【正文】 的工作頻率。 ARM7系列微處理器的典型處理速度為 ，常見的 ARM7芯片系統(tǒng)主時鐘為20MHz~133MHz， ARM9系列微處理器的典型處理速度為 ，常見的ARM9的系統(tǒng)主時鐘頻率為 100MHz~ 233MHz， ARM10最高可以達到 700MHz。 大多數(shù)的 ARM微處理器片內(nèi)存儲器的容量都不大，需要用戶在設(shè)計系統(tǒng)時外擴存儲器，但也有部分芯片具有相對較大的片內(nèi)存儲空間。 除 ARM微處理器核以外，幾乎所有的 ARM芯片均根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，擴展了相關(guān)功能模塊，并集成在芯片之中，我們稱之為片內(nèi)外圍電路，如 USB接口、 IIS接口、 LCD控制器、鍵盤接口、 RTC、 ADC和 DAC、 DSP協(xié)處理器等。在可編程邏輯器件中，用戶使用 CPU，絕大多數(shù)并不是為了追求性能，而是為了 PLD特有的靈活性和可定制性，同時也可以提高系統(tǒng)的集成度，這些正是 Nios系統(tǒng)天生具備的。 器 件 設(shè)計軟件 說 明 Stratix II Quartus II 最高性能，最高密度，特性豐富的平臺，豐富的存儲器資源 Stratix 高性能，高密度，性能豐富的平臺，豐富的存儲器資源 Stratix GX 高性能，帶有高速穿行收發(fā)器的結(jié)構(gòu) Cyclone 低成本， ASIC的替代品 —— 適合價格敏感的應(yīng)用 APEX II 高密度，高性能平臺，帶有高速差分 I/O標(biāo)準(zhǔn)的支持 Mercury 高性能，高帶寬，中密度平臺，包含有時鐘恢復(fù)（ CDR）電路 Excalibur 高性能，硬核處理器方案 APEX 20K 高性能，中高密度平臺 FLEX 10K 低成本，中低密度平臺 ACEX 1K 低成本，中低密度平臺 HardCopy 高密度，大批量， ASIC的替代品 第 1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ) 24 由于 Nios處理器及其外設(shè)都是用 HDL語言編寫的，在 FPGA內(nèi)部利用通用的邏輯資源實現(xiàn)，所以在 Altera的 FPGA內(nèi)部實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)具有極大的靈活性。 Nios常常被應(yīng)用在一些集成度較高，對成本敏感，以及功耗要求不高的場合，如遠程讀表器和醫(yī)療診斷設(shè)備。與前一代相比，用戶的配置和使用更加靈活，同時在占用邏輯資源和性能上都有明顯的改善。其主要特點如下。快速型 Nios II內(nèi)核（ Nios II/f）具有最高的性能，經(jīng)濟型 Nios II內(nèi)核（ Nios II/e）具有最低的資源占用，而標(biāo)準(zhǔn)型 Nios II內(nèi)核（ Nios II/s）在性能和面積之問做了一個平衡。一個典型的 Nios II處理器系統(tǒng)如圖所示。 第 1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ) 26 系統(tǒng)中的外設(shè)，如 SDRAM控制器、片內(nèi) ROM、三態(tài)門、 UART、定時器、LCD顯示驅(qū)動電路、通用 I/O、以太網(wǎng)接口和 Compact Flash接口等都是使用FPGA內(nèi)部的邏輯單元和 RAM資源實現(xiàn)的。所謂可靈活配置是指， Altera提供的處理器不是一個固定的微控制器，用戶可以根據(jù)性能或成本的要求，靈活地增加或裁減一些系統(tǒng)特性和外設(shè)。 由于應(yīng)用領(lǐng)域的不同，不同用戶的系統(tǒng)設(shè)計可能差別很大。在這些系統(tǒng)中，如果用戶邏輯需要和Nios II處理器系統(tǒng)間相互通信，用戶邏輯可以直接掛在片內(nèi)的 Avalon交換總線上，而且訪問時序可以由用戶自己定義。用戶根據(jù)應(yīng)用的需要定制Nios II處理器的數(shù)量和類型，也可以自己定義需要的外設(shè)種類和數(shù)量，還可以自由分配外設(shè)的地址空問。 在 Nios II系統(tǒng)的開發(fā)過程中，可以認為硬件細節(jié)對軟件開發(fā)人員是透明的。 Nios II IDE是基于 Eclipse IDE和 GNU C/C++編譯器的，軟件開發(fā)人員可以很容易地掌握此開發(fā)環(huán)境的操作，并利用它對 Nios Ⅱ 系統(tǒng)的軟件進行編譯、仿真和調(diào)試。 第 1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ) 27 DSP DSP（ Digital Signal Processing）也就是常說的數(shù)字信號處理，它利用計算機或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求， DSP芯片一般具有如下主要特點。 在近 20年里， DSP在信號處理、通信、雷達等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它的主要應(yīng)用有：信號處理、通信、語音、圖形 /圖像、軍事、儀器儀表、自動控制、醫(yī)療、家用電器。著名的 TMS320系列產(chǎn)品就是該公司的 DSP產(chǎn)品。在目前，現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)字通信、移動通信和衛(wèi)星通信的普及，數(shù)字音響的商業(yè)化， DSP的市場前景越來越好。發(fā)話時，信號則通過相反的程序處理與送出，所以手機包含了射頻系統(tǒng)與數(shù)字信號處理器再加上一般微處理器系統(tǒng)，成為一個高度集成的嵌入式系統(tǒng)。 第 1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ) 29 嵌入式微處理器的選型原則 ? 調(diào)查市場上已有的 CPU供應(yīng)商。 ? 技術(shù)指標(biāo)。 ? 處理器的軟件支持工具。 ? 處理器供應(yīng)商是否提供評估板。 