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文檔簡介
1、嵌入式系統(tǒng)根據(jù)IEEE (國際電機(jī)工程師協(xié)會)的定義,嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置"(devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants)。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體,還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。目前國內(nèi)一個普遍被認(rèn)同的定義是:以應(yīng)用為中心、以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下4個特
2、點:1 )對實時任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力,能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時間,從而使內(nèi)部的代碼和實時內(nèi)核心的執(zhí)行時間減少到最低限度。2 )具有功能很強(qiáng)的存儲區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化,而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用,需要設(shè)計強(qiáng)大的存儲區(qū)保護(hù)功能,同時也有利于軟件診斷。3)可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu),以能最迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。4 )嵌入式微處理器必須功耗很低,尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此,如需要功耗只有mW甚至I1W 級。嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)同通用型計算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點:1. 嵌入式系統(tǒng)通常是面
3、向特定應(yīng)用的嵌入式CPU與通用型的最大不同就是嵌入式CPU大多工作在為特定用戶群設(shè)計的系統(tǒng)中,它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點,能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部,從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計趨于小型化,移動能力大大增強(qiáng),跟網(wǎng)絡(luò)的耦合也越來越緊密。2. 嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。3. 嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計,量體裁衣、去除冗余,力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能,這樣才能在具體應(yīng)用中對處理器的選擇更具有競爭力。
4、4. 嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起,它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行,因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場,具有較長的生命周期。5. 為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性,嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機(jī)本身中,而不是存貯于磁盤等載體中。6. 嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力,即使設(shè)計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進(jìn)行修改的,必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。7. 目前,嵌入式系統(tǒng)多用于手機(jī)等操作系統(tǒng)的開發(fā)。具有巨大的市場潛力編輯本段嵌入式系統(tǒng)簡介1 .嵌入式系統(tǒng)的歷史雖然嵌入式系統(tǒng)是近幾年才風(fēng)靡起來的,但是這個概念并非新近才出現(xiàn)。從20世紀(jì)七十年代單片機(jī)的出現(xiàn)到今天
5、各式各樣的嵌入式微處理器,微控制器的大規(guī)模應(yīng)用,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近30年的發(fā)展歷史。嵌入式系統(tǒng)的定義定義可從幾方面來理解嵌入式系統(tǒng):嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的,它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢。因此可以這樣理解上述三個面向的含義,即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的,它具有很強(qiáng)的專用性,必須結(jié)合實際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物,這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。所以,介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè),必須有一個正確的定位。例如Palm之所以在PDA
