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1、第1章 嵌入式系统概述,Problem 什么叫嵌入式系统（Embedded system)？ 定义：把计算机直接嵌入到各种应用系统中 IEEE: Devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment, Machi- nery or plants. Intel:除了用于PC服务器等产品以外的处理器 应用都属于嵌入式系统的范畴 导致的结果: 嵌入式系统 无处不在,无所不在!,第1章 嵌入式系统概述,嵌入式系统(Embedded System)是由: 嵌入式微处理器(Embedded CPU) 、 嵌入式操作系统(E
2、mbedded OS) 嵌入式应用软件(Embedded Application software),第1章 嵌入式系统概述,Problem2 在嵌入式系统中,应如何将嵌入式微处理器(Embedded CPU)放到电 子系统,机械系统或各种其它产品中？ 解决的办法有： 要知道微处理器的各种输入/输出接口标准 要让微处理器工作，如何编写各种应用程序？ 既然是专用计算机，如何使用操作系统OS？,第1章 嵌入式系统概述,Princeton ISA 计算机结构 存储缓冲寄存器(MBR)：含有将要写到存储器中或从存储器中接收到的一个字。 存储地址寄存器(MAR)：指定将要读到MBR或从MBR写到存储器的
3、字的地址。 指令缓冲寄存器(IR)：用来暂时存放来自内存某个字的右边一条指令。 程序记数器(PC)：存放将要内存中获取的下一对指令的地址。 累加器(AC)和乘商寄存器(MQ)：用来暂时存放ALU运算的操作数和结果。例如，两个40位的数相乘，结果是一个80位的数，其中高40位放在AC中，低40位的数放在MQ中。,第1章 嵌入式系统概述,第1章 嵌入式系统概述,第1章 嵌入式系统概述,Problem3 现在常用的嵌入式微处理器种类有哪些？ 种类有： 68HCxxxMotorola,CISC. X86intel,CISC. SPARCSun,RISC. PowerPC601/4IBM,Motorol
4、a,RISC. ARM,MIPS,XScale,DSP ARM,MIPS,intel,TI RISC. etc.,第1章 嵌入式系统概述,Problem4 ARM是什么意思？ ARM是ARM(Advanced RISC Machines Limited)公司的名称成立于1990年，英国 1985 年4月 26日，第一个ARM原型在英国剑桥 的Acorn计算机有限公司诞生 ARM公司是RISC处理器的知识产权 IP供应商 为ARM架构处理器提供ARM 内核,第1章 嵌入式系统概述,Problem5 ARM是现在发展的情况和进展？ V1-ARM1 CPU V2-ARM2,ARM3 CPU V3-A
5、RM6 V4-ARM7,ARM8,ARM9 V5-ARM10,XScale ,V5TE-XScale增加了DSP 指令 V6-ARM11,第1章 嵌入式系统概述,T:内含16bit压缩指令集Thumb. D: 支持片内的Debug调试 M: 采用增强型乘法器Multiplier I:内含嵌入式ICE宏单元 S:可综合的软核Softcore E:具有DSP的功能 J:Jazeller ，允许直接执行Java字节码,第1章 嵌入式系统概述,Problem6 Intel公司和ARM公司有什么关系？ Intel的 StrongARM 和 XScale嵌入式处理器是 采用了ARM的内核 SA-1:Str
6、ongARM. SA-110:StrongARM. SA-1100:通用处理器MPU. SA-1110:通用处理器MPU. IXP1200:采用StrongARM核的网络处理器,第1章 嵌入式系统概述,SA-1100:通用处理器MPU特点： StrongARM核I-Cache 16KB;D-Cache 16KB; Mini Data Cache 512KB;I-MMU;D-MMU;R/W缓冲 器存储器控制模块，可支持ROM,Flash,DRAM, SRAM,PCMCIA.系统控制模块，通用可中断GPIO: 28根，看门狗定时计数器间隔定时器中断控 制器外设控制模块，LCD液晶驱动控制器，串行
7、口UART，红外口irDA，数字音频Codec，实时时 钟RTC，串行外围接口SPI,第1章 嵌入式系统概述,Problem7 XScale处理器微架构有什么特点？,第1章 嵌入式系统概述,Problem7 XScale处理器微架构有什么特点？ 采用级超级流水线 新增乘加器MAC,DSP指令 指令I-Cache:32KB. 数据D-Cache:32KB. Mini D-Cache:2KB. I-MMU:32路TLB快表 D-MMU:32路TLB快表,第1章 嵌入式系统概述,Problem7 XScale处理器微架构有什么特点？ 中断控制器(Interrupt) 总线控制器(Bus) 调试接口(
8、Debug) 动态电源管理 etc 结论1：嵌入式微处理器是嵌入式系统的硬件 核心,第1章 嵌入式系统概述,嵌入式系统是包括硬件和软件两个部分 Problem8 市上主要有哪些嵌入式操作(OS)系统？ VxWorks-Wind River.通信，军事，航空航天 Embedded Linux-精简，抢占式，双内核3个版本 WindowsCE6.0-Microsoft.PDA,信息家电/多媒体 Palm OSPalmPDA pSOSystem-ISI.通信，工业控制，信息家电 Nucleus,uC/OS II,Hope,DeltaOS, etc.,第1章 嵌入式系统概述,VxWorks：1983年
