
嵌入式系统1-嵌入式系统与桌面系统.pdf
103页嵌入式系统设计嵌入式系统设计说明说明 z 桌面计算机范围– PC– Laptop– Mainframe– Server回顾回顾体系结构之冯诺依曼结构体系结构之冯诺依曼结构存储器输出输入运算器控制器数据线路控制信号体系结构之哈佛结构体系结构之哈佛结构程序存储器输出输入运算器控制器数据线路控制信号数据存储器计算机系统层次计算机系统层次提供与计算机结构无关的程序设计语言虚拟机高级语言级第 5级为程序员提供一种符号形式语言虚拟机汇编语言级第 4级为系统的操作和程序设计提供平台虚拟机操作系统级第 3级执行机器指令,完成相应的功能硬件级物理机器级第 2级执行一系列微指令,解释执行机器指令硬件级微程序级第 1级硬件固件操作系统应用程序硬件固件操作系统应用程序硬件固件桌面计算机复杂嵌入式系统简单嵌入式系统系统层次比较系统层次比较华硕主板Award BIOSWindow XPFTP 服务器硬件固件操作系统应用程序桌面系统层次示例桌面系统层次示例UC-EIS-LABEIS-BIOSuClinuxApplication硬件固件操作系统应用程序嵌入式系统层次示例嵌入式系统层次示例MemorySouth BridgeISA InterfaceIDE InterfaceUSB InterfaceSystem BIOS Super IO PortCPUAGP Slot North BridgePCI Interface硬件架构硬件架构-桌面系统桌面系统HostComputerMemoryNetworkInterfaceI/O硬件架构硬件架构-嵌入式系统嵌入式系统UARTBus InterfaceRAM TimersDigital I/O ROM IICADC CPU SPI桌面机主板桌面机主板嵌入式系统主板嵌入式系统主板回顾之处理器回顾之处理器处理器分类(处理器分类(1)) z 指令长度 z 4 z 8 z 16 z 32 z 64 z 集成度 z 微处理器 z 单片机 z SOC处理器分类(处理器分类(2)) z用途 z通用: X86、 AMD、 Cyrix、 ARM、MIPS、 PowerPC等 z专用: DSP、 IXP、 IOP等 z指令集 z RISC z CISC: DSP z EPIC z VLIW处理器技术处理器技术 z 处理器可以根据用户遇到的问题进行定制total = 0for i = 1 to N looptotal += M[i]end loop通用处理器 专用处理器面向特定应用的处理器期望功能单板计算机单板计算机 z 单板计算机 (Microcontroller Unit, MCU) z 嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上,称为单板计算机。
– STD-BUS、 PC104等– 芯片内部集成 ROM/EPROM、 RAM、总线、总线逻辑、定时 /计数器、 WatchDog、 I/O、串行口、脉宽调制输出、 A/D、 D/A、 Flash、 RAM、 EEPROM 等各种必要功能模块 z 优点– 体积小– 功耗低– 成本低– 可靠性高SOC z SOC (System On Chip) z 除个别无法集成的器件以外,整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中– Motorola 的 M-Core,某些 ARM 系列器件,Echelon 和 Motorola 联合研制的 Neuron 芯片 z 特点– 体积小– 功耗低– 可靠性高微处理器(通用处理器)微处理器(通用处理器) z 可以使用那些可编程设备– X86、 PowerPC, AMD z 特点– 内存可编程( Program memory)– 通用的数据地址寄存器– 通用的 ALU z 优点– 开发迅速– 低成本– 高灵活性架构架构IR PCRegister fileGeneral ALUDatapathControllerProgram memoryAssembly code for:total = 0for i =1 to …Control logic and State registerData memory奔腾奔腾II、、III 处理器结构处理器结构微处理器(专用处理器)微处理器(专用处理器) z 用来执行单一特定程序– 图形加速器、 TCP卸载器、 DSP z 特点– 构造简单,仅包含执行单一特定程序所需的部件– 没有编程内存( program memory) z 优点– 速度快– 低功耗– 尺寸小架构架构DatapathControllerControl logicState registerDatamemoryindextotal+面向特定应用的处理器面向特定应用的处理器 z 面向特定应用的优化的可编程处理器具有一般的特征。
– IOP、 IXP z 特点– 可编程内存– 数据路径优化– 特殊功能单元 z 优点– 一定的灵活性– 高性能架构架构IR PCRegistersCustom ALUDatapathControllerProgram memoryAssembly code for:total = 0for i =1 to …Control logic and State registerDatamemory指令集之复杂指令集指令集之复杂指令集 z CISC:复杂指令集(Complex Instruction Set Computer) z 具有大量的指令和寻址方式 z 8/2原则:80%的程序只使用20%的指令 z 大多数程序只使用少量的指令就能够运行指令集之精简指令集指令集之精简指令集 z RISC:精简指令集(Reduced Instruction Set Computer) z 在通道中只包含最有用的指令 z 确保数据通道快速执行每一条指令 z 使CPU硬件结构设计变得更为简单指令集之并行指令集指令集之并行指令集 z EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computing,显式并行指令计算 ) z 使用 ILP使编译器在程序运行前便能找出其并行性,安排好指令执行的顺序。