嵌入式系统第三章解剖

• ROM仿真器 • JTAG仿真器 • 逻辑分析器
• 需求管理工具
• 示波器
• DSP开发工具
• 器件驱动器开发工具
• 软硬件协同验证工具
9.3 嵌入式系统开发流程
1 嵌入式软件开发的特点
▪ 嵌入式系统与通用计算机系统的差别：
– 人机交互界面 – 有限的功能
– 时间关键性和稳定性
▪ 嵌入式软件开发的特点：
嵌入式微控制器EMCU
• 嵌入式微控制器又称为单片机，它将CPU、存 储器（少量的RAM、ROM或两者都有）和其 它外设接口封装在同一片集成电路里。
• 嵌入式微控制器制造商：摩托罗拉、英特尔、 英飞凌科技、 Atmel、日立、NEC、三菱、 东芝、松下、Microchip、富士、飞利浦、德 州仪器、三星、三洋、索尼、Oki、凌阳科技 等。
9.1 嵌入式系统简介
• 广义上讲，凡是带有微处理器的专用软硬 件系统都可称为嵌入式系统。如各类单片
机和DSP系统。这些系统在完成较为单一 的专业功能时具有简洁高效的特点。但由 于他们没有操作系统，管理系统硬件和软 件的能力有限，在实现复杂多任务功能时， 往往困难重重，甚至无法实现 • 从狭义上讲，那些使用嵌入式微处理器构 成独立系统，具有自己操作系统，具有特 定功能，用于特定场合的专用软硬件系统 称为嵌入式系统。
▪ 嵌入式软件开发的特点：
–引入任务设计方法 –需要固化程序 –软件开发难度大
➢ 嵌入式应用软件对实时性、稳定性、可靠性、 抗干扰性等性能的要求都比通用软件的要求 更为严格和苛刻。
2.2 嵌入式系统开发的流程
嵌入式软件的开发流程与通用软件的开发流程 大同小异，但开发所使用的设计方法具有嵌入式 开发的特点。整个开发流程可分为：

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通用计算机与嵌入式系统对比
特征 形式和类型
•
通用计算机 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。 通用处理器、标准总线和 外设。 软件和硬件相对独立。
•
嵌入式系统
看不见的计算机。 形式多样，应用领域广泛 ，按应用来分。
组成
•
•

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。 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。 大部分不能再编程

2、Windows CE

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1.3 嵌入式操作系统举例

1.3.2 开源版嵌入式操作系统 嵌入式Linux（Embedded Linux）

具有低成本、多种硬件平台支持、优异的性能和良好的 网络支持等优点 uCLinux、RT-Linux、Embedix、 XLinux、PoketLinux、红旗嵌入式Linux等
开发方式
•
开发平台和运行平台都是 通用计算机
•
二次开发性
•
应用程序可重新编制
•
1.1 嵌入式系统概述

1.1.3 嵌入式系统的发展 嵌入式系统发展的4个阶段：
① 以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统 ② 以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式
系统 ③ 以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统 ④ 以Internet为标志的嵌入式系统

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第1章 嵌入式系统基础知识
本章课程：
1.1 嵌入式系统概述 1.2 嵌入式系统的组成 1.3 嵌入式操作系统举例 1.4 嵌入式系统开发概述 1.5 小结

应用范例介绍二
iPhone® Went on sale in June 2007
One Samsung ARM1176
application processor core Memory capacity: 8 – 16 GB Display: 3.5 inch widescreen multi-
And the list goes 全on a自nd 动on 操作循环
Televisions
24 MB of int嵌erna入l m式ain m系em统ory为一种计算机软件与硬件的综合体，特别强调「量身定做」 LDEisGkOdrTivEeCs H的NIC原El则eme，nts基于某一种特殊用途上，针对这项用途开发出截然不同的系 Anti-lock bra统kes，是所谓的客制化(Customized)系统。
32-bit ARM7 microprocessor 256 Kbytes FLASH, 64 Kbytes RAM
Bluetooth wireless communication using NXT software only.
USB 2.0 port 4 input ports, 6 wire digital platform 3 output ports, 6 wire digital platform 100 x 64 pixel LCD graphical display Sound channel with 8-bit resolution Stores multiple programs
Take advantage of application characteristics to optimize the design: Do not need all the general-purpose bells and whistles

地址
指令寄存器
控制器
指令
数据通道
输入
输出
中央处理器
地址 数据
程序存储器
指令0 指令1 指令2
数据存储器
数据0 数据1 数据2
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CISC和RISC
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）
具有大量的指令和寻址方式 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单
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CISC与RISC的数据通道
开始
IF
ID
ALU MEM REG
退出
微操作通道
开始
IF
ID
REG ALU MEM
退出
单通数据通道
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CISC的背景和特点
背景:存储资源紧缺, 强调编译优化 增强指令功能，设置一些功能复杂的指令，把一些原来由
软件实现的、常用的功能改用硬件的（微程序）指令系统 来实现 为节省存储空间，强调高代码密度，指令格式不固定，指 令可长可短，操作数可多可少 寻址方式复杂多样，操作数可来自寄存器，也可来自存储 器 采用微程序控制，执行每条指令均需完成一个微指令序列 （微程序） CPI > ５，指令越复杂，CPI越大。
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CISC与RISC的对比
类别
CISC
指令系统 指令数量很多
RISC 较少，通常少于100
执行时间 编码长度
有些指令执行时间很长，如 整块的存储器内容拷贝；或 将多个寄存器的内容拷贝到 存贮器