基本概念

嵌入式計算機：把嵌入到對象體系中、實現對象體系智能化控制的帶有微控制器的計算機，稱作嵌入式計算機

嵌入式系統：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。

特點：

• 具有較長的生命周期
• 嵌入式系統的目標代碼通常固化在非易失性存儲芯片中
• 操作系統一般是實時操作系統（RTOS），具有實時約束
• 需要專用開發工具和方法進行設計
• 微處理器通常包含專用調試電路

分類：

1. 按表現形式及使用硬件分為
   • 芯片級嵌入
   • 模塊級嵌入
2. 按系統實時性需求分為
   • 非實時系統（如PDA）
   • 軟實時操作系統（如消費類產品）
   • 硬實時系統（工業實時控制系統）

嵌入式系統的組成結構

硬件基本結構:以嵌入式處理器為中心，配置存儲器、I/O設備、通信模塊以及電源等必要的輔助接口組成

軟件基本結構：設備驅動層、實時操作系統（RTOS）、應用程序接口(API)層、實際應用程序層

啟動程序BootLoader介紹

開機初始化處理器配置，初始化硬件等

1. 系統加電復位后，CPU從由復位地址上取指令，將首先執行Boot Loader程序。
2. 系統啟動通常兩種方式
   • 一種是可以直接從Flash啟動
   • 另一種是可以將壓縮的內存映像文件從Flash中復制、解壓到RAM，在從RAM啟動

嵌入式微處理器
對應pc中的CPU

嵌入式微控制器
又稱單片機，它將CPU、存儲器（少量RAM、ROM或兩者都有）和其他外設封裝在同一片集成電路里

與微處理器相比，特點是單片化，體積大大減少，從而是功耗和成本下降、可靠性提高。

嵌入式DSP
DSP(Digital Signal Processor)數字信號處理器

嵌入式SoC
SoC(System on Chip)系統級芯片

可編程片上系統–SOPC
技術基礎:

• 超大規模可編程邏輯器件及其開發工具的成熟
• FPGA密度提高，成本大大下降，設計、綜合、仿真、測試工具性能飛速提高
• 微處理器/DSP以IP核的形式方便的嵌入FPGA中
• 基于IP Core的開發深入人心

嵌入式外圍接口電路和設備接口

• 存儲器類型（易失性存儲器（RAM)、非易失性存儲器（ROM、FLASH和NvRAM））
• 輸入輸出設備
• 通信接口
• 設備擴展接口
• 電源及輔助設備

嵌入式操作系統

必須提供以下管理功能

1. 多任務管理
2. 存儲管理
3. 周邊資源管理
4. 中斷管理

嵌入式軟件開發環境

1. 交叉開發環境
2. 軟件模擬環境
3. 評估電路板

嵌入式應用軟件開發步驟：

1. 開發環境建立
2. 源文件編輯階段
3. 交叉編譯
4. 鏈接
5. 重定位和下載
6. 調試

為提高軟件開發的可移植性和可重用性可采納下列方法

• 多用高級語言少用或者不用匯編語言
• 將不可已知部分局部化
• 宏定義和函數

硬件基礎簡介

馮洛伊曼體系結構

哈佛體系結構

• CISC復雜指令集：

  • 具有大量指令和尋址方式
  • 8/2原則：80%的程序只使用20%的指令
  • 大多數程序只使用少量的指令就能夠運行

• RISC精簡指令集

  • 在通道中只包含最有用的指令
  • 確保數據通道快速執行每一條指令
  • 使CPU硬件結構設計變得更加簡單

• 流水線技術：
  幾個指令可以并行執行
  提高了CPU的運行效率
  內部信息流要求通常流動
  

• 桶型移位器
  通型移位器可以加快一維速度

• 指令密度

  • 在執行同等操作步驟序列前提下，單位內存所容納的機器指令數
  • 為完成特定的運算操作，存放機器指令所需的內存空間大小
  • 是衡量一個指令系統的設計是否精巧，是否合理的重要指標。

• 看門狗定時器
  是用來引導嵌入式處理器脫離死鎖工作狀態的部件。是處理器的一個有用的特色硬部件。

嵌入式開發的考慮要素

1. 功能可靠使用、便于升級
2. 實時并發處理，即使響應
3. 體積符合要求，結構緊湊
4. 接口符合規范，易于操作
5. 配置精簡穩定，維護便利
6. 功耗管理嚴格，成本低廉

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