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嵌入式基礎

關于嵌入式基礎,應該熟悉的知識點:

  • 嵌入式系統的定義:一種完全嵌入受控器件内部,為特定應用而設計的專用計算機系統。其核心由一個或幾個預先程式設計以用來執行少數幾項任務的微處理器或者微控制器組成。所有帶有數字接口的裝置都使用嵌入式系統,所有帶有數字接口的裝置都使用嵌入式系統,如手表,微波爐,錄像機,汽車等。
  • 嵌入式系統的組成:如圖示
    嵌入式基礎
  • 嵌入式系統發展:分為四個階段

                                1)單片微型計算機(SCM)階段,即單片機時代:系統功能由彙編語言實作。                                                                        這一時代系統硬體:單片機。軟體:無作業系統。                                                                        主要特點:系統結構相對單一,處理效率低,存儲容量十分有限,幾乎無使用者接口。                                 2)微控制器(MUC)階段,:主要技術方向:不斷擴充對象系統要求的各種外圍電路和接口電路,突顯其對象的智能化控制能力                                                                         這一階段基礎:嵌入式微處理器。這一階段核心:簡單作業系統。                                                                         主要特點:硬體使用嵌入式微處理器,微處理器的種類繁多,通用性弱;系統開銷小,效率較高。                                 3)片上系統(SOC):主要特點:嵌入式系統能夠運作于各種不同的微處理器上,相容性好,作業系統的核心小,效果好。                                 4)internet為标志的嵌入式系統:嵌入式網絡化主要表現:一方面是嵌入式處理器內建了網絡接口                                                                                                                         另一方面是嵌入式裝置應用于網絡環境中。

  • 實時系統:指能夠在指定或者确定的時間内完成系統功能和外部或内部,同步或異步時間作出響應的系統。實時系統應該具有在事先定義的時間範圍内識别和處理離散事件的能力;系統能夠處理和存儲控制系統所需要的大量資料。

                    實時性分類:1)硬實性:應用的最大需求能夠得到完全滿足,否則會造成重大事故                                         2)軟實性:某些應用雖然提出時間要求,但是實時任務偶爾違反這種要求不會對系統運作或環境造成嚴重影響。或者也可以了解成,軟實行對運作時間沒有嚴格的卡死,而是安排了在運作時間裡實時任務能夠按優先級執行的順序執行。(忘記在哪裡看的了,如果了解有錯誤,歡迎大家指出來)                     特點:1)可預測性:系統對實時任務的執行時間進行判斷,确定是否能夠滿足任務的時限要求。                                                    分類:硬體延遲的可預測性                                                              軟體系統的可預測性(應用程式和響應時間)                                                              作業系統的可預測性(實時原語,排程函數等運作開銷有限,以保證應用程式執行時間的有界性)                                2)可靠性:提高可靠性方法:靜态分析,保留資源,備援配置等使系統在最壞情況下都能正常工作或避免損失。                                3)互動作用:外部實體環境(通常是被控子系統)是實時系統不可缺少的組成部分,計算機系統一般是控制系統。兩者互相作用構成完整的實時系統。

  • 嵌入式微處理器體系結構:

               1)馮諾依曼體系結構:也稱普林斯頓結構(圖檔來自網絡,侵删)是一種将程式指令存儲器和資料存儲器  合并在一起  的存儲器結構。取指令和取操作數都在同一總線上,通過分時複用的方式進行;缺點是在高速運作時,不能達到同時取指令和取操作數,進而形成了傳輸過程的瓶頸。由于程式指令存儲位址和資料存儲位址指向同一個存儲器的不同實體位置,是以程式指令和資料的寬度相同,如英特爾公司的8086中央處理器的程式指令和資料都是16位寬。

