嵌入式系统

发布 2022-10-21 05:11:28 阅读 8260

● 嵌入式系统的定义及特点。

嵌入式系统诞生于微型计算机,是嵌入到对象体系中,实现嵌入对象智能化的计算机。由于微型计算机无法满足绝大多数对象体系嵌入式要求的体积,价位与可靠性,因此,嵌入式系统迅速走上了独立发展的单片机道路,首先是将计算机芯片集成为单片微型计算机(scmp),其后,为满足对象体系控制要求,单片机不断从单片微型计算机向微控制器(mcu)与片上系统(soc)发展。但无论怎样发展变化,都改变不了“内含计算机”、“嵌入到对象体系中”、“满足对象智能化控制要求”的技术本质。

因此、我们可以将嵌入式系统定义成:“嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统”。

随着网络、通信时代的到来、不少嵌入式系统形成了一些独立的用用产品、如手机、pda、***、数码伴侣等、这些产品没有像电视机、电冰箱、空调、洗衣机、汽车等那样明显的嵌入对象、这时嵌入式系统定义中的“嵌入到对象体系中”含义、可以广义地理解成“内嵌有计算机”的含义。

1、嵌入式系统的特点。

按照嵌入式系统的定义、嵌入式系统有3个基本特点。即“嵌入性”、“专用性”与“计算机”。

嵌入性”由早期微型机时代的嵌入式计算机应用而来、专指计算机嵌入到对象体系中、实现对象体系的智能控制。当嵌入式系统变成一个独立应用产品时,可将嵌入性理解为内部嵌有微处理器或计算机。

计算机”是对象系统智能化控制的根本保证。随着单片机向mcu、soc发展、片内计算机外围电路、接口电路、控制单元日益增多、“专用计算机系统”演变成为“内含微处理器”的现代电子系统。与传统的电子系统相比较、现代电子系统由于内含微处理器、能实现对象系统的计算机智能化控制能力。

专用性”是指在满足对象控制要求及环境要求下的软硬件裁剪性。嵌入式系统的软硬件配置必须依据嵌入对象的要求,设计成专用的嵌入式应用系统。

嵌入式系统的相关技术。

嵌入式系统应是计算机的一个重要分支。但是,作为一个重要的计算机工具,有不断完善的基础技术与各个领域中的应用技术,并且依靠着多学科,如计算机学科、电子技术学科、微电子学科、集成电路设计等的交叉与综合。

嵌入式系统的技术前沿。

目前、无论是嵌入式系统基础器件、开发手段、还是应用对象、都有了很大变化。无论是未来从事8位、16位、32位的嵌入式系统应用,都应该了解嵌入式系统的技术前沿。这些技术前沿体现了嵌入式系统应用的一些基本观念,它们是:

基于集成开发环境的应用开发、应用系统的用户soc设计、操作系统的普遍应用、普遍的网络接入、先进的电源技术以及多处理器soc技术。

嵌入式系统的未来。

早在2023年之前、嵌入式系统通常是很简单的且具有很长的产品生命周期的自主设备。近些年来,嵌入式工业经历了巨大的变革。

1、产品市场窗口现在预计翻番的周期狂热到6—9个月;

2、全球重新定义市场的机会和膨胀的应用空间;

3、互联网现在是一个需求而不是辅助性的,包括用有线和刚刚显露头角的无线技术;

4、基于电子的产品更复杂化;

5、互联嵌入式系统产生新的依赖网络基础设施的应用;

6、微处理器的处理能力按莫尔定律(moore’s law)预计的速度在增加。该定律认为集成电路和晶体管个数每18个月翻一番。

如果说过去的趋势能指明未来,那么随着技术的革新,嵌入式软件将继续增加新的应用,并产生更加灵巧的产品种类。根据人们对于自身虚拟运行设备的消费要求增加而不断壮大的市场,以及由internet创造的无限的机会,嵌入式系统将不断地重新塑造未来的世界。

实时性:个人理解就是实际的时间与程序的时间,就是事件发生了但是实际程序反应过来的时间不是一个确定的常数,这就是实时性不好,如果时间发生了程序反应过来很快且固定,这个实时性就是好。(下文红色部分有解释)

基本概念。 嵌入式处理器。

简介。普通个人计算机(pc)中的处理器是通用目的的处理器。它们的设计非常丰富,为这些处理器提供全部的特性和广泛的功能,故可以用于各种应用中。

使用这些通用的处理器的系统有大量的应用编程资源,例如,现代处理器具有内置的内存管理单元(mmu),提供内存保护和多任务能力的虚存和通用目的操作系统。这些通用的处理器具有先进的高速缓存逻辑。许多这样的处理器具有执行快速浮点运算的内置数学协处理器。

这些处理器提供接口,支持各种各样的外部设备。这些吹起能源消耗大,产生的热量高,尺寸也大。其复杂性意味着这些处理器的制造成本昂贵。

在早期,嵌入式系统通常用通用目的的处理器建造。

近年来,随着大量先进的微处理器制造技术的发展,越来越多的嵌入式系统用嵌入式处理器建造,而不是用通用目的的处理器。这些嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的处理器。

