對(duì)嵌入式系統(tǒng)的初步認(rèn)識(shí)

1、嵌入式系統(tǒng)課程論文題目： 對(duì)嵌入式系統(tǒng)的初步認(rèn)識(shí)院 系： 學(xué)科專(zhuān)業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 對(duì)嵌入式系統(tǒng)的初步認(rèn)識(shí)電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，極大的影響了人們的日常生活，甚至改變了人們的生活模式。人們到處可以見(jiàn)到電子設(shè)備的存在，而幾乎所有的電子設(shè)備中都包含著嵌入式系統(tǒng)。小到電子手表、電子體溫計(jì)、翻譯機(jī)等，大到冷氣機(jī)、電冰箱、電視機(jī)，甚至是路上紅綠燈的控制器、戰(zhàn)斗機(jī)中的飛控系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備、汽車(chē)中控制燃油、汽車(chē)?yán)走_(dá)、ABS等的微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，到醫(yī)院中的醫(yī)療器材、工廠(chǎng)中的自動(dòng)機(jī)械等，這一系列蘊(yùn)含著科血技術(shù)含量的的嵌入式應(yīng)用都給人們的生活帶來(lái)了便捷。在接觸嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

2、這門(mén)課程之前，我之前是有接觸過(guò)一些關(guān)于嵌入式方面的知識(shí)的，并且通過(guò)了嵌入式三級(jí)等級(jí)考試，對(duì)這方面的知識(shí)也比較感興趣，下面就簡(jiǎn)單談?wù)勎覍?duì)嵌入式的認(rèn)識(shí)。嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器微處理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和IO端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（OS）（要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序編程。有時(shí)設(shè)計(jì)人員把這兩種軟件組合在一起。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。 嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器，一般就具備以下4個(gè)特點(diǎn)： 1）對(duì)實(shí)時(shí)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

3、碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核心的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。 2）具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)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(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)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(kāi)展出滿(mǎn)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(wú)線(xiàn)及移動(dòng)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，如需要功耗只有mW甚至W級(jí)。由于嵌入式系統(tǒng)是針對(duì)特定用途、應(yīng)用于特定環(huán)境下，所以它不同于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。同樣是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)是針對(duì)特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的“專(zhuān)用系統(tǒng)”。它的硬件和軟件都必須高效率的設(shè)

4、計(jì)，量體裁衣，去除冗余，力爭(zhēng)在較少的資源上實(shí)現(xiàn)更高的性能。提到嵌入式系統(tǒng)，自然離不開(kāi)ARM技術(shù)。ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類(lèi)多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。 ARM將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠(chǎng)商，每個(gè)廠(chǎng)商得到的都是一套獨(dú)一無(wú)二的ARM相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。利用這種合伙關(guān)系，ARM很快成為許多全球性RISC標(biāo)準(zhǔn)的締造者。 目前，總共有30家半導(dǎo)體公司與ARM簽訂了硬件技術(shù)使用許可協(xié)議，其中包括Intel、IBM、LG半導(dǎo)體、NEC

5、、SONY、菲利浦和國(guó)民半導(dǎo)體這樣的大公司。至于軟件系統(tǒng)的合伙人，則包括微軟、升陽(yáng)和MRI等一系列知名公司。ARM架構(gòu)是面向低預(yù)算市場(chǎng)設(shè)計(jì)的第一款RISC微處理器。 ARM提供一系列內(nèi)核、體系擴(kuò)展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案。由于所有產(chǎn)品均采用一個(gè)通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產(chǎn)品中運(yùn)行。ARM7TDMI內(nèi)核中一共包括37個(gè)通用寄存器，這個(gè)與傳統(tǒng)的CISC機(jī)器有非常大的區(qū)別，當(dāng)然這也是ARM作為RISC處理器的一個(gè)非常重要的特征，寄存器多了就可以盡量減少對(duì)存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)（比如傳參，比如臨時(shí)變量等等）。雖然在一個(gè)CPU狀態(tài)下，我們能夠看到的寄存器只有最多18個(gè)（r0r15, CPSR,SPSR

