最新嵌入式处理器原理及应用PPT课件.ppt
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1、嵌入式处理器原理及应用嵌入式处理器原理及应用电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心课程简介课程简介 嵌入式系统有广泛的应用领域和应用前嵌入式系统有广泛的应用领域和应用前景,如数字电视、便携式终端、手机、工业景,如数字电视、便携式终端、手机、工业控制、军事电子、汽车、航空航天、仪器仪控制、军事电子、汽车、航空航天、仪器仪表、家用电器等。而以嵌入式处理器为核心表、家用电器等。而以嵌入式处理器为核心构建嵌入式应用系统是当今及未来嵌入式系构建嵌入式应用系统是当今及未来嵌入式系统技术发展的主流。统技术发展的主流。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大
2、学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心1嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域嵌入式系统广泛地应用于消费电子、通信、汽车、嵌入式系统广泛地应用于消费电子、通信、汽车、国防、航空航天、工业控制、仪表、办公自动化国防、航空航天、工业控制、仪表、办公自动化等领域。据欧盟统计:等领域。据欧盟统
3、计:2003年全球大概有80亿片嵌入式微处理器,2013年1月23日,市场研究公司IC Insights发布报告称,今年全球移动终端、PC、服务器和嵌入式设备使用的微处理器出货量,将增长到21.8亿片左右。在航空电子中,嵌入式软件的开发成本占整个飞机研制成本的50%;对于汽车工业,汽车电子在整车价值中的比例逐年提高,将从1997年的20%提升到2010年的33-40%。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心1嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域在消费电子领域:在消费电子领域:随着技术的发展,消费电子产品正向数字化和网络化方向发展;高清晰度数字电视将代替传统的模拟电视;
4、数码相机将代替传统的胶片相机;固定电话今后会被IP电话所替代;各种家用电器(电视机、冰箱、微波炉、电话等)将通过家庭通信、控制中心与Internet连接,实现远程控制、信息交互、网上娱乐、远程医疗和远程教育等。转变为智能网络家电,还可以实现远程医疗,远程教育等。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心1嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域在通信领域:在通信领域:大量应用嵌入式系统,主要包括程控交换机、路由器、IP交换机、传输设备等;据预测,由于互联的需要,特别是宽带网络的发展,将会出现各种网络设备如:ADSL Modem/Router等,其数将远远高于传统的网络设备;它
5、们基于32位的嵌入式系统、价格低廉,将为企业、家庭提供更为廉价的、方便的、多样的网络方案。就宽带上网的网络设备ADSL Router而言,国外现在每月需要600K的数量。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心1嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域在工控、汽车电子、仿真、医疗仪器等领域:在工控、汽车电子、仿真、医疗仪器等领域:随着工业、汽车、医疗卫生等各部门对智能控制需求的不断增长,需要对设备进行智能化、数字化改造,为嵌入式系统提供了很大的市场;就汽车电子系统而言,目前的大多数高档轿车每辆拥有约50个嵌入式微处理器。如BMW 7系列轿车,则平均安装有63个嵌入式微处理器
6、;据预测,21世纪初美国接入Internet的汽车将有一亿辆。IC Insights报道2001年车载计算系统的市场规模是30亿美元,而2004年达到46亿美元,这些系统将成为所有新型轿车的标准设备。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心1嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域嵌入式计算机系统的应用示例汽车电子控制系统嵌入式计算机系统的应用示例汽车电子控制系统电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心主要内容主要内容1 1 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域 2 2 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点 3 3 嵌入式硬件系统的组成嵌入式硬件系统的组
7、成 4 4 嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述 5 5 主流的嵌入式微处理器主流的嵌入式微处理器 6 6 嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心2嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点嵌入式系统通常是形式多样、面向特定应用的嵌入式系统通常是形式多样、面向特定应用的 嵌入式系统得到多种类型的处理器和处理器体系嵌入式系统得到多种类型的处理器和处理器体系结构的支持结构的支持 嵌入式系统通常有诸多限制,如成本、体积、实嵌入式系统通常有诸多限制,如成本、体积、实时性和可靠性的要求等时性和可靠性的要求等 嵌入式系统使用的操作系统一般是适应多种处理
8、嵌入式系统使用的操作系统一般是适应多种处理器、可剪裁、轻量型、实时可靠、可固化的嵌入器、可剪裁、轻量型、实时可靠、可固化的嵌入式操作系统式操作系统嵌入式系统开发需要专门工具和特殊方法嵌入式系统开发需要专门工具和特殊方法 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心形式多样、面向特定应用形式多样、面向特定应用一般用于特定的一般用于特定的任务或特定的领域,任务或特定的领域,其硬件和软其硬件和软件都必须高效率地设计,量体裁衣、去除冗余,件都必须高效率地设计,量体裁衣、去除冗余,而通用计算机则是一个通用的计算平台。而通用计算机则是一个通用的计算平台。它通常都具有低功耗、体积小、集成度高
