嵌入式系统讲义3_02.ppt

2017-5-30 © 国防科技大学计算机学院601室 1 主要内容 3.1 引言 3.2 嵌入式处理器的特点 3.3 嵌入式处理器的分类 3.4 嵌入式处理器的发展趋势 3.5 嵌入式处理器的选择原则 3.6 ARM微处理器概述 3.7 ARM微处理器的编程模型 3.8 ARM微处理器的指令系统 2017-5-30 © 国防科技大学计算机学院601室 2 3.1 引言 种类繁多、千花齐放 据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行体系结构有30几个系列 两大主流体系结构 低档8051（8位）体系结构 高档ARM（32位）体系结构 嵌入式处理器的一些基本情况 处理速度：0.1MIPS~2000MIPS 寻址空间：64KB~256MB 常用封装：8个引脚~300个引脚 2017-5-30 © 国防科技大学计算机学院601室 3 3.2 嵌入式处理器的特点 硬件结构 低档处理器多采用哈佛结构 即数据存储空间和程序存储空间分离 较大的程序存储器（用于固化已调试好的控制程序） 较小的数据存储器（用于存放少量的随机数据——高速） 高档处理器多采用冯·诺伊曼结构 典型的微型计算机的存储器结构采用的是冯·诺伊曼结构——也叫普林斯顿结构 2017-5-30 © 国防科技大学计算机学院601室 4 3.2 嵌入式处理器的特点（续） 品种规格系列化 同一产品系列不同型号处理器具有相同CPU内核，相同或兼容指令系统 I/O接口功能部件配置不一样，形成不同型号处理器 对实时多任务的支持 实时 监测、控制、通信 多任务 有效的调度 2017-5-30 © 国防科技大学计算机学院601室 5 3.2 嵌入式处理器的特点（续） 可靠性高、功耗低、集成度高、性价比高 可靠性高：冗余设计、电磁兼容设计 功耗低：工作电压1.2/1.8/2.5/3.3V，工作电流1mA（1μA） 集成度高：SoC设计，高度集成 价格低：以32位ARM系列芯片为例 三星：44b0x（ARM7）——30元，2410（ARM9）——80元 TI：Stellaris（ARM Cortex-M3）系列32位微控制器——零售价格最低至11.5元 2017-5-30 © 国防科技大学计算机学院601室 6 3.3 嵌入式处理器的分类 1 嵌入式微处理器——EMPU Embedded MicroProcessor Unit 2 微控制器——MCU MicroController Unit 3 数字信号处理器——DSP Digital Signal Processor Digital Signal Processing——数字信号处理 2017-5-30 © 国防科技大学计算机学院601室 7 1 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器的基础就是通用CPU 为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器在功能上和通用微处理器基本一样，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性、功耗等方面做了各种增强 嵌入式计算机 嵌入式微处理器+芯片组（总线仲裁器+中断控制器+DMA控制器+存储控制器+I/O接口）+外接存储器 嵌入式微处理器一般与存储器、接口电路等安装在一块电路板上，称为单板机，如PC/104、Biscuit板等 典型芯片（32、64位） 386EX、486EX、奔腾、PowerPC、68k、ARM 性能：100～2000MIPS 存储器：SDRAM-2~256MB，Flash-1~128MB 一般有操作系统：Vxworks、WINCE(2MB)、uCLinux(300KB)，Embedded Linux 2017-5-30 © 国防科技大学计算机学院601室 8 1 嵌入式微处理器（续） PowerPC 特点——可伸缩性好，方便灵活 品种很多，有通用处理器、嵌入式处理器和CPU核 通用处理器——主要型号是PowerPC 750系列，主频最高为700MHz 嵌入式处理器——有PowerPC 405（主频最高为266MHz）和PowerPC 440（主频最高为550MHz） CPU核——用于各种集成的系统芯片（System-On-Chip，SOC）设备上 生产公司：Freescale(IBM)、Motorola 2017-5-30 © 国防科技大学计算机学院601室 9 1 嵌入式微处理器（续） PC/104、PC/104+单板机 规范 1996年6月公布了PC/104规范3.2版 特点 PC/104总线采用96mm x 90mm的小板结构 低功耗，1~5 瓦每模块 ，支持32位PCI连接 紧凑加固性设计的PC/104工控机在军工产品中得到采用，如火箭、导弹和战斗机等 PC/104总线工控机主流产品是486EX和586EX 2017-5-30 © 国防科技大学计算机学院601室 1