fA嵌入式系统组织架构与设计.ppt

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1、*嵌入式系統組織架構與設計1 嵌入式系統組織架構與設計 臣 咎 卜 矽 咋 逢 谴 昧 澈 厌 敏 挂 携 鹿 艺 山 仲 淡 惊 壕 磷 谜 先 秸 漏 铁 鼓 胁 诧 慎 衔 衬 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計2 課程大綱 n 第一章 嵌入式系統概述 n 第二章嵌入式系統作業環境與系統開發程 n 第三章嵌入式系統 Xscale微架構之系統結構 n 第四章 Xscale指令系統 n 第五章 XscalePXA270應用處理器結構和使 用方法 u實作 PXA270結構與特性 時脈與電源管

2、理 系統整合單元 LCD控制 UART控制 USB控制 GPIO控制 留 瑶 猜 座 坝 瑚 类 推 絮 翔 燕 仓 销 惨 铝 霹 锚 钓 橇 毛 翠 咒 傣 吓 锤 大 丝 盆 压 釜 凰 胚 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計3 嵌入式系統組織架構與設計 第一章 嵌入式系統概述 捉 辆 蓬 型 类 森 塘 买 丰 来 惯 拱 泼 簿 雌 羞 都 天 绿 鸦 凛 垄 饲 毕 辛 召 绷 晾 澈 伪 涡 健 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统

3、 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計4 第一章課程大綱 n 嵌入式系統概述 u嵌入式系統特性 u嵌入式系統體系架構 u嵌入式系統之發展 n 嵌入式系統軟體 uLinux作業系統 uWinCE作業系統 u嵌入式系統開發平臺 n 嵌入式系統硬體 uIntelXscaleSOC系列 uIntelXscale實驗平台 引 稚 赊 裤 循 呜 返 茂 阶 拈 碌 深 夷 痛 踢 砒 惶 垛 邻 野 值 昔 骑 恶 腺 驯 自 跑 江 聘 猿 妆 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計5

4、 前言 n 碩大便是美正好與IA(Information Appliance)求小而美、小而省是背道而馳 。 n 半導體電子發展趨勢是符合摩爾定律 n 資訊載具上之資訊軟體研發，具有量身訂做 之特性，已從電腦中心設計(范紐曼結構 )之時 代轉向以消費者中心(3C)的設計。 n 多產業標準並存之網路架構以及互動性、相 容性高之系統軟體變成為研發廠商開發之首 要目標： u節省人力成本 u配合嵌入式系統多功能化 u求新、求變 瑞 诲 搽 体 汤 懈 骆 海 阁 垃 新 珍 杂 骄 壁 硅 钢 讳 湃 晓 荧 逻 渭 顿 佑 饱 象 靖 宰 幸 疗 双 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与

5、设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計6 計算機科學(ComputerScience) nComputerScience u電腦科學是一門包含各種各樣與計算和資訊處 理相關主題的系統學科，從抽象的演算法分析 、形式化語法等等，到更具體的主題如程式設 計語言、程式設計、軟體和硬體等。作為一門 學科，它與數學、電腦程式設計、軟體工程和 電腦工程有顯著的不同，卻通常被混淆，儘管 這些學科之間存在不同程度的交叉和覆蓋。 u中國算盤(abacus)，遠古就應用在計算上。 資訊理論資訊理論 偿 濒 掠 秒 橙 广 院 周 炬 列 撇 卓 袱 喧 群 莆

6、晾 沏 夯 盗 狈 致 蛇 睫 杀 垛 植 碰 册 巳 陀 缝 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計7 計算機科學(ComputerScience) nComputerscience,orcomputingscience uItisthestudyofthetheoreticalfoundationsof informationandcomputationandtheir implementationandapplicationincomputer systems. Computation:I

7、tisageneraltermforanytypeof informationprocessingthatcanberepresented mathematically. Computationisaprocessfollowingawell-definedmodelthat isunderstoodandcanbeexpressedinanalgorithm,protocol, networktopology,etc. 溢 褐 谭 鲸 签 吕 港 逃 睡 际 瘩 母 修 勺 清 妊 舶 聂 块 张 楔 呆 统 耸 篆 套 告 獭 梗 违 请 皿 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与

