https://www.doczj.com/doc/843243803.html,
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邓立波1，龙翔1，高小鹏1
1北京航空航天大学计算机学院，北京(100083)
E-mail：denglibo@https://www.doczj.com/doc/843243803.html,
摘要：模拟器作为嵌入式系统研究的基础研发工具，可辅助系统体系结构调优、软硬件协同设计。本文实现了具有良好配置性及可扩展性的ArmSim模拟器，该模拟器是针对ARM 处理器的全系统模拟器，可在其上运行和调试ARM应用级和系统级的目标程序。本文详细描述ArmSim的设计与实现细节。
关键词：ARM处理器模拟全系统模拟器
中图分类号：
1.引言
随着嵌入式系统的飞速发展，嵌入式系统的研究与开发已经成为当今计算机科学的一个重要分支。由于应用领域的特点，嵌入式系统研发通常需要依赖特定的硬件环境。由于对硬件环境的过度依赖，因此传统的研究开发模式具有明显的缺陷，即软件开发与硬件开发无法并行展开。这一方面致使研发周期过长，另一方面也使得设计工作缺乏足够的灵活性。
为了解决上述问题，基于软件的模拟器已经成为嵌入式系统研发中的主要技术手段之一。软件模拟就是用计算机软件来模拟某一特定硬件系统的全部或部分的外部特性和内部功能，实现对目标硬件系统的高度仿真，使得运行在模拟器上的程序无法感知到底层硬件的存在，就如同运行在真实硬件平台上。在嵌入式系统领域，软件模拟技术已经被广泛应用于嵌入式系统软硬件协同设计、嵌入式操作系统开发与评估以及大型嵌入式应用软件性能评估等方面。
本文描述的ArmSim是一个基于C语言的ARM处理器的全系统模拟器。ArmSim实现了全系统硬件的功能模拟，不仅可以运行ELF格式的ARM应用级程序，而且可以运行ELF 映象或二进制映象格式的系统级程序，如U-Boot。ArmSim模拟器还支持GDB等调试器对模拟器上运行的ARM程序进行源代码级远程调试。
本文其它部分的结构如下：第2部分对主要的模拟技术进行阐述；第3部分详细描述ArmSim模拟器的实现；第4部分为结论。
2.模拟技术
全系统模拟器的实现主要包括指令集的模拟和外部设备的模拟。对指令集的模拟是构建所有目标机模拟器的基本要求，而对于构建可以运行目标机系统级程序的全系统模拟器而言，对外部设备的模拟则是其必要的组成部分，是模拟CPU和宿主机的通信接口。
2.1指令集的模拟
对指令集的模拟，最常用的方法包括：解释执行和基于翻译的方法。
11本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20030006026）资助
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[1]、Skyeye[2]等都采用了该方式。解释执行的原理是在模拟器内部构建和目标机器对应的CPU、内存等模拟模块，在模拟器执行过程中，利用这些模拟的硬件执行部件模拟真实CPU的工作流程，也就是通常的“取指—译码—执行”循环。穿线代码方式[3][7]是对解释执行方式的一种改进，通过缓存已执行过的指令所对应的模拟函数的地址，实现了一次译码多次执行，从而提高了模拟效率。
在采用基于翻译的方法实现指令集的模拟时，常用的方法有动态翻译[4][5]和静态翻译。动态翻译是在模拟器运行过程中，将目标机器的二进制代码翻译为宿主机的二进制代码的模拟技术。动态翻译一般以一个基本代码段(通常为两个条件语句之间的代码)为基本单元，对每个基本单元通过一次翻译多次执行来提高运行效率。静态翻译是将指令的翻译过程移到了编译阶段，即在编译阶段将目标机器的二进制代码翻译为宿主平台的二进制代码。模拟器运行时直接执行翻译后的宿主平台代码，完全省去了运行时的译码和翻译开销，因而效率也最高。但静态翻译方式不能提供对自修改代码的支持，缺乏通用性。
2.2外部设备的模拟
在实现外部设备的模拟时，需要考虑两个方面的内容：一是模拟外设的访问；二是模拟外设和其它模拟部件的同步。
2.2.1外设访问机制
在全系统模拟器中，实现模拟外设的访问主要有两种方法：基于内存空间映射和基于虚拟管脚。基于内存空间映射方法就是模仿真实硬件上采用的线性空间地址映射，将外部设备所占的地址空间映射为整个地址空间的一部分，将模拟的外部设备函数注册到该段地址空间上。这样当模拟CPU访问该段地址空间时，模拟器就会调用注册到该段地址空间上的外部设备函数，实现外部设备的相应动作。在Skyeye[2]中大量采用了这种机制。基于虚拟管脚的外部设备模拟，即模拟外设的管脚，通过定义模拟外设的管脚以及管脚间的连线，从而可以通过设置其高低电平来实现通讯目的[6]。
2.2.2外设同步机制
在实现模拟外设和其它模拟部件的同步时，主要包括三种模型：串行模型、并行模型和混合模型。目前，在全系统模拟器中，实现模拟外设和其它部件的同步时，广泛采用的模型为串行模型(Skyeye[2]采用该种模型)，该模型在每个指令周期上处理CPU和外设的同步，即模拟CPU每执行完一条指令，都要依次检查所有外设，执行外设的相应动作。当外设通信量较少时，这种方法会浪费大量的CPU时间。并行模型就是每个模拟外设建立并拥有一个独立的线程，外设模拟工作都在各自的线程中完成，而不是交由系统唯一的全局线程完成。模拟开始后，外设线程周期性被系统唤醒，执行工作循环，完成相应的模拟工作后，再次进入休眠，直至下一次被唤醒[6]。通过采用并行模型可以减少CPU时间的浪费，但该模型对线程休眠时间的设定有较高的要求，否则增加的线程切换开销会对整个模拟器的性能产生负面影响。混合模型[6]就是串行模型和并行模型同时使用，根据模拟外设的使用频率决定使用何种模型，从而实现模拟器运行效率的最大化。
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ArmSim实现了对CPU、存储设备(RAM和ROM)、外部设备(开发板和其它外部设备)等硬件设备的模拟。其中，ArmSim模拟的CPU为ARM720T，包括指令集、MMU、Cache 等，指令集的模拟只实现了32位的ARM指令，而未对16位的Thumb指令进行模拟；模拟存储设备的容量取决于宿主机，可以划分为不连续的多块区域，最多不超过12块；模拟的开发板为EP7312，包括开发板的时钟、IO寄存器、UART寄存器等，通过开发板的UART 接口来实现标准控制台输入输出。ArmSim的总体架构如图1所示。
