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嵌入式计算系统 ——实验安排
外设及接口 常规外设 输入设备 输出设备 外存储设备 专用外设—按照用户对功能的要求而定制的外设 第二阶段:MCU即微控制器(Micro Controller Unit)阶段 以嵌入式微处理器为基础,辅以操作系统,同时扩展外围电路 第三阶段:SoC(System on Chips)阶段 寻求系统在芯片上的最大化 第四阶段:以Internet为标志的嵌入式系统 将嵌入式系统带入互联网 * 办公自动化:复印机、打印机、传真机、扫描仪、其他计算机外围设备、掌上电脑、激光照排系统、安全监控设备、媒体手机、移动电话、寻呼机、个人数字助理(PDA)、变频空调设备、通信终端、程控交换机、网络浏览器、网络设备(路由器、交换机、Web server、网络接入盒等)、网络工程、录音录象及电视会议设备、数字音频广播系统等。 医疗保健设备:各种医疗电子仪器,X光机、超声诊断仪、计算机断层成像系统、心脏起博器、监护仪、辅助诊断系统、远程医疗、专家系统等。 其他领域:农业技术、光学系统、气象预报、卫星通信网、数字通信、移动数据库、语音处理 * 本讲导学 嵌入式系统的硬件 嵌入式系统的软件 嵌入式系统的分类 嵌入式系统过去的发展 嵌入式系统的发展趋势 * 嵌入式系统的基本结构一般可分为两个部分: 硬件 软件 * 一、嵌入式系统的硬件 嵌入式系统的硬件包括: 嵌入式核心芯片 存储器系统 外部接口 * 一、嵌入式系统的硬件 (1)嵌入式核心芯片: EMPU——嵌入式微处理器 EMCU——嵌入式微控制器 EDSP——嵌入式数字信号处理器 ESOC——嵌入式片上系统 * 一、嵌入式系统的硬件 (2)存储器系统 程序存储器(ROM EPROM FLASH) 数据存储器 随机存储器 参数存储器等 (3)外部接口 输入、输出、外存连接、专用设备连接接口 * 嵌入式处理器是构成系统的核心部件,系统中的其他部件均在它的控制和调度下工作 处理器通过专用的接口获取监控对象的数据、状态等各种信息 并对这些信息进行计算、加工、分析和判断并做出相应的控制决策 再通过专用接口将控制信息传送给控制对象 1. 嵌入式处理器 * 根据其现状,嵌入式处理器可以分成: 嵌入式微处理器(MPU) 嵌入式微控制器(MCU) 嵌入式DSP处理器(DSP) 嵌入式片上系统(SoC) 1. 嵌入式处理器 * 嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来 通常是32位以上的处理器,具有较高的性能,价格也相应较高 嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心 与通用计算机处理器的不同点 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 以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。 * * MCU (Micro Controller Unit)中文名称为微控制单元 又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer) 是指随着大规模集成电路的出现及其发展,将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制 价格低廉,性能优良 8051、MCS-251 * DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器,在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计,具有很高的编译效率和指令的执行速度。 嵌入式DSP处理器(EDSP)的工作原理是接收模拟信号,转换为0或1的数字信号,再对数字信号进行修改、删除、强化,并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。 * * 又称系统级芯片,是一个有专用目标的集成电路,包含完整系统及嵌入软件的全部内容 狭义上可以看作信息系统核心的芯片集成,将系统关键部件集成在一块芯片上 广义上就是一个微小型系统 国外观点:将微处理器、模拟IP核和存储器集成在单一芯片上的片上系统 * SOC体系结构 * 嵌入式易失性存储器—断电后信息丢失 嵌入式非易失性存储器—断电后信息不会丢失 2. 嵌入式存储器 * 嵌入式静态存储器(ESRAM) 采用标准CMOS工艺,集成度低 速度快 功耗低 6管:尺寸大,集成度低 1管:需要补偿电路,软误差率较高 4管:需要精确的时序信号作保证 嵌入式动态存储器(EDRAM) 集成度高 * 常用于保存需要长期保存的数据或程序 实现方式多样化 Flash存储卡(快闪存储器)--双层浮空栅MOS管 磁阻存储器(MRAM)—磁阻效用 铁电存储器(FeRAM)—铁电效用(铁电材料的晶体结构有两种稳定状态) 相变非易失性存储器(PcRAM)—薄膜合金的结构相变,具有两种稳定状态 速度、容量、供电、成本等是重要考虑因素 * 应用软件 应用编程接口 嵌入式操作系统 BSP 底层硬件 嵌入式系统软件层次结构图 应用软件 对资源的使用必须合理,尽量做
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