嵌入式基礎

再來一張更清楚一點的

嵌入式基礎

根據馮·諾依曼體系結構構成的計算機,必須具有的功能有:                     把需要的程式和資料送至計算機中。                     必須具有 長期記憶 程式、資料、中間結果及最終運算結果的能力。                     能夠完成各種算術、邏輯運算和資料傳送等資料加工處理的能力。                     能夠根據需要控制程式走向,并能根據指令控制機器的各部件協調操作。                     能夠按照要求将處理結果輸出給使用者。 計算機必須具備五大基本組成部件,包括:輸入資料和程式的輸入裝置、記憶程式和資料的存儲器、完成資料加工處理的運算器、控制程式執行的控制器、輸出處理結果的輸出裝置。             2)哈佛體系結構(這條資源來自網絡,侵删)

是一種将程式指令儲存和資料儲存分開的存儲器結構。中央處理器首先到程式指令儲存器中讀取程式指令内容,解碼後得到資料位址,再到相應的資料儲存器中讀取資料,并進行下一步的操作(通常是執行)。程式指令儲存和資料儲存分開,資料和指令的儲存可以同時進行,可以使指令和資料有不同的資料寬度,如Microchip公司的PIC16晶片的程式指令是14位寬度,而資料是8位寬度。

與馮.諾曼結構處理器比較,哈佛結構處理器有兩個明顯的特點:

1、使用兩個獨立的存儲器子產品,分别存儲指令和資料,每個存儲子產品都不允許指令和資料并存;

2、使用獨立的兩條總線,分别作為CPU與每個存儲器之間的專用通信路徑,而這兩條總線之間毫無關聯。

改進的哈佛結構,其結構特點為:

1、使用兩個獨立的存儲器子產品,分别存儲指令和資料,每個存儲子產品都不允許指令和資料并存,以便實作并行處理;

2、具有一條獨立的位址總線和一條獨立的資料總線,利用公用位址總線通路兩個存儲子產品(程式存儲子產品和資料存儲子產品),公用資料總線則被用來完成程式存儲子產品或資料存儲子產品與CPU之間的資料傳輸;

哈佛結構的微處理器通常具有較高的執行效率。其程式指令和資料指令分開組織和儲存的,執行時可以預先讀取下一條指令。目前使用哈佛結構的中央處理器和微控制器有很多,除了上面提到的Microchip公司的PIC系列晶片,還有摩托羅拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安謀公司的ARM9、ARM10和ARM11。        3)CISC(複雜指令集計算機)和RISC(精簡指令集計算機)             CISC:采用一整套計算機指令進行操作的計算機。通常包括一個複雜的資料通路和一個微程式控制器。微程式控制器由一個微程式存儲器、一個微程式計數器(MicroPC)和位址選擇邏輯構成。在微程式存儲器中的每一個字都表示一個控制字,并且包含了一個時鐘周期内所有資料通路控制信号的值。這就意味着控制字中的每一位表示一個資料通路控制線的值;指令系統較豐富,有專用指令來完成特定的功能,是以處理特殊任務能力較高;存儲器操作指令多,操作直接;CISC彙編語言程式程式設計相對簡單,科學計算及複雜操作的程式設計相對容易,效率較高;在一條指令執行結束後響應中斷;CISC的CPU包含豐富的電路單元,因而功能強,面積大,功耗大;CISC微處理器結構複雜,設計周期長,功能強大,實作特殊功能容易;CISC機器更适合專用機。             RISC:保留常用指令,使計算機能以更快速度進行操作,使其簡單高效;對不常用的功能,常通過組合指令來完成。是以RISC在實作特殊功能時,效率可能較低;存儲器操作有限,使控制簡單化;RISC彙編語言程式一般需要較大記憶體空間,實作特殊功能時程式複雜;在一條指令執行的适當地方可以響應中斷;RISC的CPU含較少的單元電路,因而面積小,功耗低;AISC微處理器結構簡單,布局緊湊,設計周期短,易于采用最新技術,指令規整,性能容易把握,易學易用;RISC指令系統的确定與特定額應用領域有關,故RISC機器更适合于通用機。           4)流水線技術:指在程式操作執行時多條指令重疊進行操作的一種并行處理實作技術。(流水線技術的思想應該說是蠻好了解的在此不做詳細的贅述)              衡量一種流水線技術的性能參數:吞吐率,效率,加速比。