9、等它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点。特点。嵌入式软件嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件的一是应用程序和操作系统两种软件的一体化程序。体化程序。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心得到多种类型的处理器支持得到多种类型的处理器支持通用计算机采用少数的处理器类型和体系结构,通用计算机采用少数的处理器类型和体系结构,而且主要掌握在少数大公司手里。而且主要掌握在少数大公司手里。嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器体嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器体系结构。系结构。在嵌入式微处理器产业链上,在嵌入式微处理器产业链上,IPIP设计、面向应用设计、面向应用的特
10、定嵌入式微处理器的设计、芯片的制造已相的特定嵌入式微处理器的设计、芯片的制造已相成巨大的产业。大家分工协作,形成多赢模式。成巨大的产业。大家分工协作,形成多赢模式。现在有现在有上千种的嵌入式微处理器和几十种嵌入式上千种的嵌入式微处理器和几十种嵌入式微处理器体系结构可以选择。微处理器体系结构可以选择。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心关注成本关注成本嵌入式系统通常需要注意的成本是系统成本,嵌入式系统通常需要注意的成本是系统成本,特别是量大的消费类数字化产品,其成本是产特别是量大的消费类数字化产品,其成本是产品竞争的关键因素之一。品竞争的关键因素之一。嵌入式的系统成本包括
11、嵌入式的系统成本包括:一次性的开发成本一次性的开发成本NRE(Non-RecurringEngineering)成本成本产品成本产品成本:硬件硬件BOM、外壳包装和软件版税等、外壳包装和软件版税等批量产品的总体成本批量产品的总体成本=NRE成本成本+每个产品成本每个产品成本*产品总量产品总量每个产品的最后成本每个产品的最后成本=总体成本总体成本/产品总量产品总量=NRE成本成本/产品总量产品总量+每个产品成本每个产品成本电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心实时性和可靠性的要求实时性和可靠性的要求大多数嵌入式系统大多数嵌入式系统都都有有实时性的要求,软件一实时性的要求,软
12、件一般是固化运行或直接加载到内存中运行,具有般是固化运行或直接加载到内存中运行,具有快速启动的功能。并对实时的强度要求各不一快速启动的功能。并对实时的强度要求各不一样,可分为硬实时和软实时。样,可分为硬实时和软实时。嵌入式系统一般要求具有出错处理和自动复位嵌入式系统一般要求具有出错处理和自动复位功能,特别是对于一些在极端环境下运行的嵌功能,特别是对于一些在极端环境下运行的嵌入式系统而言,其可靠性设计尤其重要。入式系统而言,其可靠性设计尤其重要。在大多数嵌入式系统的软件中一般都包括一些在大多数嵌入式系统的软件中一般都包括一些机制,比如硬件的看门狗定时器,软件的内存机制,比如硬件的看门狗定时器,软
13、件的内存保护和重启动机制。保护和重启动机制。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式嵌入式操作系统也是多姿多彩的。操作系统也是多姿多彩的。大多数商业嵌入式操作系统可同时支持不同种大多数商业嵌入式操作系统可同时支持不同种类的嵌入式微处理器。可根据应用的情况进行类的嵌入式微处理器。可根据应用的情况进行剪裁、配置。剪裁、配置。嵌入式操作系统规模小,所需的资源有限如内嵌入式操作系统规模小,所需的资源有限如内核规模在几十核规模在几十KBKB,能与应用软件一样固化运行。,能与应用软件一样固化运行。一般包括一个实时内核,其调度算法一般采用一般包括一个实时
14、内核,其调度算法一般采用基于优先级的可抢占的调度算法。基于优先级的可抢占的调度算法。高可靠嵌入式操作系统:时、空、数据隔离高可靠嵌入式操作系统:时、空、数据隔离电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心开发需要专门工具和特殊方法开发需要专门工具和特殊方法多数嵌入式系统开发意味着软件与硬件多数嵌入式系统开发意味着软件与硬件的并行设的并行设计计和开发,其开发过程一般分为几个阶段:和开发,其开发过程一般分为几个阶段:产品定义产品定义软件与硬件设计与实现软件与硬件设计与实现软件与硬件集成软件与硬件集成产品测试与发布产品测试与发布维护与升级维护与升级 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子
15、科技大学嵌入式软件工程中心开发需要专门工具和方法开发需要专门工具和方法由于嵌入式系统资源有限,一般不具备自主开发由于嵌入式系统资源有限,一般不具备自主开发能力,产品发布后用户通常也不能对其中的软件能力,产品发布后用户通常也不能对其中的软件进行修改,必须有一套专门的开发环境。进行修改,必须有一套专门的开发环境。该开发环境包括专门的开发工具(该开发环境包括专门的开发工具(包括编译包括编译、调、调试、测试等工具),采用试、测试等工具),采用交叉开发交叉开发的方式的方式进行:进行:电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心主要内容主要内容1 1 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领
16、域 2 2 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点 3 3 嵌入式硬件系统的组成嵌入式硬件系统的组成 4 4 嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述 5 5 主流的嵌入式微处理器主流的嵌入式微处理器 6 6 嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心3嵌入式硬件系统的组成嵌入式硬件系统的组成嵌入式系统的硬件是以嵌入式微处理器为嵌入式系统的硬件是以嵌入式微处理器为核心,主要由嵌入式微处理器、总线、存核心,主要由嵌入式微处理器、总线、存储器、输入储器、输入/输出接口和设备组成。输出接口和设备组成。嵌入式系统的软件是由初始化代码及驱动、嵌入式系统的
17、软件是由初始化代码及驱动、嵌入式操作系统和应用程序等软件有机地嵌入式操作系统和应用程序等软件有机地结合在一起形成系统特定的一体化软件。结合在一起形成系统特定的一体化软件。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心3嵌入式硬件系统的组成嵌入式硬件系统的组成嵌入式微处理器嵌入式微处理器 嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心,其基础是通用的微处理器,但是具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、工作温度宽、抗电磁干扰、可靠性强等特点,在集成度、体系结构、指令集、性能、功耗管理和成本等方面都有适应嵌入式系统应用的特性。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心3嵌入式硬件系统