第 1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ) 30 嵌入式操作系統(tǒng) 提到桌面型計算機的操作系統(tǒng)，全世界超過九成的 PC使用的是微軟（ Microsoft）公司的 Windows操作系統(tǒng)，其他也有一些頗具知名度的操作系統(tǒng)，如蘋果（ Apple）公司的 MacOS，工作站級計算機常用的 Sun公司的 Solaris，還有 Linux或是 FreeBSD等免費的操作系統(tǒng)。 由于大型嵌入式系統(tǒng)需要完成復(fù)雜的功能，所以需要操作系統(tǒng)來完成各任務(wù)之間的調(diào)度。應(yīng)用程序通過這一接口實現(xiàn)對硬件的使用和控制，不必考慮不同硬件操作方式的差異。 很多產(chǎn)品廠商選擇購買操作系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)自己的應(yīng)用程序，形成產(chǎn)品。 操作系統(tǒng)主要完成三項任務(wù)：內(nèi)存管理、多任務(wù)管理和外圍設(shè)備管理。 EOS是相對于一般操作系統(tǒng)而言的，它除具備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機制、中斷處理、文件處理等外，還有以下特點。 嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)核心通常要求體積要很小，因為硬件 ROM的容量有限，除了應(yīng)用程序之外，不希望操作系統(tǒng)占用太大的存儲空間。 不同的應(yīng)用場合會產(chǎn)生不同特點的嵌入式操作系統(tǒng)，但都會有一個核心（ Kernel）和一些系統(tǒng)服務(wù)（ System Service）。有些嵌入式操作系統(tǒng)也會提供多種通信協(xié)議，以及用戶接口函數(shù)庫等。目前國際較為知名的實時操作系統(tǒng)有 WindRiver的“ VxWorks‖、 QNX的“ NeutrinoRTOS‖、 Accelerated Technology的“ Nucleus Plus‖、 Radisys的“ OS/9‖、 Mentor Graphic的“ VRTX‖、 LynuxWorks的“ LynuxOS‖，以及 Embedded Linux廠商所提供的 Embedded Linux版本，如TimeSys的“ TimeSys Linux/Real Time‖、 FSMLabs的“ RTLinux‖、 Lynux Works的“ BlueCat RT‖等。目前，實時操作系統(tǒng)也開始向信息家電等消費類電子產(chǎn)品領(lǐng)域擴展。 ? 通用型操作系統(tǒng)：執(zhí)行性能與反應(yīng)速度比起實時操作系統(tǒng)，相對沒有那么嚴(yán)格。 嵌入式操作系統(tǒng)的性能通常取決于核心程序，而核心的工作主要在任務(wù)管理（ Task Management）、任務(wù)調(diào)度（ Task Scheduling）、進程間的通信（ IPC）、內(nèi)存管理（ Memory Management）。目前正在開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)中， 70%以上的項目選擇 Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)。 ? 內(nèi)核精簡，高性能、穩(wěn)定； ? 良好的多任務(wù)支持； ? 適用于不同的 CPU體系架構(gòu)：支持多種體系架構(gòu)，如 X8 ARM、 MIPS、ALPHA、 SPARC等； ? 可伸縮的結(jié)構(gòu)：可伸縮的結(jié)構(gòu)使 Linux適合于從簡單到復(fù)雜的各種嵌入式應(yīng)用； ? 外設(shè)接口統(tǒng)一：以設(shè)備驅(qū)動程序的方式為應(yīng)用提供統(tǒng)一的外設(shè)接口； ? 開放源碼，軟件資源豐富：廣泛的軟件開發(fā)者的支持，價格低廉，結(jié)構(gòu)靈活，適用面廣； ? 完整的技術(shù)文檔，便于用戶的二次開發(fā)。名稱 ?C/OSII來源于術(shù)語 MicroController Operating System（微控制器操作系統(tǒng)）。 嚴(yán)格地說， ?C/OSⅡ 只是一個實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，它僅僅包含了任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)間通信和同步等基本功能，沒有提供輸入輸出管理、文件管理、網(wǎng)絡(luò)等額外的服務(wù)。 ?C/OSⅡ 的目標(biāo)是實現(xiàn)一個基于優(yōu)先級調(diào)度的搶占式實時內(nèi)核，并在這個內(nèi)核之上提供最基本的系統(tǒng)服務(wù)，例如信號量、郵箱、消息隊列、內(nèi)存管理、中斷管理等。 ?C/OSⅡ 獲得廣泛使用不僅僅是因為它的源碼開放，還有一個重要原因，就是它的可移植性?？梢哉f， ?C/OSⅡ 在最初設(shè)計時就考慮到了系統(tǒng)的可移植性，這一點和同樣源碼開放的 Linux很不一樣，后者在開始的時候只是用于 x86體系結(jié)構(gòu)，后來才將和硬件相關(guān)的代碼單獨提取出來。 第 1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ) 36 Windows CE 從多年前發(fā)表 Windows CE開始，微軟就開始涉足嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域，如今歷經(jīng) WinCE 、 ，新一代的 WinCE呼應(yīng)微軟 .NET的意愿，定名為“ Windows ‖（目前最新版本為 ）。微軟于 2022年推出了代號為“ Macallan‖的新版 WinCE系列的操作系統(tǒng)。而核心本身是一個支持多線程以及多 CPU的操作系統(tǒng)。 如同在 PC Desktop環(huán)境， Windows CE系列在通信和網(wǎng)絡(luò)的能力，以及多媒體方面極具優(yōu)勢。而在多媒體方面，目前在 PC上執(zhí)行的 Windows Media和 DirectX都已經(jīng)應(yīng)用到 Windows CE 的平臺。