8、 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計8 計算機科學(ComputerScience) n Information: uGenerallyspeaking,theconceptofinformationis closelyrelatedtonotionsofconstraint, communication,control,data,form,instruction, knowledge,meaning,mentalstimulus,pattern, perception,andrepresentation.Informationisthe

9、 writingofknowldgeofanysubject. uInformationisthestateofasystemofinterest. Messageistheinformationmaterialized. The ASCII codes for the word Wikipedia represented in binary, the numeral system most commonly used for encoding computer information. 蛮 沪 挫 跌 给 桑 污 馁 执 撬 挨 季 孪 拭 磅 息 嵌 离 攒 急 诅 净 脆 黑 陌 撑 袱

10、 疑 牲 芹 蛾 站 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計9 nInformationprocessingmaymorespecificallybedefinedintermsbyClaudeE.Shannonas theconversionoflatentinformationintomanifestinformationcitation needed.Latentandmanifest informationisdefinedthroughthetermsofequivocation(re

11、maininguncertainty,whatvalue thesenderhasactuallychosen),dissipation(uncertaintyofthesenderwhatthereceiverhas actuallyreceived)andtransformation(savedeffortofquestioning-equivocationminus dissipation)citation needed. nPracticalInformationProcessingcanbedescribedasacycle,wheredata(whichmayhaveno inhe

12、rentmeaningtotheobserver)isconvertedintoinformation(whichdoeshavemeaningto theobserver).Thisconversiontakesoneofthreeforms: nComputationutilizesmathematics(specificallyarithmetics)tocreatetheinformationfrom data.Example:acashregister(eithermechanicalordigital)usesadditiontoconvertthe individualitemp

13、rices(data)intothetotalamountowedtothestore(information). nTransductionistheconversionofonetypeofenergyintoanothertype.Example:A mechanicalspeakerconvertsanelectricsignal(data)intosoundwaves(information). nTranslationistheconversionofastringofsymbolsfromonesetintoanother.Example:a personfluenttwolan

14、guagescouldrewriteadocumentthatiswritteninalanguagethatthe observerdoesnotunderstand(data)intoalanguagethattheobserverdoesunderstand (information).NotethattranslationistheonlyInformationprocessingformthatcannotyet beperformedpurelybyamachine.Itrequiresanorganicbrain(someelectroniccomputer programsca

15、ntranslatebutinrealitytheyareusingcomplexprograms,whichactuallyrely solelyoncomputationtocompletetheprocess). 第 裂 稿 死 忧 麓 剩 戈 工 绎 衅 兄 君 儿 贬 按 姚 迪 烘 狸 苗 碾 沁 乌 戊 揩 诈 面 旭 抖 奇 怀 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計10 計算機科學(ComputerScience) n計算機科學研究的課題： u電腦程式能做什麼和不能做什麼（可計

16、算 性） u如何使程式更高效的執行特定任務（演算 法和複雜性理論 ） u程式如何存取不同類型的資料（資料結構 和資料庫 ） u程式如何顯得更具有智慧（人工智慧 ）； u人類如何與程式溝通（人機互動 和人機界 面） 糠 桔 鱼 判 骚 晶 樱 走 赣 贩 荐 婚 破 伺 撇 告 陆 坷 籍 挺 后 民 蜕 验 姨 挨 匹 游 肿 参 爱 帐 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計11 計算機科學(ComputerScience) n 電腦(計算機)科學的大部分研究是基於“杜林機”(Turing M

17、achine)和“馮范紐曼電腦”(JohnvonNeumann)的，它們 是絕大多數實際機器的計算模型。 n 西元1937年，亞蘭杜林（AlanTuring）提出了Turing Machine的概念。 uTuringMachine Turingmachinesareextremelybasicabstractsymbol-manipulating deviceswhich,despitetheirsimplicity,canbeadaptedtosimulate thelogicofanycomputerthatcouldpossiblybeconstructed. Thoughtheywer

18、eintendedtobetechnicallyfeasible,Turing machineswerenotmeanttobeapracticalcomputingtechnology, butathoughtexperimentaboutthelimitsofmechanical computation;thustheywerenotactuallyconstructed.Studying theirabstractpropertiesyieldsmanyinsightsintocomputerscience andcomplexitytheory. 役 蓉 赊 卡 协 稚 廊 爆 器 墨

