嵌入式微處理器講解課件

第三節(jié)嵌入式系統(tǒng)處理器3.1處理器基本知識3.2處理器分類3.3嵌入式處理器的技術(shù)指標(biāo)３.4選擇原則3.5典型的嵌入式處理器3.6嵌入式微處理器調(diào)試方法第三節(jié)嵌入式系統(tǒng)處理器3.1處理器基本知識13.1處理器基本知識3.1處理器基本知識2３.1.1體系結(jié)構(gòu)馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu)３.1.1體系結(jié)構(gòu)馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu)3馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)：單一的存儲空間，程序和數(shù)據(jù)都放在這一空間中，提取指令和數(shù)據(jù)是通過單一的總線進(jìn)行。不能同時(shí)對程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行存取。memoryCPUPCaddressdataIRADDr5,r1,r3200200ADDr5,r1,r3PC馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)：單一的存儲空間，程序和數(shù)據(jù)都放在這4哈佛體系結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)有分離的存儲空間，有多條總線，允許同時(shí)存取指令和數(shù)據(jù)。多數(shù)DSP處理器采用此結(jié)構(gòu)，速度較快。CPUPCdatamemoryprogrammemoryaddressdataaddressinstruction哈佛體系結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)有分離的存儲空間，有多條總線，允許同53.1.2指令集RISC與CISC：CISC:ComplexInstructionSetComputer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)。RISC:ReducedInstructionSetComputer，精簡指令集計(jì)算機(jī)3.1.2指令集RISC與CISC：6CISCCISC:指令系統(tǒng)復(fù)雜,尋址方式多,指令多,每條指令的執(zhí)行周期數(shù)不盡相同。統(tǒng)計(jì)表明：8.7%~30.3%的指令從來沒用過，44.6%~87.8%的指令很少用。因此簡化指令系統(tǒng)有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度。CISCCISC:指令系統(tǒng)復(fù)雜,尋址方式多,指令多,每7RISC中心思想：簡化硬件設(shè)計(jì)，硬件只執(zhí)行很有限的最常用的指令，大部分復(fù)雜的操作使用成熟的編譯技術(shù)，由簡單指令合成。采用RISC可以以相對少的晶體管設(shè)計(jì)出較快的微處理器。RISC中心思想：簡化硬件設(shè)計(jì)，硬件只執(zhí)行很有限的最常用的指8RISC的特點(diǎn)１、采用精簡的指令集，指令的長度一樣，一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可以完成。RISC的特點(diǎn)１、采用精簡的指令集，指令的長度一樣，一個(gè)時(shí)鐘9２、指令流水線每執(zhí)行一步需要一個(gè)周期，一條指令需要四個(gè)周期，但平均一條指令需要一個(gè)周期。２、指令流水線每執(zhí)行一步需要一個(gè)周期，一條指令需要四個(gè)周期，10３、采用加載(load)、存儲(store)結(jié)構(gòu)，只允許加載(load)、存儲(store)指令執(zhí)行存儲器操作,其余指令均對寄存器操作，大大增加通用寄存器的數(shù)量以提高速度。３、采用加載(load)、存儲(store)結(jié)構(gòu)，只允許11４、編譯優(yōu)化RISC不常用的操作由軟件來實(shí)現(xiàn)。因此RISC處理機(jī)更加依賴于好的編譯器，同時(shí)也要依靠優(yōu)化編譯器。沒有高時(shí)鐘頻率和好編譯器的支持，RISC不可能很好地發(fā)揮優(yōu)點(diǎn)。４、編譯優(yōu)化12優(yōu)點(diǎn)：指令精簡，減少CPU內(nèi)部的控制部件的復(fù)雜性，減少控制部分所占芯片的面積，降低功耗，指令流水線提高運(yùn)行速度。缺點(diǎn)：模擬復(fù)雜指令代碼長（30%），內(nèi)存大。CISC與RISC：兩者互相融合，各取所長。優(yōu)點(diǎn)：指令精簡，減少CPU內(nèi)部的控制部件的復(fù)雜性，減少控制部133.2處理器分類3.2處理器分類14嵌入式微處理器一般具備4個(gè)特點(diǎn)：(1)對實(shí)時(shí)和多任務(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(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的執(zhí)行時(shí)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，由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷；嵌入式微處理器一般具備4個(gè)特點(diǎn)：15(3)可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能迅速地?cái)U(kuò)展出滿足應(yīng)用的高性能的嵌入式微處理器；(4)嵌入式微處理器的功耗必須很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，功耗只能為mw甚至μw級。(3)可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能迅速地?cái)U(kuò)展出滿足應(yīng)用的高性能的16處理器分類：微控制器（MCU）、微處理器（MPU）MPU：Processor，主要完成對數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理，注重于對數(shù)據(jù)的處理速度，常用的包括Intel的x86/Pentium系列和IBM／Motorola的部分PowerPC系列；MCU：Controller，內(nèi)核與MPU類似，通常包括很豐富的外圍接口，種類繁多，主要完成對系統(tǒng)的控制。處理器分類：17嵌入式計(jì)算機(jī)的方式：（1）嵌入式通用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)、工控機(jī)；單板計(jì)算機(jī)：PC104、PC104PLUS、SBC（３.5”）。成本低、開發(fā)周期短、維護(hù)方便。（2）嵌入式專用計(jì)算機(jī)量身定做、優(yōu)化性能。通常使用的處理器包括：通用微處理器、嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、DSP以及SOC等。嵌入式計(jì)算機(jī)的方式：18嵌入式微處理器講解課件19嵌入式專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（1）通用微處理器：（2）嵌入式微處理器：處理能力、尋址能力較強(qiáng)，需擴(kuò)展外圍電路，通用性較強(qiáng)?！霸鰪?qiáng)型”通用微處理器，由于嵌入式系統(tǒng)通常應(yīng)用于環(huán)境比較惡劣的環(huán)境中，因而嵌入式微處理器在工作溫度、電磁兼容性以及可靠性方面的要求較通用的標(biāo)準(zhǔn)微處理器高。80186嵌入式專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20國內(nèi)機(jī)載設(shè)備，x86系列較多，應(yīng)用中都需要較多的外圍接口電路擴(kuò)展，如Flash存儲器、A/D、D/A等，增加成本，降低系統(tǒng)可靠性。另外由于x86是基于CISC指令集，需要較大的硅片，系統(tǒng)的功耗較大，通常300MHz的CPU就需要散熱片，對于環(huán)境要求較高的機(jī)載設(shè)備增加散熱片必然影響系統(tǒng)的可靠性。國內(nèi)機(jī)載設(shè)備，x86系列較多，應(yīng)用中都需要較多的外圍接口電路21（3）嵌入式微控制器：51系列、96系列、68K系列、Microchip的PIC系列等，典型的嵌入式微控制器集成了CPU內(nèi)核、中斷控制器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、存儲器（RAM、FLASH等）以及其它外設(shè)。通常不需要擴(kuò)展外部存儲器。（3）嵌入式微控制器：51系列、96系列、68K系列、Mic22現(xiàn)在MCU主要有8位、16位和32位三種，其中8位MCU市場占有率達(dá)到近一半以上，而32位MCU的增長速度非?？?。在大多數(shù)設(shè)備，控制規(guī)律較簡單，選擇8位的MCU較為合適，從CPU的集成度、開發(fā)工具、開發(fā)的復(fù)雜性等方面，都具有很大優(yōu)勢，特別是現(xiàn)在集成了各種外圍接口，如Flash存儲器、A/D、D/A等，完全滿足一些較簡單的控制系統(tǒng)的需求。8位微控制器的代表就是8051系列和摩托羅拉的68HC05系列。現(xiàn)在MCU主要有8位、16位和32位三種，其中8位MCU市場2316位MCU：16位MCU與DSP的結(jié)合具有較廣的應(yīng)用。32位：較復(fù)雜的系統(tǒng)控制和系統(tǒng)綜合處理機(jī)，Motorola的68K系列CPU，隨后在其基礎(chǔ)上推出了ColdFire系列，主要應(yīng)用于消費(fèi)類電子以及工業(yè)過程控制設(shè)備中。32位的ARM、PowerPC和MIPS。16位MCU：16位MCU與DSP的結(jié)合具有較廣的應(yīng)用。24（4）DSP：為數(shù)字信號處理設(shè)計(jì)的處理器。定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)DSP。定點(diǎn)DSP完成定點(diǎn)運(yùn)算，精度低、耗電低、成本低。適合低端市場，浮點(diǎn)DSP能處理浮點(diǎn)運(yùn)算，計(jì)算能力強(qiáng)、成本高，高端市場?？梢圆捎锰幚砥?DSP的設(shè)計(jì)方法來結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)。dsp處理器經(jīng)過單片化、emc改造、增加片上外設(shè)成為嵌入式dsp處理器在通用單片機(jī)或soc中增加dsp協(xié)處理器，例如intel的mcs-296和infineon(siemens)的tricore。（4）DSP：為數(shù)字信號處理設(shè)計(jì)的處理器。定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)D25（5）SoC：各種通用處理器內(nèi)核將作為soc設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)庫，用標(biāo)準(zhǔn)的vhdl、verlog等硬件語言描述，成為vlsi設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，存儲在器件庫中。用戶只需定義出其整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過后交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。針對特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)，如HDTV、ADSL、CableModem等,集成的資源比一般MCU更專業(yè)化，可以根據(jù)設(shè)計(jì)人員的要求來構(gòu)建定制SoC，價(jià)格高于MCU。（5）SoC：263.3嵌入式處理器的技術(shù)指標(biāo)3.3嵌入式處理器的技術(shù)指標(biāo)27（1）功能：處理器的種類、外部接口的種類和數(shù)量，集成的多需要外圍擴(kuò)展的就少，可靠性高成本低。根據(jù)系統(tǒng)的需要盡量選擇集成所需接口種類和數(shù)量的處理器。（2）字長：參與運(yùn)算的數(shù)的基本位數(shù)，決定于寄存器、運(yùn)算器和數(shù)據(jù)總線的寬度，直接影響硬件的復(fù)雜度。字長越長，包含的信息量越多，能表示的數(shù)據(jù)有效位數(shù)也越多，計(jì)算精度越高，而且處理器的指令可以較長，指令系統(tǒng)的功能就較強(qiáng)。通常有1、4、8、16、32、64位字長。（1）功能：處理器的種類、外部接口的種類和數(shù)量，集成的多需要28（3）處理速度：現(xiàn)在通常采用在單位時(shí)間內(nèi)各類指令的平均執(zhí)行條數(shù)，即根據(jù)各種指令的使用頻度和執(zhí)行時(shí)間來計(jì)算。n為處理器指令類型數(shù)，為第i類指令在程序中的使用頻度，為第i類指令的執(zhí)行時(shí)間，為平均指令執(zhí)行時(shí)間，其倒數(shù)就是處理器的運(yùn)新高速度的指標(biāo)，單位為MIPS。還有其它的方法衡量處理器的速度，如MFLOPS（每秒百萬次浮點(diǎn)運(yùn)算）、主頻。（3）處理速度：現(xiàn)在通常采用在單位時(shí)間內(nèi)各類指令的平均執(zhí)行條29（4）工作溫度：商業(yè)級（0~55℃）、工業(yè)級（-40~85℃）、軍用級（-55~125℃）、航天級（更寬），七專：專技；專料；專線；專人；專檢；?？ǎǜ櫩ㄆ粚：Y。MIL-STD-883：（5）功耗：嵌入式處理器一般包含待機(jī)功耗和工作功耗，功耗與運(yùn)行頻率、電源電壓都有關(guān)系，如mW/MHz。開關(guān)管的開關(guān)損耗。（6）尋址功能：與地址總線的寬度有關(guān)。對于集成了存儲器的處理器意義不大。（7）其它：包括性價(jià)比、工藝等。

