第1章 嵌入式系统概述4H

1、Embedded System Development聊城大学(dxu) 理工学院曹银杰caoyinjie 嵌入式系统(xtng)与应用 共九十页本门课程分数(fnsh)比例分配如下出勤、课堂讨论、作业等平时成绩：约30期终考查（或考试）成绩： 约70有特色贡献者可以在以上总分的基础上再加分。48学时共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统及其应用1.1.1 嵌入式系统的基本概念1.1.2 嵌入式系统的应用领域1.1.3 嵌入式系统的特点1.1.4 嵌入式系统发展1.1.5 嵌入式系统的分类1.2 嵌入式系统的核心技术1.2.1 嵌入式系统的组成结构(jigu)1.2.2

2、嵌入式外围设备1.2.3 嵌入式软件1.2.4嵌入式操作系统共九十页1.1.1 嵌入式系统(xtng)的概念 嵌入式系统的定义很多，顾名思义：嵌入到对象体系中的专用计算机系统。三个基本要素：嵌入性、专用性、 计算机系统。对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。如智能家用电器、智能仪器、机器人、手机、PDA等。IEEE的定义：用于控制、监视或者辅助操作机器和设备(shbi)的装置（devices used to control、monitor、or assist the operation of equipment、machinery or plants）。国内普遍认同的定义：以应用为中心、以

3、计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统(xtng)及其应用1.1.1 嵌入式系统的基本概念1.1.2 嵌入式系统的应用领域1.1.3 嵌入式系统的特点1.1.4 嵌入式系统发展1.1.5 嵌入式系统的分类1.2 嵌入式系统的核心技术1.2.1 嵌入式系统的组成结构1.2.2 嵌入式外围设备1.2.3 嵌入式软件1.2.4嵌入式操作系统共九十页1.1.2 嵌入式系统(xtng)的应用领域消费(xiofi)电子嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子通信设备移动存贮工控设备智能仪表

4、汽车电子网络设备工业军事国防电子商务网络物联网共九十页7嵌入式技术的应用(yngyng)手机、PDA韩国电信手机/电视(dinsh)遥控器二合一产品Nokia手机户外音响内置 DVB-H 移动电视手机普通手机智能手机GPS导航共九十页8智能家居智能(zh nn)家电Roto-Rooter公司(n s)马桶组合笔记本/ipod/冰箱/Xbox360/健身高科技的捕鼠器遮断红外线光束掉下笼子DangerBomb 闹钟 不起床就爆炸啰配备电子食谱的锅铲coo.boo智能型垃圾桶 i.Master智能割草机营养智能果汁机嵌入式技术的应用智能家居共九十页9嵌入式技术(jsh)的应用PMPiLuv可即时将

5、视频(shpn)录制到iPod/闪存卡上，与以前技术相反Sony家用影音综合设备XtremeMac开发的iPod音箱IPEVO支持Skype电话Nike的 iPod 帽Ipod nanoArchos带Wifi的704Portable Media Player共九十页10录音笔FLY数字笔能“看懂”在专用纸上所写的内容能“阅读”写作和纠正语法错误完成简单(jindn)的算术运算将英文互相翻译成西班牙文等Genius数字便笺存储100页便笺 2000LPI分辨率32MB板载内存可通过USB连接电脑笔迹识别软件Polymer Vision手机书嵌入式技术(jsh)的应用办公用品共九十页11嵌入式技术

6、的应用(yngyng)手表Martin Frey手表日程表和手机联动获取网络连接和GPS定位信息手表手机：M3001英寸的显示屏USB接口可播放音乐支持蓝牙Nike的Speed+手表结合(jih) iPod 和运动计测韩国防性罪犯的电子手镯可追踪罪犯的定位和坐标爱国者视频MP4手表共九十页12嵌入式技术的应用运动(yndng)玩具游戏GTX公司定位的运动跑鞋内置的GPS接收器和可充电电池遥控蜻蜓(qngtng)次世代三大主流三款主机Xbox 360，WII，PS3GameCube XboX360PS3Wii, 手柄, 手套, 枪共九十页13嵌入式技术(jsh)的应用摄像器材数码相机(sh m