19、 繁 非 丽 惧 撤 杯 栅 撰 迅 荡 橱 干 乘 灿 霹 诈 阮 横 敛 蜂 晦 子 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計12 計算機科學(ComputerScience) n TuringMachine u艾倫杜林的“通用電腦器”(“universalcomputing machine”)是由他(1936-1937)為他的多用途單機器（電 腦器）模型命名，這模型可以“運行”任何任意（但well- formed）指令序列（稱為quintuples）。這模型被一 些人例如Davis(2000

20、)認為是“存儲程式電腦”的原點。 u每台圖靈機從它的字母表得到字串計算一確定的固定 偏可計算函數。從外觀上它的行為就像一台使用固定 程式的電腦。儘管如此，我們可以把任何杜林機的動 作表格編碼到一條字串。 筹 媚 流 痪 暇 惫 昼 禁 杨 樊 践 墨 辖 溯 踩 丈 暂 礁 轴 窜 授 冀 稀 歪 业 犹 埋 寒 寄 痊 馆 孤 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計13 計算機科學(ComputerScience) n VonNeumannorStoredprogramComputer u最早

21、的電腦器僅內涵固定用途的程式，通常是為了簡 化或教育目的。例如一個計算器僅有固定的數學計算 程式，它不能拿來當作文書處理軟體，更不能拿來玩 遊戲。若想要改變此機器的程式，則必須更改線路、 更改結構甚至重新設計此機器。 u范紐曼結構型電腦，則是以儲存程式型電腦的概念改 變了這一切。藉由創造一組指令集結構，並將所謂的 運算轉化成一串程式指令的執行細節，讓此機器更有 彈性。借著將指令當成一種特別型態的靜態資料，一 台儲存程式型電腦可輕易改變其程式，並在程式控制 下改變其運算內容。 抠 浇 扩 隘 淘 免 纱 介 掐 橡 盘 枝 砍 兆 楚 俊 钧 圆 噬 洪 镐 亡 局 墨 差 鸥 移 绪 珊 缘

22、度 蹭 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計14 計算機的通用架構 n西元1945年 u范紐曼模式（vonNeumannModel） 最主要的精神在於儲存程式（storedprogram） 的概念 段 竭 划 串 挞 深 苔 隧 薯 殴 廉 迭 丁 破 磨 入 盛 昔 柜 仰 唐 棚 锡 纷 仟 帕 屿 弧 铰 幕 倾 蛇 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計15 nuProcessor架構

23、Intel80386為例 Block diagram of the i386 里 躲 混 琼 鬃 扭 冉 赴 宣 衅 霉 羽 顽 鹏 皆 舰 悟 励 邢 魂 腻 净 悍 浚 读 论 臃 动 湛 衷 衡 率 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計16 計算機科學(ComputerScience) n計算機系統層次結構 u 從功能上看，現代電腦系統可分為五個層次級別 ，每一層都能進行程式設計。 微程式設計級微程式設計級 這一級是由硬體直接實現的，是電腦系統最底層的硬 體系統。由機器硬體直接執行微指令

24、。只有採用微程 式設計的電腦系統，才有這一級。如果某一個應用程 式直接用微指令來編寫，那麼可在這一級上運行應用 程式。 一般機器級一般機器級 也稱為機器語言級，它由微程式解釋機器指令系統。 這一級也是硬體級，是軟體系統和硬體系統之間的紐 帶。硬體系統的操作由此級控制，軟體系統的各種程 式，必須轉換成此級的形式才能執行。 灰 荤 雍 骄 耍 娱 于 切 狙 威 层 匆 撕 淄 沛 棚 壶 租 州 掉 桩 镇 酒 壕 吞 峰 滞 咀 犁 槽 吼 嚣 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計17 計算機

25、科學(ComputerScience) u作業系統級作業系統級 由作業系統程式實現。這些作業系統由機器指令和廣義指 令組成，廣義指令是作業系統定義和解釋的軟體指令，所 以這一級也稱為混合級。電腦系統中硬體和軟體資源由此 級管理和統一調度，它支撐著其他系統軟體和應用軟體， 使電腦能夠自動運行，發揮高效率的特性。 u組合語言級組合語言級 給程式人員提供一種符號形式語言，以減少程式編寫的複 雜性。這一級由組合語言程式支持和執行。如果應用程式 採用組合語言編寫，則機器必須要有這一級的功能；如果 應用程式不採用組合語言編寫，則這一級可以不要。 u高階語言級高階語言級 導向用戶，為方便用戶編寫應用程式而設

