下载文档原格式
嵌入式微处理器的组成嵌入式微处理器是一种特殊的微处理器，它通常被嵌入到各种设备中，例如家用电器、汽车、工业机器人等。
由于其小巧、低功耗和高性能等特点，嵌入式微处理器在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
本文将介绍嵌入式微处理器的组成，包括CPU、内存、外设等方面。
一、CPUCPU是嵌入式微处理器的核心部件，负责处理各种指令和数据。
与桌面计算机的CPU相比，嵌入式微处理器的CPU通常采用更小、更简单的设计。
它们通常具有低功耗、高效率、可靠性和安全性等特点。
嵌入式微处理器的CPU可以分为两类：RISC和CISC。
RISC （Reduced Instruction Set Computer）指令集计算机采用较少的指令，每个指令执行的操作都比较简单，因此它们的指令执行速度较快。
CISC（Complex Instruction Set Computer）指令集计算机则采用较多的指令，每个指令可以执行更复杂的操作，但执行速度较慢。
目前，大多数嵌入式微处理器采用RISC架构。
二、内存内存是嵌入式微处理器的另一个重要组成部分。
它通常被用来存储程序代码和数据。
嵌入式微处理器的内存可以分为两类：ROM和RAM。
ROM（Read-Only Memory）只能读取，不能写入。
它通常被用来存储程序代码和常量数据，例如设备的固件。
ROM的优点是可靠性高，但缺点是无法修改，需要重新烧录才能更新。
RAM（Random Access Memory）可以读取和写入。
它通常被用来存储临时数据和变量。
RAM的优点是灵活性高，但缺点是可靠性低，需要电源供应才能保持数据。
除了ROM和RAM，嵌入式微处理器还可以使用闪存、EEPROM等非易失性存储器。
它们可以在断电或重启后保持数据，因此适合存储一些需要长期保存的数据。
三、外设外设是嵌入式微处理器的另一个重要组成部分。
它们可以为嵌入式系统提供各种功能和接口。
嵌入式微处理器的外设可以分为以下几类：1.输入输出接口：包括GPIO（General Purpose Input/Output）、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）、SPI（Serial Peripheral Interface）、I2C（Inter-Integrated Circuit）等。
《微处理器系统结构与嵌入式系统设计》课程教案第一章：微处理器概述1.1 微处理器的定义与发展历程1.2 微处理器的组成与工作原理1.3 微处理器的性能指标1.4 嵌入式系统与微处理器的关系第二章：微处理器指令系统2.1 指令系统的基本概念2.2 常见的指令类型及其功能2.3 指令的寻址方式2.4 指令执行过程第三章：微处理器存储系统3.1 存储器的分类与特点3.2 内存管理单元（MMU）3.3 存储器层次结构与缓存技术3.4 存储系统的性能优化第四章：微处理器输入/输出系统4.1 I/O 接口的基本概念与分类4.2 常见的I/O 接口技术4.3 直接内存访问（DMA）4.4 interrupt 与事件处理第五章：嵌入式系统设计概述5.1 嵌入式系统的设计流程5.2 嵌入式处理器选型与评估5.3 嵌入式系统硬件设计5.4 嵌入式系统软件设计第六章：嵌入式处理器架构与特性6.1 嵌入式处理器的基本架构6.2 嵌入式处理器的分类与特性6.3 嵌入式处理器的发展趋势6.4 嵌入式处理器选型considerations 第七章：数字逻辑设计基础7.1 数字逻辑电路的基本概念7.2 逻辑门与逻辑函数7.3 组合逻辑电路与触发器7.4 微处理器内部的数字逻辑设计第八章：微处理器系统设计与验证8.1 微处理器系统设计流程8.2 硬件描述语言（HDL）与数字逻辑设计8.3 微处理器系统仿真与验证8.4 设计实例与分析第九章：嵌入式系统软件开发9.1 嵌入式软件的基本概念9.2 嵌入式操作系统与中间件9.3 嵌入式软件开发工具与环境9.4 嵌入式软件编程实践第十章：嵌入式系统应用案例分析10.1 嵌入式系统在工业控制中的应用10.2 嵌入式系统在消费电子中的应用10.3 嵌入式系统在医疗设备中的应用10.4 嵌入式系统在其他领域的应用案例分析第十一章：嵌入式系统与物联网11.1 物联网基本概念与架构11.2 嵌入式系统在物联网中的应用11.3 物联网设备的硬件与软件设计11.4 物联网安全与隐私保护第十二章：实时操作系统（RTOS）12.1 实时操作系统的基本概念12.2 RTOS的核心组件与特性12.3 常见的实时操作系统及其比较12.4 实时操作系统在嵌入式系统中的应用第十三章：嵌入式系统功耗管理13.1 嵌入式系统功耗概述13.2 低功耗设计技术13.3 动态电压与频率调整（DVFS）13.4 嵌入式系统的电源管理方案第十四章：嵌入式系统可靠性设计14.1 嵌入式系统可靠性概述14.2 故障模型与故障分析14.3 冗余设计技术与容错策略14.4 嵌入式系统可靠性评估与测试第十五章：现代嵌入式系统设计实践15.1 现代嵌入式系统设计挑战15.2 多核处理器与并行处理15.3 系统级芯片（SoC）设计与集成15.4 嵌入式系统设计的未来趋势重点和难点解析第一章：微处理器概述重点：微处理器的定义、发展历程、组成、工作原理、性能指标。
嵌入式处理器的主要特点创易电子整理出品，创易更懂电子， / 全系列阻容感一本全掌控。
2.1嵌入式微处理器的优点2.1.1 低功耗2.1.2功能丰富2.1.2其他2.2嵌入式微处理器的特点三常用处理器概况3.1 处理器分类现状3.1.1嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)3.1.2 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)3.1.3 嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)3.1.4嵌入式片上系统(System On Chip)3.2 处理器的主要参数3.2.1主频3.2 处理器的缓存四处理器比较4.1 嵌入式控制器和嵌入式处理器的比较4.2 常见处理器简介及特点4.2.1 ARM处理器4.2.2 MIPS4.2.3 Power PC4.2.4 X864.2.5 DSP4.3 应用领域4.3.1 ARM4.3.2 MIPS4.3.3 PowerPC4.3.4 X864.3.5 DSP随着数字信息技术和网络技术高速发展，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面中。