（4）工作溫度：商業(yè)級（0~55℃）、工業(yè)級（-40~85℃30３.4選擇原則MCU選擇主要應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)：⑴根據(jù)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的主要類型來定CPU總線的位數(shù)，如果主要數(shù)據(jù)的位數(shù)大于8位，就應(yīng)該選擇16位或32位的CPU。如對信號采樣時(shí)，A/D或D/A為12位的，如果采用8位的CPU，在輸入或輸出以及在中間的數(shù)據(jù)處理時(shí)都要進(jìn)行數(shù)據(jù)的類型轉(zhuǎn)換，影響程序運(yùn)行效率。３.4選擇原則MCU選擇主要應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)：31⑵對于工業(yè)應(yīng)用來說，價(jià)格成本是影響CPU選型的另外的一個(gè)比較重要的原因，8位的MCU基本都在1美元以下，32位的CPU相對較貴。但是對于武器系統(tǒng)來說，通常供貨穩(wěn)定性和可靠性是選擇的一個(gè)非常重要的原因，因?yàn)閺奈淦髟O(shè)計(jì)到退役往往幾十年，不僅要保證設(shè)計(jì)時(shí)能買到CPU，更要保證在設(shè)備維護(hù)時(shí)有相應(yīng)的備件來替換。⑵對于工業(yè)應(yīng)用來說，價(jià)格成本是影響CPU選型的另外的一個(gè)比32⑶開發(fā)工具的支持。開發(fā)工具在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中具有重要地位，不僅影響開發(fā)的進(jìn)度，而且直接關(guān)系到設(shè)備的性能，甚至項(xiàng)目的成敗。⑷操作系統(tǒng)的支持。一般簡單的機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用不需要操作系統(tǒng)，直接采用匯編或C就可以編程，一般采用8位MCU就可以完成任務(wù)；而對于較復(fù)雜的應(yīng)用，通常需要操作系統(tǒng)的支持。