7、xin j)DV共九十页14嵌入式技术(jsh)的应用多媒体终端IP电话(dinhu)视频会议可视电话基于视频电话的小型视频会议系统(MCU) 语音识别电话基于H.323协议族的网络视频电话共九十页15嵌入式技术的应用(yngyng)电视高清电视数字电视立体(lt)显示技术LG内置数字录像机的 LCD TVAppleTV:Intel Pentium M 1.0 GHz 2MB of L2 高速缓存nVidia G72M 显示卡 64MB DDR2 内存内置的 40GB 硬盘播放 iTunes能输出 1080p 高画质影像的 iPod Dock数字电视机顶盒共九十页16嵌入式技术(jsh)的应用

8、通讯设备有计算机能力(nngl)的各种通讯设备路由器/交换机/防火墙等Buffalo 路由器 / USB 网卡套装VPN产品千兆网关防火墙 共九十页17嵌入式技术(jsh)的应用仪器仪表DCG (动态心电图仪)便携式多参数监护仪中医(zhngy)指套传感器脉象虚拟仪器推拿手法测试仪电动机故障状态监测保护系统 监控仪手持仪共九十页马达控制器车灯嵌入式系统(xtng)示例汽车(qch)控制系统尾灯控制系统后车门控制系统前车门控制系统座椅控制系统发动器控制系统所有的控制系统都是一个完整的嵌入式系统共九十页嵌入式系统(xtng)的应用机器人共九十页20嵌入式技术的应用(yngyng)军事武器控制系统数

9、字化单兵系统有苛刻要求尺寸和重量功率消耗(xioho)震动和冲击温度和湿度21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统夜视扫描、全球定位、指挥通信共九十页嵌入式系统的应用(yngyng)-航天嫦娥三号着陆器上的相机(xingj)拍摄的“玉兔”号月球车共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统及其应用1.1.1 嵌入式系统的基本概念1.1.2 嵌入式系统的应用领域1.1.3 嵌入式系统的特点(tdin)1.1.4 嵌入式系统发展1.1.5 嵌入式系统的分类1.2 嵌入式系统的核心技术1.2.1 嵌入式系统的组成结构1.2.2 嵌入式外围设备1.2.3 嵌入式软件1.2.4嵌入式操作系统共

10、九十页1.1.3 嵌入式系统(xtng)的特点是“专用”的计算机系统，面向特定的任务；运行环境差异很大；比通用PC系统资源少得多；低功耗、体积小、集成度高、成本低等；需建立系统测试和可靠性评估体系，保证(bozhng)高效、可靠、稳定工作；生命周期长，升级换代是和具体产品同步进行的。代码通常是固化在非易失性存储器中，如FLASH； 一般用实时操作系统RTOS(Real Time Operating System)；嵌入式软件开发走向标准化；嵌入式系统需要专用开发工具和方法进行设计；嵌入式微处理器通常包含专用调试电路；共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统及其应用1.1.1

11、 嵌入式系统的基本概念1.1.2 嵌入式系统的应用领域1.1.3 嵌入式系统的特点1.1.4 嵌入式系统发展1.1.5 嵌入式系统的分类1.2 嵌入式系统的核心技术1.2.1 嵌入式系统的组成结构(jigu)1.2.2 嵌入式外围设备1.2.3 嵌入式软件1.2.4嵌入式操作系统共九十页1.1.4 嵌入式系统(xtng)发展 1946年电子数字计算机诞生。上世纪70年代，微处理器的出现使计算机才出现了历史性的变化微机，以其小型(xioxng)、价廉、高可靠性特点，也引起了控制专业人士的兴趣，要求将微机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制，形成专用的嵌入式计算机系统。 例：将微机经电气

12、加固、机械加固，并配置各种外围接口电路，安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态监测系统。单板计算机时代：上世纪70年代末，将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。 CPUROMRAM外设1外设2共九十页嵌入式系统(xtng)独立发展三个阶段第1阶段：SCM(Single Chip Microcomputer)单片微型计算机阶段。奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路；Intel公司功不可没，最成功的是INTEL的8031单片机，主要(zhyo)是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。复位部件看门狗部件晶振部件I/O部件中断部件ROM部件SRAM部件定时器部