国内外各种嵌入式产品进一步开发和推广，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合。
嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，据不完全统计，目前全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行体系结构有30几个系列，其中8051体系的占有多半。
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。
现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，越来越多的公司有自己的处理器设计部门。
嵌入式处理器的寻址空间一般从64KB到16-32MB，处理速度从O.IMIPS到2000MIPS, 常用封装从8个引脚到144个引脚。
嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行的体系结构有30多个系列。
现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，下面yjbys店铺为大家准备了关于嵌入式处理器的分类，欢迎阅读。
1、嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式处理器的基础是通用CPU，在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应应用有关的母板功能，这样可以大幅度减少系统体积和功耗。
为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点，但是设计中需外加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。
嵌入式处理器目前主要有Aml86/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。
2、嵌入式微控制器(Microcontroller Unit,MCU)嵌入式微控制器又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一片芯片中。
嵌入式微控制器一般以某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、脉冲调制输出、A/D、D/A、Flash等各种必要功能和外设。
和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减少，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。
嵌入式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，故称为微控制器。
嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的`通用系列有8051、P51XA、MCS-251/96、MC68HC05/11/16、68300等。
3、嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)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，指令执行速度快。
嵌入式微处理器分类：根据微处理器的字长宽度：微处理器可分为4位、8位、16位、32位、64位。
一般把16位及以下的称为嵌入式微控制器，32位以上的称为嵌入式微处理器。
根据微处理器系统集成度，可划分为两类：一般用途的微处理器，即微处理器内部仅包含单纯的中央处理单元；单芯片微控制器，即将CPU、Rom、RAM及I/O等部分集成到同一个芯片上。
根据嵌入式微处理器的用途：可分为以下几类：1、嵌入式微控制器（MCU），又称为单片机。
微控制器的片上外设资源通常比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。
微控制器芯片内部集成有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（PWM）、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各种必要功能和外设。
微控制器的最大特点是单片化，功耗成本低，可靠性高。
常用的有8051、MCS系列、C540、MSP430系列等，目前，微控制器占嵌入式系统的约70%的市场份额。
2、嵌入式微处理器（EMPU）。
由通用计算机中的CPU发展而来，主要特点是具有32位以上的处理器，具有比较高的性能，价格也较高。
与计算机CPU不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其它的冗余功能部分，因此其体积小、重量轻、功耗低、成本低及可靠性高。
通常嵌入式微处理器把CPU、ROM、RAM及I/O等元件做到同一个芯片上，也称为单板计算机。
目前，主要的嵌入式微处理器有ARM、MIPS、POWER PC和基于X86的386EX等。
特点：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。
嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系或哈佛体系结构；指令系统可以选用精简指令系统（Reduced Instruction Set Computer，RISC）和复杂指令系统CISC（Complex Instruction Set Computer，CISC）。