6、領(lǐng)域占有70 %以上的市場,就是因為其立足于個人電子消費(fèi)品,著重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理;而風(fēng)河的Vxworks之所以在火星車上得以應(yīng)用,則是因為其高實時性和高可靠性。嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對軟硬件進(jìn)行裁剪,滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以,如果能建立相對通用的軟硬件基礎(chǔ),然后在其上開發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng),是一個比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個只有幾K到幾十K微內(nèi)核,需要根據(jù)實際的使用進(jìn)行功能擴(kuò)展或者裁減,但是由于微內(nèi)核的存在,使得這種擴(kuò)展能夠非常順利的進(jìn)行。一般而言,嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)架可以分成四個部分:處理器、存儲器、輸入輸出(I/O)和軟件(由于多數(shù)
7、 嵌入式設(shè)備的應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)都是緊密結(jié)合的,在這里我們對其不加區(qū)分,這也是嵌入式系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)的最大區(qū)別)。嵌入式系統(tǒng)重要概念嵌入式系統(tǒng)中有許多非常重要的概念:嵌入式處理器嵌入式系統(tǒng)的核心,是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元。范圍極其廣闊,從最初的4位處理器,目前仍在大規(guī)模應(yīng)用的8位單片機(jī),到最新的受到廣泛 青睞的32位,64位嵌入式 CPU。實時操作系統(tǒng)(RTOS-Real Time Operating System ):嵌入式系統(tǒng)目前最主要的組成部分。根據(jù)操作系統(tǒng)的工作特性,實時是指物理進(jìn)程的真實時間。實時操作系統(tǒng)具有實時性,能從硬件方面支持實時控制 系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。其中實時
8、性是第一要求,需要調(diào)度一切可利用的資源完成實時控制任務(wù),其次才著眼于提高計算機(jī)系統(tǒng)的使用效率,重要特點是要滿 足對時間的限制和要求。分時操作系統(tǒng):對于分時操作系統(tǒng),軟件的執(zhí)行在時間上的要求,并不嚴(yán)格,時間上的錯誤,一般不會造成災(zāi)難性的后果。目前分時系統(tǒng)的強(qiáng)項在于多任務(wù)的管理,而 實時操作系統(tǒng)的重要特點是具有系統(tǒng)的可確定性,即系統(tǒng)能對運(yùn)行情況的最好和最壞等的情況能做出精確的估計。多任務(wù)操作系統(tǒng):系統(tǒng)支持多任務(wù)管理和任務(wù)間的同步和通信,傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)和DOS系統(tǒng)等對多任務(wù)支持的功能很弱,而目前的Windows是典型的多任務(wù)操作系統(tǒng)。在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中,多任務(wù)是一個普遍的要求。實時操作系統(tǒng)中的重要
9、概念:系統(tǒng)響應(yīng)時間(System response time ):系統(tǒng)發(fā)出處理要求到系統(tǒng)給出應(yīng)答信號的時間。任務(wù)換道時間(Context-switching time ):任務(wù)之間切換而使用的時間。中斷延遲(Interrupt latency ):計算機(jī)接收到中斷信號到操作系統(tǒng)作出響應(yīng),并完成換道轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的時間。實時操作系統(tǒng)的工作狀態(tài):實時系統(tǒng) 中的任務(wù)有四種狀態(tài):運(yùn)行( Executing ),就緒(Ready ),掛起(Suspended ),冬眠(Dormant )。運(yùn)行:獲得CPU控制權(quán)。就緒:進(jìn)入任務(wù)等待隊列,通過調(diào)度轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài)。掛起:任務(wù)發(fā)生阻塞,移出任務(wù)等待隊列,等待系
10、統(tǒng)實時事件的發(fā)生而喚醒,從而轉(zhuǎn)為就緒或運(yùn)行。冬眠:任務(wù)完成或錯誤等原因被清除的任務(wù),也可以認(rèn)為是系統(tǒng)中不存在的任務(wù)。任何時刻系統(tǒng)中只能有一個任務(wù)在運(yùn)行狀態(tài),各任務(wù)按級別通過時間片分別獲得對CPU的訪問權(quán)。嵌入式系統(tǒng)的特點這些年來掀起了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用熱潮的原因只要有幾個方面:一是芯片技術(shù)的發(fā)展,使得單個芯片具有更強(qiáng)的處理能力,而且使集成多種接口已經(jīng)成為可能,眾多芯片生產(chǎn)廠商已經(jīng)將注意力集中在這方面。另一方面的原因就是應(yīng)用的需要,由于對產(chǎn)品可靠性、成本、更新?lián)Q代要求的提高,使得嵌入式系統(tǒng) 逐漸從純硬件實現(xiàn)和使用通用計算機(jī)實現(xiàn)的應(yīng)用中脫穎而出,成為近年來令人關(guān)注的焦點。從上面的定義,我們可以看出嵌入