ArmSim具有良好的可扩展性，主要体现为模拟器中所有的构件都有一个一致的外部接口——初始化函数。模拟器使用者可以在不需要了解整个模拟器内部结构的情况下，只要在单个模拟构件中实现指定的外部接口——初始化函数，就可以实现在模拟器中增加模拟器构件，实现对模拟器进行扩展。ArmSim通过配置文件的方式来实现模拟器的设备配置和初始化，这使得其具有良好的可配置性。用户只需要更改配置文件中的设备配置信息，即可实现在不同配置的模拟器上运行目标程序。ArmSim的扩展及配置过程如图2所示。
图1 ArmSim模拟器的总体架构图2 ArmSim的扩展及配置过程
3.1指令集的模拟
ArmSim模拟器的指令集模拟采用简单的解释执行的方法，即“取指—译码—执行”循环，没有流水线的实现，而以功能模拟作为其目标。但由于ArmSim良好的可扩展性和可配置性，用户可以根据具体情况重新设计一个模拟效率更高、模拟粒度更细的指令集纳入系统中。
在ArmSim指令集的模拟中，指令译码采用函数指针数组的形式，通过函数指针数组项的快速定位来加快指令译码的速度，从而提高了指令集模拟的速度。其示意图如图3所示。
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图3 ArmSim指令集的译码图4 ArmSim模拟外设/存储设备的访问3.2外部设备的模拟
ArmSim模拟外设的访问方式采用基于内存空间映射的方法来实现，即将模拟外设，包括模拟存储设备，所占的地址空间映射为整个存储空间的一部分，通过统一的访存操作来实现对模拟外设的访问。模拟器将整个4GB的地址空间用一个具有220个项的数组——地址表来表示，每个地址表项表示4KB大小的地址空间，其内容为该4KB地址所类属的模拟设备。当CPU访问某存储地址addr时，首先将该存储地址addr按4KB对齐，其结果为地址表的索引，按该索引获取对应地址表项的内容即为该地址所类属的模拟设备，调用对应模拟设备的相应操作即可完成CPU的访问操作。为实现上述过程，需要在模拟器初始化时将模拟外设，包括模拟存储设备，所占的地址空间映射到地址表的对应表项上，即将模拟外设或模拟存储设备在设备表中的索引号写入地址表的对应表项中，完成模拟设备的地址空间映射。ArmSim模拟外设和存储设备的访问示意图如图4所示。
在实现模拟外设和其它模拟部件的同步时，ArmSim采用了混合模型，即对于使用频率较高、响应延迟要求较小的外设，如控制台输入和控制台输出，采用串行模型；对于使用频率较低、响应延迟要求相对宽松的外设，如串口、网卡等，采用并行模型。对于采用并行模型的外设线程，ArmSim没有采用周期性的线程唤醒策略，而是采用按需唤醒，即只有当需要对外设进行访问时，才唤醒外设线程，从而进一步减少了模拟器主线程和外设线程之间的切换开销。模拟器主线程通过线程同步机制来实现和外设线程的同步，模拟CPU通过中断来实现和模拟外设的同步，整个过程与真实的硬件完全一致。
在设计ArmSim模拟器时，将模拟外设与宿主外设之间的通信从外设的模拟中分离出来，所有需要与宿主外设进行通信的工作都包含在独立于模拟外设的外设通信模块中。外设通信模块采用多线程机制实现，每个外设线程负责相应外设的通信，如网卡线程负责实现与物理网卡的通信，串口线程负责实现与物理串口的通信等。在外设通信线程和模拟外设线程之间，用缓冲区来存放二者交互的数据。通过线程同步机制实现外设通信线程、模拟外设线程以及宿主机物理外设之间的同步，从而实现了模拟外设线程和外设通信线程的按需唤醒策略。
采用上述分离以后，模拟的外设构件只包括相应外设的结构及其上的操作，而无需考虑如何通过宿主外设与外部世界通信，从而有效地减少了模拟外设扩展时的工作量。同时，同一种模拟外设可以采用不同的方式实现与宿主平台的通信，如模拟串口可以实现与宿主平台串口的通信，也可以实现与宿主平台标准控制台输入输出的通信。这一方面增加了模拟外设
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图5 ArmSim外设模拟的示意图
4.结论
ArmSim是一个基于C语言的ARM处理器的全系统模拟器，不仅可以运行ELF格式的ARM应用级程序，而且可以运行ELF映象或二进制映象格式的系统级程序，如U-Boot。ArmSim通过采用配置文件的方式使得整个模拟器具有非常良好的配置性。ArmSim还具有良好的可扩展性，用户通过实现所有模拟构件的一致的外部接口——初始化函数，即可方便快速地实现模块扩展。ArmSim通过模拟外设和宿主外设的通信封装，并独立于外设的模拟，简化了模拟外设扩展时的工作量，同时也进一步提高了模拟器的可扩展性。ArmSim采用串并行混合模型实现模拟外设和其它模拟部件的同步，减少了模拟CPU时间的浪费，并通过并行外设线程的按需唤醒，进一步减少了线程之间的切换开销。
参考文献
[1]Mendel Rosenblum, Stephen Alan Herrod, Emmett Witchel, and Anoop Gupta. Complete computer simulation:
The SimOS approach. IEEE Parallel and Distributed Technology, 3(4):34--43, 1995.
[2]陈渝、李明、杨晔等编著, 源码开放的嵌入式系统软件分析与实践——基于SkyEye和ARM开发平台，
北京航空航天大学出版社, 2004.9, 72--135.
[3]Bell, JamesR. Threaded code. C.ACM 16, 6 (June 1973), 370--372.
[4] E. Witchel et al. Embra: Fast and Flexible Machine Simulation. MMCS, 1996.
[5]Bellard Fabrice, QEMU, a Fast and Portable Dynamic Translator, USENIX, 2005, 41--46.
[6]柯化成, 嵌入式系统全系统模拟器框架设计和实现, 杭州：浙江大学硕士学位论文, 2006, 23-29.
