嵌入式i课程大作业解读.doc
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1、嵌入式系统论 文成绩评定表学院名称 : 专业班级 : 学生姓名 : 学 号 : 指导教师 : 成绩: 2015年12月6日 嵌入式系统论 文 专 业 班 级 : 学 生 姓 名 : 学 号 : 指 导 教 师 : 经过几个周的嵌入式学习,对嵌入式有了一定的了解。所谓嵌入式系统,就是一种完全嵌入受控器件内部,为特定应用而设计的专用计算机系统。嵌入式系统使控制更加的精简,只是使用很小的一个模块就能实现在生产当中的控制。相对于通用计算机,嵌入式系统更加容易优化、控制以及节约成本。嵌入式广泛的应用在工业控制,交通管理,智能家居,环境工程与自然,机器人,以及电子商务等领域。就智能家居来说,通常的的家电的
2、控制只能是通过人为的去通过开关控制,就拿窗帘来说,我们可以通过对光的感应来控制窗帘的拉开或是关闭;冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。即使你不在家里,也可以通过电话线、网络进行远程控制。水、电、煤气表的远程自动抄表,安全防火、防盗系统,其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查,并实现更高,更准确和更安全的性能。目前在服务领域,如远程点菜器等已经体现了嵌入式系统的优势。 常用嵌入式处理器可以分为:1嵌入式微处理器(MPU): 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中,将微处理器装配在专门设计的电路板上,只保留和嵌入式应用有关的母板功能,这样可以大幅度的减
3、少系统体积和功耗。为满足嵌入式应用的特殊要求,嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的,但是在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。嵌入式处理器目前主要有Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。2嵌入式微控制器又称单片机,就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心,芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设3、嵌入式DSP处理器嵌入式DSP处理器(Embedded Digital
4、Signal Processor, EDSP)DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器,其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计,具有很高的编译效率和指令的执行速度4、嵌入式片上系统嵌入式片上系统追求产品系统最大包容的集成器件,是目前嵌入式应用领域的热门话题之一。SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合,直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。而且SOC具有极高的综合性,在一个硅片内部运用VHDL等硬件描述语言,实现一个复杂的系统。嵌入式处理器方面相对了解较多的是单片机和ARM,目前市面上所用的ARM主要是Cortex-A57处理器、Cortex-A53处理器、Cortex-A15处理器、
5、Cortex-A9处理器、Cortex-A8处理器、Cortex-A7处理器、Cortex-A5处理器、ARM11处理器、ARM9处理器、ARM7处理器,我们使用比较多的ARM处理器多为arm9。说到ARM处理器,不得不说一下ARM9,其实这个处理器个人感觉在平常德学习中是绰绰有余的。ARM9采用哈佛体系结构,指令和数据分属不同的总线,可以并行处理,支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。Thumb指令集与ARM指令集的区别一般有如下几点:跳转指令:程序相对转移,特别是条件跳转与ARM代码下的跳转相比,在范围上有更多的限制,转向子程序是无条件的转移。数据处理指令:数据处理指令是对通用寄
6、存器进行操作,在大多数情况下,操作的结果须放入其中一个操作数寄存器中,而不是第三个寄存器中。数据处理操作比ARM状态的更少,访问寄存器R8R15受到一定限制。(除MOV和ADD指令访问寄存器R8R15外,其他数据处理指令总是更新CPSR中ALU状态标志)访问寄存器R8R15的Thumb数据处理指令不能更新CPSR中的ALU状态标志单寄存器加载和存储指令:在Thumb状态下,单寄存器加载和存储指令只能访问寄存器R0R7批量寄存器加载和存储指令:LDM和STM指令可以将任何范围为R0R7的寄存器子集加载或存储。Thumb指令集不是完整的指令集,它是ARM指令集的子集。但是Thumb指令具有更高的代
7、码密度,如果在1K的存储空间中,可以放32条ARM指令,就可以放64条Thumb指令,因此在存放Thunb指令时,代码密度高。即占用存储空间小,仅为ARM代码规格的65%,但其性能却下降的很少。所以,Thumb指令集使ARM处理器能应用到有限的存储带宽,并且,代码密度要求很高的嵌入式系统中去。ARM9可以用两种方法存储字数据,分别称为大端格式和小端格式。在内存中数据是以字节为单位进行存储的,每个地址单元对应着一个字节(byte),一个字节为8位(bite)。但是很多时候数据除了8bit额char外,还有16bit的short,32位的long型(要看具体的编译器),必然存在多字节安排的问题。不
8、同的计算机存放多字节值的顺序不同,有些机器在起始地址存放低位字节(低位先存),即小端模式;有的机器在起始地址存放高位字节(高位先存),即大端模式。判断大小端的方法有很多,往往用一段很少的代码就可以判断出来,比较简单的方法是用union联合体,通过输出数据就可以轻松判断。嵌入式操作系统又称实时操作系统,是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件,它是嵌入式系统(包括硬、软件系统)极为重要的组成部分。常见的嵌入式操作系统有(一)嵌入式Linux这是嵌入式操作系统的一个新成员,其最大的特点是源代码公开并且遵循GPL协议,在近一年多以来成为研究热点,据IDG预测嵌入式Linux将占未来两年的嵌入式操作系统
9、份额的50%。由于其源代码公开,人们可以任意修改,以满足自己的应用,并且查错也很容易。遵从GPL,无须为每例应用交纳许可证费。有大量的应用软件可用。其中大部分都遵从GPL,是开放源代码和免费的。可以稍加修改后应用于用户自己的系统。有大量的免费的优秀的开发工具,且都遵从GPL,是开放源代码的。有庞大的开发人员群体。无需专门的人才,只要懂Unix/Linux和C语言即可。随着Linux在中国的普及,这类人才越来越多。所以软件的开发和维护成本很低。优秀的网络功能,这在Internet时代尤其重要。稳定这是Linux本身具备的一个很大优点。内核精悍,运行所需资源少,十分适合嵌入式应用。支持的硬件数量庞
10、大。嵌入式Linux和普通Linux并无本质区别,PC上用到的硬件嵌入式Linux几乎都支持。而且各种硬件的驱动程序源代码都可以得到,为用户编写自己专有硬件的驱动程序带来很大方便。在嵌入式系统上运行Linux的一个缺点是Linux体系提供实时性能需要添加实时软件模块。而这些模块运行的内核空间正是操作系统实现调度策略、硬件中断异常和执行程序的部分。由于这些实时软件模块是在内核空间运行的,因此代码错误可能会破坏操作系统从而影响整个系统的可靠性,这对于实时应用将是一个非常严重的弱点。(二)VxWorksVxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(R
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