⑶開發(fā)工具的支持。開發(fā)工具在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中具有重要地位33⑸代碼的繼承性往往決定了CPU的選擇，在軍用設(shè)備中，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性以及研制周期，直接延用原來的CPU類型。⑹供應(yīng)商的因素。由于功能的擴(kuò)展，原來選擇的CPU已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)需求，供應(yīng)商提供相應(yīng)的升級替換CPU，并提供技術(shù)支持。

⑸代碼的繼承性往往決定了CPU的選擇，在軍用設(shè)備中，為了實(shí)343.5典型的嵌入式處理器3.5典型的嵌入式處理器35Microchip公司PIC系列Philips公司：51LPC系列Motorola的MC68HC08系列MCS51系列AtmelAVR系列AMD80C18616位系列MotorolaMC68HC1216位系列MotorolaPowerPC/ColdFire32位系列ARM32位系列國產(chǎn)龍芯/方舟系列Microchip公司PIC系列36DSP概述FFT算法的出現(xiàn)和可編程數(shù)字信號處理器的引入加速了DSP的發(fā)展。AD公司：ADSP-21xx處理器，代碼和引腳兼容的數(shù)字信號處理器家族，高達(dá)160MHz的工作頻率和低至184uA的功耗。21xx系列產(chǎn)品包括適合蜂窩通信應(yīng)用，2199x系列適合電機(jī)控制應(yīng)用Motorola公司：DSP563xx、DSP58xxx、MCS7111、MCS81xx。TI公司：1982年推出第一個(gè)DSP，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，推出三個(gè)大平臺。DSP概述FFT算法的出現(xiàn)和可編程數(shù)字信號處理器的引入加速了37控制平臺：TMS320C2000，C24x、C28x強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和控制能力，定點(diǎn)低功耗平臺：TMS320C5000，C54x、C55x針對消費(fèi)類數(shù)字市場，最低功耗0.33mA/MHz，移動電話、數(shù)碼相機(jī)等。定點(diǎn)處理能力平臺：TMS320C6000，C62x、C64x處理能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)交換、圖像處理、雷達(dá)信號處理等高端應(yīng)用。定點(diǎn)/浮點(diǎn)控制平臺：TMS320C2000，C24x、C28x38TMS320C2000系列介紹TMS320C2000系列介紹39TMS320F281x系統(tǒng)功能框圖TMS320F281x系統(tǒng)功能框圖40主頻達(dá)到150MHz，低功耗支持JTAG邊界掃描接口高性能32位CPU16x16位和32x32位乘法累加器/16x16位雙乘法累加器哈佛總線結(jié)構(gòu)快速中斷響應(yīng)和處理能力4MB的程序/數(shù)據(jù)尋址空間高效的代碼轉(zhuǎn)換功能（支持C/C++和匯編）與F240x和F24x系列代碼兼容片上存儲器

Flash、ROM、OTPROM、SARAM（L0/L1/H0/M0/M1）、BootROM

帶軟件啟動模式、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)表外部存儲器擴(kuò)展接口

最多1MB尋址空間/可編程等待周期/可編程讀寫選擇時(shí)序/3個(gè)獨(dú)立片選信號主頻達(dá)到150MHz，低功耗41時(shí)鐘和系統(tǒng)控制

支持動態(tài)改變鎖相環(huán)的倍頻系數(shù)

片上振蕩器

看門狗定時(shí)模塊三個(gè)外部中斷外設(shè)中斷擴(kuò)展模塊支持45個(gè)外設(shè)中斷三個(gè)32位CPU定時(shí)器128位保護(hù)密碼電機(jī)控制外設(shè)（PWM/定時(shí)器/事件捕獲）串口通信外設(shè)12位ADC56個(gè)可配置GPIO先進(jìn)的仿真調(diào)試功能（斷點(diǎn)/硬件支持實(shí)時(shí)仿真）低功耗模式和省電模式寬溫：?40°Cto85°C/?40°Cto125°C時(shí)鐘和系統(tǒng)控制42C281x的內(nèi)核包括：中央處理單元CPU、測試單元和外設(shè)接口單元CPU：完成數(shù)據(jù)/程序存儲器的訪問地址的產(chǎn)生、譯碼和執(zhí)行指令、邏輯操作、控制寄存器及數(shù)據(jù)/程序存儲器之間的數(shù)據(jù)交換等操作。測試邏輯單元：監(jiān)測、控制DSP的各部分的運(yùn)行及其運(yùn)行狀態(tài)，方便調(diào)試。接口信號單元：是存儲器、外設(shè)、時(shí)鐘、CPU以及測試單元之間進(jìn)行信號傳輸?shù)耐ǖ?。C281x的內(nèi)核包括：中央處理單元CPU、測試單元和外設(shè)接口43CPU包括：算術(shù)邏輯單元ALU：32位2的補(bǔ)碼算術(shù)/布爾運(yùn)算乘法器：32x32位的2的補(bǔ)碼的乘法運(yùn)算

移位器：左/右移操作，最大16位尋址運(yùn)算單元：數(shù)據(jù)存儲器的尋址運(yùn)算/地址產(chǎn)生獨(dú)立寄存器空間：包括系統(tǒng)控制寄存器、算術(shù)寄存器和數(shù)據(jù)指針。帶保護(hù)的流水線：防止同時(shí)對同一地址空間進(jìn)行讀寫CPU包括：44ARM簡介1985年原形誕生在英國劍橋的Acorn公司90年代ARM32位嵌入式RISC處理器領(lǐng)先ARM處理器的特點(diǎn)：小體積、低功耗、成本低、高性能16位/32位雙指令集全球眾多合作伙伴（IP供應(yīng)商，不生產(chǎn)）ARM的解決方案：

