第3章嵌入式系统平台构建资料.ppt

典型的嵌入式系统平台结构 嵌入式系统平台主要包括指嵌入式系统的硬件平台和软件平台。主要体现在处理器和操作系统的选择上。 3.1 嵌入式处理器 3.1.1 嵌入式处理器分类 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。范围极其广阔，从最初的４位处理器，目前仍在大规模应用的８位单片机，到必威体育精装版的受到广泛青睐的32位，64位嵌入式CPU。嵌入式处理器主要包括以下几类。 （1）嵌入式微控制器 （2）嵌入式DSP处理器 （3）嵌入式微处理器 （4）嵌入式片上系统(System On Chip) （1）嵌入式微控制器 嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种８位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。 单片机芯片内部集成ROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制(PWM)输出、A/D、D/A、Flash R0M、EEPROM等各种必要功能和外设。 嵌入式微控制器 （2）嵌入式DSP处理器 DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFT、频谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。 DSP的理论算法在70年代就已经出现，但是由于专门的DSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPU等由分立元件实现。 1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。 DSP的运算速度进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。 目前最为广泛应用的嵌入式DSP处理器是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的应用范围。 （3）嵌入式微处理器（Micro Processor Unit) MPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。 与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。 嵌入式微处理器 （4）多核处理器CMP（Chip multiprocessors） ?多核处理器主要具有以下几个显著的优点： 控制逻辑简单：相对超标量微处理器结构和超长指令字结构而言，单芯片多处理器结构的控制逻辑复杂性要明显低很多。 高主频：由于单芯片多处理器结构的控制逻辑相对简单，包含极少的全局信号，因此线延迟对其影响比较小，因此，在同等工艺条件下，单芯片多处理器的硬件实现要获得比超标量微处理器和超长指令字微处理器更高的工作频率。 低通信延迟：由于多个处理器集成在一块芯片上，且采用共享Cache或者内存的方式，多线程的通信延迟会明显降低，这样也对存储系统提出了更高的要求。 低功耗：通过动态调节电压/频率、负载优化分布等，可有效降低CMP（Chip multiprocessors）功耗。 设计和验证周期短：微处理器厂商一般采用现有的成熟单核处理器作为处理器核心，从而可缩短设计和验证周期，节省研发成本。 多核处理器主要包括两类：同构多核处理器和异构多核处理器。 同构多核处理器是集成多个相同的处理器核在一个芯片上，这种处理器能很好地实现一个任务在不同处理器核上的并行执行。 异构多核处理器是集成不同构架的处理器到一块芯片上，用于满足不同应用的需要，可以实现多个任务在不同处理器核上的并行处理。 在嵌入式系统中，异构多核处理器比同构多核处理器应用更为广泛。如TI的OMAP系列、达芬奇系列，IBM的Cell系列处理器等。 （5）嵌入式片上系统(System On Chip) SoC(System on Chip)，就是把整个电子系统功能全部集成到一块集成电路里面,SoC嵌入式系统微处理器就是一种电路系统。 它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，像是ARM RISC、MIPS RISC、DSP或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，像是通用串行端口（USB）、TCP/IP通信单元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、蓝牙模块接口等等，这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理芯片。 SoC是追求产品系统最大包容的集成器件，SoC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。 运用VHDL等硬件描述语言不需要再像传统的系统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点点的连接焊制，只需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。 也可以采用FPGA来实现SoC功能 由于SoC往往是专用的，所以大部分都不为用户所知，如 Philips的Smart XA。Siemens的Tri