[7]R. C. Bedichek, "Talisman: Fast and accurate multicomputer simulation," in Proceedings of 1995 ACM
SIGMETRICS Conference, pp. 14--24, 1995.
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Deng LiBo1，Long Xiang1，Gao XiaoPeng
School of Compute Science, Beihang University, Beijing, PRC, 100083
Abstract
Simulators have become essential tools for embedded system research and development, which can help architecture optimization and software-hardware codesign。The presented ArmSim simulator is a full-system simulator for the ARM processor, on which ARM application programs and system programs can be executed exactly. We discuss the whole design and the implementation, the configurability and extensibility are considered.
Keywords:ARM Processor Simulation Full-System Simulator
作者简介：邓立波，1976年生，硕士研究生，研究方向：计算机系统结构；
龙翔，1963年生，教授，博士，博士生导师，研究方向：计算机系统结构。
高小鹏，1970年生，副教授，博士，研究方向：计算机系统结构。
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浅谈几种常见的嵌入式处理器比较分析 前言 随着电子科学的不断发展，人们开始逐渐对数码产品有了更高的需求，这就促使了信息技术的不断发展。嵌入式系统的核心就是嵌入式处理器，它是控制、辅助嵌入式系统运行的硬件单元，其应用范围非常的广阔，它也具有很好的发展前景。那么，面对纷繁复杂的嵌入式处理器市场，我们该如何做出适合自己的选择呢?下面小编就对市场上常见的几种嵌入式处理器进行比较分析，希望可以对大家有所帮助(嵌入式处理器类型)。 (1)嵌入式ARM微处理器(嵌入式微处理器结构) ARM微处理器的由来与发展 ARM(Advanced RISC Machines)，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。目前，采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器。它是一种高性能、低功耗的32位微处器，它被广泛应用于嵌入式系统中。基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM9代表了ARM公司主流的处理器，已经在手持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。 ARM微处理器的应用领域 ARM微处理器是目前应用领域非常广的处理器，到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，深入到各个领域。 1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。 2、无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。 3、网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。 4、消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 5、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。 基于RISC架构的ARM微处理器的特点 1、体积小、低功耗、低成本、高性能; 2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件; 3、大量使用寄存器，指令执行速度更快;
2.9如果GDT寄存器值为0013000000FFH，装人LDTR的选择符为0040H，试问装人描述符高速缓存的LDT描述符的起始地址是多少? 解:GDT寄存器的高32位和低16位分别为GDT的基址和段限，所以:GDT的基址=00130000H LDTR选择符的高13位D15~D3=000000001000B是该LDT描述符在GDT中的序号，所以: LDT描述符的起始地址= GDT的基址 十LDT描述符相对于GDT基址的偏移值 =00130000H+8×8=00130040H 2.10假定80486工作在实模式下，(DS)=1000H, (SS)=2000H, ( SI ) = El07FH, ( BX )=0040H, (BP) = 0016H，变量TABLE的偏移地址为0100H。请间下列指令的源操作数字段是什么寻址方式?它的有效地址(EA)和物理地址(PA)分别是多少? (1)MOV AX，[1234H ] (2) MOV AX, TABLE (3) MOV AX，[BX+100H] (4) MOV AX,TABLE[BPI[SI] 解:(1)直接寻址，EA=1234H , PA =(DS)×16+EA=11234H。 (2)直接寻址，EA= O100H,PA= (DS)×16+EA=10100H。 （3）基址寻址，EA=（ EBX)+100H =0140H,PA= (DS) × 16+EA=10140H。 （4)带位移的荃址加变址寻址。（EA）= (BP)+[SI]十TABLE的偏移地址=0195H PA=(SS)×16+EA=20195H} 2.11下列指令的源操作数字段是什么寻址方式? (1)MOV EAX ， EBX (2)MOV EAX，[ ECX] [EBX ] （3) MOV EAX，[ESI][EDX * 2] （4）MOV EAx，[ ESI*8] 解:（1）寄存器寻址。 （2）基址加变址寻址。 (3)基址加比例变址寻址。 (4)比例变址寻址。 2.12分别指出下列指令中源操作和目的操作数的寻址方式。 式表示出EA和PA。 (1)MOV SI,2100H （2）MOV CX, DISP[BX] （3) MOV [SI] ,AX （4）ADC AX，[BX][SI] （5）AND AX，DX （6) MOV AX，[BX+10H] (7) MOV AX,ES:[BX] (8) MOV Ax, [BX+SI+20H] (9) MOV [BP ].CX (10) PUSH DS 解:(1) 源操作数是立即数寻址;目的操作数是寄存器寻址。 （2）源操作数是基址寻址，EA=（BX）+DISP，PA=（DS）×16+（BX）+DISP 目的操作数是寄存器寻址。 （3)源操作数是寄存器寻址; 目的操作数是寄存器间接寻址，EA=（SI).PA=（DS) × 16十(SI)。 （4）操作数是基址加变址寻址，EA= （BX）+（SI).PA= （DS) × 16十（BX）+(SI) 目的操作数是寄存器寻址。 （5)源操作数和目的操作数均为寄存器寻址。 （6）源操作数是基址寻址，EA=（BX）+10H.PA= （DS) × 16十(BX)+10H 目的操作数是寄存器寻址。 （7）源操作数是寄存器间接寻.EA= （Bx).PA= （ES) × 16+（BX）
