嵌入式系统外围硬件
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课程作业成绩:前言嵌入式系统是基于单片机的一种升级版,它是以应用为中心、以计算机技术为基础、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。
我们可从几方面来理解嵌入式系统:1.嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的,它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。
因此可以这样理解上述三个面向的含义,即嵌入式系统是与应用紧密结合的,它具有很强的专用性,必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。
2.嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。
所以,介入嵌入式系统行业,必须有一个正确的定位。
例如Palm之所以在PDA领域占有70%以上的市场,就是因为其立足于个人电子消费品,着重发展图形界面和多任务管理;而风河的Vxworks之所以在火星车上得以应用,则是因为其高实时性和高可靠性。
3.嵌入式系统必须根据应用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。
所以,如果能建立相对通用的软硬件基础,然后在其上开发出适应各种需要的系统,是一个比较好的发展模式。
目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几K到几十K微内核,需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减,但是由于微内核的存在,使得这种扩展能够非常顺利的进行。
目录第一章嵌入式系统的定义组成和体系结构1.1 嵌入式系统的定义 (1)1.2 嵌入式系统的体系结构 (2)1.3嵌入式系统的组成 (4)第二章嵌入式操作系统和嵌入式软件的编写2.1 嵌入式操作系统 (5)2.2嵌入式Linux的开发流程的步骤 (6)2.3 嵌入式系统的调试 (7)第三章总结 (9)第一章嵌入式系统的定义组成和硬件设计1.1 嵌入式系统的定义按照历史性、本质性、普遍性要求,嵌入式系统应定义为:“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。
嵌入式系统中BSP的作用及其相关联环节的分析嵌入式系统的基本构成包括硬件和软件两部分,其中硬件为实现设备外围控制,软件为运行该设备的程序。
而板级支持包(BSP)则是将硬件与软件两部分结合起来,并完成嵌入式系统的集成。
本文将从BSP的作用和相关联环节两个方面进行分析。
BSP的作用主要有以下三点:第一,提供硬件驱动程序。
BSP对内核的调用和切换通常需要硬件支持。
例如,初始化器件、寄存器等等,这些硬件驱动程序是与硬件相对应的,而BSP需要将它们打包成一个库,以便于系统调用。
此外,BSP还需要将硬件驱动程序集成到内核中,使之成为内核的一部分,以实现在内核中对硬件的控制。
第二,协调硬件资源。
嵌入式系统的硬件资源较为有限,而不同的硬件组件之间会相互干扰,所以需要有一个BSP控制其使用,避免冲突,让各个硬件模块之间能够协同工作。
第三,提供开发环境的支持。
BSP天然具备了针对嵌入式系统的外围控制和进程切换等能力,然而,对于开发人员而言,还需要对编译器、调试器、操作系统等相关工具提供支持。
这是嵌入式开发人员必不可少的开发环境。
除了上述功能之外,BSP还与内核、设备驱动程序、引导程序、红外线等外部服务交互,互相影响,构成了复杂的生态环境。
在嵌入式系统的板级支持栈中,BSP一般是由内核与设备驱动程序构成的,在系统启动阶段,BSP的基础硬件驱动程序会被加载到内存中,使它们能够访问到需要的硬件资源。
同时,BSP还要调整与优化硬件资源的配置。
在后续各个模块启动时,BSP还需负责引导程序执行的控制和设备驱动程序的加载。
BSP在嵌入式系统中具有重要的作用,其能够提供合适的硬件驱动程序、协调硬件资源、支持开发环境等,使系统能够有效运行。
同时,BSP与内核、设备驱动程序、引导程序、外部服务等相互交互,形成一个复杂的生态系统,从而实现了整个嵌入式系统。
