[信息与通信]第5讲+嵌入式系统硬件平台.ppt

1.嵌入式处理器 嵌入式微处理器是嵌入式系统硬件层的核心，嵌入式微处理器将通用CPU中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于系统设计趋于小型化、高效率和高可靠性。嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中。 嵌入式处理器在功能上有别于通用处理器，其区别在于嵌入式处理器上集成了大量的I/O电路。因此，用户在开发嵌入式系统时，可以根据系统需求选择合适的嵌入式处理器，而无需再另外配合I/O电路。 嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系结构或哈佛体系结构，指令系统可以选用精简指令系统（Reduced Instruction Set Computer，RISC）和复杂指令集系统CISC（Complex Instruction Set Computer, CISC）。 嵌入式微处理器有各种不同的体系，目前全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种，体系结构有30多个系列，其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86等。即使在同一体系中，也可以具有不同的时钟频率、数据总线宽度、接口和外设。目前没有一种嵌入式微处理器可以主导市场，嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。 2.存储器 存储器是嵌入式系统存放数据和程序的功能部件。在嵌入式系统中使用的存储器可以是内部存储器，也可以是外部存储器。通常处理器的内部存储器是非常有限的。对于小型应用，如果这些存储器够用，就不必使用外部存储器；否则，就必须进行扩展，使用外部存储设备。与通用计算机把应用软件和操作系统放在外存的工作方式不同，嵌入式系统的软件通常直接存放在内存(如Flash)中，上电之后可以立刻运行；当然，也有的嵌入式系统的软件从外存启动、装载并运行。 嵌入式系统的存储器包含Cache、主存储器和辅助存储器。 ①Cache是一种位于主存储器和嵌入式微处理器内核之间的快速存储器阵列，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。在需要进行数据读取操作时，微处理器尽可能的从Cache中读取数据，而不是从主存中读取，减小存储器（如主存和辅助存储器）给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，提高微处理器和主存之间的数据传输速率，使处理速度更快，实时性更强。 Cache一般集成在嵌入式微处理器内，可分为数据Cache、指令Cache或混合Cache，Cache的存储容量大小依不同处理器而定。 ②主存储器用来存放系统和用户的程序及数据，是嵌入式微处理器能直接访问的存储器。主存储器包含有ROM和RAM，可以位于微处理器的内部或外部。常用的ROM类存储器有NOR Flash、EPROM和PROM等，RAM类存储器有SRAM、DRAM和SDRAM等，容量为256KB～1GB。 ③辅助存储器通常指硬盘、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等，用来存放大数据量的程序代码或信息，一般容量较大，但读取速度与主存相比要慢一些。 3. I/O接口电路 嵌入式系统的I/O接口电路主要完成嵌入式处理器与外部设备之间的交互和数据通信。这些电路包括网络接口、串行接口、模/数转换和数/模转换接口、人机交互接口等。应用于不同行业的嵌入式系统，其接口功能和数量有很大的差异。在设计I/O接口电路时，一般把这部分作为I/O子系统进行统一的设计，这样既可以综合考虑优化电路，又便于设计成果的重复使用。 5.3.2 存储器的分类 1．按在系统中的地位分类 在微机系统中，存储器可分为主存储器（Main Memory简称内存或主存）和辅助存储器（Auxiliary Memory，Secondary Memory，简称辅存或外存）。 内存是计算机主机的一个组成部分，一般都用快速存储器件来构成，内存的存取速度很快，但内存空间的大小受到地址总线位数的限制。内存通常用来容纳当前正在使用的或要经常使用的程序和数据，CPU可以直接对内存进行访问。系统软件中如引导程序、监控程序或者操作系统中的基本输入／输出部分BIOS都是必须常驻内存。更多的系统软件和全部应用软件则在用到时由外存传送到内存。 外存也是用来存储各种信息的，存放的是相对来说不经常使用的程序和数据，其特点是容量大。外存总是和某个外部设备相关的，常见的外存有软盘、硬盘、U盘、光盘等。CPU要使用外存的这些信息时，必须通过专门的设备将信息先传送到内存中。 2．按存储介质分类 根据存储介质的材料及器件的不同，可分为磁存储器（Magnetic Memory），半导体存储器、光存储器（Optical Memory）及激光光盘存储器（Laser O