嵌入式系統(tǒng)概述-劉俊勇-文庫(kù)吧
2025-06-02 01:40 本頁(yè)面
【正文】 ，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過(guò)于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。(4)高實(shí)時(shí)性O(shè)S： 這是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲(chǔ)，以提高速度。軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實(shí)時(shí)性。(5)嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化： 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行。為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配RTOS（Real－Time Operating System）開發(fā)平臺(tái)，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。(6)嵌入式系統(tǒng)需要開發(fā)工具和環(huán)境： 由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后，用戶通常也是不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。這些工具和環(huán)境一般是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號(hào)示波器等。開發(fā)時(shí)往往有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念，主機(jī)用于程序的開發(fā)，目標(biāo)機(jī)作為最后的執(zhí)行機(jī)，開發(fā)時(shí)需要交替結(jié)合進(jìn)行。第二章 嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu) 馮諾依曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu)1）馮諾依曼(Von Neumann)結(jié)構(gòu) 馮諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)由CPU和存儲(chǔ)器構(gòu)成，其程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間，程序指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置；采用單一的地址及數(shù)據(jù)總線，程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同。程序計(jì)數(shù)器（PC）是CPU內(nèi)部指示指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置的寄存器。 CPU通過(guò)程序計(jì)數(shù)器提供的地址信息，對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行尋址，找到所需要的指令或數(shù)據(jù)，然后對(duì)指令進(jìn)行譯碼，最后執(zhí)行指令規(guī)定的操作。處理器執(zhí)行指令時(shí)，先從儲(chǔ)存器中取出指令解碼，再取操作數(shù)執(zhí)行運(yùn)算，即使單條指令也要耗費(fèi)幾個(gè)甚至幾十個(gè)周期，在高速運(yùn)算時(shí)，在傳輸通道上會(huì)出現(xiàn)瓶頸效應(yīng)。目前使用馮．諾依曼結(jié)構(gòu)的CPU和微控制器品種有很多，例如Intel公司的8086系列及其他CPU，ARM公司的ARMMIPS公司的MIPS處理器等。2）哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問。系統(tǒng)中具有程序的數(shù)據(jù)總線與地址總線，數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線與地址總線。這種分離的程序總線和數(shù)據(jù)總線可允許在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)同時(shí)獲取指令字(來(lái)自程序存儲(chǔ)器)和操作數(shù)(來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)，從而提高執(zhí)行速度，提高數(shù)據(jù)的吞吐率。又由于程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在兩個(gè)分開的物理空間中，因此取指和執(zhí)行能完全重疊，具有較高的執(zhí)行效率。 目前使用哈佛結(jié)構(gòu)的CPU和微控制器品種有很多，除DSP處理器外，還有摩托羅拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和ARM公司的ARMARM10和ARM11等。 精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)早期的計(jì)算機(jī)采用復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（Complex Instruction Set Computer，CISC）體系，例如Intel公司的X86系列CPU，從8086到Pentium系列，采用的都是典型的CISC體系結(jié)構(gòu)。采用CISC體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)各種指令的使用頻率相差懸殊，統(tǒng)計(jì)表明，大概有20%的比較簡(jiǎn)單的指令被反復(fù)使用，使用量約占整個(gè)程序的80%；而有80%左右的指令則很少使用，其使用量約占整個(gè)程序的20%，即指令的2/8規(guī)律。在CISC中，為了支持目標(biāo)程序的優(yōu)化，支持高級(jí)語(yǔ)言和編譯程序，增加了許多復(fù)雜的指令，用一條指令來(lái)代替一串指令。通過(guò)增強(qiáng)指令系統(tǒng)的功能，簡(jiǎn)化軟件，卻增加了硬件的復(fù)雜程度。而這些復(fù)雜指令并不等于有利于縮短程序的執(zhí)行時(shí)間。在VLSI制造工藝中要求CPU控制邏輯具有規(guī)整性，而CISC為了實(shí)現(xiàn)大量復(fù)雜的指令，控制邏輯極不規(guī)整，給VLSI工藝造成很大困難。精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（Reduced Instruction Set Computer，RISC）體系結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)80年代提出來(lái)的。目前IBM、DEC、Intel和Motorola等公司都在研究和發(fā)展RISC技術(shù)，RISC已經(jīng)成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。 RISC是在CISC的基礎(chǔ)上產(chǎn)生并發(fā)展起來(lái)的，RISC的著眼點(diǎn)不是簡(jiǎn)單地放在簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)上，而是通過(guò)簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理，從而提高運(yùn)算效率。在RISC中的特點(diǎn)： 1）優(yōu)先選取使用頻率最高、有用但不復(fù)雜的指令,避免使用復(fù)雜指令； 2）固定指令長(zhǎng)度，減少指令格式和尋址方式種類； 3）指令之間各字段的劃分比較一致,各字段的功能也比較規(guī)整； 4）采用Load/Store指令訪問存儲(chǔ)器,其余指令操作都在寄存器之間進(jìn)行。 5）增加CPU中通用寄存器數(shù)量，算邏運(yùn)算的操作數(shù)在通用寄存器中存取； 6）大部分指令控制在一個(gè)或小于一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成。 以硬布線控制邏輯為主，不用或少用微碼控制；采用高級(jí)語(yǔ)言編程，重
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