嵌入式系统概述
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第一章嵌入式系统概述
1.嵌入式系统的概念
从技术的角度概念:以应用为中心、以运算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、靠得住性、本钱、体积、功耗严格要求的专用运算机系统。
从系统的角度概念:嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件,并使其紧密耦合在一路的运算机系统。术语嵌入式反映了这些系统一般是更大系统中的一个完整的部份,称为嵌入的系统。嵌入的系统中能够共存多个嵌入式系统。
2.嵌入式处置器的分类
①嵌入式微处置器;
②嵌入式微控制器;
③嵌入式DSP处置器;
④嵌入式片上系统(SOC)
3.嵌入式操作系统的大体概念及特点
一般实时操作系统应用于实时处置系统的上位机和实时查询系统等实时性较弱的实时系统,而且提供了开发、调试、运用一致的环境。
嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时控制系统,而且应用程序的开发进程是通过交叉开发来完成的,即开发环境与运行环境是不一致。嵌入式实时操作系统具有规模小(一般在几K~几十K 内)、可固化利用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)的特点
4.实时操作系统的大体概念及特点
总的来讲实时操作系统是事件驱动的,能对来自外界的作用和信号在限定的时刻范围内作出响应。它强调的是实时性、靠得住性和灵活性, 与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用, 由它来管理和协调各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境及开发环境。从实时系统的应用特点来看实时操作系统能够分为两种:一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统
IEEE 的实时UNIX分委会以为实时操作系统应具有以下的几点:
异步的事件响应;切换时刻和中断延迟时刻肯定;优先级中断和调度;抢占式调度;内存锁定;持续文件;同步;
5.操作系统的内核有哪两种,各自的特点
①非占先式内核:非占先式内核要求每一个任务自我舍弃CPU 的所有权。非占先式调度法也称作合作型多任务,各个任务彼此合作共享一个CPU。异步事件仍是由中断服务来处置。中断服务能够使一个高优先级的任务由挂起状态变成就绪状态。但中断服务以后控制权仍是回到原来被中断了的那个任务,直到该任务主动舍弃CPU的利用权时,那个高优先级的任务才能取得CPU的利用权。
②占先式内核:最高优先级的任务一旦就绪,总能取得CPU的控制权。当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了就绪状态,当前任务的CPU利用权就被剥夺了,或说被挂起了,那个高优先级的任务立刻取得了CPU的控制权。若是是中断服务子程序使一个高优先级的任务进入就绪态,中断完成时,中断了的任务被挂起,优先级高的那个任务开始运行。
6.任务优先级的概念
任务的优先级是表示任务被调度的优先程度。
7.常见的嵌入式操作系统举例
①嵌入式Linux ②Win CE ③VxWorks ④μC/OS-II
第二章ARM7体系结构
1.RISC特点
①具有大量的通用存储器;②独特的装载/保留(load-store)结构;③简单的寻址模式;④统一和固定长度的指令格式。
2.ARM体系结构特点
①每条数据处置指令可同时包括算术逻辑单元(ALU)的运算和移位处置,实现ALU和移位器的最大利用;
②利用地址自增和自减的寻址方式优化程序循环;
③装载/保留指令对数据的批量传输,实现最大数据吞吐量;
④大多数指令的条件执行,实现最快速的代码执行。
3.常常利用的ARM处置器核系列
ARM7、ARM九、ARM9E、ARM10E、ARM1一、Cortex、Xscale
4.ARM7,ARM9系列的特点和主要应用领域
ARM7:该系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、带有高速缓存处置器宏单元的ARM720T和扩充了Jazelle的ARM7EJ-S。该系列处置器提供Thumb 16位紧缩指令集和EmbededICE软件调试方式,适用于更大规模的SoC设计中。
ARM7系列普遍应用于多媒体和嵌入式设备,包括Internet设备、网络和调制解调器设备,和移动电话、PDA等无线设备。
ARM9:该系列包括ARM9TDMI、ARM920T和带有高速缓存处置器宏单元的ARM940T。除兼容ARM7系列,而且能够加倍灵活的设计。
ARM9系列主要应用于引擎管理、仪器仪表、安全系统和机顶盒等领域。
5.ARM7TDMI流水线
ARM处置器利用流水线来增加处置器指令流的速度,如此可使几个操作同时进行,并使处置和存储器系统持续操作,能提供MHz的指令执行速度。
取指:从寄放器装载一条指令。译码:识别将要被执行的指令。执行:处置指令并将结果写回寄放器。
节试探题
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7.ARM处置器状态及相关心换方式
ARM状态:32位,处置器执行字方式的ARM指令,处置器默以为此状态;
Thumb状态:16位,处置器执行半字方式的Thumb指令。
利用BX指令将ARM内核的操作状态在ARM状态和Thumb状态之间进行切换。
8.ARM处置器模式
ARM体系结构支持7种处置器模式,别离为:用户模式、快中断模式、中断模式、管理模式、中止模式、未概念模式和系统模式。
9.异样模式的特点
10. ARM内部寄放器组织
在ARM处置器内部共有37个用户可访问的寄放器,别离为31个通用32位寄放器和6个状态寄放器。
11.寄放器R14功能,CPSR与SPSR
寄放器R14称为链接寄放器(LR),在结构上有两个特殊功能:
①当利用BL指令挪用子程序时,返回地址将自动存入R14中;
②当发生异样时,将R14对应的异样模式版本设置为异样返回地址。
寄放器CPSR为当前程序状态寄放器,在异样模式中,另外一个寄放器“程序状态保留