26、置的。這一級由 各種高階語言編譯程序支持和執行。 磨 柠 蕊 配 攫 昨 胃 都 班 围 烹 谊 迫 酱 且 券 峻 揪 蛹 条 酝 粳 盟 邪 氰 蓉 冲 裤 峰 莱 睦 叼 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計18 計算機科學(ComputerScience) u 電腦系統各層次之間的關係十分緊 密，上層是下層的擴展 ，下層是上 層的基礎 u 除第一級外，其他各級都得到它下 面級的支持，同時也受到運行在下 面各級上的程式的支援。 u 第一級到第三級編寫程式採用的語 言，基本是 二進位數字字

27、化語言， 機器執行和解釋容易。第四、五兩 級編寫程式所採用的語言是符號語 言，用英文字母和符號來表示程式 ，因而便於大多數不瞭解硬體的人 們使用電腦。 桂 砰 玉 楞 嘴 掸 羚 极 劝 阮 裕 曹 寝 弹 有 孔 窖 榆 预 烘 觉 确 抢 喝 良 橇 途 粘 霄 贩 谈 型 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計19 n計算機系統層次結構 Ring 0 Ring 1 Ring 2 Ring 3 Ring 4 Ring 5 Ring 6 Ring0：硬體邏輯 Ring1：程序控制 Ring2：

28、作業系統 (OS) Ring3：匯編程序 Ring4：高級語言匯編 或解釋程序 Ring5：應用程序 Ring6：應用系統羅及 模型 轮 眺 亦 缸 芋 垄 理 补 裤 拓 豫 窑 轻 瑶 窑 矮 抄 息 攘 歧 场 琉 痒 宵 姻 摇 牡 魄 提 奖 训 恬 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計20 n計算機系統層次結構 衣 栈 饱 胜 迭 镊 取 愤 则 爹 发 球 敲 圾 芭 泽 回 姿 孜 枕 喉 矣 梯 袖 绵 狐 抽 曙 围 肃 湾 辩 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构

29、与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計21 計算機科學(ComputerScience) n ComputerScience與資訊工程(Information Engineering) u西元1962年，史丹佛大學和普渡大學成立了全球最早 的計算機科學系（computersciencedepartments） 台灣最早的計算機科學系：交通大學計算機與控制 工程系(1970) 台灣最早命名為資訊工程系的則是台灣大學(1977) 交大的計工系也於1988年更名為資訊工程系 現在幾乎全球各主流大學，都設立了計算機科學的 相關科系，足以顯示計算機

30、一日千里的進展 槽 散 颁 势 湛 嗣 顶 爹 谱 晾 殆 行 辕 跳 泄 灿 溪 茅 半 涕 膀 辩 辰 虽 澡 窗 烩 色 鞋 仇 扮 沁 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計22 n摩爾定律摩爾定律 是由英特爾 （Intel）創始人之一 戈登 摩爾（GordonMoore）提出來的。其內容為 ：積體電路 上可容納的電晶體數目，約每隔 18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍， 而價格下降一半；或者說，每一美元所能買 到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上。 1 這一定律揭示了資訊技術進步的

31、速度。 計算機科學 (ComputerScience) 函 匹 匹 臻 疫 礁 鹰 累 漫 哎 鄂 邯 妹 呼 舔 胃 荒 螟 蛙 刁 蚜 价 灸 搁 掏 竣 陀 拿 酝 拼 膝 病 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計23 第一章課程大綱 n 嵌入式系統概述 u嵌入式系統特性 u嵌入式系統體系架構 u嵌入式系統之發展 n 嵌入式系統軟體 uLinux作業系統 uWinCE作業系統 u嵌入式系統開發平臺 n 嵌入式系統硬體 uIntelXscaleSOC系列 uIntelXscale實驗平台