開放平臺：無線、消費(fèi)電子和圖像應(yīng)用等

嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)：自動化、工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)用：智能卡、SIM卡等ARM簡介1985年原形誕生在英國劍橋的Acorn公司45ARM當(dāng)前有5個(gè)產(chǎn)品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、SecurCoreARM7：低功耗32位低端的ARM內(nèi)核，適合對價(jià)位和功耗敏感的消費(fèi)類應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和移動電話ARM9：高性能、低功耗，PDA、高端打印機(jī)、智能計(jì)算機(jī)、機(jī)頂盒和儀器儀表等ARM9E：帶DSP擴(kuò)展等功能，與VFP9綜合可為浮點(diǎn)運(yùn)算提供硬件支持，適合海量存儲、語音編碼器、語音識別與合成等ARM10：比ARM9性能提高50%，與VFP9綜合為浮點(diǎn)運(yùn)算提供硬件支持，為數(shù)字機(jī)頂盒、智能電話、視頻游戲機(jī)和高性能打印機(jī)等提供高級的整數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算能力。SecurCore：為安全而設(shè)計(jì)，具有特定的抗篡改特性，靈活的保護(hù)單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全。ARM當(dāng)前有5個(gè)產(chǎn)品系列：46嵌入式微處理器講解課件473.6嵌入式微處理器調(diào)試方法基于主機(jī)的調(diào)試交叉調(diào)試片上調(diào)試3.6嵌入式微處理器調(diào)試方法基于主機(jī)的調(diào)試483.6.1基于主機(jī)的調(diào)試方法在主機(jī)上調(diào)試程序，然后直接移植到目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行或者移植到目標(biāo)上與硬件聯(lián)調(diào)，如PC104程序在PC機(jī)上調(diào)試。（1）主要基于C語言的可移植性，可以用C或C++編寫，而且要考慮程序設(shè)計(jì)與硬件無關(guān)；（2）對于有些匯編語言可以通過指令集模擬器（InstructionSetSimulator，ISS）來運(yùn)行，建立虛擬的處理器環(huán)境。3.6.1基于主機(jī)的調(diào)試方法在主機(jī)上調(diào)試程序，然后直接移植49指令模擬器（ISS），用軟件來模擬處理器的硬件，包括指令系統(tǒng)、外部設(shè)備、中斷、定時(shí)器等。用戶開發(fā)的軟件如同在目標(biāo)系統(tǒng)的硬件上運(yùn)行一樣。軟件仿真器的性能有差別。功能強(qiáng)大的軟件仿真器能仿真處理器的細(xì)節(jié)，包括中斷和外設(shè)等，能夠仿真應(yīng)用程序的個(gè)細(xì)節(jié)；簡單的仿真軟件至少能夠仿真處理器的指令系統(tǒng)。指令模擬器（ISS），用軟件來模擬處理器的硬件，包括指令系統(tǒng)50有些軟件仿真器提供了對指令執(zhí)行時(shí)間的仿真，這樣的仿真器使用的軟件時(shí)鐘有兩種方式：一種是實(shí)時(shí)時(shí)鐘，利用CPU的時(shí)鐘運(yùn)行嵌入式處理器的指令，只仿真指令的執(zhí)行結(jié)果不仿真指令的執(zhí)行時(shí)間；另外一種方式就是采用仿真時(shí)鐘，用戶可以設(shè)置仿真時(shí)鐘與處理器的時(shí)鐘相同，這樣不僅仿真指令執(zhí)行的結(jié)果，也可以仿真指令執(zhí)行時(shí)間和軟件執(zhí)行時(shí)間。如ARM公司的AXD仿真器。有些軟件仿真器提供了對指令執(zhí)行時(shí)間的仿真，這樣的仿真器使用的51高檔的仿真器可以建立一個(gè)較大的實(shí)時(shí)系統(tǒng)模型，（ObjectTime公司的ObjectTime系統(tǒng)），它甚至能仿真不存在的硬件，因此開發(fā)者可以就一個(gè)硬件還沒有開始設(shè)計(jì)的項(xiàng)目進(jìn)行軟件開發(fā)，并驗(yàn)證軟件的正確性、實(shí)時(shí)性等。缺點(diǎn)：較慢10~100倍；只能仿真正確性、無法仿真與時(shí)序相關(guān)的錯(cuò)誤；比較適合驗(yàn)證軟件算法的正確性。高檔的仿真器可以建立一個(gè)較大的實(shí)時(shí)系統(tǒng)模型，（Object523.6.2CrashandBurn1．編寫代碼2．反復(fù)的檢查代碼，直到編譯通過3．將程序固化（即Burn）到目標(biāo)機(jī)上的非易失性記憶體（如：EEPROM,FLASH等）4．觀察程序是否正常工作，借助指示燈、顯示器、聲音等輸出設(shè)備。5．如果程序不能正常工作（即Crash），反復(fù)檢查代碼，查找問題的根源6．改寫代碼7．重復(fù)3到6直到程序正常工作3.6.2CrashandBurn1．編寫代碼53嵌入式系統(tǒng)的資源一般都很有限，一般都將調(diào)試器分成兩部分，大部分都駐留在主機(jī)中，很小一部分在目標(biāo)系統(tǒng)中，有時(shí)稱為調(diào)試代理或稱為monitor，兩部分通過串口或網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行連接。基本原理：高優(yōu)先級中斷，產(chǎn)生中斷，運(yùn)行中斷服務(wù)程序，調(diào)試內(nèi)核。

3.6.3交叉調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的資源一般都很有限，一般都將調(diào)試器分成兩部分，大部54嵌入式微處理器講解課件55ROMMonitor

是運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的一段程序，負(fù)責(zé)監(jiān)控目標(biāo)機(jī)上被調(diào)試程序的運(yùn)行，通常和HOST端的程序一起完成對應(yīng)用程序的調(diào)試。ROMMonitor預(yù)先被固化到目標(biāo)機(jī)的ROM空間，在目標(biāo)機(jī)復(fù)位后首先執(zhí)行，對目標(biāo)機(jī)進(jìn)行一些必要的初始化，然后初始化自己的程序空間，最后就等待HOST端的命令。ROMMonitor能完成程序的下載，目標(biāo)機(jī)內(nèi)存和寄存器的讀寫、設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行等功能。高級的ROMMonitor能完成代碼分析、系統(tǒng)分析，以及設(shè)置各種非常復(fù)雜的斷點(diǎn)等功能。ROMMonitor是運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的一段程序，負(fù)責(zé)監(jiān)控56缺點(diǎn)：（1）開發(fā)ROMMonitor的難度比較大。（2）當(dāng)ROMMonitor占用CPU時(shí)，應(yīng)用程序不響應(yīng)外部的中斷，因此不便于調(diào)試有時(shí)間特性的程序。（3）ROMMonitor要占用目標(biāo)機(jī)一定數(shù)量的資源，如:CPU資源、RAM資源和通用設(shè)備(如:串口、網(wǎng)卡等)資源。（4）在調(diào)試時(shí)ROMMonitor己經(jīng)為應(yīng)用程序建立了運(yùn)行環(huán)境，因此在一定程度上造成應(yīng)用程序的最終運(yùn)行環(huán)境和調(diào)試環(huán)境的差異，如:程序初始化部分的代碼、內(nèi)存空間分配等都與最終運(yùn)行環(huán)境不同。缺點(diǎn)：57ROMEmulator用RAM以及附加電路來仿真ROM，代替目標(biāo)機(jī)上的ROM。因?yàn)镽OMEmulator設(shè)備上的ROM芯片的地址可以實(shí)時(shí)的映射到目標(biāo)機(jī)的ROM地址空間，從而仿真目標(biāo)機(jī)的ROM。ROM仿真器的優(yōu)點(diǎn)：可以縮短開發(fā)周期及可以靈活的設(shè)置斷點(diǎn)。缺點(diǎn):目標(biāo)機(jī)必須能支持外部ROM存儲空間。ROMEmulator用RAM以及附加電路來仿真ROM，58嵌入式微處理器講解課件59ICE通過連接器和目標(biāo)系統(tǒng)連在一起，在調(diào)試時(shí)使用ICE的處理器和存儲器、目標(biāo)板上的I/O接口，也可以使用用戶內(nèi)存，兩部分可以切換。調(diào)試代理方在ICE的存儲器中，當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，ICE處理器從目標(biāo)內(nèi)存中讀取指令.在線仿真器ICE

