嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)及知識(shí)及接口技術(shù)總結(jié)

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嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)1、嵌入式系統(tǒng)的定義

（1）定義：以應(yīng)用為中心,，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),，軟硬件可裁剪,，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能,、可靠性、成本,、體積,、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

（2）嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的4個(gè)階段：無操作系統(tǒng)階段,、簡單操作系統(tǒng)階段,、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段、面向Internet階段,。

（3）知識(shí)產(chǎn)權(quán)核（IP核）：具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的,、功能具體、接口規(guī)范,、可在多個(gè)集成電路設(shè)計(jì)中重復(fù)使用的功能模塊,，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)芯片（SOC）的基本構(gòu)件。

（4）IP核模塊有行為,、結(jié)構(gòu)和物理3級(jí)不同程度的設(shè)計(jì),，對(duì)應(yīng)描述功能行為的不同可以分為三類：軟核、固核,、硬核,。

2、嵌入式系統(tǒng)的組成

包含：硬件層,、中間層,、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層。

（1）硬件層：嵌入式微處理器,、存儲(chǔ)器,、通用設(shè)備接口和I/O接口。

嵌入式核心模塊＝微處理器＋電源電路＋時(shí)鐘電路＋存儲(chǔ)器

Cache：位于主存和嵌入式微處理器內(nèi)核之間,，存放的是最近一段時(shí)間微處理器使用最多的程序代碼和數(shù)據(jù),。它的主要目標(biāo)是減小存儲(chǔ)器給微處理器內(nèi)核造成的存儲(chǔ)器訪問瓶頸，使處理速度更快,。

（2）中間層（也稱為硬件抽象層HAL或者板級(jí)支持包BSP）,。

它將系統(tǒng)上層軟件和底層硬件分離開來，使系統(tǒng)上層軟件開發(fā)人員無需關(guān)系底層硬件的具體情況,，根據(jù)BSP層提供的接口開發(fā)即可,。

BSP有兩個(gè)特點(diǎn)：硬件相關(guān)性和操作系統(tǒng)相關(guān)性。

設(shè)計(jì)一個(gè)完整的BSP需要完成兩部分工作：

A,、 嵌入式系統(tǒng)的硬件初始化和BSP功能,。

片級(jí)初始化：純硬件的初始化過程，把嵌入式微處理器從上電的默認(rèn)狀態(tài)逐步設(shè)置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài),。

板級(jí)初始化：包含軟硬件兩部分在內(nèi)的初始化過程,，為隨后的系統(tǒng)初始化和應(yīng)用程序建立硬件和軟件的運(yùn)行環(huán)境。

系統(tǒng)級(jí)初始化：以軟件為主的初始化過程,，進(jìn)行操作系統(tǒng)的初始化,。

B、 設(shè)計(jì)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng),。

（3）系統(tǒng)軟件層：由RTOS,、文件系統(tǒng)、GUI,、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成,。

   RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺(tái)。

（4）應(yīng)用軟件：由基于實(shí)時(shí)系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用程序組成,。

3,、實(shí)時(shí)系統(tǒng)

   （1）定義：能在指定或確定的時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)功能和對(duì)外部或內(nèi)部、同步或異步時(shí)間做出響應(yīng)的系統(tǒng),。

（2）區(qū)別：通用系統(tǒng)一般追求的是系統(tǒng)的平均響應(yīng)時(shí)間和用戶的使用方便,；而實(shí)時(shí)系統(tǒng)主要考慮的是在最壞情況下的系統(tǒng)行為。

（3）特點(diǎn)：時(shí)間約束性,、可預(yù)測性,、可靠性、與外部環(huán)境的交互性,。

（4）硬實(shí)時(shí)（強(qiáng)實(shí)時(shí)）：指應(yīng)用的時(shí)間需求應(yīng)能夠得到完全滿足,，否則就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命財(cái)產(chǎn)損失和生態(tài)破壞,，如：航天,、軍事。

（5）軟實(shí)時(shí)（弱實(shí)時(shí)）：指某些應(yīng)用雖然提出了時(shí)間的要求,，但實(shí)時(shí)任務(wù)偶爾違反這種需求對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行及環(huán)境不會(huì)造成嚴(yán)重影響,，如：監(jiān)控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)信息采集系統(tǒng),。