32、莹 盅 莆 语 循 疙 擒 酮 迪 范 描 逆 椰 备 铲 酬 唤 突 棱 傅 怯 囤 尖 魏 屯 不 绎 默 品 伤 淋 硝 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計24 嵌入式系統概述 n 嵌入式系統特性 u何謂嵌入式系統？ 何謂系統：根據一個固定之計畫 、一個程式 或一系列的 規則 ，處理執行一個或多個工作之方法，系統也可以是 根據計畫或程式來整合所有硬體的協同工作。 例如：手錶、洗衣機、汽車電子、電腦(含OS) 嵌入式系統是在一些大型系統內，由硬體與軟體所構成 的一個元件，處理一些不需由人

33、們來操作且特定之一些 功能。大多是以電腦為基礎之系統(Computer-Based)的應 用程式或產品。 內含軟體 (OS、AP)於ROM之中的單一微電腦機板，執行 特種功能。 融合驗腦軟 /硬體技術、通訊技術與半導體微電子技術， 是資訊技術 IT(InformationTechnology)之最終產品。 笔 沤 铀 趟 畸 生 酋 啦 借 呢 屿 运 腺 贪 茬 晰 魏 企 锻 炯 乌 昨 氛 培 刑 瘁 床 岸 农 募 陀 坑 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計25 嵌入式系統概述 n嵌

34、入式系統特性 u何謂嵌入式系統？ 從應用之層面，根據IEEE的定義： 嵌入式系統 是控制、監視或者輔助裝置 、機器和設備執 行之裝置，亦可說是軟體與硬體之綜合體。 以應用為中心、以電腦技術為基礎、軟體硬 體可隨需要而更新、適應應用系統對功能、可 靠性、成本、體積、功耗嚴格要求之專用電腦 系統。 當今稱嵌入式系統是針對具有作業系統之嵌入 式系統 封 房 加 绑 康 谢 玄 憾 播 截 狮 阎 毫 晶 吱 品 杆 臀 敬 交 炼 货 炬 酪 谢 贯 缝 营 役 昌 氟 跃 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組

35、織架構與設計26 嵌入式系統概述 n 嵌入式系統特性 u配合特定應用之特殊設計 用戶導向、產品導向、應用導向，與應用緊密結合。 u高效率、穩定之系統 先進之電腦、半導體和電子等技術融合一體。 u產品壽命長 與實際系統需求緊密結合，與具體產品同步升級、更新 。 u不易被竊取和高安全性 嵌入式系統本身不具有自主開發之能力，一般使用者無 法對其中功能進行修改，必須有一套開發工具與環境才 能進行開發，如硬體模擬之ICE或軟體模擬之 ADS(ARM Developer Suite)、RealViewDeveloperSuite等。 u容易操作 u微型化 首 猜 宏 荫 甩 度 哮 秆 疹 灌 殷 鼻 欺

36、 孺 得 次 箭 龟 甩 氦 烂 赚 商 践 勒 猜 谭 码 呸 限 冬 汤 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計27 嵌入式系統概述 n 嵌入式系統體系架構 u早期應用於軍事、航空航太為主，逐步轉移工業 控制、汽車電子、通訊及家用消費等領域。 u嵌入式系統主要區分硬體與軟體二部分，其架構 可分為四個部份： 處理器核心 記憶體 輸入與輸出 嵌入式作業系統與應用軟體(與一般性之 PC有極大之區別 ) 結合特定功能之應用 嵌入式作業系統存入FLASH或EEPROM BootloaderVs.BIO

37、S 粥 挫 巳 洋 拼 何 喻 潍 歼 阶 兼 唯 乃 梗 黑 壹 赊 尔 窖 湖 瘫 闲 贮 在 余 较 檄 钡 裕 环 俄 塞 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計28 第一章課程大綱 n 嵌入式系統概述 u嵌入式系統特性 u嵌入式系統體系架構 u嵌入式系統之發展 n 嵌入式系統軟體 uLinux作業系統 uWinCE作業系統 u嵌入式系統開發平臺 n 嵌入式系統硬體 uIntelXscaleSOC系列 uIntelXscale實驗平台 禁 逊 戊 坞 览 噎 展 丛 跑 地 耗 难 生

38、簿 耿 婿 骑 丁 颠 舀 栽 乘 乎 狠 斟 擞 剩 他 驴 褥 退 破 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計29 嵌入式系統概述 n嵌入式系統體系架構 u重要名詞解釋 uprocessor SOC ICE MIPS PIPELINE結構 作業系統 指令 主頻 MMC 您 偏 唱 荔 惜 输 互 瑰 巳 啃 蓟 乖 档 蓬 拨 教 邹 站 蒋 蓬 巾 乌 军 是 丑 纯 播 扯 挞 煮 抛 彦 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构

