武汉科技大学嵌入式复习要点.doc

嵌入式系统的概念从技术的角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。 嵌入式系统的一般由以下几部分组成 嵌入式微处理器 外围硬件设备 嵌入式操作系统 应用程序 嵌入式系统的设计可以分成三个阶段：分析、设计和实现 ?U盘；MP3播放器；手机 蓝牙耳机（2分）；GPS导航仪（2 特点： 嵌入性，专用性，内含计算机 嵌入式处理器可以分为以下几大类： 嵌入式微处理器（EMPU）； 嵌入式微控制器（MCU）； 嵌入式DSP处理器（DSP）； 嵌入式片上系统（SOC）。 实时操作系统的特点 异步的事件响应 切换时间和中断延迟时间确定 优先级中断和调度 抢占式调度 内存锁定 连续文件 同步 实时操作系统是事件驱动的，能对来自外界的作用和信号在限定的时间范围内作出响应。它强调的是实时性、可靠性和灵活性。 实时操作系统的优缺点： （1）优点：在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序使程序的设计和扩展变得容易，不需要大的改动就可以增加新的功能。通过将应用程序分割成若干独立的任务模块，使应用程序的设计过程大为简化；而且对实时性要求苛刻的事件都得到了快速、可靠的处理。通过有效的系统服务，嵌入式实时操作系统使得系统资源得到更好的利用。 （2）缺点：但是，使用嵌入式实时操作系统还需要额外的ROM/RAM开销，2~5%的CPU额外负荷，以及内核的费用。 常见的嵌入式操作系统 uClinux Windows CE VxWorks μC/OS-II RISC是精简指令集计算机的缩写，其目标是设计出在高时钟频率下单周期执行，简单而有效的指令集。ARM内核采用RISC体系结构，因此具有RISC的结构特点： 具有大量的通用存储器； 独特的装载/保存（load-store）结构； 简单的寻址模式; 统一和固定长度的指令格式。 ARM7TDMI-S的含义 基于ARM体系结构V4版本的低端ARM核，由ARM6发展而来，并能够稳定的在低于5V的电源电压下工作 T:支持高密度16位的Thumb指令集； D:支持片上调试； M:支持64位乘法； I:支持EmbededICE观察硬件； S:ARM7TDMI 的可综合（synthesizable）版本（软核），对应用工程师来说其编程模型与ARM7TDMI 一致； 常用的ARM处理器系列 Cortex-M3 Cortex-R4 Cortex-R4F Cortex-A8 ARM7 冯诺依曼结构 ARM9 哈佛结构 ARM10 ARM11 XScale ARM公司Arm5TE 版内核和指令集 字和半字： 从偶数地址开始的连续2个字节构成一个半字； 以能被4整除的地址开始的连续4个字节构成一个字； ARM指令的长度刚好是一个字，Thumb指令的长度刚好是一个半字。 如果一个数据是从偶地址开始的连续存储，那么它就是半字对齐，否则就是非半字对齐； 如果一个数据是以能被4整除的地址开始的连续存储，那么它就是字对齐，否则就是非字对齐。 流水线 RM处理器使用流水线来增加处理器指令流的速度，这样可使几个操作同时进行，并使处理和存储器系统连续操作，能提供0.9MIPS/MHz的指令执行速度 pc取指:从寄存器装载一条指令 Pc-4译码：识别将要被执行的指令 Pc-8执行：处理指令并将结果写回寄存器 在第1个周期，PC指向指令1，此时指令1进入三级流水线的取指阶段。在第2个周期，PC指向指令2，此时指令1进入三级流水线的译码阶段，同时取出指令2。在第3个周期，PC指向指令3，此时指令1进入三级流水线的执行阶段，指令2进入译码阶段，取出指令3。在第4个周期，指令1执行完成，指令2和指令3流水线推进一级，同时开始指令4的取指处理。 PC指向0x4008地址，执行ADD指令，所以指令执行的结果为: PC=PC+4＝0x4008＋4＝0x400C。 程序计数器R15(PC)总是指向“正在取指”的指令，而不是指向“正在执行”的指令或“正在译码”的指令。一般来说，人们习惯性约定将“正在执行”的指令作为参考点，则： ARM状态：PC值＝当前程序执行位置＋8 Thumb状态：PC值＝当前程序执行位置＋4 注：ARM状态时，每条指令为4字节长 指令集 ARM指令集高效快速，具有较低密度，Thumb指令集小巧灵活，保持ARM的大多数性能上的有事，是ARM指令集的子集