（6）任務(wù)的約束包括：時(shí)間約束,、資源約束、執(zhí)行順序約束和性能約束,。

4,、實(shí)時(shí)系統(tǒng)的調(diào)度

（1）調(diào)度：給定一組實(shí)時(shí)任務(wù)和系統(tǒng)資源，確定每個(gè)任務(wù)何時(shí)何地執(zhí)行的整個(gè)過程,。

（2）搶占式調(diào)度：通常是優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)的調(diào)度,，如uCOS。優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好,、反應(yīng)快,，調(diào)度算法相對(duì)簡單,，可以保證高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的時(shí)間約束；缺點(diǎn)是上下文切換多,。

（3）非搶占式調(diào)度：通常是按時(shí)間片分配的調(diào)度,，不允許任務(wù)在執(zhí)行期間被中斷，任務(wù)一旦占用處理器就必須執(zhí)行完畢或自愿放棄,，如WinCE,。優(yōu)點(diǎn)是上下文切換少；缺點(diǎn)是處理器有效資源利用率低,，可調(diào)度性不好嵌入式信盈達(dá)企鵝要妖氣嗚嗚吧久零就要,。

（4）靜態(tài)表驅(qū)動(dòng)策略：系統(tǒng)在運(yùn)行前根據(jù)各任務(wù)的時(shí)間約束及關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用某種搜索策略生成一張運(yùn)行時(shí)刻表,，指明各任務(wù)的起始運(yùn)行時(shí)刻及運(yùn)行時(shí)間,。

（5）優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)策略：按照任務(wù)優(yōu)先級(jí)的高低確定任務(wù)的執(zhí)行順序

（6）實(shí)時(shí)任務(wù)分類：周期任務(wù)、偶發(fā)任務(wù),、非周期任務(wù),。

（7）實(shí)時(shí)系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu)模型：數(shù)據(jù)采集任務(wù)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)處理任務(wù)處理采集的數(shù)據(jù),、并將加工后的數(shù)據(jù)送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)管理任務(wù)控制機(jī)構(gòu)執(zhí)行,。

5、嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)

（1）馮諾依曼結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間,，程序指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置,，采用單一的地址及數(shù)據(jù)總線，程序和數(shù)據(jù)的寬度相同,。例如：8086,、ARM7、MIPS…

（2）哈佛結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器,，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址,、獨(dú)立訪問，是一種將程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),。例如：AVR,、ARM9、ARM10…

（3）CISC與RISC的特點(diǎn)比較,。

計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序所需要的時(shí)間P可以用下面公式計(jì)算：

P=I×CPI×T

I：高級(jí)語言程序編譯后在機(jī)器上運(yùn)行的指令數(shù),。

CPI：為執(zhí)行每條指令所需要的平均周期數(shù)。

T：每個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間,。

（4）流水線的思想：在CPU中把一條指令的串行執(zhí)行過程變?yōu)槿舾芍噶畹淖舆^程在CPU中重疊執(zhí)行,。

（5）流水線的指標(biāo)：

吞吐率：單位時(shí)間里流水線處理機(jī)流出的結(jié)果數(shù)。如果流水線的子過程所用時(shí)間不一樣長，則吞吐率應(yīng)為最長子過程的倒數(shù),。

建立時(shí)間：流水線開始工作到達(dá)最大吞吐率的時(shí)間,。若m個(gè)子過程所用時(shí)間一樣，均為t,，則建立時(shí)間T＝mt,。

（6）信息存儲(chǔ)的字節(jié)順序

A、存儲(chǔ)器單位：字節(jié)（8位）
8 w$ T, T2 R( t* P+ P+ qB,、字長決定了微處理器的尋址能力，即虛擬地址空間的大小,。
C,、32位微處理器的虛擬地址空間位232，即4GB,。
D,、小端字節(jié)順序：低字節(jié)在內(nèi)存低地址處，高字節(jié)在內(nèi)存高地址處,。
E,、大端字節(jié)順序：高字節(jié)在內(nèi)存低地址處，低字節(jié)在內(nèi)存高地址處,。
# l' i8 |6 M/ OF,、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的存儲(chǔ)順序問題取決于OSI模型底層中的數(shù)據(jù)鏈路層。

韓寒11

單片機(jī)是一種集成電路芯片,，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM,、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng),、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路,、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器,、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

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