第7章 嵌入式微处理器概述
什么是嵌入式系统？
引言
引言
引言
“物联网”
本章内容简介
7.1 嵌入式系统的定义和特征
嵌入式系统(Embedded System)定义
¾
IEEE的定义：devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants. 国内比较认同的定义(4要素)：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。
¾
7.1 嵌入式系统的定义和特征
7.1 嵌入式系统的定义和特征
7.2 嵌入式系统的分类
实时性 可靠性
7.2 嵌入式系统的分类
实时性
要求系统对外部事件的响应时 是系统从识别一个外部事件到 间必须是确定的和可重复的， 做出响应的时间。
也是最重要 不管当时系统内部状态如何， 指标之一。
对不同控制过程， 都是可预测的，是实时系统最 有不同响应时间要求，不能单 重要指标之一 纯从绝对的响应时间长短来衡 量
是在一段给定时间内，系统可 以处理的事件总数。
是数据有效等待时间，在这段 时间里，数据是有效的。
7.2 嵌入式系统的分类
可 靠 性
7.2 嵌入式系统的分类
编程简单且易于理 解，但系统的确定性 不能 保证。
常见于 小型、简单的嵌入式 系统 能对外部事件直接 响应。
编程复杂， 但系统确定性好， 实时响应快，常见 于规模较大的嵌入 式实时系统
7.2 嵌入式系统的分类
嵌入式循环轮询系统 (Polling Loop System)
程序依次检查系统的每一个 输入条件，一旦条件成立就 进行相应的处理。
其结构如 右图：
Initialize() while(true) { If(condition_l) action_l(); if(condition_2) action_2() ; … if(condition_n) action_n() ; }
7.2 嵌入式系统的分类
有限状态机 (Finite State Machine)
系统的行为表现为有限个 不同状态，在不同的输入 作用下，系统从一个状态 迁徙到另一个状态。
如右 图：
有限状态机示意图
7.2 嵌入式系统的分类
嵌入式前后台系统
(Foreground/Background System)
又称嵌入式中断驱动系统。
后台是一个循环轮询系统，一 后台 直处于运行状态，又称主程 序；
嵌入式前后台系统运行方式
前台是由一些中断处理过程组 前台 成的。
当前台有一外部事件发生时将 引起中断，中断后台运行，转 入前台处理，处理完成后又回 到后台。
极端情况：后台简单循环不做任 何事情，所有其他工作由中断处 理程序完成的，如微波炉、玩具 等采用了这种软件结构，从省电 角度出发，平时微处理器处于基 本停机状态，所有事务都由中断 服务来完成。
7.2 嵌入式系统的分类
嵌入式多任务系统
(Multitask System) 是由多个任务、多个中断处理 过程和嵌入式操作系统组成的 有机整体。
每个任务按顺序或 优先级执行，并行性通过操作 系统来完成，任务之间的相互 通信和同步需要操作系统的支 持。
根据多任务的调度方式，可进 一步划分为：
¾嵌入式抢占多任务系统
Main1() Main2()
Main3()
…….
MainN()
TSR1
TSR2
TSRn
如:VxWorks、WindowsCE ¾嵌入式分时多任务系统 如: UCLinux
嵌入式多任务系统示意图
7.2 嵌入式系统的分类
嵌入式多处理器/多核系统
(Multi-processor/core system)
¾
当某些工作用单处理器难以完成时，就需要用多处理器／多核 同时处理。
在单处理器／单核系统中，多个任务在宏观上看是并发的，但 在微观上看实际是顺序执行的； 在多处理器／多核系统中，多个任务可以分别放在不同的处理 器／内核上执行，宏观上看是并发的，微观上看也是并发的。
因此，前者成为伪并发性，后者称为真并发性。
¾
¾
例如，目前一些高端的PDA、手持设备等采用“ARM+DSP”的两 核甚至多核结构，其中ARM作为主处理器，而DSP处理实时 图像和语音的压缩／解压缩等大运算量的工作，发挥其快速性。
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器 嵌入式处理器基本情况
品种总数：>1000 产品系列：>30 寻址空间：64kB‾16MB 处理速度：～2000MIPS 引脚数目：8～144 速度越来越快、性能越来越强、价格越来越低
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
SoC定义基本内容包含两方面
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
每个半导体制造商根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成 自己的 ARM 微处理器芯片进入市场。
目前已遍及：工业控制、消费类电子、 通信系统、网络系统、无线系统等 ARM目前占据的市场份额：75%32位RISC处理器市场；90%手机处理器市 场， 30%上网本处理器市场；80%平板电脑处理器80%市场
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
DSP数字信号处理器的主要特点 －哈佛结构 －流水线结构
4-Level Pipeline Operation CLKOUT1 Fetch Decode Operand Execute N N-1 N-2 N-3 N+1 N N-1 N-2 N+2 N+1 N N-1 N+3 N+2 N+1 N
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
7.3 嵌入式处理器
PLD的应用领域
7.3 嵌入式处理器
PLD的应用领域
7.3 嵌入式处理器
7.4 嵌入式系统组成与体系结构
7.4 嵌入式系统组成与体系结构
7.5 嵌入式系统应用领域
7.6 嵌入式系统发展趋势
。
