计算机三级嵌入式知识点讲述.doc

一、嵌入式系统开发的基础知识 1．嵌入式系统的特点、分类、发展与应用，熟悉嵌入式系统的逻辑组成。 （1）特点： 专用性 隐蔽性 （嵌入式系统是被包装在内部） 资源受限（要求小型化、轻型化、低功耗及低成本，因此软硬件资源受到限制） 高可靠性（任何误动作都可能会产生致命的后果） 软件固化（软件都固化在只读存储器ROM中，用户不能随意更改其程序功能） 实时性 （2）逻辑组成 硬件：1)处理器（运算器、控制器、存储器） 目前所有的处理器都是微处理器 中央处理器（CPU）和协助处理器（数字信号处理器DSP、图像处理器、通信处理器） 2)存储器（随机存储器RAM和只读存储器ROM） RAM分为动态DRAM和静态SRAM两种。DRAM电路简单、集成度高、功耗小、成本低，但速度稍慢慢；SRAM电路较复杂、集成度低、功耗较大、成本高，但工作速度很快，适合用作指令和数据的高速缓冲存储器 RAM当关机或断电时，其中的信息都会消失，属于易失性存储器 ROM属于不易失性存储器。分为电可擦可编程只读存储器（存放 固件）和闪速存储器（Flash ROM简称内存）。内存的工作原理：在低 压下，存储的信息可读但不可写，这类似于ROM；在较高的电压下， 所存储的信息可以更改和删除，这有类似于RAM。 3)I/O设备与I/O接口 4)数据总线 软件 （3）分类 按嵌入式系统的软硬件技术复杂程度进行分类： 1)低端系统 采用4位或8位单片机，在工控领域和白色家电领域占主导地位，如计算器、遥控器、充电器、空调、传真机、BP机等。 2)中端系统 采用8位/16位/32位单片机，主要用于普通手机、摄像机、录像机、电子游戏机等。 3)高端系统采用32位/64位单片机，主要用于智能手机、调制解调器、掌上计算机、路由器、数码相机等。 （4）发展 20世纪60年代初，第一个工人的现代嵌入式系统（阿波罗导航计算机） 20世纪60年代中期，嵌入式计算机批量生产 20世纪70年代，微处理器出现 20世纪80年代中期，外围电路的元器件被集成到处理器芯片中，昂贵的模拟电路元件能被数字电路替代 20世纪90年代中期SOC出现，集成电路进入超深亚微米乃至纳米加工时代 2．嵌入式系统的组成与微电子技术（集成电路、EDA、SoC、IP核等技术的作用和发展） （1）集成电路IC 集成电路的制造大约需要几百道工序，工艺复杂。集成电路是在硅衬底上制作而成的。硅衬底是将单晶硅锭经切割、研磨和抛光后制成的像镜面一样光滑的圆形薄片，它的厚度不足1mm，其直径可以是6、8、12英寸甚至更大这种硅片称为硅抛光片，用于集成电路的制造。 制造集成电路的工艺技术称为硅平面工艺，包括氧化、光刻、掺杂等多项工序。把这些工序反复交叉使用，最终在硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电路。 集成电路的特点：体积小、重量轻、可靠性高。其工作速度主要取决于逻辑门电路的晶体管的尺寸。尺寸越小，工作频率就越高，门电路的开关速度就越快。 （2）EDA（电子信号自动化） （3）SoC芯片（片上系统） 既包含数字电路，也可以包含模拟电路，还可以包含数模混合电路和射频电路。SoC芯片可以是一个CPU，单核SoC，也可以由多个CPU和/或DSP，即多核SoC。 开发流程： （1）总体设计 可以采用系统设计语言System C（或称IEEE 1666，它是C++的扩充）或System Vetilog语言对SoC芯片的软硬件作统一的描述，按照系统需求说明书确定SoC的性能能参数，并据此进行系统全局的设计。 （2）逻辑设计 将总体设计的结果用RTL（寄存器传输级描述语言）语言进行描述（源文件）后，在使用逻辑综合将源文件进行综合生成，生成最简的布尔表达式核心好的连接关系（以类型为EDF的EDA工业标准文件表示） （3）综合和仿真 （4）芯片制造 借助EDA中的布局布线工具 （4）IP核 IC设计文件：逻辑门级，包括各种基本的门电路；寄存器传输级，如寄存器、译码器、数据转换器；行为级，如CPU、DSP、存储器、总线与接口电路等。 核库中的设计文件均属于知识产权IP保护的范畴，所以称为“知识产权核”或“IP核”。 IP核是开发SoC的重要保证。按IC设计文件的类型，IP通常分为：软核、固核、硬核。IP核的复用可以减少研发成本，缩短研发时间，是实现SoC的快速设计，尽早投放市场的有效途径。 目前主要的CPU内核有ARM、MIPS、PowerPC、Coldfile、x86、8051等。ARM内核占所有32位嵌入式RISC处理器的90%以上。 3．嵌入式系统与数字媒体（文本、图像和