嵌入式系统原理与设计 教学课件 作者 蒋建春 主编 第2章 嵌入式系统基本知识.pptVIP

嵌入式系统组成 2.1 嵌入式系统的总体结构 目前所提及的嵌入式系统一般指嵌入式计算机系统，主要包括：硬件层、中间层、系统软件层和应用层4个部分。 嵌入式硬件主要包括提供嵌入式计算机正常运行的最小系统（如电源、系统时钟、复位电路、存储器等）、通用I/O口和一些外设及其它设备。嵌入式系统中间层又称嵌入式硬件抽象层，如硬件驱动程序、系统启动软件等；嵌入式系统软件层为应用层提供系统服务，如操作系统、文件系统、图形用户接口等；而应用层主要是用户应用程序。 2.1.1 硬件层 嵌入式系统硬件通常指除被控对象之外的嵌入式系统要完成其功能所具备的各种设备，由嵌入式处理器、存储器系统、通用设备接口（A/D、D/A、I/O等）和一些扩展外设组成。 嵌入式系统的硬件层是以嵌入式处理器为核心的 嵌入式系统外设是指为了实现系统功能而设计或提供的接口或设备 2.1 嵌入式系统的总体结构 2.1.2 中间层 介于硬件层与系统软件层之间，将硬件的细节进行屏蔽，便于操作系统调用，因此称为为中间层，也称硬件抽象层（Hardware Abstract Layer,HAL）或板级支持包（Board Support Package）。具有硬件相关性和操作系统相关性特点。 主要包括系统初始化和设备驱动程序 系统初始化 （1）片级初始化：主要完成CPU的初始化，包括设置CPU的核心寄存器和控制寄存器，CPU核心工作模式以及CPU的局部总线模式等。 （2）板级初始化：完成CPU以外的其它硬件设备的初始化。除此之外，还要设置某些软件的数据结构和参数，为随后的系统级初始化和应用程序的运行建立硬件和软件环境。 （3）系统级初始化：这是一个以软件初始化为主的过程，主要是进行操作系统初始化。 硬件相关的设备驱动程序 与初始化过程相反，硬件相关的设备驱动程序的初始化和使用通常是一个从高层到底层的过程。 BSP不直接使用设备驱动程序通常 与操作系统中通用的设备驱动程序关联起来，在应用中由通用的设备驱动程序调用，实现对硬件设备的操作 2.1.3 系统软件层 系统软件由操作系统（OS）、文件系统（FS）、图形用户接口（GUI）、网络系统（NM）及通用组件模块（如TCP/IP协议包）等组成。 1．RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台 2．FS是操作系统用于明确磁盘或分区上的文件的方法和数据结构；即在磁盘上组织文件的方法。 3．GUI 是 Graphical User Interface 的简称，即图形用户接口，准确来说 GUI 就是屏幕产品的视觉体验和互动操作部分。 4．TCP/IP协议包简称Ip Pack，IP Pack是TCP/IP网络协议软件，通常作为操作系统的一个重要组成部分。 2.1.4 功能层 功能层又基于系统软件开发的应用软件程序组成，用来完成对被控对象的控制功能。直接与最终用户交互，决定整个产品的成败，是嵌入式软件的核心部分，根据用户需求定做的。 2.2 嵌入式系统硬件基础知识 主要从处理器和存储器进行介绍 冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构 CISC与RISC 影响CPU性能的因素 存储器系统 典型嵌入式系统基本组成－硬件 1. 微处理器结构 2. 处理器指令执行过程 指令执行过程一般分为： 取指 从存储器中获得下一条执行的指令读入指令寄存器 PC: 程序计数器, 总是指向下一条将要执行的指令 IR: 指令寄存器，用于保持已取得指令 译码 解释指令，决定指令的执行意义 执行 从存储器向数据通道寄存器移动数据 通过算术逻辑单元ALU进行数据操作 存储 从寄存器向存储器写数据 （1）取指 处理器从程序存储器中取出指令 （2）译码 解释指令，决定指令的执行意义 执行 从存储器向数据通道寄存器移动数据 存储 将指令执行结构保存到存储器中 在一些微处理器上，如ARM系列处理器、DSP等，指令实现流水线作业，指令过程按流水线的数目来进行划分。如5级流水线的处理器将指令分5个阶段执行。 3.微处理器的结构体系 3.微处理器的结构体系 3.微处理器的结构体系 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 指令数目少，在通道中只包含最有用的指令 执行时间短，确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单 每条指令都采用标准字长 CISC与RISC的区别 从硬件角度来看CISC处理的是不等长指令集，它必须对不等长指令进行分割，因此在执行单一指令的时候需要进行较多的处理工作。而RISC执行的是等长精简指令集，CPU在执行指令的时候速度较快且性能稳定。 从软件角度来看，大型操作系统较适合运行在支持CISC的处理器上。是我们所熟识的DOS、Win