《嵌入式微处理器系统》专题读书报告 姓名：全妤
1、引言 随着医疗电子、智能家居、物流管理和电力控制等方面的不断风靡，嵌入式系统利用自身积累的底蕴经验，重视和把握这个机会，想办法在已经成熟的平台和产品基础上与应用传感单元的结合，扩展物联和感知的支持能力，发掘某种领域物联网应用。作为物联网重要技术组成的嵌入式系统，嵌入式系统的视角有助于深刻地、全面地理解物联网的本质。 2、嵌入式系统的概念 嵌入式系统被定义为以应用为中心、计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积功耗严格要求的专用计算机系统。 2.1嵌入式系统的组成 一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成。嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。 2.1.1 硬件层 硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。
在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。 1）嵌入式微处理器 嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。 2）存储器 嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和辅助存储器。 3）通用设备接口和I/O接口 嵌入式系统和外界交互需要一定形式的通用设备接口，如A/D、D/A、I/O等，外设通过和片外其他设备的或传感器的连接来实现微处理器的输入/输出功能。每个外设通常都只有单一的功能，它可以在芯片外也可以内置芯片中。外设的种类很多，可从一个简单的串行通信设备到非常复杂的802.11无线设备。
“微处理器系统原理与嵌入式系统设计”第一章习题解答 1.1 什么是程序存储式计算机？ 程序存储式计算机指采用存储程序原理工作的计算机。 存储程序原理又称“·诺依曼原理”，其核心思想包括： ●程序由指令组成，并和数据一起存放在存储器中； ●计算机启动后，能自动地按照程序指令的逻辑顺序逐条把指令从存储器中 读出来，自动完成由程序所描述的处理工作。 1.2 通用计算机的几个主要部件是什么？ ●主机（CPU、主板、存）； ●外设（硬盘/光驱、显示器/显卡、键盘/鼠标、声卡/音箱）； 1.3 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？ 中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片 1.4 阐述摩尔定律。 每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。 1.5 讨论：摩尔定律有什么限制，可以使用哪些方式克服这些限制？摩尔定律还会持续多久？在摩尔定律之后电路将如何演化？ 摩尔定律不能逾越的四个鸿沟：基本大小的限制、散热、电流泄露、热噪。具体问题如：晶体管体积继续缩小的物理极限，高主频导致的高温…… 解决办法：采用纳米材料、变相材料等取代硅、光学互联、3D、加速器技术、多核…… （为了降低功耗与制造成本，深度集成仍是目前半导体行业努力的方向，但这不可能永无止，因为工艺再先进也不可能将半导体做的比原子更小。用作绝缘材料的二氧化硅，已逼近极限，如继续缩小将导致漏电、散热等物理瓶颈，数量集成趋势终有终结的一天。一旦芯片上线条宽度达到纳米数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到它的尽头了。业界专家预计，芯片性能的增长速度将在今后几年趋缓，一般认为摩尔定律能再适用10年左右，其制约的因素一是技术，二是经济。）
《嵌入式微处理器结构与应用》 实训报告 专业：电子信息工程 学生姓名： 学号 指导教师：
交通灯控制系统 1 整体设计 1.1 设计要求 利用arm9实验箱扩展口控制各个路口红绿灯及时间显示，设计一个交通灯控制系统。 1.1.1设计任务 设计一个十字路口的交通灯，它的红灯，绿灯，黄灯的闪烁必须符合交通规则，再用一个数码管来显示倒计时的时间，此时，灯的闪烁必须与数码管上的时间相对应。 1.1.2性能指标要求 (1) 按照题目要求独立设计系统所需电路，并完成电路的实际制作。 （2) 在十字交叉路口，东南西北各方向都设置红、黄、绿色信号灯，红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，红灯灭之前3秒钟黄灯开始闪烁直到绿灯亮起后黄灯熄灭。其中东西方向为主干道，南北方向为次干道，设置一位数码管，用来显示红灯和绿灯倒计时间，东西方向时间一致，南北方向时间一致。 （3）开机时主干道为9秒倒计时，次干道为6秒倒计时。 （4）单独设计人行道指示灯标志，当禁止行走时为红灯，当可以横穿马路时，绿灯亮起，在通行之前3秒钟黄灯开始闪烁(以警示行人)，最终红灯亮起绿灯熄灭。 （5）使用51单片机完成与arm9实验箱的连接，单片机模块只是完成通信与显示功能。所以的控制只能在arm 中实现（既断开接口连接，显示相关功能无效）。 1.2 整机实现的基本原理及框图 1.2.1 基本原理 主体电路：其分为两部分，一是由ARM9发送控制信号模块，二是由单片机完成通信与显示模块。ARM9发送控制信号模块主要由S3C2410A 的UART 专用寄存器完成串口通南 北 西 东 数码管 数码管
信，已达到发送控制信号的目的,指示单片机的交通状态是东西方向亮绿灯还是南北方向和数码管的显示。单片机完成通信与显示模块主要由AT89S52单片机的I/O 端口、定时计数器、外部中断扩展等组成,负责解读arm9试验箱发送来的数据，并把根据解读的数据控制交通灯的亮灭和数码管的显示。 1.2.2 总体框图 2 各功能电路实现原理及电路设计 2.1 交通灯显示部分 此模块是应用的16盏LED 灯，连接到51单片机的P1口，通过给P1口的管教赋值0/1，来实现16盏LED 灯的亮灭。 ARM 实验箱 发送 控制 指令 单片机系统 LED 灯显示交通状态 数码管显示倒计时时间
嵌入式微處理器未來市場趨勢 CPU的架構大致上可分為CISC CPU & RISC CPU。 CISC CPU適用於大量資料運算的應用(INTEL、AMD、VIA的x86 CPU)。 RISC CPU所強調的是執行的效率與省電的要求(ARM、MIPS、ARC …)。 不論是CISC或是RISC CPU，都可以依據CPU內部處理資料匯流排的寬度，可區分成8位元、16位元、32位元與64位元等四種。根據In-Stat的統計，成長最快的是64位元嵌入式CPU，主要應用在STB、DTV與電視遊戲機等需要大量資料處理的產品。 8至64位元主要產品中所使用嵌入式CPU種類 全球的嵌入式CPU供應商第一大廠商是ARM，排名第二是MIPS。但兩家的產品定位並不完全相同。 ARM的CPU會強調省電應用；MIPS則主打高效能的產品。 因此在過去強調省電訴求的行動電話是嵌入式產品最大應用產品情況下，ARM 的營收皆優於MIPS。MIPS已逐漸淡出16位元CPU的市場，而專注於32位元以上的CPU。ARM與其最大競爭對手MIPS的差異處在於，以交易機制來分析，一般而言，ARM的授權金比重較高，而MIPS則收取比例較高的權利金。 早期台灣廠商CPU或MCU相關技術可區分成三類，8051架構、6502架構與自行研發等三種。INTEL的8051與Motorola的6502都是8位元的架構，初期都是由工研院所授權獲得，並推廣至國內業者。另外自行研發的也不在少數，例如凌陽、盛群、金麗或十速等公司，但都是32位元以下的架構。