（InCircuitEmulator）ICE通過連接器和目標(biāo)系統(tǒng)連在一起，在調(diào)試時(shí)使用ICE的處理60嵌入式微處理器講解課件61ICE的優(yōu)點(diǎn)：（1）不消耗目標(biāo)系統(tǒng)或CPU資源。（2）硬件斷點(diǎn)，將CPU的取指地址同斷點(diǎn)標(biāo)志寄存器中的相應(yīng)值比較。當(dāng)目標(biāo)程序存放在ROM中時(shí)，軟件斷點(diǎn)就無能為力了，因?yàn)闊o法插入TRAP指令。對于ROM程序存儲器系統(tǒng)，只能使用硬件斷點(diǎn)。（3）跟蹤功能(TRACE)，記錄被調(diào)試程序的執(zhí)行過程。（4）條件觸發(fā)，觸發(fā)條件可以包括地址、數(shù)據(jù)、時(shí)鐘周期和外部信號。（5）實(shí)時(shí)顯示存儲器和I/O端口內(nèi)容。ICE的優(yōu)點(diǎn)：623.6.4片上調(diào)試OCD

（OnChipDebug）片上調(diào)試方式：在處理器內(nèi)部嵌入額外的硬件控制模塊，當(dāng)滿足特定的觸發(fā)條件時(shí)就進(jìn)入特殊的狀態(tài)，此時(shí)程序停止運(yùn)行，主機(jī)的調(diào)試器通過處理器的通信接口來訪問系統(tǒng)資源并執(zhí)行命令。主機(jī)通信接口和目標(biāo)板通信接口通過一塊簡單的信號接口轉(zhuǎn)換電路連接。目前有兩種流行的方式：BDM和JTAG。3.6.4片上調(diào)試OCD

（OnChipDebug）片63BDM（BackgroundDebugMode）是Motorola公司的專有調(diào)試接口，Motorola是第一個(gè)將具有調(diào)試功能的特殊硬件放在處理器核心中的嵌入式處理器廠商。硬件設(shè)計(jì)僅需要將處理器的調(diào)試引腳連接到專用連接器和調(diào)試工具上，這樣的連接器叫n-wire或wiggler。BDM（BackgroundDebugMode）64JTAG（JointTestActionGroup）與BDM類似，支持JTAG調(diào)試的處理器集成了符合JTAG協(xié)議的硬件調(diào)試接口，JTAG仿真器包括硬件和軟件兩部分，硬件一個(gè)接口通過并口、串口、USB或網(wǎng)口等連到主機(jī)上，另外一端與目標(biāo)處理器的JTAG口連接。JTAG采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)，占用的引腳比BDM少。