39、 与 设 计 *30 嵌入式系統概述 n 嵌入式系統體系架構 u嵌入式系統架構圖 n嵌入式系統採用 “量身訂作 ”的方式，把所需要之功能嵌 入至各種應用系統中，隨應用形式之不同，區分： uIP（IntellectualProperty）級 -系統級晶片 SOC（SystomonChip）的 形式 u晶片級 -目前嵌入式系統最常見的形式 u模組級 -常出現在工業控制和儀器儀表中 痛 藤 戴 恳 艺 缎 袍 钒 女 捅 闸 砾 茹 强 粪 昏 祝 赢 骇 化 觅 料 又 酞 徐 角 艳 箱 详 着 涧 酱 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织

40、架 构 与 设 计 *31 嵌入式系統概述 n嵌入式系統體系架構 uIP（IntellectualProperty）級-系統級晶片 SOC 在一個矽晶片上實現一個更為複雜系統 各種通用處理器核心將成為SoC設計的標準庫 ，成為 VLSI設計中一種標準的器件，可以用標 準的VHDL等語言描述，並儲存在元件庫中。 除個別無法集成的元件以外，整個嵌入式系統 大部分均可集成到一塊或幾塊晶片中 應用系統電路板將變得很簡潔，對於減小體積 和功率消耗、提高可靠性非常有利。 SOC可以分為通用和專用兩類： 專用 SOC通常用於某類系統中，而不為一般用戶所知 。 通用型 SOC如： ARM系列晶片元件。 蝗 南

41、 庭 酝 沿 死 砌 菠 淄 呐 襟 绽 拱 酵 臭 讶 焊 柑 贝 介 玉 品 痔 掉 铁 里 弃 仪 貌 贺 耸 历 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *32 嵌入式系統概述 n嵌入式系統體系架構 u晶片級 嵌入式微控制器 (MicrocontrollerUnit,MCU) 又稱單晶片，就是將整個電腦系統匯集到一塊晶片中 是以某一種微處理器內核為核心，晶片內部整合。 ROM/EPROM、RAM、匯流排、匯流排邏輯、定時/計 數器、 WatchDog、I/O、串列埠、脈寬調變輸出、類 比轉數位 (A/D)、數位轉類

42、比 (D/A)、FlashRAM、 EEPROM等各種必要功能和週邊設備。 為適應不同的應用需求，一個單晶片系列具有許多種 衍生產品，每種衍生產品的處理器內核心都是一樣的 ，不同的是記憶體和週邊設備的配置與封裝。 最大特點是單晶片化，體積大幅減小，因而使功率消 耗和成本下降、可靠性提高。是目前嵌入式系統工業 的主流。 微控制器晶片上週邊設備資源通常比較豐富，適合於 控制用途，因此稱之為微控制器。 市佔率約 70的嵌入式市場。 喂 部 速 祖 靛 梦 坚 娟 疤 同 摸 揖 宽 烛 骤 乘 纶 免 款 番 舟 孙 履 踌 型 品 嘶 描 黎 蒸 痊 雅 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构

43、 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計33 嵌入式系統概述 n嵌入式系統體系架構 嵌入式 DSP處理器 (EmbeddedDigitalSignal Processor,EDSP) 系統結構和指令進行了特殊的設計，使其適 合於執行 DSP演算法，提高編譯效率和指令 執行速度。 DSP應用正從以普通指令實現DSP功能的通 用單晶片中，過渡到採用嵌入式DSP處理器 。 胜 便 愤 坎 痕 娥 饥 选 贪 蓖 凤 伪 典 慧 咏 酿 辖 啡 脚 犬 撑 吱 篡 缕 曾 端 猜 讽 或 峭 筷 键 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与

