件构成 了解嵌入式系统的组成结构、嵌入式处理器、存储器、输入输出设备、电源转换与管理、接口技术、扩展装置以及总线结构。
熟悉 嵌入式微控制器、嵌入式 DSP 处理器、嵌入式微处理器、嵌入式片上系统的特点和应用场合。
重点和难点: 嵌入式系统的组成结构、嵌入式处理器概念及分类。
嵌入式系统的组成 嵌入式系统由硬件和软件组成,两类不同的嵌 入式系统结构模型见图1.1。
硬件是整个嵌入式操 作系统和应用程序运行的平台,不同的应用通常有 不同的硬件环境。
嵌入式系统的硬件部分包括处理 器/微处理器、存储器、I/O 接口及输入输出设备。
嵌入式系统的软件由嵌入式操作系统和应用程序 组成。
嵌入式操作系统完成嵌入式应用的任务调度 和控制等核心功能,嵌入式应用程序运行于操作系 统之上(对于一些简单的嵌入式应用系统,应用程 序可以不需要操作系统的支持,直接运行在底层, 见图1.1a),利用操作系统提供的机制完成特定 功能的嵌入式应用。
由于嵌入式系统的灵活性和多样性,图1.1中 各个层次之间缺乏统一的标准,几乎每一个独立的 系统都不一样,这样就给上层的软件设计人员开发 应用程序带来了极大的困难。
1.2.1 嵌入式系统的硬件组成 嵌入式系统的硬件组成见图1.2。
1. 嵌入式处理器 嵌入式系统的核心是各种类型的嵌入式处理器,嵌入式处理器的体系结 构经历了从 CISC(复杂指令集)到 RISC(精简指令集)和 Compact RISC 的转变,位数则由4位、8位、16位、32位逐步发展到64位。
现在常用的嵌 入式处理器可分为低端的嵌入式微控制器(microcontroller unit,MCU)、 中高端的嵌入式微处理器(embedded microprocessor unit,EMPU)、嵌 入式 DSP 处理器(embedded digital signal processor,EDSP)和高度 集成的嵌入式片上系统(system on a chip,SoC)。
目前几乎每个半导体 制造商都生产嵌入式处理器,并且越来越多的公司开始拥有自主的处理器设 计部门。
……全文1.2.2 嵌入式系统的软件组成 1. 嵌入式操作系统 嵌入式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,通常包括与硬件相关的底层 驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。
嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点,如能够有效管理越来越复杂的 系统资源,能够把硬件虚拟化,使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中 解脱出来,能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。
与通用操作系 统相比较,嵌入式操作系统在系统的实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固 态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
……嵌入式系统的软件组成1. 嵌入式操作系统 嵌入式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,通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。
嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点,如能够有效管理越来越复杂的系统资源,能够把硬件虚拟化,使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来,能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。
与通用操作系统相比较,嵌入式操作系统在系统的实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
2. 嵌入式应用软件 嵌入式应用软件是针对特定应用领域,基于某一固定的硬件平台,用来达到用户预期目标的计算机软件。
由于用户任务可能有时间和精度上的要求,因此有些嵌入式应用软件需要特定嵌入式操作系统的支持。
嵌入式应用软件和普通应用软件有一定的区别,它不仅要求其准确性、安全性和稳定性等方面能够满足实际应用的需要,而且还要尽可能地进行优化,以减少对系统资源的消耗,降低硬件成本。
3.硬件抽象层 HAL 硬件抽象层 HAL(hardware abstraction layer)是位于操作系统内核与硬件电路之间的接口层,其目的在于将硬件抽象化。
也就是说,可通过程序来控制所有硬件电路,如 CPU、I/O、存储器等的操作。
这样就使得系统的设备驱动程序与硬件设备无关,从而大大提高了系统的可移植性。
4.板级支持包 BSP 板级支持包 BSP(board support package)是介于主板硬件和操作系统中驱动层程序之间的一层,一般认为它属于操作系统的一部分,主要是实现对操作系统的支持,为上层的驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包,使之能够更好地运行于硬件主板。
5.设备驱动程序 计算机系统中安装设备后,只有在安装相应的设备驱动程序之后才能使用,驱动程序为上层软 件提供设备的操作接口。
上层软件只需调用驱动程序提供的接口,而不用理会设备的具体内部操作。
6.操作系统的应用程序接口函数 API API(application programming interface)是一系列复杂的函数、消息和结构的集合体。
嵌入式操作系统下的 API 和一般操作系统下的 API 在功能、含义及知识体系上完全一致。
嵌入式应用软件是实现嵌入式系统功能的关键,对嵌入式系统软件和应用软件的要求也和通用计算 机有所不同,嵌入式软件主要有以下一些特点。
●软件要求固化存储。
为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯 片或嵌入式微处理器本身中,而不是存贮于磁盘等载体中。
●软件代码要求高质量、高可靠性。
尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高、片上存储器容量 不断增加,但在大多数应用中,存储空间仍然是宝贵的,还存在实时性的要求。
为此,要求程序编 写和编译工具的质量要高,以减小程序二进制代码长度、提高执行速度。
●系统软件(OS)的高实时性是基本要求。
在多任务嵌入式系统中,对重要性.
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