11、式系統(tǒng)的幾個重要特征:1 .系統(tǒng)內(nèi)核小。由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的,系統(tǒng)資源相對有限,所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比如Enea公司的OSE分布式系統(tǒng),內(nèi)核只有5K ,而Windows的內(nèi)核?簡直沒有可比性。2 .專用性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)的個性化很強(qiáng),其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密,一般要針對硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植,即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn) 品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。同時針對不同的任務(wù),往往需要對系統(tǒng)進(jìn)行較大更改,程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合,這種修改和 通用軟件的升級”是完全兩個概念。3 .系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分,不
12、要求其功能設(shè)計及實現(xiàn)上過于復(fù)雜,這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本,同時也利 于實現(xiàn)系統(tǒng)安全。4 .高實時性的系統(tǒng)軟件(OS)是嵌入式軟件的基本要求。而且軟件要求固態(tài)存儲,以提高速度;軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性。5. 嵌入式軟件開發(fā) 要想走向標(biāo)準(zhǔn)化,就必須使用多任務(wù)的操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行;但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口,用戶必須自行選配RTOS (Real Time Operating System )開發(fā)平臺,這樣才能保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性,并減少開發(fā)時間,保障軟件質(zhì)量。6. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā) 需要開發(fā)工具和環(huán)境。
13、由于其本身不具備自舉開發(fā)能力,即使設(shè)計完成以后用戶通常也是不能對其中的程序功能進(jìn)行修改的,必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā),這些工具和環(huán)境一般是基于通用計算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發(fā)時往往有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念,主機(jī)用于程序的開發(fā),目標(biāo)機(jī)作為最后的執(zhí)行機(jī),開發(fā)時需要交替結(jié)合進(jìn)行。嵌入式系統(tǒng)的分類由于嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成,所以其分類也可以從硬件和軟件進(jìn)行劃分。1000種,流行從硬件方面來講,各式各樣的嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件中的最核心的部分,而目前世界上具有嵌入式功能特點的處理器已經(jīng)超過 體系結(jié)構(gòu)包括 MCU,MPU等30多個系列。鑒于嵌入式系
14、統(tǒng)廣闊的發(fā)展前景,很多半導(dǎo)體制造商都大規(guī)模生產(chǎn)嵌入式處理器,并且公司自主設(shè)計處理器也已經(jīng)成為了未來嵌入式領(lǐng)域的一大趨勢,其中從單片機(jī)、DSP到FPGA有著各式各樣的品種,速度越來越快,性能越來越強(qiáng),價格也越來越低。目前嵌入式處理器的尋址空間可以從64kB到16MB,處理速度最快可以達(dá)到2000 MIPS,封裝從8個引腳到144個引腳不等。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下4個特點:1 )對實時多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力,能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時間,從而使內(nèi)部的代碼和實時內(nèi)核心的執(zhí)行時間減少到最低限度。2 )具有功能很強(qiáng)的存儲區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件
15、結(jié)構(gòu)已模塊化,而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用,需要設(shè)計強(qiáng)大的存儲區(qū)保護(hù)功能,同時也有利于軟件診斷。3)可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu),以能最迅速地開展出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。4 )嵌入式微處理器必須功耗很低,尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此,如需要功耗只有I1W 級。根據(jù)其現(xiàn)狀,嵌入式處理器可以分成下面幾類:嵌入式微處理器(Micro Processor Unit, MPU )嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)嵌入式 DSP 處理器(Embedded Digital Signal Processor,