一类嵌入式处理器注重尺寸,能耗和**。因此某些嵌入式处理器限定其功能,即处理器对于某类应用足够好,而对于其他类的应用可能就不够好了。这就是为何许多的嵌入式处理器没有太高的cpu速度的原因。

例如,为个人数字助理(pda)设备选择的就是没有浮点协处理器,因为浮点运算没有必要,或用软件**就足够了。这些处理器可以是16-bit 地址体系机构,而不是32-bit ,因为受内存存储器容量的限制;可以是200mhz cpu频率,因为应用的主要特性是交互和显示密集性的,而不是计算密集性的,这类嵌入式处理器很小,因为整个pda装置尺寸很小并能放在手掌上。限制功能意味着降低能耗并延长电池供电时间。

更小的尺寸可降低处理器的制造成本。

另一类嵌入式处理器关注全部4个需求---性能、尺寸、能耗和**。例如、移动**中的嵌入式数字信号处理器(dsp)具有特殊性的计算单元、内存中的优化设计、寻址和带多个处理能力的总线体系结构,这样dsp可以非常快的实时执行复杂的计算。在同样的时钟频率下,dsp执行数字信号处理要比通用目的处理器速度快若干倍,这就是在移动**的设计上用dsp而不用通用目的的处理器的原因。

并且dsp具有非常快的速度和强大的嵌入式处理器,其**是相当合适的,使得移动**的整体**具有相当的竞争力。使用dsp的供电电池可以持续几时小时。

片上系统soc(system—on---chip)处理器对嵌入式系统具有特别的吸引力。soc处理器具有cpu内核并带内置外设模块,如编程通用目的计时器,可编程中断控制器,dma控制器和以太网接口。这样的自含设计使嵌入式设计可以用来建造各种嵌入式应用,而不需要附加外部设备,再次减少了最终产品的整个费用和尺寸。

分类。1、 嵌入式微处理器(embedded microprocessor unit,empu)

嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的cpu。在应用中,将微处理器配在专门设计的电路板上,只保留和嵌入式应用有关的母板功能,这样可以大幅度减少系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求,嵌入式微处理器虽然在功能在和标准微处理器基本是一样的,但在工作温度,抗电磁干扰,可靠性等方面一般都做了各种增强。

和工业控制计算机相比,嵌入式微处理器具有体积小,重量轻,成本低,可靠性高的优点,但是在电路板上必须包括rom、ram、总线接口、各种外设等器件,从而降低了系统的可靠性,技术保密性也较差。嵌入式微处理器机器存储器、总线、外设等安装在一块电路板上,称为单板计算机。如std-bus、pc104等。

近年来,德国日本的一些公司又开发出类似“火柴盒”式名片大小的嵌入式计算机系列oem产品。

嵌入式处理器目前有amex、sc-400、power pc、68000、mips 、arm系列等。

2、 嵌入式微控制器(microcontroller unit ,mcu)

嵌入式微控制器又称单片机,顾名思义,就是讲整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心,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等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求,一般一个系列的单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品的处理器内核都是一样的,不同的是存储器和外设的配置及封装。

这样可以是单片机最大限度地和应用需求相匹配,功能不多不少、从而减少功耗和成本。

和嵌入式微处理器相比,微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,从而使功耗和成本下降、可靠性高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富,适合于控制,因此称微控制器。

嵌入式微控制器目前的品种和数量最多,比较有代表性的通用系列包括8051、p51xa、mcs-251、mcs-96/196/296、c166/167、mc68hc、数目众多arm芯片等。目前mcu占嵌入式系统约70%的市场份额。

3、 嵌入式dsp处理器(embedded digital signal processor,edsp)

dsp处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于执行dsp算法,编译效率较高,指令执行速度也较高。在数字滤波、fft、谱分析等方面dsp算法正在大量进行嵌入式领域,dsp应用正从在通用单片机中以普通指令实现dsp功能,过度到采用嵌入式dsp处理器。

嵌入式dsp处理器比较有代表行的产品时texas instruments 的tms320系列和motorola的dsp56000系列。tms320系列处理器包括用于控制的c2000系列,移动通信的c5000系列,以及性能更高的c6000和c8000系列。dsp56000目前已经发展成为dsp56000,dsp56100,dsp56200和dsp56300等几个不同系列的处理器。

另外philips 公司今年也推出了基于可重置嵌入式dsp结构低成本、低功耗技术上制造的处理器,特点是具备双harvard结构和双乘/累加单元,应用目标是大批量消费类产品。

4、 嵌入式片上系统(system on chip)

随着edi的推广和vlsi设计的普及化及半导体工艺的迅速发展,在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临,这就是system on chip(soc).各种通用处理器内核将作为soc设计公司的标准库,和许多其他嵌入式系统外设一样,称为vlsi设计中一种标准的器件,用标准的vhdl等语言描述,存储在器件库中。用户只需定义出其整个应用系统,**通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。

这样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去,应用系统电路板将变得很简洁,对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。

嵌入式ARM嵌入式系统设计

摘要 本系统设计了基于arm系统的嵌入式硬件平台,其中主要介绍了系统母版的具体电路实现,其硬件电路已经通过了信号完整性分析。中国 网 关键词 arm 嵌入式系统 中图分类号 tp368.1 文献标识码 a 文章编号 1007 9416 2012 12 0104 01 1 序言 本系统是设计一款基于a...

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