JTAG（JointTestActionGroup）65嵌入式微處理器講解課件66第三節(jié)嵌入式系統(tǒng)處理器3.1處理器基本知識3.2處理器分類3.3嵌入式處理器的技術(shù)指標(biāo)３.4選擇原則3.5典型的嵌入式處理器3.6嵌入式微處理器調(diào)試方法第三節(jié)嵌入式系統(tǒng)處理器3.1處理器基本知識673.1處理器基本知識3.1處理器基本知識68３.1.1體系結(jié)構(gòu)馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu)３.1.1體系結(jié)構(gòu)馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu)69馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)：單一的存儲空間，程序和數(shù)據(jù)都放在這一空間中，提取指令和數(shù)據(jù)是通過單一的總線進(jìn)行。不能同時(shí)對程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行存取。memoryCPUPCaddressdataIRADDr5,r1,r3200200ADDr5,r1,r3PC馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)：單一的存儲空間，程序和數(shù)據(jù)都放在這70哈佛體系結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)有分離的存儲空間，有多條總線，允許同時(shí)存取指令和數(shù)據(jù)。多數(shù)DSP處理器采用此結(jié)構(gòu)，速度較快。CPUPCdatamemoryprogrammemoryaddressdataaddressinstruction哈佛體系結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)有分離的存儲空間，有多條總線，允許同713.1.2指令集RISC與CISC：CISC:ComplexInstructionSetComputer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)。RISC:ReducedInstructionSetComputer，精簡指令集計(jì)算機(jī)3.1.2指令集RISC與CISC：72CISCCISC:指令系統(tǒng)復(fù)雜,尋址方式多,指令多,每條指令的執(zhí)行周期數(shù)不盡相同。統(tǒng)計(jì)表明：8.7%~30.3%的指令從來沒用過，44.6%~87.8%的指令很少用。因此簡化指令系統(tǒng)有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度。CISCCISC:指令系統(tǒng)復(fù)雜,尋址方式多,指令多,每73RISC中心思想：簡化硬件設(shè)計(jì)，硬件只執(zhí)行很有限的最常用的指令，大部分復(fù)雜的操作使用成熟的編譯技術(shù)，由簡單指令合成。采用RISC可以以相對少的晶體管設(shè)計(jì)出較快的微處理器。RISC中心思想：簡化硬件設(shè)計(jì)，硬件只執(zhí)行很有限的最常用的指74RISC的特點(diǎn)１、采用精簡的指令集，指令的長度一樣，一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可以完成。RISC的特點(diǎn)１、采用精簡的指令集，指令的長度一樣，一個(gè)時(shí)鐘75２、指令流水線每執(zhí)行一步需要一個(gè)周期，一條指令需要四個(gè)周期，但平均一條指令需要一個(gè)周期。２、指令流水線每執(zhí)行一步需要一個(gè)周期，一條指令需要四個(gè)周期，76３、采用加載(load)、存儲(store)結(jié)構(gòu)，只允許加載(load)、存儲(store)指令執(zhí)行存儲器操作,其余指令均對寄存器操作，大大增加通用寄存器的數(shù)量以提高速度。３、采用加載(load)、存儲(store)結(jié)構(gòu)，只允許77４、編譯優(yōu)化RISC不常用的操作由軟件來實(shí)現(xiàn)。因此RISC處理機(jī)更加依賴于好的編譯器，同時(shí)也要依靠優(yōu)化編譯器。沒有高時(shí)鐘頻率和好編譯器的支持，RISC不可能很好地發(fā)揮優(yōu)點(diǎn)。４、編譯優(yōu)化78優(yōu)點(diǎn)：指令精簡，減少CPU內(nèi)部的控制部件的復(fù)雜性，減少控制部分所占芯片的面積，降低功耗，指令流水線提高運(yùn)行速度。缺點(diǎn)：模擬復(fù)雜指令代碼長（30%），內(nèi)存大。CISC與RISC：兩者互相融合，各取所長。優(yōu)點(diǎn)：指令精簡，減少CPU內(nèi)部的控制部件的復(fù)雜性，減少控制部793.2處理器分類3.2處理器分類80嵌入式微處理器一般具備4個(gè)特點(diǎn)：(1)對實(shí)時(shí)和多任務(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(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的執(zhí)行時(shí)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，由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷；嵌入式微處理器一般具備4個(gè)特點(diǎn)：81(3)可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能迅速地?cái)U(kuò)展出滿足應(yīng)用的高性能的嵌入式微處理器；(4)嵌入式微處理器的功耗必須很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，功耗只能為mw甚至μw級。(3)可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能迅速地?cái)U(kuò)展出滿足應(yīng)用的高性能的82處理器分類：微控制器（MCU）、微處理器（MPU）MPU：Processor，主要完成對數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理，注重于對數(shù)據(jù)的處理速度，常用的包括Intel的x86/Pentium系列和IBM／Motorola的部分PowerPC系列；MCU：Controller，內(nèi)核與MPU類似，通常包括很豐富的外圍接口，種類繁多，主要完成對系統(tǒng)的控制。處理器分類：83嵌入式計(jì)算機(jī)的方式：（1）嵌入式通用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)、工控機(jī)；單板計(jì)算機(jī)：PC104、PC104PLUS、SBC（３.5”）。成本低、開發(fā)周期短、維護(hù)方便。（2）嵌入式專用計(jì)算機(jī)量身定做、優(yōu)化性能。通常使用的處理器包括：通用微處理器、嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、DSP以及SOC等。嵌入式計(jì)算機(jī)的方式：84嵌入式微處理器講解課件85嵌入式專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（1）通用微處理器：（2）嵌入式微處理器：處理能力、尋址能力較強(qiáng)，需擴(kuò)展外圍電路，通用性較強(qiáng)?！霸鰪?qiáng)型”通用微處理器，由于嵌入式系統(tǒng)通常應(yīng)用于環(huán)境比較惡劣的環(huán)境中，因而嵌入式微處理器在工作溫度、電磁兼容性以及可靠性方面的要求較通用的標(biāo)準(zhǔn)微處理器高。80186嵌入式專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)86國內(nèi)機(jī)載設(shè)備，x86系列較多，應(yīng)用中都需要較多的外圍接口電路擴(kuò)展，如Flash存儲器、A/D、D/A等，增加成本，降低系統(tǒng)可靠性。另外由于x86是基于CISC指令集，需要較大的硅片，系統(tǒng)的功耗較大，通常300MHz的CPU就需要散熱片，對于環(huán)境要求較高的機(jī)載設(shè)備增加散熱片必然影響系統(tǒng)的可靠性。國內(nèi)機(jī)載設(shè)備，x86系列較多，應(yīng)用中都需要較多的外圍接口電路87（3）嵌入式微控制器：51系列、96系列、68K系列、Microchip的PIC系列等，典型的嵌入式微控制器集成了CPU內(nèi)核、中斷控制器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、存儲器（RAM、FLASH等）以及其它外設(shè)。通常不需要擴(kuò)展外部存儲器。（3）嵌入式微控制器：51系列、96系列、68K系列、Mic88現(xiàn)在MCU主要有8位、16位和32位三種，其中8位MCU市場占有率達(dá)到近一半以上，而32位MCU的增長速度非?？?。在大多數(shù)設(shè)備，控制規(guī)律較簡單，選擇8位的MCU較為合適，從CPU的集成度、開發(fā)工具、開發(fā)的復(fù)雜性等方面，都具有很大優(yōu)勢，特別是現(xiàn)在集成了各種外圍接口，如Flash存儲器、A/D、D/A等，完全滿足一些較簡單的控制系統(tǒng)的需求。8位微控制器的代表就是8051系列和摩托羅拉的68HC05系列?，F(xiàn)在MCU主要有8位、16位和32位三種，其中8位MCU市場8916位MCU：16位MCU與DSP的結(jié)合具有較廣的應(yīng)用。32位：較復(fù)雜的系統(tǒng)控制和系統(tǒng)綜合處理機(jī)，Motorola的68K系列CPU，隨后在其基礎(chǔ)上推出了ColdFire系列，主要應(yīng)用于消費(fèi)類電子以及工業(yè)過程控制設(shè)備中。32位的ARM、PowerPC和MIPS。16位MCU：16位MCU與DSP的結(jié)合具有較廣的應(yīng)用。90（4）DSP：為數(shù)字信號處理設(shè)計(jì)的處理器。定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)DSP。定點(diǎn)DSP完成定點(diǎn)運(yùn)算，精度低、耗電低、成本低。適合低端市場，浮點(diǎn)DSP能處理浮點(diǎn)運(yùn)算，計(jì)算能力強(qiáng)、成本高，高端市場?？梢圆捎锰幚砥?DSP的設(shè)計(jì)方法來結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)。dsp處理器經(jīng)過單片化、emc改造、增加片上外設(shè)成為嵌入式dsp處理器在通用單片機(jī)或soc中增加dsp協(xié)處理器，例如intel的mcs-296和infineon(siemens)的tricore。（4）DSP：為數(shù)字信號處理設(shè)計(jì)的處理器。定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)D91（5）SoC：各種通用處理器內(nèi)核將作為soc設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)庫，用標(biāo)準(zhǔn)的vhdl、verlog等硬件語言描述，成為vlsi設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，存儲在器件庫中。用戶只需定義出其整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過后交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。針對特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)，如HDTV、ADSL、CableModem等,集成的資源比一般MCU更專業(yè)化，可以根據(jù)設(shè)計(jì)人員的要求來構(gòu)建定制SoC，價(jià)格高于MCU。（5）SoC：923.3嵌入式處理器的技術(shù)指標(biāo)3.3嵌入式處理器的技術(shù)指標(biāo)93（1）功能：處理器的種類、外部接口的種類和數(shù)量，集成的多需要外圍擴(kuò)展的就少，可靠性高成本低。根據(jù)系統(tǒng)的需要盡量選擇集成所需接口種類和數(shù)量的處理器。（2）字長：參與運(yùn)算的數(shù)的基本位數(shù)，決定于寄存器、運(yùn)算器和數(shù)據(jù)總線的寬度，直接影響硬件的復(fù)雜度。字長越長，包含的信息量越多，能表示的數(shù)據(jù)有效位數(shù)也越多，計(jì)算精度越高，而且處理器的指令可以較長，指令系統(tǒng)的功能就較強(qiáng)。通常有1、4、8、16、32、64位字長。（1）功能：處理器的種類、外部接口的種類和數(shù)量，集成的多需要94（3）處理速度：現(xiàn)在通常采用在單位時(shí)間內(nèi)各類指令的平均執(zhí)行條數(shù)，即根據(jù)各種指令的使用頻度和執(zhí)行時(shí)間來計(jì)算。n為處理器指令類型數(shù)，為第i類指令在程序中的使用頻度，為第i類指令的執(zhí)行時(shí)間，為平均指令執(zhí)行時(shí)間，其倒數(shù)就是處理器的運(yùn)新高速度的指標(biāo)，單位為MIPS。還有其它的方法衡量處理器的速度，如MFLOPS（每秒百萬次浮點(diǎn)運(yùn)算）、主頻。（3）處理速度：現(xiàn)在通常采用在單位時(shí)間內(nèi)各類指令的平均執(zhí)行條95（4）工作溫度：商業(yè)級（0~55℃）、工業(yè)級（-40~85℃）、軍用級（-55~125℃）、航天級（更寬），七專：專技；專料；專線；專人；專檢；專卡（跟蹤卡片）；專篩。MIL-STD-883：（5）功耗：嵌入式處理器一般包含待機(jī)功耗和工作功耗，功耗與運(yùn)行頻率、電源電壓都有關(guān)系，如mW/MHz。開關(guān)管的開關(guān)損耗。（6）尋址功能：與地址總線的寬度有關(guān)。對于集成了存儲器的處理器意義不大。（7）其它：包括性價(jià)比、工藝等。

