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第1章 嵌入式系统基础 1.1.1嵌入式计算机 1.嵌入式计算机发展： 机械和机电时代 公元前500年，最原始的人造计算工具是算筹 。 公元1642年，法国数学家Pascal发明机械式加法器；人类历史上第一台机械式计算工具。用机械来模拟人的思维活动。 计算机的发展经历了电子管时代(1946~1956) 、晶体管时代(1959~1964)、中小规模集成电路(1964~1975)、大规模和超大规模集成电路(1975~1990)、甚大规模集成电路以及极大规模集成电路时代。 1971年，Intel4004微处理器（Microprocessor）用于袖珍可编程Busicom计算器。 1977年Apple公司Rockwell6502 8位家用计算机Apple-Ⅱ。 微处理器嵌入到控制对象实体，作为主要控制和反馈器件，极大的提高了系统的可控性和智能化。汽车发动机管理系统：开环燃油控制系统→闭环燃油喷射系统，汽车排放物减少90%。 1976年出现微控制器（Microcontroller）, “单片机” 用于过程控制、智能家电。 1978年Intel8088处理器作为IBM个人计算机PC。 20世纪80年代初微处理器及微控制器各自发展为一个庞大的家族。通用计算机和嵌入式计算机并行发展。 以Intel公司x86为主流的应用于个人计算机PC的微处理器格局已形成。 把嵌入到对象体系中、实现对象体系智能化控制的微控制器的计算机，称作嵌入式计算机。 2.嵌入式计算机概念 按计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用将其分为通用计算机和嵌入式计算机。 3.嵌入式计算机基本特征和应用范围 非通用、专用计算机。 未来数字化世界的基本细胞元素。 应用数量超过通用计算机：通用计算机外设、制造工业、过程控制、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费。 应用于特定环境，针对特定用途的“专用系统”。 运行环境差异很大，严酷的温、湿度环境； 比通用PC系统资源少：专门执行确定的任务。 “嵌入”到对象体系中，具有低功耗、体积小、集成度高、成本低等特点； 常工作在低功耗睡眠模式， 通过中断驱动、唤醒系统工作。 通用CPU中由板卡完成任务高度集成于SoC内。 具有科学的系统测试和可靠性评估体系，保证系统高效、可靠、稳定工作；如看门狗定时器。 有较长生命周期：与具体产品同步升级换代； 目标代码固化在非易失性存储器（ROM，EPROM，EEPROM，FLASH）芯片中； 使用实时操作系统（RTOS，Real-Time Operating System） 需要专用开发工具套件和方法进行调试； 包含专用调试电路：ARM的Embedded ICE； 是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新知识集成系统； 一些典型的嵌入式系统应用实例 一些典型的嵌入式系统应用实例 一些典型的嵌入式系统应用实例 单片系统设计如从零开始，除了设计不成熟、未经过时间考验，系统性能和质量得不到保证外，还会因为设计周期太长而失去商业价值。 为了加快单片系统设计周期和提高系统的可靠性，目前最有效的一个途径就是通过授权，使用已成熟且经过优化的IP内核来进行设计集成和二次开发，利用胶粘逻辑技术GLT（Glue Logic Technology），把IP内核模块嵌入到SoC中。 可编程片上系统－SOPC 实现复杂系统功能的VLSI 采用超深亚微米工艺技术； 使用一个以上的嵌入式处理器/DSP； 外部可对芯片进行编程； 主要采用第三方IP进行设计； 足够的片上可编程逻辑资源； 具有处理器调试接口和FPGA编程接口； 可能包含部分可编程模拟电路； 单芯片、低功耗、微封装。 SOPC技术基础 超大规模可编程逻辑器件及开发工具成熟； FPGA成本大大下降； FPGA密度提高； FPGA设计、综合、仿真、测试工具性能提高。 微处理器/DSP以IP核的形式嵌入到FPGA 基于IP Core的开发模式深入人心。 SOPC设计技术涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容:以处理器和实时多任务操作系统（RTOS）为中心的软件设计技术、以PCB和信号完整性分析为基础的高速电路设计技术、软硬件协同设计技术。 要求高的以仿真技术为基础的软硬件协同设计技术。 主流ARM内核 ARM7TDMI：ARMV4T(Van Neumann)结构,三级流水,统一Cache，66M ARM9／9E：ARMV4T(Harvard)结构,五级流水,分离Cache,120-200M ARM10：ARMV5T结构,六级流水,分离Cache,300M Strong-ARM：采用ARMV4T 结构，五级流水，分离Cache，233M ARM生产厂商 ATMEL的 AT91系列, AT75/76系列 Samsung的S3c44b