13、件CPU核共九十页嵌入式系统(xtng)发展三个阶段第2阶段：MCU(Micro Controller Unit)微控制器阶段。扩展了各种( zhn)外围电路与接口电路，提高智能化控制能力，以Philips为代表的公司将MCS-51从单片机迅速发展到微控制器。共九十页嵌入式系统发展(fzhn)三个阶段第3阶段：SoC(System on a Chip)片上系统阶段。随着EDA推广和VLSI设计的普及化及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现了一个更为复杂的系统级应用。典型代表：AMR系列芯片。超大规模集成电路VLSI，采用超深亚微米工艺，使用一个以上CPU/数字信号处理器DSP，外部对芯片编程

14、。SoC可以(ky)有效地降低产品的开发成本，缩短开发周期，是目前、未来工业界采用的最主要的产品开发方式。共九十页共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统(xtng)及其应用1.1.1 嵌入式系统的基本概念1.1.2 嵌入式系统的应用领域1.1.3 嵌入式系统的特点1.1.4 嵌入式系统发展1.1.5 嵌入式系统的分类1.2 嵌入式系统的核心技术共九十页1.1.5 嵌入式系统(xtng)的分类只有将嵌入式处理器构成一个计算机系统，并作为嵌入式应用时，才可称作嵌入式系统。嵌入式系统按形态可分为：设备级（工控机）板级（单板、模块）芯片级（ SCM、MCU 、SoC ）按实时性要

15、求(yoqi)分（软件范畴） ：非实时系统（PDA）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（工业和军工系统）共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统及其应用1.2 嵌入式系统的核心技术1.2.1 嵌入式系统的组成结构(jigu)1.2.2 嵌入式外围设备1.2.3 嵌入式软件1.2.4嵌入式操作系统共九十页1.2.1 嵌入式系统(xtng)的组成结构嵌入式系统是“专用计算机应用(yngyng)系统”，它具有一般计算机组成的共性，也是由硬件和软件组成；硬件是由嵌入式微处理器、外围硬件设备组成，是嵌入式系统软件环境运行的基础，提供了嵌入式软件运行的物理平台和通信接口；软件由嵌入式操

16、作系统（可选）和嵌入式应用软件组成，是整个系统的控制核心，控制整个系统运行、提供人机交互的信息等。下图是典型的嵌入式系统 软、硬件 的组成结构示意图。共九十页典型的嵌入式系统(xtng)组成输入输出接口处理器/ARM核MMU/CacheSOC/SOPCUSBGPIOIISLCDUART和IrDAADC/DACFPGA/CPLDDSP/浮点运算协处理器DMA电源管理人机交互接口LCD/触摸屏、键盘、鼠标以太网看门狗及复位电路Timer/RTCCANFlashEEPROMSDRAMSRAM内存硬件(yn jin)应用程序实时操作系统（RTOS）板级初始化、设备驱动接口DDI可编程应用接口（API）

17、驱动层OS层应用层软件中间件层共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统及其应用(yngyng)1.2 嵌入式系统的核心技术1.2.1 嵌入式系统的组成结构1.2.2 嵌入式外围设备1.2.3 嵌入式软件1.2.4嵌入式操作系统共九十页1.2.2 嵌入式外围设备(wi wi sh bi)嵌入式外围设备，是指在一个嵌入式系统硬件(yn jin)构成中，除了核心控制部件嵌入式微处理器/DSP（或以嵌入式微处理器/DSP为核心的微控制器、SOC）以外的各种存储器、输入/输出接口、人机接口的显示器/键盘、串行通信接口等。根据外围设备的功能可分为以下5类。 1、存储器2、通信接口3、输

18、入输出设备4、设备扩展接口5、电源及辅助设备共九十页1、存储器类型(lixng) 存储器是嵌入式系统中存储数据和程序的部件，存储介质有各自特性，该根据应用需求选择使用。常见类型：静态易失型存储器（RAM，SRAM）动态存储器（DRAM）非易失性存储器ROM（MASKROM，EPROM，EEPROM，FLASH）硬盘、软盘、CDROM等FLASH闪存，以可擦写次数多，存储速度(sd)快，容量大及价格便宜等优点在嵌入式领域得到广泛的应用。 按存储器所处的位置分为内部存储器和外部存储器：内部存储器位于嵌入式处理器所在的同一个芯片中，这样就不需要多余的访问电路就可快速地访问内部存储器。外部存储器与嵌入

