音记录、视频记录、数码相机、音视频文件播放等多媒体功能。嵌入式系统是数字手机的核心。 图1 语音处理系统结构图 图 2 手机电路原理框图现代社会日益数字化、信息化，嵌入式系统在这样的社会中必将扮演重要的角色。如在日常生活中，将来嵌入式系统不仅存在于电视机、洗衣机、冰箱、洗衣机、手机这些设备里，甚至我们穿的鞋子、戴的帽子、穿的衣服中也装备了计算机系统。1999年，IBM提出了普适计算的概念，指得是随时随地获取信息、处理信息。普
第1章嵌入式系统概述 (1)举出3个本书中未提到的嵌入式系统的例子。 答：键盘、鼠标、扫描仪。 (2)什么叫嵌入式系统？ 答：嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。 (3)什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？ 答：嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。分为3类：1.注重尺寸、能耗和价格；2.关注性能；3.关注全部4个需求——性能、尺寸、能耗和价格。 (4)什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？ 答：嵌入式操作系统是操作系统的一种类型，是在传统操作系统的基础上加入符合嵌入式系统要求的元素发展而来的。原因：1.提高了系统的可靠性；2.提高了开发效率，缩短了开发周期。3.充分发挥了32位CPU的多任务潜力。 第2章ARM7体系结构 1.基础知识 (1)ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？ 答：T：高密度16位Thumb指令集扩展；D：支持片上调试；M：64位乘法指令；I：Embedded ICE硬件仿真功能模块。 (2)ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？ 答：3级；冯·诺依曼结构。 (3)ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？ 答：ARM处理器模式体现在不同寄存器的使用上；ARM处理器状态体现在不同指令的使用上。 (4)分别列举ARM的处理器模式和状态？ 答：ARM的处理器模式：用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式、快速模式；ARM的处理器状态:ARM状态、Thumb状态。 (5)PC和LR分别使用哪个寄存器？ 答：PC:R15；LR:R14。 (6)R13寄存器的通用功能是什么？ 答：堆栈指针SP。 (7)CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？
第一章 嵌入式系统概述 1.什么是嵌入式系统？ 2.嵌入式系统的组成。 3.通过查阅资料，你认为嵌入式系统的发展趋势如何？ 4.RISC架构与CISC架构的特点和区别。 5.冯?诺依曼（Von Neumann）结构或哈佛（Harvard）的特点。 6.请分析课堂上讲解的基于ucosII的程序工作原理。将其改写成单片机C程序或汇编程 序。 第二章 ARM7体系结构 1.分析ARM7的3级流水线的工作方式。 2.比较ARM7与单片机的异常向量表，当前程序状态寄存器。 3.简述ARM7处理器的2种工作状态和7种运行模式。 4.MOV指令与LDR指令都是往目标寄存器中传送数据，它们的区别。 第三章 ARM7TDMI(-S)指令系统 1.比较ARM7与单片机的寻址方式种类的区别。 2.解释满递减堆栈。 3.试分析ARM7的RISC汇编指令的特点。 第四章 ARM硬件结构 1.ARM的片内、外存储器编程通常有哪些方法？ 2.简述ARM7存储空间的映射分布 3.简述存储器映射原因。 4.分析存储器重映射的原因。 5.程序分析题。试分析该程序，并计算PLL中M和P的值。 config.h中的部分代码 /* System configuration .Fosc、Fcclk、Fcco、Fpclk must be defined */ /* 系统设置, Fosc、Fcclk、Fcco、Fpclk必须定义*/ #define Fosc 11059200 //Crystal frequence,10MHz~25MHz，should be the same as actual status. //应当与实际一致晶振频率,10MHz~25MHz #define Fcclk (Fosc* 4) //System frequence,should be (1~32)multiples of Fosc,and should be equal // or less than 60MHz. 系统频率，必须为Fosc的整数倍(1~32)，且<=60MHZ #define Fcco (Fcclk * 4) //CCO frequence,should be 2、4、8、16 multiples of Fcclk, ranged from 156MHz to // 320MHz. CCO频率，必须为Fcclk的2、4、8、16倍，范围为156MHz~320MHz #define Fpclk (Fcclk / 4) * 1 //VPB clock frequence , must be 1、2、4 multiples of (Fcclk / 4). //VPB时钟频率，只能为(Fcclk / 4)的1、2、4倍
