嵌入式微處理器第1章嵌入式計(jì)算(已修改)
2025-01-29 11:14 本頁面
【正文】 1 第 1 章 嵌入式計(jì)算 2 主要內(nèi)容 1. 什么是嵌入式系統(tǒng) ? 2. 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn) 3. 設(shè)計(jì)方法學(xué) 4. OODamp。UML面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)和統(tǒng)一建模語言 5. 舉例 : 模型火車控制器 3 什么是嵌入式系統(tǒng) ? 嵌入式系統(tǒng) : 任何一個(gè)非通用的具有可編程計(jì)算機(jī)的設(shè)備 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例： ? 打印機(jī) . ? 手機(jī) . ? 汽車 : 發(fā)動(dòng)機(jī) , 剎車 , 儀表盤等 . ? 電視 (機(jī)頂盒 ). ? 家用電器 . ? PC 鍵盤 . ? 掌上電腦 (PDA). 嵌入式計(jì)算機(jī)與個(gè)人 PC的區(qū)別：專用性和實(shí)時(shí)性 4 嵌入式計(jì)算機(jī) CPU mem input output analog analog 5 早期發(fā)展歷史 ? 1940年代 : MIT Whirlwind ， 第一臺(tái)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)；最初是用于飛機(jī)模擬器的控制。 ? 第一個(gè)微處理器是 1970年代的 Intel 4004。 ? 1972年， HP35 計(jì)算器使用數(shù)個(gè)芯片來實(shí)現(xiàn)一個(gè)微處理器的功能。 ? 1970年代開始在汽車上使用基于微處理器的發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)。 ? 控制油汽的混合，發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí)等等。 ? 多種工作模式的控制： 加熱 ， 爬坡等 ? 提供低排放，高的燃油效率。 6 微處理器的分類 ? 微控制器 : 包括 I/O設(shè)備，存儲(chǔ)器。 ? 數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP): 專門用于數(shù)字信號(hào)處理的微處理器。 ? 典型嵌入式的字長(zhǎng) : 8bit, 16bit, 32bit. 7 應(yīng)用廣泛 ? 簡(jiǎn)單控制 : 微波爐的面板等。 ? Canon EOS 3 有 3個(gè)微處理器。 ? 32bit RISC CPU 用于自動(dòng)對(duì)焦和光圈控制系統(tǒng)。 ? 模擬電視 : 信道的選擇等。 ? 數(shù)字電視 : 可編程 CPUs +硬連線邏輯 ? 通信系統(tǒng) 8 汽車嵌入式系統(tǒng) ? 高級(jí)汽車有近百個(gè)微處理器 ? 4bit 微控制器檢查安全帶的使用。 ? 微控制器控制儀表盤工作。 ? 16/32bit 微處理器控制發(fā)動(dòng)機(jī)。 ? BMW 850i ? 防抱死系統(tǒng) (ABS): 啟動(dòng)剎車來降低 打滑 。 ? 自動(dòng)穩(wěn)定控制 (ASC+T): 控制發(fā)動(dòng)機(jī)來改善穩(wěn)性。 ? ABS 被最早應(yīng)用 ASC+T 需要與已經(jīng)存在的 ABS 模塊交互。 9 BMW 850i 剎車控制系統(tǒng) 剎車 傳感器 剎車 傳感器 剎車 傳感器 剎車 傳感器 ABS 液壓泵 10 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) ? 復(fù)雜的功能性 。 ? 通常運(yùn)行復(fù)雜的算法，或多個(gè)算法。 ? 手機(jī)，激光打印機(jī)。 ? 通常提供復(fù)雜的用戶界面。 ? 實(shí)時(shí)操作。 ? 必須在期限內(nèi)完成操作。 ? 硬實(shí)時(shí)期限 : 超過期限會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。 ? 軟實(shí)時(shí)期限 : 超過期限會(huì)降低性能。 ? 很多系統(tǒng)是 多速率 的 : 必須在能用不同的速率處理操作。 11 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) ? 低制造成本。 ? 多數(shù)嵌入式系統(tǒng)是大規(guī)模生產(chǎn)的具有很低的制造成本。 ? 存儲(chǔ)容量和處理器能力夠用即可。 ? 低功耗。 ? 在電池供電的設(shè)備中功耗是很關(guān)鍵的。 ? 由小規(guī)模團(tuán)隊(duì)在嚴(yán)格的期限內(nèi)完成。 ? 半年的市場(chǎng)期限較多。 12 為什么要使用微處理器？ ? 可選擇的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì) : 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGAs), 定制邏輯（專用邏輯） . ? 微處理器使用比定制邏輯更多的邏輯來實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能。 ? 但是微處理器通常有更高的效率，因?yàn)椋? ? 使用同樣的邏輯可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。 ? 高速執(zhí)行指令。 ? 大設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來提高 CPU的運(yùn)行速度。 ? 高速發(fā)展的大規(guī)模集成電路技術(shù)。 ? 微處理器可以簡(jiǎn)化產(chǎn)品的系列設(shè)計(jì)。 13 功耗仍需要考慮 ? 對(duì)于低功耗的產(chǎn)品來說，定制邏輯是最好的實(shí)現(xiàn)方式。 ? 現(xiàn)代的微處理器提供降低功耗的功能。 ? 軟件設(shè)計(jì)技術(shù)也可以降低功耗。 14 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn) ? 需要多少硬件 ？ ? CPU的性能和存儲(chǔ)器的容量？ ? 如何滿足軟件運(yùn)行時(shí)限要求？ ? 高速的硬件或者靈活的軟件？ ? 如何降低功耗？ ? 關(guān)斷不需要的邏輯 ? 降低運(yùn)算速度 ? ? 能否正常工作？ ? 規(guī)格說明是否正確？是否滿足用戶需求？ ? 如何進(jìn)行實(shí)時(shí)的，實(shí)際數(shù)據(jù)的測(cè)試？ ? 可視性，可控制性？開發(fā)環(huán)境？ 15 設(shè)計(jì)方法學(xué) ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)過程。 ? 理解設(shè)計(jì)方法可以幫助你不遺漏任何要點(diǎn)。 ? 編譯器 、 CAD工具、軟件工程工具等可用來： ? 幫助自動(dòng)操作方法中的步驟。 ? 跟蹤方法本身。 16 需要考慮的設(shè)計(jì)目的 ? 功能。 ? 性能 . ? 總的速度，時(shí)限。 ? 用戶界面。 ? 生產(chǎn)成本。 ? 功耗 ?
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