16、EDSP)DSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器,其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計,具有很高的編譯效率和指令的執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。嵌入式片上系統(tǒng) (System On Chip)從軟件方面劃分,主要可以依據(jù)操作系統(tǒng)的類型。目前嵌入式系統(tǒng)的軟件主要有兩大類:實時系統(tǒng)和分時系統(tǒng)。其中實時系統(tǒng)又分為兩類:硬實時系統(tǒng)和軟實時系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的組成一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成,如圖1-1所示,嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心,由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對象,它可以接受嵌
17、入式計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令,執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。1 )硬件層硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用設(shè)備接口和I/O接口( A/D、D/A、I/O等)。(1 )嵌入式微處理器(2)存儲器ROM 類 NOR Flash、EPROM 禾口 PROM 等。RAM 類 SRAM、DRAM 禾口 SDRAM 等。通用設(shè)備接口和I/O接口2) 中間層3) 系統(tǒng)軟件層系統(tǒng)軟件層由實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(Real-time Operation System , RTOS )、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口(Graphic User Interface , GUI )統(tǒng)及通用組件模
18、塊組成。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。(1)嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域1. 工業(yè)控制:2 .交通管理:4. 家庭智能管理系統(tǒng):5. POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù):6. 環(huán)境工程與自然:7. 機(jī)器人:mW甚至、網(wǎng)絡(luò)系嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)方法嵌入式系統(tǒng)無疑是當(dāng)前最熱門最有發(fā)展前途的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一。嵌入式系統(tǒng)用在一些特定專用設(shè)備上,通常這些設(shè)備的硬件資源(如處理器、存儲器等)非常有限,并且對成本很敏感,有時對實時響應(yīng)要求很高等。特別是隨著消費(fèi)家電的智能化,嵌入式更顯重要。像我們平常常見到的手機(jī)、PDA、電子字典、可視電話、VCD/DVD/MP3 Player、數(shù)字相機(jī)(DC )、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)(
19、DV)、U-Disk、機(jī)頂盒(Set Top Box)、高清電視(HDTV)、游戲機(jī)、智能玩具、交換機(jī)、路由器、數(shù)控設(shè)備或儀表、汽車電子、家電控制系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、航天航空設(shè)備等等都是典型的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是軟硬結(jié)合的東西,搞嵌入式開發(fā)的人有兩類。一類是學(xué)電子工程、通信工程等偏硬件專業(yè)出身的人,他們主要是搞硬件設(shè)計,有時要開發(fā)一些與硬件關(guān)系最密切的最底層軟件,如BootLoader、Board Support Package(像PC的BIOS 一樣,往下驅(qū)動硬件,往上支持操作系統(tǒng)),最初級的硬件驅(qū)動程序等。他們的優(yōu)勢是對硬件原理非常清楚,不足是 他們更擅長定義各種硬件接口,但對復(fù)雜軟件系統(tǒng)
20、往往力不從心(例如嵌入式操作系統(tǒng)原理和復(fù)雜應(yīng)用軟件等)。EDAEDA是電子設(shè)計自動化(Electronic Design Automation )的縮寫,在 20世紀(jì)90年代初從計算機(jī)輔助設(shè)計( CAD )、計算機(jī)輔助制造( CAM )、計算 機(jī)輔助測試(CAT )和計算機(jī)輔助工程( CAE )的概念發(fā)展而來的。20世紀(jì)90年代,國際上電子和計算機(jī)技術(shù)較先進(jìn)的國家,一直在積極探索新的電子電路設(shè)計方法,并在設(shè)計方法、工具等方面進(jìn)行了徹底的變革,取 得了巨大成功。在電子技術(shù)設(shè)計領(lǐng)域,可編程邏輯器件(如CPLD、FPGA )的應(yīng)用,已得到廣泛的普及,這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計帶來了極大的靈活性。這些器