（4）工作溫度：商業(yè)級（0~55℃）、工業(yè)級（-40~85℃96３.4選擇原則MCU選擇主要應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)：⑴根據(jù)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的主要類型來定CPU總線的位數(shù)，如果主要數(shù)據(jù)的位數(shù)大于8位，就應(yīng)該選擇16位或32位的CPU。如對信號采樣時(shí)，A/D或D/A為12位的，如果采用8位的CPU，在輸入或輸出以及在中間的數(shù)據(jù)處理時(shí)都要進(jìn)行數(shù)據(jù)的類型轉(zhuǎn)換，影響程序運(yùn)行效率。３.4選擇原則MCU選擇主要應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)：97⑵對于工業(yè)應(yīng)用來說，價(jià)格成本是影響CPU選型的另外的一個(gè)比較重要的原因，8位的MCU基本都在1美元以下，32位的CPU相對較貴。但是對于武器系統(tǒng)來說，通常供貨穩(wěn)定性和可靠性是選擇的一個(gè)非常重要的原因，因?yàn)閺奈淦髟O(shè)計(jì)到退役往往幾十年，不僅要保證設(shè)計(jì)時(shí)能買到CPU，更要保證在設(shè)備維護(hù)時(shí)有相應(yīng)的備件來替換。⑵對于工業(yè)應(yīng)用來說，價(jià)格成本是影響CPU選型的另外的一個(gè)比98⑶開發(fā)工具的支持。開發(fā)工具在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中具有重要地位，不僅影響開發(fā)的進(jìn)度，而且直接關(guān)系到設(shè)備的性能，甚至項(xiàng)目的成敗。⑷操作系統(tǒng)的支持。一般簡單的機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用不需要操作系統(tǒng)，直接采用匯編或C就可以編程，一般采用8位MCU就可以完成任務(wù)；而對于較復(fù)雜的應(yīng)用，通常需要操作系統(tǒng)的支持。

⑶開發(fā)工具的支持。開發(fā)工具在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中具有重要地位99⑸代碼的繼承性往往決定了CPU的選擇，在軍用設(shè)備中，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性以及研制周期，直接延用原來的CPU類型。⑹供應(yīng)商的因素。由于功能的擴(kuò)展，原來選擇的CPU已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)需求，供應(yīng)商提供相應(yīng)的升級替換CPU，并提供技術(shù)支持。

⑸代碼的繼承性往往決定了CPU的選擇，在軍用設(shè)備中，為了實(shí)1003.5典型的嵌入式處理器3.5典型的嵌入式處理器101Microchip公司PIC系列Philips公司：51LPC系列Motorola的MC68HC08系列MCS51系列AtmelAVR系列AMD80C18616位系列MotorolaMC68HC1216位系列MotorolaPowerPC/ColdFire32位系列ARM32位系列國產(chǎn)龍芯/方舟系列Microchip公司PIC系列102DSP概述FFT算法的出現(xiàn)和可編程數(shù)字信號處理器的引入加速了DSP的發(fā)展。AD公司：ADSP-21xx處理器，代碼和引腳兼容的數(shù)字信號處理器家族，高達(dá)160MHz的工作頻率和低至184uA的功耗。21xx系列產(chǎn)品包括適合蜂窩通信應(yīng)用，2199x系列適合電機(jī)控制應(yīng)用Motorola公司：DSP563xx、DSP58xxx、MCS7111、MCS81xx。TI公司：1982年推出第一個(gè)DSP，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，推出三個(gè)大平臺。DSP概述FFT算法的出現(xiàn)和可編程數(shù)字信號處理器的引入加速了103控制平臺：TMS320C2000，C24x、C28x強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和控制能力，定點(diǎn)低功耗平臺：TMS320C5000，C54x、C55x針對消費(fèi)類數(shù)字市場，最低功耗0.33mA/MHz，移動電話、數(shù)碼相機(jī)等。定點(diǎn)處理能力平臺：TMS320C6000，C62x、C64x處理能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)交換、圖像處理、雷達(dá)信號處理等高端應(yīng)用。定點(diǎn)/浮點(diǎn)控制平臺：TMS320C2000，C24x、C28x104TMS320C2000系列介紹TMS320C2000系列介紹105TMS320F281x系統(tǒng)功能框圖TMS320F281x系統(tǒng)功能框圖106主頻達(dá)到150MHz，低功耗支持JTAG邊界掃描接口高性能32位CPU16x16位和32x32位乘法累加器/16x16位雙乘法累加器哈佛總線結(jié)構(gòu)快速中斷響應(yīng)和處理能力4MB的程序/數(shù)據(jù)尋址空間高效的代碼轉(zhuǎn)換功能（支持C/C++和匯編）與F240x和F24x系列代碼兼容片上存儲器

Flash、ROM、OTPROM、SARAM（L0/L1/H0/M0/M1）、BootROM

帶軟件啟動模式、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)表外部存儲器擴(kuò)展接口

最多1MB尋址空間/可編程等待周期/可編程讀寫選擇時(shí)序/3個(gè)獨(dú)立片選信號主頻達(dá)到150MHz，低功耗107時(shí)鐘和系統(tǒng)控制

支持動態(tài)改變鎖相環(huán)的倍頻系數(shù)