6、）,但是ARM的寄存器堆確實(shí)較X86或者68K要多了不少。AMR的另外一個(gè)特點(diǎn)是不管在ARM狀態(tài)還是Thumb狀態(tài)所有的指令都是等長(zhǎng)的，ARM狀態(tài)下是32位，Thumb狀態(tài)下是16位。這一點(diǎn)也是ARM作為RISC機(jī)器的一個(gè)非常重要的特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，其實(shí)并不是一項(xiàng)新技術(shù)，從上世紀(jì)80年代，英特爾研制出了4004微處理器開(kāi)始，就應(yīng)該有嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用了，后來(lái)又出現(xiàn)了單片機(jī)，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用就更廣了。現(xiàn)在廣泛使用的單片機(jī)和單板機(jī)應(yīng)該算是老一代的嵌入式系統(tǒng)，他們?cè)诳刂品矫嫫鸬搅酥悄芑⒊绦蚧淖饔?。相比老一代的系統(tǒng)，現(xiàn)在的稱(chēng)為新一代的嵌入式系統(tǒng)。新、老一代嵌入式系統(tǒng)的區(qū)別在于軟件方面有無(wú)操作

7、系統(tǒng)支持；另外，新一代嵌入式系統(tǒng)在集成度方面也提高很多。這兩個(gè)方面的發(fā)展，使新一代嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用大大拓展了。隨著微電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，大規(guī)模集成電路的集成度和工藝水平不斷提高，集成電路工業(yè)已經(jīng)生產(chǎn)了大量低成本、高可靠性和高精度的微電子結(jié)構(gòu)模塊，推動(dòng)了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。嵌入式硬件設(shè)計(jì)采用了“CPU+PLD+模擬器件”的模式，是指嵌入式系統(tǒng)以中央處理單元(CPU)為基礎(chǔ)和中心，外加可編程邏輯器件(PLD)和模擬器件構(gòu)成(特別小型的嵌入式設(shè)計(jì) 除外)。CPU主要包括嵌入式微處理器(MPU)和嵌入式微控制器(MCU)，PLD主要包括PAL、GAL、EPLD、CPLD、FPGA等。

8、這種設(shè)計(jì)模式可以大大簡(jiǎn)化嵌入式系統(tǒng)的軟硬件，嵌入式系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的難度得以降低，而系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的水平卻得到提高。這種結(jié)構(gòu)是由目前集成電路的發(fā)展水平和技術(shù)現(xiàn)狀決定的。集成電路技術(shù)的發(fā)展促成 了這種設(shè)計(jì)模式的出現(xiàn)，微處理器技術(shù)和器件可編程技術(shù)給嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了巨大的方便，它提供了用軟件來(lái)改變和實(shí)現(xiàn)硬件的功能，適合硬件解決的問(wèn)題由硬件解決，適合軟件解決的問(wèn)題由軟件完成。集成電路技術(shù)的發(fā)展為這種設(shè)計(jì)模式的出現(xiàn)提供了全方位支持，計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)性能的大幅度提高，高性能的EDA綜合開(kāi)發(fā)工具(平臺(tái))得到長(zhǎng)足發(fā)展，為復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供了不同用途和不同級(jí)別集編輯、布局、布線(xiàn)、編譯、綜合、模擬、測(cè)試、

9、驗(yàn)證和器件編程等一體化的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。集成電路技術(shù)的技術(shù)現(xiàn)狀決定設(shè)計(jì)模式不能拋開(kāi)模擬器件，現(xiàn)階段模數(shù)混合的集成電路很難設(shè)計(jì)生產(chǎn)，模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器等模擬電路還只能采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。就我自己而言，對(duì)嵌入式系統(tǒng)及ARM的了解少之又少，為了能夠更好的掌握關(guān)于功能強(qiáng)大的嵌入式系統(tǒng)，希望在以后的學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)各種渠道，包括認(rèn)真聽(tīng)老師的耐心講解，圖書(shū)查閱以及和同學(xué)積極探討等，能夠?qū)τ谇度胧较到y(tǒng)的知識(shí)有全新的認(rèn)識(shí)，也希望這一學(xué)期的能夠有很大的收獲。 參考文獻(xiàn)1 俞建新/王健/宋健建 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程機(jī)械工業(yè)出版社20112 李林功、高金輝、谷金宏，IDE與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），第3