嵌入式系统原理第1章.ppt

嵌入式系统原理 宇航学院飞行器控制系 系统与仿真实验室 任课教师 刘永善 课程简介 课程名称：嵌入式系统原理 成绩评定：出勤10分+作业10分+实验10分+闭卷考试70分 任课教师：刘永善（宇航学院飞行器控制系） 答疑地点：求是楼114# 参考书目: [1] 孟祥莲主编. 嵌入式系统原理及应用教程. 清华大学出版社 [2] 袁志勇等主编. 嵌入式系统原理与应用技术. 北京航空航天大学出版社 [3] 徐端全编著. 嵌入式系统原理与设计. 北京航空航天大学出版社 [4] 张毅刚等编著．单片机原理与应用设计. 电子工业出版社 1.6 嵌入式处理器简介 嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器。全世界大约有1000多种嵌入式处理器，流行的体系结构有30多个系列，如MCS-51、PIC、AVR、ARM、DSP等。 1.6.1 嵌入式处理器的概念 1.6.2 嵌入式处理器的分类 1.6.3 嵌入式处理器的选型 1.6.1 嵌入式处理器的概念 1.6.1.1 中央处理器的基本组成 1.6.1.2 嵌入式处理器的体系结构 1.6.1.3 嵌入式处理器的指令体系 1.6.1.4 嵌入式处理器的特点 1.6.1.1 中央处理器的基本组成 中央处理器CPU（Central Process Unit）基本组成：运算器、控制器、寄存器组和内部总线 1.6.1.2 嵌入式处理器的体系结构 计算机系统一般由CPU、存储器和I/O设备组成。嵌入式处理器的体系结构有以下两种类型： 冯·诺依曼（Von Neumann）体系结构（普林斯顿体系结构） 程序指令和数据共用一个存储空间，程序存储区和数据存储区在同一个存储器的不同物理位置。 采用单一的地址总线和数据总线，程序指令和数据的宽度相同。 缺点：高速运行时，形成传输瓶颈。 哈佛（Harvard）体系结构 程序指令和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。 程序程序存储器和数据存储器具有各自的数据总线与地址总线。 优点：允许在一个机器周期内同时获取指令字（来自程序存储器）和操作数（来自数据存储器），提高了执行速度和数据吞吐率。 1.6.1.3 嵌入式处理器的指令体系 指令系统可采用精简指令集系统RISC或复杂指令集系统CISC。 CISC（Complex Instruction Set Computer） 具有大量复杂指令，指令长度可变，寻址方式多样。 随着计算机技术的发展，不断引入新的复杂的指令集。为支持这些新增的指令，计算机的体系结构越来越复杂。这增大了硬件的复杂程度和指令的解码难度。 指令使用频率相差悬殊：大约有20%的指令会被反复使用，约占整个程序代码的80%；而余下的80%的指令则不经常使用，在程序中只占20%，即指令的2/8规律。显然，这种结构是不太合理的。 1.6.1.3 嵌入式处理器的指令体系 RISC（Reduced Instruction Set Computer） 指令长度固定，指令格式规整，指令种类少，寻址方式种类少。 使用单周期指令，便于流水线操作执行。 CPU大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有Load/Store指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。 1.6.1.3 嵌入式处理器的指令体系 RISC和CISC之间的主要区别 指 标 RISC CISC 指令集 一个周期执行一条指令，通过简单指令的组合实现复杂操作；指令长度固定 指令长度不固定，执行需要多个周期 流水线 流水线每周期前进一步 指令的执行需要调用微代码的一个微程序 寄存器 更多通用寄存器 用于特定目的的专用寄存器 Load/Store结构 独立的Load和Store指令完成数据在寄存器和外部存储器之间的传输 处理器能够直接处理存储器中的数据 1.6.1.4 嵌入式处理器的特点 芯片种类繁多、功能多样、性能跨度大（以适应不同场合） 芯片功耗低，支持灵活的功耗控制模式（节电） 处理器结构具有良好的可扩展性（内核为开放式结构） 功能集成度高，I/O接口丰富 强调高可靠性和安全性 支持实时性和多任务 1.6 嵌入式处理器简介 全世界大约有1000多种嵌入式处理器，流行的体系结构有30多个系列，如MCS-51、PIC、AVR、ARM、DSP等。 1.6.1 嵌入式处理器的概念 1.6.2 嵌入式处理器的分类 1.6.3 嵌入式处理器的选型 1.6.2 嵌入式处理器的分类 嵌入式处理器主要分为以下五类： 嵌入式微控制器MCU（Micro Controller Unit） 嵌入式微处理器EMPU（Embedded Micro Processor Un