21、件可以通過軟件編程而對其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu),從而使得硬件的設(shè)計可以如同軟件設(shè)計那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法、設(shè)計過程和設(shè)計觀念,促進(jìn)了EDA技術(shù)的迅速發(fā)展。EDA技術(shù)就是以計算機(jī)為工具,設(shè)計者在EDA軟件平臺上,用硬件描述語言HDL完成設(shè)計文件,然后由計算機(jī)自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真,直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn),極大地提高了電路設(shè)計的效率和可操作性,減輕了設(shè)計者的勞動強(qiáng)度。利用EDA工具,電子設(shè)計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計電子系統(tǒng),大量工作可以通過計算機(jī)完成,并可以將電子
22、產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析 到設(shè)計出IC版圖或PCB版圖的整個過程的計算機(jī)上自動處理完成?,F(xiàn)在對EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個領(lǐng)域,都有EDA的應(yīng)用。目前 EDA技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。例如在飛機(jī)制造過程中,從設(shè)計、性能測試及特性分析直到飛行模擬,都可能涉及到EDA技術(shù)。數(shù)字信號處理DSP數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing ,簡稱DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來,隨著計算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展, 數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到
23、迅速的發(fā)展。數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息,來處理現(xiàn)實信號的方法,這些信號由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時間里,數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。德州儀器、Freescale等半導(dǎo)體廠商在這一領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的實力。DSP微處理器 tms320c55X 系列DSP( digital signal processor )是一種獨(dú)特的微處理器,是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號,轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號,再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化,并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性,而且其實時運(yùn)行速度可 達(dá)每秒
24、數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器,是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度,是最值得稱道 的兩大特色。DSP芯片,也稱數(shù)字信號處理器,是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器,其主要應(yīng)用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。根據(jù) 數(shù)字信號處理的要求,DSP芯片一般具有如下主要特點:(1 )在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法;(2 )程序和數(shù)據(jù)空間分開,可以同時訪問指令和數(shù)據(jù);(3 )片內(nèi)具有快速 RAM,通??赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問;(4 )具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持;(5 )快速的中斷處理和硬件I/O支持;(6 )
25、具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器;(7 )可以并行執(zhí)行多個操作;( 8 )支持流水線操作,使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。當(dāng)然,與通用微處理器相比, DSP 芯片的其他通用功能相對較弱些。 要實數(shù)運(yùn)算、更高精確度與較大動態(tài)范圍的其它數(shù)據(jù)集應(yīng)用而言,浮點 DSP 是最佳的解決方案。 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 數(shù)字電路定義:用數(shù)字信號完成對數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路稱為數(shù)字電路,或數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理功能,所以又稱數(shù)字邏輯 電路?,F(xiàn)代的數(shù)字電路由半導(dǎo)體工藝制成的若干數(shù)字集成器件構(gòu)造而成。邏輯門是數(shù)字邏輯電路的基本單元。存儲器是用來存儲二值數(shù)據(jù)的數(shù)字電路。從整 體上看,數(shù)字電