嵌入式微處理(CPU)器與微控制器(MCU) 微處理器強調運算效能，而微控制器著重控制功能。 在SoC整合趨勢下，嵌入式微處理器加上記憶體、邏輯與I/O等IP將構成強大效能的微控制器；而增強位元數後的微控制器亦具有MPU的強大處理功能。 微處理器若以應用產品的軟體平台來區分，可分成特定應用型與泛用型兩種。特定應用型： 操作軟體大致是依據終端產品所需的功能加以設計，其最大特色是封閉的操作環境，終端產品的使用者大致上不需了解軟體的構造，也不能修改其操作功能，應用產品有印表機、數位相機、車用設備與遊戲機等，這類型產品通常較簡單其穩定性也要求較高。 泛用型： 如簡易的電腦一樣，有著相似而共通的作業系統，主要應用在PDA、Smart Phone、STB（視訊轉換器）、Thin Client等。此類產品因具有資訊交換的功能，其作業系統較複雜，相容性的要求也較高。 微控制器主要是負責系統產品中控制功能的IC元件。目前電子產品朝向輕薄短小、功能強大、價格低廉等目標發展，加上開發時程日益縮短，微控制器具有整合諸多功能於一身的特性，不但節省開發時間，在降低體積與成本上也有相當大的助益。 微控制器因有下列優點： 1.低價 2.較小的程式碼 3.可使用C語言編譯，開發更容易 4.耗電量較低 5.最高的效能與價格比 16位元以上的微控制器主要應用在通訊(如ISDN、USB等)、車用與工業等項目；由於需要符合工業規格，必須認證後才能出貨，技術層次較高。 隨著系統產品功能的多樣化，人機介面必須具有親和力…等，微控制器的效能亦不斷要求提升，近年來32/64位元微控制器成長率有越來越高的趨勢。
Intel XScale?嵌入式微处理器简介 Intel Xscale内核是和ARM? Architecture V5TE结构兼容的微处理器。Intel? XScale?core内核集成了多种微结构的特点，从而能够完成更过的性能要求。这样用户可以根据自己的需求进行配置，实现自己特定的功能。Intel? XScale?的这些微结构很多应用在存储器当中，主要包括： ?当数据缓冲从外部存储器获取数据是，仍然能够执行指令； ?写缓冲； ?写回数据缓冲（Write-back data cache） ?缓冲锁定（Cache locking） ?可配置的缓冲方式(X Bit, C Bit for Cacheable, B Bit for Bufferable) Intel Xscale内核的上述特点，使它能够有效的处理语音信号，乘法累加操作还可以完成多种语音和多媒体CODEC算法。 特点改进的性能 Intel? 超级流水线技术 7-stage integer/8-stage存储器超级流水线内核获得更高的速度 和较低的功耗 Intel?动态电压管理 动态电压和频率允许应用系统对性能和功耗进行合理的折衷 Intel? Media处理技术 多累加协处理器同时完成两个16-bit SIMD 乘法（带40-bit累 加），有效的媒体处理； 电源管理单元 通过idle、 sleep、和快速wake-up模式，降低功耗 128-entry Branch Target Buffer 使流水线载有分支支零时仍能够保持正确 32 KB Instruction Cache 保持重要指令，提高系统性能，降低系统功耗 32 KB Data Cache 保持重要数据，提高系统性能，降低系统功耗 2 KB Mini-Data Cache 在频繁改变数据流时，避免"thrashing" of the D-Cache 32-entry 程序存储器管理 单元 使能逻辑到物理地址变换、访问允许和I-Cache attributes 32-entry数据存储器管理 单元 使能逻辑到物理地址变换、访问允许和D-Cache attributes 4-entry Fill and Pend Buffers 通过允许数据缓冲的non-blocking和"hit-under-miss"操作，提高内和效率。 性能监测单元 完成两个32-bit event counters和一个32-bit cycle counter for analysis of hit rates, etc. Debug调试单元 采用硬件断点和256-entry跟踪缓冲调试程序 32-bit Coprocessor Interface 在内核和协处理器间提供高性能的接口 64-bit内和存储器总线，同时32-bit输入和32-bit输出 Gives up to 4.8 GBytes/sec. @ 600 MHz bandwidth for internal accesses 8-entry Write Buffer 当数据写入到存储器是，允许内和继续执行。 ARM兼容性 1
[试题分类]:嵌入式微处理器与操作系统Z_82411005 [题型]:单选 [大题名称]:单项选择题 [题目数量]:60 [分数]:2 1.Makefile文件预定定义变量$^表示()。 A.目标文件的完整名称 B.所有不重复的依赖文件，以空格隔开 C.第一个依赖文件的名称 D.第二个依赖文件的名称 [答案]:B [一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 2.如果生成通用计算机上(系统是Linux操作系统)能够执行的程序,则使用的C编译是()。 A.TC B.VC C.GCC D.arm-linux-gcc [答案]:C [一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 3.创建根文件系统映像文件使用的工具是()。 A.BusyBox B.cramfs C.make D.vi [答案]:A [一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 4.S3C2410X系统的存储空间分成()组(bank)。 A.2 B.4 C.8 D.16 [答案]:C
[一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 5.GDB软件是()。 A.调试器 B.编译器 C.文本编译器 D.连接器 [答案]:A [一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 6.嵌入式系统和通用计算机相比,描述不正确的是()? A.专用性强 B.实时性好 C.可裁剪性好 D.功耗高 [答案]:D [一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 7.ARM9使用几级流水线。 A.2 B.3 C.5 D.7 [答案]:C [一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 8.ARM公司主要依靠()获得利润。 A.生产芯片 B.销售芯片 C.制定标准 D.出售芯片技术授权 [答案]:D
