嵌入式系统设计师考试--嵌入式微处理器篇.docx

嵌入式微处理器嵌入式微处理器基本结构嵌入式硬件系统一般由嵌入式微处理器、存储器和输入/输出部分组成嵌入式微处理器是嵌入式硬件系统的核心，通常由3大部分组成：控制单元、算术逻辑单元和寄存器控制单元：主要负责取指、译码和取操作数等基本动作，并发送主要的控制指令；算术逻辑单元：分两部分，一部分是算术运算单元，处理数值型数据；另一部分是逻辑运算单元，主要处理逻辑运算工作。寄存器：用来存储暂时性数据嵌入式微处理器分类按字长分类：A、16位及以下，嵌入式微控制器（Embedded Micro Controller）B、32位以上，嵌入式微处理器按系统集成度划分：一般用途型微处理器，内部仅包含单纯的中央处理单元单芯片微控制器（Single Chip Microcontroller），集成CPU,ROM,RAM,及I/O等部件按用途划分：嵌入式微控制器（MCU，Micro Controller Unit），又称为单片机，片上的外设资源比较丰富，适合于控制。最大的特点是单片化，体积大大减小，功耗与成本下降，市场70%份额；嵌入式微处理器（EMPU, Embedded Micro Processing Unit）,又称为单板机，由通用计算机中的CPU发展而来，特征是32位以上，性能高，通常把CPU,ROM,RAM及I/O做同一芯片上；嵌入式DSP处理器（DSP, Digital Signal Processor）,专用于信号处理方面，在系统结构和指令算法进行了特殊设计，处理速度比CPU快10~50倍，在数字滤波，FFT，频谱分析等方面大量应用；嵌入式片上系统（SOC, System On Chip）,最求产品系统最大包容的集成器件，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。典型8位微处理器的结构与特点8位处理器是指使用8位数据总线的微处理器，大部分8位微处理器有16位的地址总，能访问=64KB的地址空间，而8位的数据总线可以通过多重内存存取的方式来处理更多的数据。可以参考8051典型16位微处理器的结构与特点内部总线宽度为16的微处理器，可以参考MSP430典型32位微处理器的结构与特点采用32位的地址和数据总线，其地址空间达到了 = 4GB，ARM,MIPS,PowerPC等DSP处理器的结构与特点DSP与一般处理器不同，主要是总线与内存上体系结构的差异，一般的处理器大多采用冯﹒诺伊曼体系结构（Von Neumann Architecture），DSP采用的是哈弗体系结构（Harvard Architecture）,即拥有不同的指令与运算数据总线。最基本的运算功能是乘法和加法运算。多核处理器的结构与特点双核处理器即基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心。通常采用两种方式实现两个或多个内核协调工作：一种采用对称（Symmetric）多处理技术，另一种是采用非对称多处理技术（Asymmetric）单片机系统的基本概念单片机组成：中央处理器（CPU），存储器（ROM/RAM）,I/O设备CPU，整个单片机核心，负责控制，指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能；存储器，物理实质是一组或多组具备数据输入/输出和数据存储功能的集成电路，用于充当设备缓存或保存固定的程序及数据；ROM（只读存储器）：一般用于存放固定的程序或数据表格等，数据掉电保存；RAM（随机存储器）：用于暂存程序和数据、中间计算结果，或用于堆栈，掉电丢失；D、I/O端口：单片机与外界联系的通道，它可以对各类外部信号（开关量、模拟量、频率信号）进行检测、判断、处理，并可以控制各类外部设备。现在的单片机I/O端口已经拓展和复用，例如外部中断、ADC、PWM输出等；输出电平：高电平电压（输出‘1’）和低电平电压（输出‘0’）TTL电平：正为5V，负为0V，如单片机输出等；RS232电平：逻辑正：-3 ~ -15V，逻辑负： +3 ~ +15V，转换是需要MAX232进行电平转换堆栈、堆栈特性：后进先出（LIFO）堆栈指针：栈顶的地址，当发生压栈或者出栈操作时，导致栈顶位置变化，则堆栈指针也变化；堆栈操作：压栈操作（PUSH）和出栈操作（POP）堆栈类型：“向上生长”型堆栈，每次压栈时堆栈指针加1；“向下生长”型，每次压栈时堆栈指针减1堆栈应用：调用子程序、响应中断时，堆栈用于保护现场；还可以做临时数据缓冲区；使用注意：堆栈溢出问题，压栈与出栈匹配问题定时器/计数器实质上都是计数器，用作定时器时是对单片机内部的时钟脉冲进行技术，用作计数器时是对单片机外部的输入脉冲进行计数，作用如下：计时，定时或延时控制；脉冲计数；测量脉冲宽度或频率（捕获功能）中断优先级更高的事件发生，打断优先级低的时间进程。引起中断的事件称为中断源。一个