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

2、分。硬件包括处理 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

3、统的运作和行 为；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

4、而产生了实时系统。 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、

5、可靠性等方面一般都做了增强。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 Aml86/88、386EX、SC-400、PowerPC、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，A

6、RM 公司的 Advanced RISC Machines 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(MicrocontrollerUnit，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

7、产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样 的，不同之处在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、 MC68HC05/1 1/12/16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M

8、CU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

9、较有代表性的产品是Texas Instruments的TMS320 系列和Motorola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。、 典型的嵌入式操作系统1. VxWorksVxWorks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

10、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. Windows CEWindows 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。3LinuxLinux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：

11、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；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/OSuC/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 II。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

12、(AdvancedRISCMachines) ，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

13、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。