片上振蕩器

看門狗定時(shí)模塊三個(gè)外部中斷外設(shè)中斷擴(kuò)展模塊支持45個(gè)外設(shè)中斷三個(gè)32位CPU定時(shí)器128位保護(hù)密碼電機(jī)控制外設(shè)（PWM/定時(shí)器/事件捕獲）串口通信外設(shè)12位ADC56個(gè)可配置GPIO先進(jìn)的仿真調(diào)試功能（斷點(diǎn)/硬件支持實(shí)時(shí)仿真）低功耗模式和省電模式寬溫：?40°Cto85°C/?40°Cto125°C時(shí)鐘和系統(tǒng)控制108C281x的內(nèi)核包括：中央處理單元CPU、測試單元和外設(shè)接口單元CPU：完成數(shù)據(jù)/程序存儲器的訪問地址的產(chǎn)生、譯碼和執(zhí)行指令、邏輯操作、控制寄存器及數(shù)據(jù)/程序存儲器之間的數(shù)據(jù)交換等操作。測試邏輯單元：監(jiān)測、控制DSP的各部分的運(yùn)行及其運(yùn)行狀態(tài)，方便調(diào)試。接口信號單元：是存儲器、外設(shè)、時(shí)鐘、CPU以及測試單元之間進(jìn)行信號傳輸?shù)耐ǖ?。C281x的內(nèi)核包括：中央處理單元CPU、測試單元和外設(shè)接口109CPU包括：算術(shù)邏輯單元ALU：32位2的補(bǔ)碼算術(shù)/布爾運(yùn)算乘法器：32x32位的2的補(bǔ)碼的乘法運(yùn)算

移位器：左/右移操作，最大16位尋址運(yùn)算單元：數(shù)據(jù)存儲器的尋址運(yùn)算/地址產(chǎn)生獨(dú)立寄存器空間：包括系統(tǒng)控制寄存器、算術(shù)寄存器和數(shù)據(jù)指針。帶保護(hù)的流水線：防止同時(shí)對同一地址空間進(jìn)行讀寫CPU包括：110ARM簡介1985年原形誕生在英國劍橋的Acorn公司90年代ARM32位嵌入式RISC處理器領(lǐng)先ARM處理器的特點(diǎn)：小體積、低功耗、成本低、高性能16位/32位雙指令集全球眾多合作伙伴（IP供應(yīng)商，不生產(chǎn)）ARM的解決方案：

開放平臺：無線、消費(fèi)電子和圖像應(yīng)用等

嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)：自動化、工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)用：智能卡、SIM卡等ARM簡介1985年原形誕生在英國劍橋的Acorn公司111ARM當(dāng)前有5個(gè)產(chǎn)品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、SecurCoreARM7：低功耗32位低端的ARM內(nèi)核，適合對價(jià)位和功耗敏感的消費(fèi)類應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和移動電話ARM9：高性能、低功耗，PDA、高端打印機(jī)、智能計(jì)算機(jī)、機(jī)頂盒和儀器儀表等ARM9E：帶DSP擴(kuò)展等功能，與VFP9綜合可為浮點(diǎn)運(yùn)算提供硬件支持，適合海量存儲、語音編碼器、語音識別與合成等ARM10：比ARM9性能提高50%，與VFP9綜合為浮點(diǎn)運(yùn)算提供硬件支持，為數(shù)字機(jī)頂盒、智能電話、視頻游戲機(jī)和高性能打印機(jī)等提供高級的整數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算能力。SecurCore：為安全而設(shè)計(jì)，具有特定的抗篡改特性，靈活的保護(hù)單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全。ARM當(dāng)前有5個(gè)產(chǎn)品系列：112嵌入式微處理器講解課件1133.6嵌入式微處理器調(diào)試方法基于主機(jī)的調(diào)試交叉調(diào)試片上調(diào)試3.6嵌入式微處理器調(diào)試方法基于主機(jī)的調(diào)試1143.6.1基于主機(jī)的調(diào)試方法在主機(jī)上調(diào)試程序，然后直接移植到目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行或者移植到目標(biāo)上與硬件聯(lián)調(diào)，如PC104程序在PC機(jī)上調(diào)試。（1）主要基于C語言的可移植性，可以用C或C++編寫，而且要考慮程序設(shè)計(jì)與硬件無關(guān)；（2）對于有些匯編語言可以通過指令集模擬器（InstructionSetSimulator，ISS）來運(yùn)行，建立虛擬的處理器環(huán)境。3.6.1基于主機(jī)的調(diào)試方法在主機(jī)上調(diào)試程序，然后直接移植115指令模擬器（ISS），用軟件來模擬處理器的硬件，包括指令系統(tǒng)、外部設(shè)備、中斷、定時(shí)器等。用戶開發(fā)的軟件如同在目標(biāo)系統(tǒng)的硬件上運(yùn)行一樣。軟件仿真器的性能有差別。功能強(qiáng)大的軟件仿真器能仿真處理器的細(xì)節(jié)，包括中斷和外設(shè)等，能夠仿真應(yīng)用程序的個(gè)細(xì)節(jié)；簡單的仿真軟件至少能夠仿真處理器的指令系統(tǒng)。指令模擬器（ISS），用軟件來模擬處理器的硬件，包括指令系統(tǒng)116有些軟件仿真器提供了對指令執(zhí)行時(shí)間的仿真，這樣的仿真器使用的軟件時(shí)鐘有兩種方式：一種是實(shí)時(shí)時(shí)鐘，利用CPU的時(shí)鐘運(yùn)行嵌入式處理器的指令，只仿真指令的執(zhí)行結(jié)果不仿真指令的執(zhí)行時(shí)間；另外一種方式就是采用仿真時(shí)鐘，用戶可以設(shè)置仿真時(shí)鐘與處理器的時(shí)鐘相同，這樣不僅仿真指令執(zhí)行的結(jié)果，也可以仿真指令執(zhí)行時(shí)間和軟件執(zhí)行時(shí)間。如ARM公司的AXD仿真器。有些軟件仿真器提供了對指令執(zhí)行時(shí)間的仿真，這樣的仿真器使用的117高檔的仿真器可以建立一個(gè)較大的實(shí)時(shí)系統(tǒng)模型，（ObjectTime公司的ObjectTime系統(tǒng)），它甚至能仿真不存在的硬件，因此開發(fā)者可以就一個(gè)硬件還沒有開始設(shè)計(jì)的項(xiàng)目進(jìn)行軟件開發(fā)，并驗(yàn)證軟件的正確性、實(shí)時(shí)性等。缺點(diǎn)：較慢10~100倍；只能仿真正確性、無法仿真與時(shí)序相關(guān)的錯(cuò)誤；比較適合驗(yàn)證軟件算法的正確性。高檔的仿真器可以建立一個(gè)較大的實(shí)時(shí)系統(tǒng)模型，（Object1183.6.2CrashandBurn1．編寫代碼2．反復(fù)的檢查代碼，直到編譯通過3．將程序固化（即Burn）到目標(biāo)機(jī)上的非易失性記憶體（如：EEPROM,F