1.2.1 嵌入式处理器的分类与特点 1．嵌入式微处理器的分类 嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器，一般把嵌入式处理器分成4类，即嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式DSP处理器和嵌入式片上系统。 （1）嵌入式微控制器（MicroController(微控制器) Unit MCU的典型代表是单片机，它将整个计算机系统集成到一块芯片中。MCU一般以某种微处理器内核为核心，根据某些典型的应用，在芯片内部集成了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 RAM、EEPROM等各种必要功能部件和外设。为适应不同的应用需求，对功能的设置和外设的配置进行必要的修改和裁减定制，使得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相同，不同的是存储器和外设的配置及功能的设置。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，从而减少整个系统的功耗和成本。和嵌入式微处理器相比，微控制器的单片化使应用系统的体积大大减小，从而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提高。由于MCU目前在产品的品种和数量上是所有种类嵌入式处理器中最多的，而且上述诸多优点决定了微控制器是嵌入式系统应用的主流。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。 通常，MCU可分为通用和半通用两类，比较有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、68300等。而比较有代表性的半通用系列，如支持USB 接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN总线、LCD等的众多专用MCU 和兼容系列。 （2）嵌入式微处理器（MicroProcessor Unit，MPU） MPU是由通用计算机中的CPU演变而来的。MPU采用增强型通用微处理器。由于嵌入式系统通常应用于环境比较恶劣的环境中，因而MPU在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方面的要求较通用的标准微处理器高。但是，MPU在功能方面与标准的微处理器基本上是一样的。根据实际嵌入式应用要求，将MPU装配在专门设计的主板上，只保留和嵌入式应用有关的主板功能，这样可以大幅度减小系统的体积和功耗。 和工业控制计算机相比，MPU组成的系统具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但在其电路板上必须包括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。由MPU及其存储器、总线、外设等安装在一块电路主板上构成一个通常所说的单板机系统。嵌入式处理器目前主要有AM186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MPIS、ARM系列等。 （3）嵌入式数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP） DSP是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令执行速度。 在数字信号处理应用中，各种数字信号处理算法很复杂，这些算法的复杂度可能是o （nm）的，甚至是NP的，一般结构的处理器无法实时的完成这些运算。由于DSP对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于实时地进行数字信号处理。在数字滤波、fft、谱分析等方面，DSP算法正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。 嵌入式DSP处理器有两类：（1）DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器，TI 的TMS320C2000/C5000 等属于此范畴。（2）在通用单片机或SOC 中增加DSP协处理器，例如Intel的MCS-296和infineon（siemens）的tricore。另外，在有关智
微处理器和指令系统 一、选择题 1、微型计算机中的运算器，将运算结果的一些特征标志寄存在（FR）中。 2、微处理器内部的控制器是由（ALU与寄存器）组成。 3. 8086微处理器内部能够计算出访问内存储器的20位物理地址的附加机构是(加法器)。 4. 若有两个带有符号数ABH和FFH相加，其结果使FR中CF和OF 位为（1和0）。 5. 逻辑地址是（允许在程序中编排的）地址。 6．字符串操作时目标串逻辑地址只能由（ES、DI）提供。 5. 8086微处理器中的ES是（附加段）寄存器。 6.8086处理器最小工作方式和最大工作方式的主要差别是（单处理器和多处理器的不同）。 7．8086微处理器内部通用寄存器中的指针类寄存器是（AX）。8．8086／8088微处理器引脚中（B）信号线能够反映标志寄存器中断允许标志位下的当前值。A. 7S B．5S C. 4S D. 6S 9．若进行加法运算的两个操作数为ABH和8BH，其结果使得CF和OF 为（1和l）。 10.欲使RESET有效, 只要（接通电源或按RESET键）即可。11．8086微处理器内部具有自动增1功能的寄存器是（IP）。12．最大方式下8086系统送8288总线控制器的状态信号为（ A ）。
A. 2S 、1S 、0S B. R /DT C ．0SS D. DEN 13．8086／8088微处理器状态信号共有（ 5）条。 14．编程人员不能直接读写的寄存器是(IP )。 15. 16位带有符号数的补码数据范围为（ ＋32767～-32768）。 16．8086／8088微处理器可访问内存储器地址为（00000H ～FFFFFH ）。 17．当标志寄存器FR 中OF 位等于1时，表示带有符号的字运算超出数据（–32768～32767）范围。 18．8086/8088微处理器CLK 引脚输入时钟信号是由（8284）提供的。 19．8086微处理器引脚2S 1S 0S 处于（001）状态时，表明读I/O 端口。 20．8086/8088微处理器中的段寄存器中的CS 作为段基值，偏移量允许使用（IP ）。 21．8086微处理器以BP 内容作为偏移量，则段基值是由（SS ）寄存器提供。 22．8086／8088微处理器中的寄存器可以用做8 位或16位寄存器，如（ D ）。 A. SI B ．SP C. IP D. CX 23.在最小方式下，原8l86微处理器最大方式下2S 、1S 、0S 引脚应改为（ C ）。 A. M/IO 、DEN 、DT/R B ．DT/R 、M/IO 、DEN C. M/IO 、DT/R 、DEN D. DEN 、M/IO 、DT/R 24．访问I/O 端口可用地址线有（16）条. 25．最大方式下引脚25号和24号分别为0QS 和1QS ，若工作于最小
嵌入式微处理器特点： 嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点： （1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中 断响应时间，从而使部的代码和实时核心的执行时间减少到最低限度。 （2）具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结 构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强 大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。 （3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能 的嵌入式微处理器。 （4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动 的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有 mW甚至μW级。 嵌入式系统概念： 一般来说，嵌入式系统是“执行专用功能并被部计算机控制的设备或者系统。嵌入式系统不能使用通用型计算机，而且运行的是固化的软件，用术语表示就是固件（firmware），终端用户很难或者不可能改变固件。” 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。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，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。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）（要时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。
