第1章嵌入式系统概论.ppt
第一章嵌入式系统概述第一章嵌入式系统概述嵌入式系统原理与接口技术嵌入式系统原理与接口技术2内容提要内容提要计算机系统的分类计算机系统的分类微型计算机系统微型计算机系统嵌入式系统嵌入式系统微型计算机及嵌入式系统的发展微型计算机及嵌入式系统的发展微型计算机的性能指标微型计算机的性能指标嵌入式系统的性能指标嵌入式系统的性能指标嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用3计算机系统的分类计算机系统的分类计算机系统按应用范围分为以下两种：计算机系统按应用范围分为以下两种：l通用计算机通用计算机l嵌入式计算机嵌入式计算机/嵌入式系统嵌入式系统4通用计算机通用计算机 l具有一般计算机的基本标准形态，通过装配不具有一般计算机的基本标准形态，通过装配不同的软件，以基本雷同的面目出现并应用于社同的软件，以基本雷同的面目出现并应用于社会各领域。会各领域。l通用计算机按处理字长、运算速度、结构规模通用计算机按处理字长、运算速度、结构规模分为：大型、中型、小型和微型计算机。分为：大型、中型、小型和微型计算机。l大型计算机实例大型计算机实例5大型计算机实例大型计算机实例l“银河银河”计算机从计算机从19781978年开始研制，到年开始研制，到19831983年年通过了国家鉴定。它是由中国国防科技大学自通过了国家鉴定。它是由中国国防科技大学自行设计的第一个每秒向量运算行设计的第一个每秒向量运算1 1亿次的巨型计算亿次的巨型计算机系统。机系统。l1010万亿次曙光万亿次曙光4000A4000A超大型计算机，是一套由中超大型计算机，是一套由中国曙光信息产业有限公司研制的超级计算机系国曙光信息产业有限公司研制的超级计算机系统。该系统使用了共统。该系统使用了共25602560个个AMD Opteron 850 AMD Opteron 850 2.2GHz2.2GHz处理器，速度达每秒处理器，速度达每秒1010万亿次。该系统万亿次。该系统于于20042004年年6 6月投入服务，当时在全世界所有超级月投入服务，当时在全世界所有超级计算机中排名第十，现排名降至计算机中排名第十，现排名降至4242。6嵌入式计算机嵌入式计算机/嵌入式系统嵌入式系统l嵌入式计算机嵌入式计算机/嵌入式系统：嵌入式系统：是专用计算机，以核心部件的形式出现在各是专用计算机，以核心部件的形式出现在各种装置、设备、产品和系统中。种装置、设备、产品和系统中。例如：监控设备、移动电话、家电、机器人、视听例如：监控设备、移动电话、家电、机器人、视听设备、医疗设备等装置中所用的计算机。设备、医疗设备等装置中所用的计算机。7内容提要内容提要计算机系统的分类计算机系统的分类微型计算机系统微型计算机系统嵌入式系统嵌入式系统微型计算机及嵌入式系统的发展微型计算机及嵌入式系统的发展微型计算机的性能指标微型计算机的性能指标嵌入式系统的性能指标嵌入式系统的性能指标嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用8微型计算机微型计算机l通常所说的通常所说的“微机微机”，准确的称谓应是微型计，准确的称谓应是微型计算机系统。微型计算机系统从局部到全局存在算机系统。微型计算机系统从局部到全局存在三个层次：三个层次：微处理器微处理器微型计算机微型计算机微型计算机系统微型计算机系统9微处理器微处理器l微处理机微处理机MPU/MPU/微处理器微处理器/CPU/CPUlMPUMPU（PP）=ALU+CU+R+=ALU+CU+R+内部总线内部总线l微处理机包括：微处理机包括：算术逻辑部件算术逻辑部件ALUALU（Arithmetic Logic UnitArithmetic Logic Unit）；）；控制部件控制部件CUCU（Control UnitControl Unit）；）；寄存器组寄存器组R R（RegistersRegisters）；）；内部总线。内部总线。10微处理机的组成微处理机的组成11微型计算机微型计算机l微型计算机（微型计算机（Micro ComputerMicro Computer）或简称微机是以）或简称微机是以微处理机为核心，加上由大规模集成电路制作的微处理机为核心，加上由大规模集成电路制作的存储器存储器M M（ROMROM和和RAMRAM）、）、I/OI/O（输入输出）接口（输入输出）接口和系统总线组成的。和系统总线组成的。l微型计算机微型计算机 =微处理机微处理机+ROMROM和和RAMRAM +I I/O/O接口接口 +系统总线系统总线12微型计算机的结构框图微型计算机的结构框图13微型计算机的三种总线结构微型计算机的三种总线结构 在单总线结构中，在单总线结构中，系统存储器系统存储器M M和和I/OI/O使使用唯一的一套信息通用唯一的一套信息通路，因而微处理器对路，因而微处理器对存储器和存储器和I/OI/O的读写的读写只能分时进行。大部只能分时进行。大部分中低档微机都是采分中低档微机都是采用这种结构，因为它用这种结构，因为它的逻辑结构简单、成的逻辑结构简单、成本低廉、实现容易。本低廉、实现容易。1.1.单总线结构单总线结构14 双总线结构中，双总线结构中，I/OI/O和和M M都各自具有到都各自具有到MPUMPU的总线通的总线通路，即路，即MPUMPU可以分别在两套可以分别在两套总线上同时与总线上同时与M M和和I/OI/O口交换口交换信息，这相当于展宽了总线信息，这相当于展宽了总线带宽，提高了总线的数据传带宽，提高了总线的数据传输速率。目前高档微机就是输速率。目前高档微机就是采用这种结构。采用这种结构。在这种结构中，在这种结构中，MPUMPU要同要同时管理与时管理与M M和和I/OI/O的通信，这的通信，这势必加重势必加重MPUMPU在管理方面的在管理方面的负担。为此现在通常采用专负担。为此现在通常采用专门的门的I/OI/O处理芯片即所谓的处理芯片即所谓的智能智能I/OI/O接口来履行接口来履行I/OI/O管理管理任务，以减轻任务，以减轻MPUMPU的负担。