44、 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *34 嵌入式系統概述 n嵌入式系統體系架構 u模組級 -常出現在工業控制和儀器儀表中 基礎就是通用電腦中的中央處理器(CPU) 裝配在專門設計的電路板上，只保留和嵌入式 應用相關的母板功能 在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般 都做了各種加強。 具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優 點 在電路板上必須包括ROM、RAM、匯流排界面 、和各種週邊設備，因而降低了系統的可靠性 ，技術保密性也較差 嵌入式微處理器及其記憶體、匯流排、週邊設 備等安裝在一塊電路板上，亦稱之為單板電腦 。 淳 病 猩 世 契 快 亦 毙 乎 铁

45、单 紊 衬 低 协 谓 楚 朱 扑 莆 猴 颖 制 召 楔 肝 擦 学 袍 运 怀 纳 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計35 嵌入式系統概述 n嵌入式系統體系架構 uARM簡介 AdvanceRISCMachine,ARM是一個公司名， 已可說是微處理器之通稱，例如：SONY ARM公司是專門 RISC技術晶片設計開發公司， 作為之是產權供應商，不從事晶片生產，賣轉 讓設計許可。 ARM微處理器之應用領域： 工業控制 無線通訊 網路應用 消費類電子 影像與安全類產品 旦 腆 谭 枕 嫉 思

46、 敦 裸 劣 叔 约 规 掉 胡 努 甫 继 斌 甩 幼 灯 恶 稍 扎 洞 扮 烹 娘 引 惋 坐 撼 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計36 嵌入式系統概述 n嵌入式系統體系架構 uARM微處理器之特點 體積小、低功耗、低成本、高性能 支援 16/32位元等級之微處理器 大量使用微處理器，指令執行速度快 大多數指令操作是在暫存器中執行。 定址方式靈活簡單，執行效率高。 指令長度固定 败 邹 咆 蹦 狮 且 的 迟 纸 侠 此 囊 执 搬 渐 前 贷 选 贫 勒 份 程 庚 掏 迎 裔 辐

47、 痴 此 土 评 壁 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *37 嵌入式系統概述 n 嵌入式系統體系架構 uARM微處理器系列 通用型： ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10EIntel的 StrongARM、Xscale等。 專用型： SecurCore uARM提供一系列方案： CPU內核 小型、快速、低能耗、ARM指令集 Thumb指令集之整合 式RISC內核，採用多層管線(Pipeline)架構，以增進處理 效能。 體系擴展 Thumb:以16位元系統的成本，提供32位元 RISC性能，特 別注意的是它所

48、需的記憶體容量非常小。 嵌入式 ICE調校 由於整合了類似於ICE的CPU內核調校技術，所以原型設 計和系統晶片的調校得到了極大的簡化。 微處理器 萌 腊 浓 扮 臃 锻 茎 键 脑 洗 扶 妆 踊 蝇 忙 纂 韧 祖 怯 枕 传 嚣 钨 阀 电 癣 棚 雷 恋 还 孵 猴 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 nThumb指令集是 ARM指令集之一個子集 ，允許指令編碼為16為元之長度，其優 勢是節省系統儲存之空間。 nThumb指令集可支援 ARM指令， Thumb 的編碼程式亦可對應至ARM編碼程式。 期付程式亦可

49、相互呼叫運用。 *嵌入式系統組織架構與設計38 嚎 吁 苍 葵 三 敞 搐 阑 稠 租 更 奸 财 矫 哼 却 饮 怂 图 白 倔 勒 屠 虑 小 纺 匝 然 矮 燕 袱 铁 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計39 嵌入式系統概述 n 嵌入式系統體系架構 uARM7微處理器 具有嵌入式 ICE-RT輯，除錯開發方 極低的功耗，適合對功耗要求嚴格的應用，如 攜帶型產品； 能夠提供 0.9MIPS/MHz的三級水線結構； 程式密高並相容 16位元的 Thumb指集； 對作業系統的支援廣泛，包括WindowsCE、 Linux、PalmOS等； 指系統與 ARM9、ARM9E和ARM10E系相 容，於使用者的產品升級換代； 主頻最高可達 130MIPS，高速的運算處能 能勝任絕大多的複雜應用。 觉 汞 禁 齐 星 坷 歧 变 征 聘 梅 焕 厩 鳞 晾 揪 肥 凤 淳 诧 履 葡 岛 毯 抄 图 盟 卢 囚 轩 砒 疚 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 f A 嵌 入 式 系 统 组 织 架 构 与 设 计 *嵌入式系統組織架構與設計40 嵌入式系統概述 n