DSP 、单片机以及嵌入式微处理器都是嵌入式家族的一员。最大区别是DSP能够高速、实时地进行数字信号处理运算。数字信号处理运算的特点是乘/加及反复相乘 求和（乘积累加）。为了能快速地进行数字信号处理的运算，（1）DSP设置了硬件乘法/累加器，（2）能在单个指令周期内完成乘/加运算。（3）为满足FFT、卷积等数字信号处理的特殊要求，目前DSP大多在指令系统中设置了“循环寻址”及“位倒序”寻址指令和其他特殊指令，使得寻址、排序的速度大大提高。DSP完成1024复点FFT的运算，所需时间仅为微秒量级。 高速数据的传输能力是DSP高速实时处理的关键之一。新型的DSP设置了单独的DMA总线及其控制器，在不影响或基本不影响DSP处理速度的情况下，作并行的数据传送，传送速率可达每秒百兆字节。DSP内部有流水线，它在指令并行、功能单元并行、多总线、时钟频率提高等方面不断创新和改进。因此，DSP与单片机、嵌入式微处理器相比，在内部功能单元并行、多DSP核并行、速度快、功耗小、完成各种DSP算法方面尤为突出。 单片机也称微控制器或嵌入式控制器，它是为中、低成本控制领域而设计和开发的。单片机的位控能力强，I/O接口种类繁多，片内外设和控制功能丰富、价格低、使用方便，但与DSP相比，处理速度较慢。DSP具有的高速并行结构及指令、多总线，单片机却没有。DSP处理的算法的复杂度和大的数据处理流量更是单片机不可企及的。嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU（微处理器）。是嵌入式系统的核心。为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。与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、质量轻、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。在应用设计中，嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在专门设计的一块电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，可大幅度减小系统的体积和功耗。目前，较流行的是基于ARM7、ARM9系列内核的嵌入式微处理器。 嵌入式微处理器与DSP的一个很大区别，就是嵌入式处理器的地址线要比DSP 的数目多，所能扩展的存储器空间要比DSP的存储器空间大的多，所以可配置实时多任务操作系统(RTOS)。RTOS是针对不同处理器优化设计的高效率、可靠性和可信性很高的实时多任务内核，它将CPU时间、中断、I/O、定时器等资源都包装起来，留给用户一个标准的应用程序接口（API），并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间分配CPU时间。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。常用的RTOS：Linux（为几百KB）和VxWorks（几MB）。 由于嵌入式实时多任务操作系统具有的高度灵活性，可很容易地对它进行定制或作适当开发，来满足实际应用需要。例如，移动计算平台、信息家电（机顶盒、数字电视）、媒体手机、工业控制和商业领域（例如，智能工控设备、ATM机等）、电子商务平台，甚至军事应用，吸引力巨大。所以，目前嵌入式微处理器的应用是继单片机、DSP之后的又一大应用热门。但是，由于嵌入式微处理器通常不能高效地完成许多基本的数字处理运算，例如，乘法累加、矢量旋转、三角函数等。它的 体系结构对特殊类型的数据结构只能提供通用的寻址操作，而DSP则有专门的简捷寻址机构和辅助硬件来快速完成。所以嵌入式微处理器不适合高速、实时的数字信号处理运算。而更适合“嵌入”到系统中，完成高速的“通用”计算与复杂
浅谈几种常见的嵌入式处理器比较分析 The manuscript was revised on the evening of 2021
浅谈几种常见的分析 前言 随着电子科学的不断发展，人们开始逐渐对数码产品有了更高的需求，这就促使了信息技术的不断发展。嵌入式系统的核心就是嵌入式处理器，它是控制、辅助嵌入式系统运行的硬件单元，其应用范围非常的广阔，它也具有很好的发展前景。那么，面对纷繁复杂的嵌入式处理器市场，我们该如何做出适合自己的选择呢下面小编就对市场上常见的几种嵌入式处理器进行比较分析，希望可以对大家有所帮助(嵌入式处理器类型)。 (1)嵌入式ARM微处理器(嵌入式微处理器结构) ARM微处理器的由来与发展 ARM(Advanced RISC Machines)，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。目前，采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器。它是一种高性能、低功耗的32位微处器，它被广泛应用于嵌入式系统中。基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM9代表了ARM公司主流的处理器，已经在手持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。 ARM微处理器的应用领域 ARM微处理器是目前应用领域非常广的处理器，到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，深入到各个领域。 1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。 2、无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。 3、网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。 4、消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 5、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。 基于RISC架构的ARM微处理器的特点 1、体积小、低功耗、低成本、高性能; 2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件;
第三章8086微处理器指令系统习题答案 一、单项选择题 1.B 2.C 3.B 4.D 5.A 6.C 7.B 8.C 9.C10. D 11.D12.C13.C14.A15.C16.B17.C18.B19.D20. D 21.B22.D23.A24.D25.A26.A27.A28.D29.C30. A 31.D32.C33.B34.D35.D36.D37.A38.B39.B40. B 41.B42.A43.D44.D45.A46.C47.D48. C 二、多项选择题 1.ABC 2.ABCD 3.ABF 4.BF 5.BCD 6.CD 7.ABCDE 8.BD 三、填空题 1.操作码，操作数 2段地址，10H，偏移地址，02051H 3.AA92AH 4.立即，基址变址 5.5425H 6.D36AH 7.源操作数为8位，目的操作数为16位，不匹配；源操作数和目的操作数不能同时为存储器；INC指令操作数不能为立即数；目的操作数的的地址大于字节。 8.6310H 9.0132H，0112H 10.0000H，1,1，0,0 11.1202H，1200H，2000H 12.除4 13.7230H 14.12AAH，0BBCCH 15.6804H 16.3,0 17.4154H，6F30H 18.0,00FFH，0 四、判断题 ×V ××V ××V ×V ××××V ×V ××× 五、读程序，指出结果 1.11H 2.5678H，1234H 3.80H，0 4.1,1 5. 1 6.0132H，0112H 7.01H，00H，08H 8.0,0 9.79H，6H，7FH 10.60H，35H