简答题(每题6分,共30分)1.何谓嵌入式系统?举例说明嵌入式系统的主要应用领域范围。
【要点】(1)嵌入式系统定义根据IEEE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”。
当前国内一个普遍被认同的定义是:以应用为中心,以计算机技术为基础,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)嵌入式系统的主要应用领域工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、POS网络及电子商务、环境工程与自然、机器人2.比较CISC与RISC两种架构,简述二者的异同点。
【要点】嵌入式微处理器采用的指令系统有精简指令集系统(RISC)和复杂指令集系统(CISC)。
传统的CISC注重的是强化指令功能,减少程序的指令条数,以达到提高性能的目的。
RISC是将重点放在如何使计算机的结构更加简单合理地提高运算速度,而不是单纯地减少指令。
它会优先选取使用频率最高的简单指令,避免复杂指令;固定指令长度,减少指令格式和寻址方式种类;简化译码指令格式;在单周期内完成指令等。
RISC架构与CISC架构器相比较,其差异处如下:使用相当少的指令类型及寻址模式微程控尽量采用软件架构实现在单一执行的周期内完成指令微处理器中拥有更多的寄存器使用最佳化的程序代码编译微处理器的内存存取主要是用于指令的加载及存储简易的译码指令格式高度并行化处理3.比较板级支持包(BSP)与通用计算机的基本输入输出系统(BIOS)的异同点。
板级支持包是介于主板硬件和操作系统驱动层程序之间的层。
一般认为它属于操作系统的一部分,主要是实现对操作系统的支持,为上层的驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包,使之能与硬件主板更好地运行。
BSP主要做的工作是系统初始化和硬件相关的设备驱动。
具有操作系统相关性、硬件相关性的特点。
在系统启动之初,BSP所做的工作类似于通用计算机的BIOS,也是负责系统加电、初始化各种设备、装入操作系统。
一、嵌入式计算机是什么意思随着科技的发展,计算机作为主要的生产设备,有了多种多样的设备,嵌入式计算机就是其中一种发展方向,很多朋友不了解什么是嵌入式计算机,下面为大家简单介绍一下:所谓嵌入式计算机,就是以嵌入式系统为应用中心、计算机技术为基础、软硬件可裁剪的计算机系统,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的领域,主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序四个部分组成。
二、嵌入式计算机有哪些种类嵌入式计算机是为特定的软件控制任务而设计的专用计算平台,主要应用于工业自动化、数字标牌等领域,嵌入式电脑的类型众多,主要有以下几种:1、嵌入式工控机嵌入式计算机的主要用途在于工业领域,具有坚固耐用的特点,可应用于各大比较恶劣的工业环境,如海上石油钻井平台等。
2、平板电脑平板电脑带有集成的显示屏和键盘,有时还带有多合一触摸屏,也属于嵌入式计算机的一种,通过其界面与使用者进行更轻松,更好的交互,是管理工业机械过程的理想选择。
3、迷你电脑迷你电脑通常是低计算量的嵌入式计算机,特点是体积小、价格便宜,可以在需要智能的狭小空间中使用,常在网络安装中用作安全设备,例如防火墙或VPN路由器等。
4、工业机架服务器机架式服务器是一种嵌入式计算机,可以安装在机架中,而许多其他服务器也可以堆叠在顶部。
5、车载电脑车载电脑也属于嵌入式计算机,主要应用于自动驾驶汽车、救护车、警车、消防车等,它们是坚固的设备,可以承受环境中的振动、恶劣的温度、灰尘和湿气,还具有无线功能,可实现移动性和远程通信。
6、物联网网关IoT网关提供不同类型的通信技术之间的连接,是物联网传感器互联网之间的桥梁,主要从外部来源聚合数据,翻译协议,并对数据进行预处理。
三、嵌入式工控机的应用领域有哪些嵌入式工控机是常用的嵌入式计算机,属于加固的增强型工业计算机,可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行,是专门为工业现场而设计的机构紧凑的计算机,嵌入式工控机的应用广泛,可在车载、零售、监控、电子广告牌、工厂控制等有低功耗系统需求,但对温度及使用空间要求苛刻的环境下使用。