嵌入式系统导论
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1、CPLD和FPGA的原理,相同点和不同点。
CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件,是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。
其基本设计方法是借助集成开发软件平台,用原理图、硬件描述语言等方法,生成相应的目标文件,通过下载电缆将代码传送到目标芯片中,实现设计的数字系统。
FPGA(Field-Programmable Gate Array)现场可编程门阵列。
它采用了逻辑单元阵列LCA这样一个概念,内部包括可配置逻辑模块CLB、输出输入模块IOB和内部连线三个部分。
相同点:两者都包括了一些相对大数量的可编程逻辑单元,CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间,而FPGA通常是在几万到几百万。
不同点:①CPLD更适合完成各种算法和组合逻辑,FPGA更适合于完成时序逻辑。
换句话说,FPGA更适合于触发器丰富的结构,而CPLD更适合于触发器有限而乘积项丰富的结构。
②CPLD的连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀的和可预测的,而FPGA的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性。
③在编程上FPGA比CPLD具有更大的灵活性。
CPLD通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程,FPGA 主要通过改变内部连线的布线来编程;FPGA可在逻辑门下编程,而CPLD是在逻辑块下编程。
④FPGA的集成度比CPLD高,具有更复杂的布线结构和逻辑实现。
⑤CPLD比FPGA使用起来更方便。
CPLD的编程采用E2PROM或FASTFLASH技术,无需外部存储器芯片,使用简单。
而FPGA的编程信息需存放在外部存储器上,使用方法复杂。
⑥CPLD的速度比FPGA快,并且具有较大的时间可预测性。
这是由于FPGA是门级编程,并且CLB之间采用分布式互联,而CPLD是逻辑块级编程,并且其逻辑块之间的互联是集总式的。
⑦在编程方式上,CPLD主要是基于E2PROM或FLASH存储器编程,编程次数可达1万次,优点是系统断电时编程信息也不丢失。
1.什么是嵌入式系统?嵌入式系统(Embedded system),是一种“完全嵌入受控器件内部,为特定应用而设计的专用计算机系统”。
与个人计算机这样的通用计算机系统不同,嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务,并且嵌入式系统只针对一项特殊的任务。
国内普遍认同的嵌入式系统定义为: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、功耗等严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。
与通用计算机能够运行用户选择的软件不同,嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的;所以经常称为“固件”。
2.举例说明嵌入式系统应用情况?嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。
通常,嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。
事实上,所有带有数字接口的设备,如手表、微波炉、录像机、汽车等,都使用嵌入式系统,有些嵌入式系统还包含操作系统,但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
嵌入式系统应用情况如下:1)工业制造基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展,目前已经有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在应用中,网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径,如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。
就传统的工业控制产品而言,低端型采用的往往是8位单片机。
但是随着技术的发展,32位、64位的处理器逐渐成为工业控制设备的核心,在未来几年内必将获得长足的发展。
2)交通管理在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面,嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用,内嵌GPS模块,GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。
目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭,只需要几千元,就可以随时随地找到你的位置。
3)信息家电这将称为嵌入式系统最大的应用领域,冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。
嵌入式系统导论一、PPT概要绪论(嵌入式系统特点)1.计算机系统的三大领域:服务器、桌面和嵌入式市场2.计算机分类:嵌入式计算机、通用计算机3.嵌入式计算机是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中4.!嵌入式系统定义:以应用为中心、以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境严格要求的专用计算机系统。
是将应用程序、操作系统和计算机硬件高度集成在一起的系统(技术角度)5.嵌入式系统是将计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物6.通用计算机和嵌入式系统对比:形式和类型、组成(软硬件相对独立;高度集成)、开发方式(开发平台和运行平台都是通用计算机;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)、二次开发性(应用程序可根据需要重新编制;一般不能再编程)7.!嵌入式系统特点:功耗限制、低成本、多速率、环境相关性、系统内核小、专用性强(一般要针对硬件进行系统的移植)、不可垄断性、产品相对稳定性、实时性(实时性的本质是任务处理所花费时间的可预测性,即任务需要在规定的时限内完成。
有些嵌入式系统没有实时性要求)8.实时系统:实时系统的正确性依赖于运行结果的逻辑正确性和运行结果产生的时间正确性,即实时系统必须在规定的时间范围内正确地响应外部物理过程的变化9.嵌入式系统组成的特点:硬件以微处理器为核心(集成存储器和外围I/O设备);软件包括:初始化代码及驱动(Bootloader)、嵌入式操作系统RTOS(核心)和应用程序等有机地结合在一起。
10.RTOS性能指标:内核大小(几K~几百K)、实时任务相应时间(微秒级<20us)、一般任务响应时间(几十至几百毫秒)11.!嵌入式系统的应用领域:工业控制(汽车电子、智能仪表、工控设备)、军事国防(军事电子)、消费电子(信息家电、智能玩具、通信设备)、网络(网络设备、电子商务)12.!嵌入式系统的发展趋势:硬件方面,面向应用领域的、高度集成的、以32位嵌入式微处理器为核心的SoC(System On Chip)将成为应用主流;软件方面,开发平台完备化、UI支持完备化、支持多核处理器、各种无线通信方式嵌入式硬件系统基础1.!嵌入式系统基本组成:嵌入式处理器、存储系统、外围设备与I/O接口2.嵌入式最小系统:以某处理器为核心,可以运转起来的最简单的硬件设施。
第1章嵌入式系统导论近年来,随着计算机技术、微电子技术及通讯技术的飞速发展,基于32位微处理器的嵌入式系统在各个领域的应用不断地得到扩大和深入,嵌入式产品已成为信息产业的主流。
面对IT产业界这一新热点,高校开设嵌入式系统相关课程已是当务之急。
目前国内很多高校都在开设和计划开设嵌入式系统课程。
在嵌入式系统实验教学中,我们选择了当前主流的ARM7微处理器芯片和源码开放的μCLinux操作操作。
ARM系列处理器是专门针对嵌入式设备设计的,是目前构造嵌入式教学系统硬件平台的首选,而μCLinux继承了标准Linux的优良特性,它强大的网络功能和出色的文件系统等优势也将在嵌入式领域得到更加广泛的应用。
本章节对嵌入式系统的发展历史与现状、嵌入式Linux操作系统的特点及组成进行简要论述,在第2小节对µClinux系统进行了分析,第3小节论述了嵌入式Linux系统一般开发流程。
1.1 概述1.1.1 嵌入式系统发展历史与现状虽然嵌入式系统是近几年才开始真正风靡起来的,但事实上嵌入式这个概念却很早就已经存在了。
嵌入式系统诞生于微型机时代,经历了漫长的独立发展的单片机道路,从70年代单片机的出现到今天各种嵌入式微处理器、微控制器的广泛应用,嵌入式系统有了近30年的历史。
纵观嵌入式系统的发展历程,大致经历了以下四个阶段:◆无操作系统阶段嵌入式系统最初的应用是基于单片机的。
20世纪70年代,微处理器的出现,使早期供养在特殊机房中,实现数值计算的大型计算机发生了历史性的变化。
以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性等特点,迅速走出机房,进入工业控制领域。
将微型机做在一个芯片上嵌入到一个对象体系中,实现对象体系的智能化控制,从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。
单片机大多以可编程控制器的形式出现,具有监测、伺服、设备指示等功能,通常应用于各类工业控制和飞机、导弹等武器装备中,一般没有操作系统的支持,只能通过汇编语言对系统进行直接控制,运行结束后再清除内存。