嵌入式處理器技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)展-wenkub
2023-07-02 00:50:13 本頁(yè)面
【正文】 路、軟件方案設(shè)計(jì)；數(shù)字控制系統(tǒng)I/O通道方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；PLC應(yīng)用控制方案分析與設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)通信接口電路硬軟件方案設(shè)計(jì)與性能分析；現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)；1數(shù)控系統(tǒng)中模擬量過程參數(shù)的檢測(cè)與數(shù)字處理方法；1基于嵌入式處理器技術(shù)的應(yīng)用方案設(shè)計(jì)1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)與安全可靠性措施分析設(shè)計(jì)1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)差錯(cuò)控制技術(shù)分析設(shè)計(jì)1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)分析設(shè)計(jì)1工程過程建模方法分析三、進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)設(shè)計(jì)內(nèi)容完成時(shí)間備注1選擇課程設(shè)計(jì)題目，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料2文獻(xiàn)資料的學(xué)習(xí)根據(jù)所選題目進(jìn)行方案設(shè)計(jì)3與指導(dǎo)老師討論設(shè)計(jì)內(nèi)容修改設(shè)計(jì)方案4撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告5課程設(shè)計(jì)答辯四、設(shè)計(jì)成果要求1．針對(duì)所選題目的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用發(fā)展概述；2．課程設(shè)計(jì)正文內(nèi)容，包括設(shè)計(jì)方案、硬件電路和軟件流程，以及綜述、分析等；3．課程設(shè)計(jì)總結(jié)或結(jié)論以及參考文獻(xiàn)；4．要求設(shè)計(jì)報(bào)告規(guī)范完整。五、考核方式《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)如下：1．撰寫的課程設(shè)計(jì)報(bào)告；2．獨(dú)立工作能力及設(shè)計(jì)過程的表現(xiàn)；3．答辯時(shí)回答問題情況。嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元。目前嵌入式處理器的尋址空間可以從64kB到16MB，處理速度最快可以達(dá)到2000 MIPS，封裝從8個(gè)引腳到144個(gè)引腳不等。 根據(jù)運(yùn)算數(shù)據(jù)寬度對(duì)嵌入式處理器的分類4位 8位 16位 32位 64位嵌入式處理器 TMS1000 8048/516801/05Z8 8096 68200ARM RISC Core MIPS 32 bit MIPS 64 bit通用處理器 4004 4040 8085 Z8065028086/80286 Z800080386/80486 68000 Pentium Ⅱ/Ⅲ嵌入式處理器，由于運(yùn)算速度和吞吐量等級(jí)費(fèi)不同，其應(yīng)用場(chǎng)合也不同。和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差。嵌入式微處理器目前主要有Am186/8386EX、SC400、Power PC、68000、MIPS、ARM等系列。(Microcontroller Unit, MCU)嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，顧名思義，就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。 和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。另外還有許多半通用系列如：支持USB接口的MCU 8XC930/93C5C541；支持I2C、CANBus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。 (Embedded Digital Signal Processor, EDSP) DSP處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。這類智能化算法一般都是運(yùn)算量較大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是DSP處理器的長(zhǎng)處所在。另外PHILIPS公司今年也推出了基于可重置嵌入式DSP結(jié)構(gòu)低成本、低功耗技術(shù)上制造的R. E. A. L DSP處理器，特點(diǎn)是具備雙Harvard結(jié)構(gòu)和雙乘/累加單元，應(yīng)用目標(biāo)是大批量消費(fèi)類產(chǎn)品。這樣除個(gè)別無法集成的器件以外，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡(jiǎn)潔，對(duì)于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。一個(gè)有代表性的產(chǎn)品是Philips的Smart XA，它將XA單片機(jī)內(nèi)核和支持超過2048位復(fù)雜RSA算法的CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個(gè)可加載JAVA或C語言的專用的SOC，可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)如Internet安全方面。RISC并非只是簡(jiǎn)單地減少指令，而是著重考慮如何使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理從而提高運(yùn)算速度。但可以利用流水技術(shù)和超標(biāo)量技術(shù)加以改進(jìn)和彌補(bǔ)。③ 程序RISC匯編語言程序一般需要較大的內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)程序復(fù)雜，不易設(shè)計(jì)；而CISC匯編語言程序編程相對(duì)簡(jiǎn)單，科學(xué)計(jì)算及復(fù)雜操作的程序設(shè)計(jì)相對(duì)容易，效率較高。 ⑦ 用戶使用 RISC微處理器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，指令規(guī)整，性能容易把握，易學(xué)易用；CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，易于實(shí)現(xiàn)特殊功能。嵌入式微處理是用于在計(jì)算機(jī)之外的設(shè)備中提供添加的功能性的計(jì)算機(jī)芯片，它經(jīng)常用于控制和移動(dòng)。其實(shí)ARM7系列以現(xiàn)代微控制器為目標(biāo)，ARM9系列、ARM10系列和ARM11系列則多為掌上應(yīng)用與多媒體方案設(shè)計(jì)。ARM處理器全部采用ARMV4T結(jié)構(gòu)，分為3級(jí)流水線，提高了處理器指令流執(zhí)行的速度。由上述過程可知，程序計(jì)數(shù)器指針（PC）指向的并不是當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，而是指向正在取指的指令。處理器的核心架構(gòu)如下圖。需要注意的是16bit和32bit數(shù)據(jù)分別需要對(duì)齊，因此在C語言條件下會(huì)對(duì)移植產(chǎn)生一定的影響。② 可以在同一個(gè)IC上含有某些程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。近來ATMEL公司推出的AVR單片機(jī)集成了FPGA等器件，因而具有相當(dāng)高的性價(jià)比，必將推動(dòng)單片機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展。在振蕩器的頻率為12MHz的條件下，考慮單片機(jī)周期指令的執(zhí)行時(shí)間可以計(jì)算得出，每秒最多可執(zhí)行的指令為1M條。 51系列微控制器的系統(tǒng)框圖 為了提高51核心微控制器的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，設(shè)計(jì)者在51核心基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)
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