《嵌入式系统原理与应用》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程代码：23０449 课程名称：嵌入式系统原理与应用 英文名称:Prｉnciple aｎd Applicａｔiｏn of Emｂedｄed Systeｍ 课程类别：专业课 学时:72（其中实验32学时） 学分：3.５ 适用对象：计算机科学与技术业 考核方式:考试（平时成绩占总评成绩的３0%，期末考试成绩占7０％) 先修课程:计算机组成原理、操作系统、编译原理 二、课程简介 嵌入式系统原理与应用是计算机科学技术专业的一门专业课，讲述嵌入式系统的基本理论、原理。本课程是一门既与硬件关系紧密，又与嵌入式操作系统、嵌入式软件关系十分紧密课程。它围绕目前流行的32位ARＭ处理器和源码开放的Liｎux操作系统,讲述嵌入式系统的概念,软、硬件组成，开发过程以及嵌入式应用程序开发设计方法。本课程的知识将为学生今后从事嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础。 Thｅprｉnｃｉple oｆｅmｂeｄdｅd syｓteｍis ａn impｏrｔant ｃourseｏf ｃｏｍpｕter science anｄteｃｈnｏloｇｙ, ｗhich introduce tｈe pｒiｎcｉples aｎd ｔｈe thｅoｒy of ｅmbedded systｅm.Tｈis cuｒricuｌuｍｉs tiｅd closelｙwitｈnot only hardware butａlso ｅｍbeｄdeｄopｅrating systｅｍanｄembeddeｄｓoｆtware.Ｉt inｔroduce tｈeｃonceｐｔｉon of ｅmbｅdded system，compｏnents ｏｆsoｆｔware andｈarｄｗaｒe, deveｌopｉng progre ｓｓes aｎｄｄesiｇninｇmethoｄs of embｅddedｐｒｏgraｍmｉnｇｗhicｈbaｓed oｎthe 32bｉtａrｍprocesｓor and ｏpeｒatｉnｇsystｅｍｏf oｐeｎed liｎuｘ．Tｈe knｏwledgｅof this couｒse ｗｏｕldｂe soliｄfoｕndaｔｉon ｆoｒthｅstuｄeｎt who woulｄbｅengaged ｉn researｃhing or deｖｅｌｏpｉｎg aboｕt embeｄded systeｍ． 三、课程性质与教学目的 嵌入式系统原理与应用课程的性质:该课程是计算机科学与技术专业的专业课。 嵌入式系统原理与应用课程的教学目的：通过对基于ARM嵌入式芯片的系统的基本组织结构与工作原理的学习, 使学生对计算机系统的硬件部分有一个全面的了解,对嵌入式软件的开发过程有一个清楚的认识，通过对嵌入式操作系统的工作原理的学习,使学生对嵌入式操作系统有一个清晰的认识，提高学生在嵌入式软件设计设计能力及解决实际问题的动手能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。 四、教学内容及要求
三级嵌入式系统学习总结 一第一章 1.嵌入式系统概论 嵌入式系统中的软件一般都固化在只读存储器中，用户不能随意更改其中的程序功能。 嵌入式系统的逻辑组成：1）处理器2）存储器3）I/O设备与I/O接口4）数据总线5）软件 嵌入式处理芯片有四种类型：1）微处理器2）数字信号处理器3）微控制器（单片机）4）片上系统 微控制器MCU的低端产品并不会因为高端产品的出现而衰落 在32位MCU中，绝大多数使用RAM内核 EDA：电子设计自动化 IP核可以分为三种：软核、硬核、固核 2.嵌入式系统与数字媒体 计算机中常用的最广泛的西文字符及其编码是ASCII字符集和ASCII码，即美国标准信息交换码，共有128个字符，一个字符占一个字节。 我国目前广泛使用的汉字编码国家标准有GB2312和GB18030 GB2312只有6763个汉字，不够用 GB18030字符集与国际标准UCS/Unicode字符集基本兼容。GB18030采用不等长的编码方法，单字节编码表示ASCII码，双字节编码表示汉字，与GB2312保持向下兼容，四字节编码表示其他字符 Unicode最新版本是。UCS/Unicode在计算机中具体实现时采用不同的编码方案，最常用的是UTF-8和UTF-16，UTF-8采用的是单字节可变长编码；UTF-16采用的是双字节可变长编码文本的类型可以分为简单文本、丰富格式文本、超文本 图像的数据量=图像水平分辨率*图像垂直分辨率*像素深度/8（像素深度指的是每个像素用多少个二进制数来表示） 数字视频的数据量非常大，在进行传输时必须进行压缩，压缩编码标准是国际标准化组织（ISO）制定的，其名称为MPEG。 无线局域网采用的协议主要是IEEE （俗称WIFI） 3.数字通信与计算机网络 微波是一种300MHz-300GHz的电磁波 计算机网络的组成：1）计算机等智能电子设备2）数据通信链路3）通信协议4）网络软件 以太局域网： 1）发送数据设备必须把要传输的数据分成小块（帧）进行传输，一次只能传输1帧； 2）局域网中的每一个终端都有自己唯一的标识，称为物理地址或MAC地址，在发送的每一帧数据中，必须包含自己的MAC地址和接收终端的MAC地址 3）IP协议定义了主机的概念，所有主机及使用一种统一格式的地址标识，称为IP地址。4）以太局域网大多是由集线器或者交换机组网 计算机网络的类型：1）局域网2）城域网2）广域网 IP地址分为A、B、C三类。 IP是由四段数字组成，共32位，8位一段。 A类IP段到(0段和127段不使用) B类IP段到C类IP段到XP默认分配的子网掩码每段只有255或0