对ARM嵌入式系统的认识

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1、对ARM嵌入式系统的认识以前，我对嵌入式的了解仅仅局限于它是一门有关硬件的课程，至于它是一门什么课，做什么的我根本就没有了解过，这一次有一个机会可以好好了解一下，觉得自己一定会受益匪浅，随着老师的讲解慢慢的迈入嵌入式系统的大门。嵌入式系统的应用日益广泛，可以说无所不在、无处不在，嵌入式系统的快速发展也极大地丰富、延伸了嵌入式系统的概念。下面让我们一起认识一下嵌入式系统。一、嵌入式系统定义 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，是对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。二、嵌入式系统组成嵌入式系统一般指非 PC 系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处

2、理器微处理器、存储器 及外设器件和 IO 端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要求实时和多任务操 作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为； 而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。 任何嵌入式系统都包括硬件和软件两个方面。 硬件包括微处理器、存储器、I/O 端口和图形控制器等。在一片嵌入式处理器基础上添加 电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应 用程序都可以固化在 ROM 中。 软件包括操作系统软件和应用软件：应用软件控制着嵌入式系统的运作和行为

3、；而操作 系统软件则为应用程序提供必要的底层支持，它一般是通过提供应用编程接口（API）来实现的。一般来说，嵌入式的软硬件都有一下的特点： 硬件特点： 体积小，集成效率高。嵌入式系统总是去除冗余，力争最小的系统完成目标功能，特别 在一些手持设备中更是这样。 面向特定应用的特点。具体嵌入式系统只能适合某一特定应用，针对另外应用就需要重 新设计硬件系统。 低功耗，电磁兼容性好，能在恶劣环境下工作，几时死机也要求能够快速重启。 软件特点： 嵌入式软件的研发与硬件相关。 软件代码要求高效率和高可靠性。 软件一般固化在 Flash 或 ROM 中。 在嵌入式领域中，实施是一个很重要的概念。从而由此而产生

4、了实时系统。所谓实时系 统，就是指在确定的时间内完成规定功能，并能对外部异步事件相应的计算机系统。实时系 统的核心是必须在确定的时间内执行完一项预先定义的操作，否则将引起性能下降甚至系统 崩溃等严重后果。三、嵌入式处理器分类：1.嵌入式微处理器 嵌入式微处理器（Embedded Microprocessor Unit，EMPU）的基础是通用计算机中的CPU。 在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留与嵌入式应用有关的功能，这样可以大幅度减小系统的体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上同标准微处理器基本一样，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做

5、了增强。与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低和可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口和各种外设等器件。嵌入式微处理器及其存储器、总线和外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。 嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS和ARM等。 嵌入式微处理器目前根据指令体系的不同，又可分为CISC和RISC两类。大多数台式机PC都是使用CISC微处理器，如Intel的x86；RISC结构有两大主流：Silicon Graphics公司的MIPS技术，ARM公司的Advanced RISC Ma

6、chines技术。此外，Hitachi（日立公司）也有自己的一套RISC技术SuperH。 RISC和CISC是目前设计制造微处理器的两种典型技术。2.嵌入式微控制器 嵌入式微控制器（Microcontroller Unit，MCU）又称单片机，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。 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、Flash、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A等各种必要功能模块。为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同之处在

7、于存储器和外设的配置及封装。 与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。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。 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包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16和68300等。另外还有许多半通用系列，如支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540和C541.目前MCU占嵌入式系统约70%的市场份额。3.嵌入式DSP处理器 DSP处理器对系

8、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，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT和谱分析等方面，DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能过度到采用嵌入式DSP处理上器。嵌入式DSP处理器有两个发展来源，一是DSP处理器经过单片化、EMC改造和增加片上外设称为嵌入式DSP处理器，TI的TMS320C2000/C5000等属于次范畴；二是在通用单片机或片上系统（SOC）中增加DSP协处理器，例如Intel的MCS-296. 嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是Texas Instruments的TMS320系列和Motoro

9、la的DSP56000系列。TMS320系列处理器包括用于控制的C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已经发展成为DSP56000、DSP56100、DSP56200和DSP56300等几个不同系列。四、典型的嵌入式操作系统1. VxWorks VxWorks是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的嵌入式实时操作系统。它是美国WindRiver公司的产品，以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛的应用在通信、军事、航空、航天等高等尖端技术及实时性要求极高的领域中，已经在包括爱国者导弹和火星探测器等许多领域上得到成功应用。2

10、. Windows CE Windows CE是微软公司推出的嵌入式实时操作体统，但不是削减的Windows版本，它是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。其模块化设计允许它对与从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。操作系统的基本内核需要至少200KB。但它的最大缺点是实时性不好，是软实时操作系统，只能用于对实时性要求不高的场合。 界面好。3Linux Linux是一种在网络上产生的操作系统，Linux内核的所有源代码都采取了开放源代码的方式。具有的特点：内核稳定、功能强大、支持多种硬件平台、应用软件多、兼容性好；内核可根据需要任意裁剪；使用成本低；

11、多专业的商业公司参与，发展潜力大。 提供了完善的网络技术支持。4. uC/OS uC/OS是一个典型的实时操作系统。该系统从1992年开始发展，目前流行的是第2个版本，即uC/OS 。它的特点是：公开源代码，代码结构清晰、明了，注释详细，组织有条理，可移植性好，可裁剪，可固化。内核属于抢占式，最多可以管理60个任务。该系统短小精悍，是研究和学习实时操作系统的首选。 uC/OS操作系统也成为实时操作系统或RTOS，使用它作为开发工具将使得实时应用程序变得相对容易。五、ARM处理器介绍 ARM（Advanced RISC Machines），即可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的

12、通称，还可以认为是一种技术的名字。 1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权，即ARM公司是专门从事RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本省不直接从事芯片生产，靠转让设计许可，由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，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微处理器芯片并进入市场。 ARM微处理器的应用领域：工业控制领域；无线通信领域（目前已有超过85%的无线通信设备采用了ARM技术）；网络应用；消费类电子产品；成像和安全产品。 ARM微处理器目前包括一下几个系列：ARM7系列、Strong ARM系列、ARM9系列、XScale、ARM10TDMI系列、ARM11系列等 其中ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列为4个通用处理器系列，每个系列提供一套相对独特的性能来满足不同领域的需求。SecurCore系列专门为安全较高的应用而设计。对于老师的建议其实没什么，因为对老师比较熟悉了，上次PLC的实验被老师带过了，没什么意见，实验课也非常有意思，给了我们比较大的空间让我们自己去发挥，而且给了我们很多种途径去完成实验。这学期这门课刚开始还没有什么意见暂时，觉得老师讲课也很清晰的，主次分明，只是希望我能学好这门课程吧。