9、,业界第一个嵌入式实时操作系统. 1995年，第一个嵌入式集成开发工具IDETornado. 现在，集成嵌入式平台IEPind River Platform. VxWorksOS操作系统基本板 VxWorks AE国防，航空航天，测量，控制等 Tornado图形化的集成交叉开发工具,第1章 嵌入式系统概述,Problem9 嵌入式操作系统和PC操作系统比较有什么特点？ 编码体积小，精简 面向应用，可裁剪和移植,量体裁衣 实时性强，要求响应速度快 故又称RTOS(Real-Time OS). 可靠性高,第1章 嵌入式系统概述,Problem10 设计开发嵌入式系统时，使用什么编程语言？ 使用高级
10、语言C/C+ 使用汇编语言 C与汇编语言混编 最新的Java 结论2：嵌入式操作系统是嵌入式系统的软件 核心,第1章 嵌入式系统概述,Problem11 设计开发嵌入式系统时，使用编程语言的特点？ 与汇编语言的接口，即与汇编语言混合编程 对系统的资源可直接寻址和访问 需要较强的位操作功能 灵活、快速的中断处理和异常事件处理。 结论： 中断和异常事件处理是嵌入式系统最重要的特点。,第1章 嵌入式系统概述,Problem11 设计开发嵌入式系统时，高级语言开发的过程？,第1章 嵌入式系统概述,Problem12 嵌入式系统调试方法？,第1章 嵌入式系统概述,Problem12 嵌入式系统JTAG调
11、试方法（一）？ 有调试主机、ARM仿真器(协议转换protocol Con- verter)和目标板个部分组成 在调试主机上安装的工具有编辑和编译系统，库文 件在主机和目标板之间有协议转换模块，称为调 试代理其主要二个作用：协议转换；接口转换， 目标端是JTAG接口，主机端是RS-232口，或USB 口，或是并行口一般的ARM的仿真器大多是基于 JTAG的仿真器,第1章 嵌入式系统概述,Problem12 嵌入式系统Angel调试方法（二）？ 在目标板上的CPU已经固化了一个完整的调试监控 程序，该程序可接受调试主机的命令，并执行，如 设置断点、单步运行、读写存储器等同时监控 程序将数据传送到
12、主机上 前提：目标板正常工作目标板上固化完整的 调试监控程序主机和目标板之间可用串口、并 口、以太网通信，非JTAG口，故占用了用户资源 有一个固化在目标板存储器中的调试监控程序,第1章 嵌入式系统概述,Problem12 嵌入式系统仿真头调试方法（三）？ 用仿真头的调试方法是传统的调试方法即使用一 个单片机作为仿真头，取代目标板上的CPU这种 在线仿真器和调试主机之间可以有多种连接方式 使用这种方法的仿真器一般设计复杂，因此价格较 昂贵，实际使用中较少,第1章 嵌入式系统概述,Problem12 基于软件仿真的调试方法（四）？ 前种方法是依赖硬件的调试方法没有CPU，就 无法调试软件调试方法
13、可以不依赖硬件，此时调 试系统提供一个软件仿真工具这个软件仿真工具 对于在调试系统中执行的用户指令作出解释，记录 和报告指令执行的结果，以及存储器和寄存器的变 化软件仿真调试方法主要应用在学习过程中，在 没有硬件支持下学习系统设计调试，检查程序,第1章 嵌入式系统概述,思考题： 什么叫嵌入式系统（Embedded system)？ XScale处理器微架构有什么特点？ 嵌入式操作系统和PC操作系统比较有什么特点？ 4. 设计开发嵌入式系统时，使用编程语言的特点？ 5. 设计开发嵌入式系统时，高级语言开发的过程？,第2章 ARM体系结构,结论：嵌入式微处理器是嵌入式系统的硬件核心 Problem
14、 该如何认识，掌握和使用嵌入式微处理器ARM ？ ARM公司将ARM知识产权IP出售给许多IC厂 ARM处理器是32/16bit的RISC架构 ARM架构(Architecture)的特点： 开放的，可扩展结构.低功耗/电压，高集成度 半导体厂和SoC系统厂生产SoC Chip.,第2章 ARM体系结构,Problem CISC Vs RISC? CISC:在微处理器的基本指令集不变的情况下，增 加新的指令和逻辑电路，使处理器的功能增强 新的复杂指令不断增加，使处理器设计更加复杂 指令集中的各条指令使用极不合理20%的指令经 常使用，占程序运行时间的80%；80%的指令很少 使用，占了程序运行
15、时间的20% 结论：有用指令使用太少，无用的指令使用太多,第2章 ARM体系结构,典型指令使用频度,第2章 ARM体系结构,ProblemRISC Vs CISC? RISC:不是简单地减少指令集，而是将着眼点放在 如何使微处理器的结构更加合理，提高运算效率 选取使用频率最高的简单的指令，避免复杂指令， 将指令长度固定，指令格式和寻址方式种类减少， 以硬联线为主，不用或少用微程序控制等措施来 达到目的大量使用寄存器，数据处理只对寄存器 进行，减少对存储器的访存次数优化编译技术,第2章 ARM体系结构,ProblemCISC Vs RISC结构?,第2章 ARM体系结构,Problem3. 什么
16、是Thumb指令集 ？ ARM 指令是32bit指令集, 但目前指令代码利用率较低故定义了16bit Thumb指令集 Thumb指令有更好的代码密度，芯片的size仅仅比原先增加6%,可使程序存储器更小,第2章 ARM体系结构,Problem4. ARM为何要有多种工作模式？ 工作模式多，微处理器的功能也就强大 ARM有种工作模式： 用户，快中断，中断，管理， 中止，系统， 未定义 除用户模式外，其余均为特权模式提高效率,第2章 ARM体系结构,Problem 什么叫在线仿真ICE-RT(In Circuit Emulator-Real Time)？ 芯片内部的工作状态无法用常规的方法来测试，故 在设计