嵌入式ARM微处理器选型指南 要选好一款处理器，要考虑的因素很多，不单单是纯粹的硬件接口，还需要考虑相关的操作系统、配套的开发工具、仿真器，以及工程师微处理器的经验和软件支持情况等。微处理器选型是否得当，将决定项目成败。当然，并不是说选好微处理器，就意味着成功，因为项目的成败取决于许多因素；但可以肯定的一点是，微处理器选型不当，将会给项目带来无限的烦恼，甚至导致项目的流产。 1 嵌入式微处理器选型的考虑因素 在产品开发中，作为核心芯片的微处理器，其自身的功能、性能、可靠性被寄予厚望，因为它的资源越丰富、自带功能越强大，产品开发周期就越短，项目成功率就越高。但是，任何一款微处理器都不可能尽善尽美，满足每个用户的需要，所以这就涉及选型的问题。 (1)应用领域 一个产品的功能、性能一旦定制下来，其所在的应用领域也随之确定。应用领域的确定将缩小选型的范围，例如：工业控制领域产品的工作条件通常比较苛刻，因此对芯片的工作温度通常是宽温的，这样就得选择工业级的芯片，民用级的就被排除在外。目前，比较常见的应用领域分类有航天航空、通信、计算机、工业控制、医疗系统、消费电子、汽车电子等。 (2)自带资源 经常会看到或听到这样的问题：主频是多少?有无内置的以太网MAC?有多少个I／O口?自带哪些接口?支持在线仿真吗?是否支持OS，能支持哪些OS?是否有外部存储接口?……以上都涉及芯片资源的问题，微处理器自带什么样的资源是选型的一个重要考虑因素。芯片自带资源越接近产品的需求，产品开发相对就越简单。 (3)可扩展资源 硬件平台要支持OS、RAM和ROM，对资源的要求就比较高。芯片一般都有内置RAM和ROM，但其容量一般都很小，内置512 KB就算很大了，但是运行OS一般都是兆级以上。这就要求芯片可扩展存储器。 (4)功耗 单看“功耗”是一个较为抽象的名词。这里举几个形象的例子： ①夏天使用空调时，家里的电费会猛增。这是因为空调是高功耗的家用电器，这时人们会想，“要是空调能像日光灯那样省电就好了”。 ②随身的MP3、MP4都使用电池。正当听音乐看视频时，系统因为没电自动关机，谁都会抱怨“又没电了!” ③目前手机一般使用锂电池，手机的待机和通话时间成了人们选择手机的重要指标。待机及通话时间越长，电池的使用寿命就可以提高，手机的寿命也相对提高了。 以上体现了人们对低功耗的渴求。低功耗的产品即节能又节财，甚至可以减少环境污染，它有如此多的优点，因此低功耗也成了芯片选型时的一个重要指标。 (5)封装 常见的微处理器芯片封装主要有QFP、BGA两大类型。BGA类型的封装焊接比较麻烦，一般的小公司都不会焊，但BGA封装的芯片体积会小很多。如果产品对芯片体积要求不严格，选型时最好选择QFP封装。 (6)芯片的可延续性及技术的可继承性 目前，产品更新换代的速度很快，所以在选型时要考虑芯片的可升级性。如果是同一厂家同一内核系列的芯片，其技术可继承性就较好。应该考虑知名半导体公司，然后查询其相关产品，再作出判断。 (7)价格及供货保证 芯片的价格和供货也是必须考虑的因素。许多芯片目前处于试用阶段(sampling)，其价格和供货就会处于不稳定状态，所以选型时尽量选择有量产的芯片。 (8)仿真器 仿真器是硬件和底层软件调试时要用到的工具，开发初期如果没有它基本上会寸步难行。选择配套适合的仿真器，将会给开发带来许多便利。对于已经有仿真器的人们，在选型过程中要考虑它是否支持所选的芯片。 (9)OS及开发工具
《嵌入式微处理器结构与应用》 课程设计报告 题目：电子菜单 一、课程设计的目的和主要内容： 目的：《嵌入式微处理器结构与应用》课程设计是软件工程本科专业的专业实践课程，结合在课程中学到的嵌入式系统的开发和调试方法，对学生在嵌入式系统设计和应用开发的基本技能方面进行综合的检验和实践。是学生在学习完《嵌入式微处理器结构与应用》课程之后的一个重要的实践环节。要求学生在教师的指导下，综合运用已学过的嵌入式微处理器相关的各种知识和技能，以小组协作的方式完成一项较为完整、并具有一定难度的课程设计任务。使学生总结本课程的主要知识点，提高学生的实际动手能力，为学生今后进一步学习和从事嵌入式系统相关的研究与开发打下坚实的基础。 内容：基于实时操作系统，学会复杂应用程序的基本开发方法，结合课程实验学到的知识，编写一个能综合应用液晶屏、触摸屏、键盘并结合简单文件系统API函数的界面应用。要求具备基本的三个界面：初始界面、点菜界面、结束界面，基本实现点菜的全过程。 二、基本的设计思路或程序流程图描述: 基于MVC勺设计模式，将程序分成三大独立的部分：模型（逻辑）部分、视图部分、控制部分。这三大部分的关系如下：
程序总流程图:
百度文库-让每个人平等地提升自我 初始化程序， 打开启动画面线程 关闭线程 点菜结束按钮 判断消息 类型 判断操 作类型 判断单 击内容 判断控 件类型 判断该菜单条目 的 状态，进行相应的逻 辑和视图更新 本人负责: 打开线程 界面控件 翻页按钮 加载菜单数据 显示启动动 画 键盘消息 显示点菜结束 画面和总价 程序 菜单条目 进行菜单的上下 滚动 关闭按钮 单击 拉动 重置逻辑数 据，显示最初 的点菜界面 关闭启动画面线程, 显示点菜画面 显示程序结束画 面 进行菜单的翻页 等待系统消息 触摸屏消息 、视图部分:
桂林电子科技大学信息科技学院 《嵌入式微处理器结构与应用》实训报告 学号1152100135 姓名殷浩 指导教师：韩桂明，张锟，赵志鹏 2014 年6 月20 日
实训题目：倒计时秒表 1系统设计 1.1 设计要求 1.1.1 设计任务 使用串口连接51单片机与arm9实验箱实现99秒倒计时，并通过数码管显示。当倒计时为0时，点亮LED灯，蜂鸣器报警。 1.1.2 性能指标要求 (1) 实现99秒倒计时，并通过数码管显示； (2) 四个按键：一个“运行/暂停”按键，一个“加计时”按键，一个“减计时”按键，一个“复位”按键； (3) 四个指示灯：倒计时为0时，指示灯闪烁。 (4) 扩展多位数码管，实现多位显示（动态扫描） (5) 加入蜂鸣器，可作声音报警使用。 注意：（数码管、按键和指示灯均连接到单片机I/O口） 1.2 设计思路及设计框图 1.2.1设计思路 单片机通过按键扫描，发送不同指令并通过串口发送到arm9实验箱上，arm9程序响应接收到的指令，实现相应的计算和控制功能,并向单片机传回数据，单片机接收arm9反馈回来的数据并输出显示。 1.2.2总体设计框图 串口发送 2各个模块程序的设计 2.1单片机最小系统
单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。 复位电路:由电容串联电阻构成,结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般C 取10u,R取8.2K。原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。 晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作) 2.2数码管显示 这次实训我们使用的是四位一体共阴数码管，经过测量，分别找到了它的段选和位选。用它来显示秒表的秒值，数码管的使能端接到P2.0、P2.1、P2.2和P2.3上，其余8个引脚分别单片机P0口相连，根据单片机引脚与数码管的连接关系,可以列出显示不同数字的段选码。从而准确的输出秒表的正确秒值。