的负担。2.2.双总线双总线结结构构15 在这种结构中在这种结构中,MPU,MPU通常通常通过局部总线访问局部通过局部总线访问局部M M和和局部局部I/OI/O，也可以作为主设，也可以作为主设备访问全局备访问全局M M和和I/OI/O。当对全。当对全局局M M和全局和全局I/OI/O访问时，必须访问时，必须由总线控制逻辑统一安排才由总线控制逻辑统一安排才能进行，这时该微处理器就能进行，这时该微处理器就是系统的主控设备。这种结是系统的主控设备。这种结构可以实现双重总线上并行构可以实现双重总线上并行工作：并且对等效总线带宽工作：并且对等效总线带宽的增加、系统数据处理和数的增加、系统数据处理和数据传输效率的提高效果更明据传输效率的提高效果更明显。目前各种高档微型机和显。目前各种高档微型机和工作站基本上都是采用这种工作站基本上都是采用这种双重总线结构。双重总线结构。3.3.双重总线结构双重总线结构16微型计算机系统微型计算机系统l微型计算机系统微型计算机系统微型计算机系统：微型计算机系统：MCS=MC+MCS=MC+外围设备（外存外围设备（外存+I/O+I/O外设）外设）+电源电源 +辅辅助电路助电路 +软件（系统软件（系统 软件、应用软件）软件、应用软件）微型计算机系统（微型计算机系统（Micro Computer SystemMicro Computer System）是以微型）是以微型计算机为核心，再配以相应的外围设备计算机为核心，再配以相应的外围设备,电源、辅助电电源、辅助电路和控制微型计算机工作的软件而构成的完整的计算路和控制微型计算机工作的软件而构成的完整的计算系统。系统。17l微型计算机系统微型计算机系统系统软件：用来支持应用软件的开发与运行的，它系统软件：用来支持应用软件的开发与运行的，它包括操作系统、标准实用程序和各种语言处理程序包括操作系统、标准实用程序和各种语言处理程序等。等。应用软件：用来为用户解决具体应用问题的程序及应用软件：用来为用户解决具体应用问题的程序及有关的文档和资料。有关的文档和资料。1819内容提要内容提要计算机系统的分类计算机系统的分类微型计算机系统微型计算机系统嵌入式系统嵌入式系统微型计算机及嵌入式系统的发展微型计算机及嵌入式系统的发展微型计算机的性能指标微型计算机的性能指标嵌入式系统的性能指标嵌入式系统的性能指标嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用20嵌入式系统嵌入式系统l嵌入式计算机嵌入式计算机/嵌入式系统嵌入式系统嵌入式计算机是专用计算机，以核心部件的形式出现嵌入式计算机是专用计算机，以核心部件的形式出现在各种装置、设备、产品和系统中在各种装置、设备、产品和系统中。嵌入式系统嵌入式系统 =嵌入式处理器嵌入式处理器 +存储器存储器 +接口电路接口电路/外围电路外围电路+外设外设 +嵌入式操作系统嵌入式操作系统 +应用软件。应用软件。21嵌入式系统嵌入式系统l嵌入式处理器及其分类嵌入式处理器及其分类l嵌入式系统的概念及组成嵌入式系统的概念及组成l嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点l嵌入式系统的分类嵌入式系统的分类22嵌入式处理器嵌入式处理器l嵌入式处理器由以下四部分组成：嵌入式处理器由以下四部分组成：微处理器微处理器(EMPU)(EMPU)、嵌入式微控制器、嵌入式微控制器(MCU)(MCU)、嵌、嵌入式入式DSPDSP处理器处理器(EDSP)(EDSP)、嵌入式片上系统、嵌入式片上系统(SOC)(SOC)。23嵌入式微处理器嵌入式微处理器(EMPU)(EMPU)l嵌入式微处理器嵌入式微处理器 (Embedded Microprocessor Unit,EMPU)(Embedded Microprocessor Unit,EMPU)嵌入式微处理器必须装配在专门设计的电路板上，在嵌入式微处理器必须装配在专门设计的电路板上，在电路板上必须包括电路板上必须包括ROMROM、RAMRAM、总线接口、各种外设等、总线接口、各种外设等器件（俗称单板计算机）。器件（俗称单板计算机）。嵌入式微处理器嵌入式微处理器 =CPU+=CPU+硬件接口（存储器接口，键硬件接口（存储器接口，键盘接口等）盘接口等）+辅助电路（时钟、辅助电路（时钟、A/DA/D、D/AD/A、调试电路、调试电路等）等）24l和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。l嵌入式微处理器嵌入式微处理器EMPUEMPU是由通用计算机中的是由通用计算机中的CPUCPU演演变而来的，变而来的，80386803868038780387。l与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用与计算机处理器不同的是，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，中只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。25l嵌入式处理器目前主要有嵌入式处理器目前主要有Am186/88Am186/88、386EX386EX、SC-SC-400400、Power PCPower PC、6800068000、MIPSMIPS、ARMARM系列等。系列等。l为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。都做了各种增强。26嵌入式微控制器嵌入式微控制器(MCU)(MCU)l嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Microcontroller Unit,MCU)(Microcontroller Unit,MCU)l嵌入式微控制器俗称单片机，是将整个计算机嵌入式微控制器俗称单片机，是将整个计算机系统集成到一块芯片中。单片机这种位的电系统集成到一块芯片中。单片机