18、的组成嵌入式硬件系统的组成回忆微处理器概念?回忆微处理器概念?微微处处理器理器Microprocessor=?处处理器理器 Processor=?CPU?Amicroprocessorisaprocessorthatusesverysmallintegratedcircuitry,i.e.ititselfisverysmall.Beforethedevelopmentandcontinued shrinking of IC devices a processor was a largemachine about the size of a refrigerator.They had to be
19、programmedmanuallyandcouldonlyrunoneprogramatatime.Whenyouwantedtorunadifferentprogramyouhadtorewiretheprocessortoreprogramit.电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心3嵌入式硬件系统的组成嵌入式硬件系统的组成ACPUisthemainprocessorinsideacomputer.Itusedtohandleeverything.Nowadaysitslefttohandleonlythemostimportantsystemfunctions,w
20、hileotherprocessorsarespecializedtohandleotherthings.AgoodexampleisthegraphicsprocessororGPU.20yearsagotheCPUhandledgraphicswithverylittleoutsidehelp.NowalmostalloftheworkistakencareofbytheGPUinstead.AllmodernCPUsaremicroprocessors.Amicroprocessorissimplyatinyprocessor,soallmicroprocessorsareprocess
21、ors.Butnotallprocessorsaremicroprocessors,andnotallmicroprocessorsareCPUs.电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心3嵌入式硬件系统的组成嵌入式硬件系统的组成总线是总线是CPUCPU与与存储器存储器和和设备设备通信的机制,是计通信的机制,是计算机各部件之间传送数据、地址和控制信息的算机各部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道公共通道。片内总线或内部总线:连接片内总线或内部总线:连接CPUCPU内部各主要内部各主要功能部件,以构成功能部件,以构成SoCSoC片外总线:片外总线:SoCSoC与存储器(与
22、存储器(RAMRAM和和ROMROM)和)和I/OI/O接口之间进行信息交换的通道接口之间进行信息交换的通道数据总线数据总线DbusDbus地址总线地址总线AbusAbus控制总线控制总线CbusCbus按相对于CPU位置划分总总线线分分类类电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心3嵌入式硬件系统的组成嵌入式硬件系统的组成嵌入式系统的总线一般集成在嵌入式微处嵌入式系统的总线一般集成在嵌入式微处理器中,从微处理器的角度来看,总线可理器中,从微处理器的角度来看,总线可分为片外总线和片内总线分为片外总线和片内总线片外总线:PCI、ISA、AMBA的APB等片内总线:AMBA的AH
23、B和ASB、AVALON、OCP、WISHBONE等 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心3嵌入式硬件系统的组成嵌入式硬件系统的组成嵌入式系统存储器嵌入式系统存储器嵌入式系统的存储器包括主存和外存。大多数嵌入式系统的代码和数据都存储在处理器可直接访问的存储空间即主存中,系统上电后在主存中的代码直接运行。主存储器的特点是速度快,一般采用ROM、EPROM、Nor Flash、SRAM、DRAM等存储器件。有些嵌入式系统除了主存外,还有外存。外存是处理器不能直接访问的存储器,用来存放各种信息,相对主存而言具有速度慢、价格低、容量大的特点。在嵌入式系统中一般不采用硬盘而采用电
24、子盘做外存,电子盘的主要种类有DOC(Disk On Chip)、NandFlash、CompactFlash、SmartMedia、Memory Stick、MultiMediaCard、SD(Secure Digital)卡等。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心3嵌入式硬件系统的组成嵌入式硬件系统的组成嵌入式系统输入嵌入式系统输入/输出接口及设备输出接口及设备 嵌入式系统的一些输入/输出接口和部分设备已经集成在嵌入式微处理器中,输入/输出接口主要有中断控制器、DMA、串行和并行接口等,设备主要有定时器(Timers)、计数器(counters)、看门狗(watch
25、dog timers)、RTC、UARTs、PWM(Pulse width modulator)、AD/DA、显示器、键盘和网络等。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心主要内容主要内容1 1 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域 2 2 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点 3 3 嵌入式硬件系统的组成嵌入式硬件系统的组成 4 4 嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述 5 5 主流的嵌入式微处理器主流的嵌入式微处理器 6 6 嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心4嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器概述嵌入式
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