26、路可以分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。數(shù)字電路的發(fā)展:從前面的介紹, 大家已經(jīng)了解到數(shù)字電路是以二值數(shù)字邏輯為基礎(chǔ)的, 其工作信號是離散的數(shù)字信號 。電路中的電子晶體管工作于開關(guān)狀態(tài), 時而導(dǎo)通, 時而截止。數(shù)字電路的發(fā)展與模擬電路一樣經(jīng)歷了由電子管、半導(dǎo)體分立器件到集成電路等幾個時代。但其發(fā)展比模擬電路發(fā)展的更快。從 60 年代開始,數(shù)字集 成器件以雙極型工藝制成了小規(guī)模邏輯器件。隨后發(fā)展到中規(guī)模邏輯器件; 70 年代末,微處理器的出現(xiàn),使數(shù)字集成電路的性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。數(shù)字集成器件所用的材料以硅材料為主,在高速電路中,也使用化合物半導(dǎo)體材料,例如砷化鎵等。邏輯門是數(shù)字電路中一種重要的
27、邏輯單元電路 。 TTL 邏輯門電路問世較早,其工藝經(jīng)過不斷改進(jìn),至今仍為主要的基本邏輯器件之一。隨著CMOS工藝的發(fā)展 ,TTL 的主導(dǎo)地位受到了動搖,有被 CMOS 器件所取代的趨勢。近年來 ,可編程邏輯器件 PLD 特別是現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA 的飛速進(jìn)步,使數(shù)字電子技術(shù)開創(chuàng)了新局面,不僅規(guī)模大,而且將硬件與軟件相結(jié)合,使 器件的功能更加完善,使用更靈活。 編輯本段 數(shù)字邏輯電路分類按功能來分:1 、組合邏輯電路簡稱組合電路, 它由最基本的的邏輯門電路組合而成。 特點是: 輸出值只與當(dāng)時的輸入值有關(guān), 即輸出惟一地由當(dāng)時的輸入值決定。電路沒有記憶功能, 輸出狀態(tài)隨著輸入狀態(tài)的變化而變
28、化,類似于電阻性電路,如加法器、譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器等都屬于此類。2 、時序邏輯電路 簡稱時序電路,它是由最基本的邏輯門電路加上反饋邏輯回路(輸出到輸入)或器件組合而成的電路,與組合電路最本質(zhì)的區(qū)別在于時序電路具有 記憶 功能。時序電路的特點是:輸出不僅取決于當(dāng)時的輸入值,而且還與電路過去的狀態(tài)有關(guān)。它類似于含儲能元件的電感或電容的電路,如觸發(fā)器、鎖存器、 計數(shù)器、移位寄存器、儲存器等電路都是時序電路的典型器件。按電路有無集成元器件來分,可分為分立元件數(shù)字電路和集成數(shù)字電路。按集成電路的集成度進(jìn)行分類,可分為小規(guī)模集成數(shù)字電路 (SSI) 、中規(guī)模集成數(shù)字電路 (MSI) 、大規(guī)模集成數(shù)
29、字電路 (LSI) 和超大規(guī)模集成數(shù)字電路 (VL SI) 。按構(gòu)成電路的半導(dǎo)體器件來分類,可分為雙極型數(shù)字電路和單極型數(shù)字電路。 編輯本段 數(shù)字電路的特點1 、 同時具有算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能 數(shù)字電路是以二進(jìn)制邏輯代數(shù)為數(shù)學(xué)基礎(chǔ),使用二進(jìn)制數(shù)字信號,既能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算又能方便地進(jìn)行邏輯運(yùn)算(與、或、非、判斷、比較、處理等), 因此極其適合于運(yùn)算、比較、存儲、傳輸、控制、決策等應(yīng)用。2 、 實現(xiàn)簡單,系統(tǒng)可靠以二進(jìn)制作為基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯電路,簡單可靠,準(zhǔn)確性高。3 、 集成度高,功能實現(xiàn)容易 集成度高,體積小,功耗低是數(shù)字電路突出的優(yōu)點之一。電路的設(shè)計、維修、維護(hù)靈活方便,隨著集成電路技術(shù)的高速
30、發(fā)展,數(shù)字邏輯電路的集成度越 來越高,集成電路塊的功能隨著小規(guī)模集成電路(SSI )、中規(guī)模集成電路( MSI )、大規(guī)模集成電路( LSI )、超大規(guī)模集成電路( VLSI )的發(fā)展也從元 件級、器件級、部件級、板卡級上升到系統(tǒng)級。電路的設(shè)計組成只需采用一些標(biāo)準(zhǔn)的集成電路塊單元連接而成。對于非標(biāo)準(zhǔn)的特殊電路還可以使用可編程序 邏輯陣列電路,通過編程的方法實現(xiàn)任意的邏輯功能。 編輯本段 數(shù)字電路的應(yīng)用數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)廣泛的應(yīng)用于電視、雷達(dá)、通信、電子計算機(jī)、自動控制、航天等科學(xué)技術(shù)各個領(lǐng)域。數(shù)字電路的分類:包括數(shù)字脈沖電路和數(shù)字邏輯電路。前者研究脈沖的產(chǎn)生、變換和測量;后者對數(shù)字信號進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。數(shù)字電路的劃分:1.按功能分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。前者在任何時刻的輸出,僅取決于電路此刻的輸入狀態(tài),而與電路過去的狀態(tài)無關(guān),它們不具有記憶功能。常用的組合邏輯器件有加法器、譯碼器、數(shù) 據(jù)選擇器等。后者在任何時候的輸出,不僅取決于電路此刻的輸入狀態(tài),而且與電路過去的狀態(tài)有關(guān),它們具有記憶功能。2. 按結(jié)構(gòu)分為分立元件電路和集成電路。前者是將獨(dú)立的
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