19、式处理器分别处于不同的芯片中。共九十页2、通信接口 目前存在的所有计算机通信接口在嵌入式领域(ln y)中都有其广泛的应用，如：RS-232串行接口、RS-485串行接口；USB通用串行总线接口； IrDA红外线接口； SPI串行外围设备接口；I2C两线式串行总线，连接微控制器及其外围设备；CAN总线接口Bluetooth蓝牙接口； Ethernet，以太网接口；IEEE1394接口GPIO通用可编程接口。 共九十页3、输入输出设备(shbi)输入设备：鼠标、扫描仪、键盘、麦克风、摄像头 输出设备：显示屏、绘图仪、打印机、音箱 触摸屏嵌入式系 统中重要(zhngyo)的信息输入输出设备，可以方

20、便的实现鼠标和键盘功能，共九十页4、设备(shbi)扩展接口 一般的嵌入式系统都是专用的并不需要设计多少扩展(kuzhn)接口。民用型，常用的存储扩展有各种CF卡、SD卡、Memory Stick等。共九十页5、电源(dinyun)及辅助设备嵌人式系统力求外观小型化、重量轻以及电源使用寿命长，例如移动电话或PDA，体积较大(jio d)或者过重的机型已经被淘汰。目前发展的目标是体积小、易携带和外观设计新颖等。在便携式嵌入式系统的应用中，必须特别关注电源装置等辅助设备。共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统及其应用1.2 嵌入式系统的核心技术1.2.1 嵌入式系统的组成结构

21、(jigu)1.2.2 嵌入式外围设备1.2.3 嵌入式软件1.2.4嵌入式操作系统共九十页1.2.3 嵌入式软件-4个层次(cngc)1、设备驱动接口（DDI）负责嵌入式系统与外部设备的信息(xnx)交互；2、实时操作系统（RTOS）分成基本和扩展两部分，前者是操作系统的核心，负责整个系统的任务调度，存储分配、时钟管理和中断管理，提供文件、图形用户界面（GUI）等基本服务,后者是为用户提供操作系统的扩展功能，包括网络、数据库等；3、可编程应用接口（API）也称为编程中间件、应用中间软件，是为编制应用程序提供的各种编程接口库，它针对不同应用领域、不同的安全要求分别构建，从而减轻应用开发者的负担

22、；4、应用软件由开发者根据需求编写的软件。共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统(xtng)及其应用1.2 嵌入式系统的核心技术1.2.1 嵌入式系统的组成结构1.2.2 嵌入式外围设备1.2.3 嵌入式软件1.2.4嵌入式操作系统共九十页1.2.4嵌入式操作系统操作系统OS(Operating System)：是用户与计算机硬件系统之间的接口，通过OS能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。嵌入式操作系统就是支持嵌入式系统工作的操作系统。嵌入式操作系统必须包括操作系统的一些最基本功能，如中断处理与进程调度，用户可通过API来使用操作系统。好处：可使应

23、用程序设计人员无须考虑硬件只专注于所擅长领域的开发，提高(t go)了嵌入式系统开发的效率、和应用软件的可移植性；嵌入式操作系统大部分是实时操作系统。共九十页OS体系结构图应用程序驱动程序、硬件抽象(chuxing)层、板级支持包驱动(q dn)层应用层OS层基本模块进程调度内存管理调度文件管理OS核 硬件 （Hardware）扩展模块图形驱动数据库模块网络模块调度应用程序接口（API）中间件层共九十页实时操作系统RTOS实时操作系统RTOS(Real Time Operating System): 相对于分时操作系统(Time-Sharing OS)的一个概念，一个优先等级高的任务能够获得立

24、即的、无延迟的服务，不需等候任何其它任务，可以一直执行到工作结束或有更高等级的任务出现为止。实时操作系统RTOS实时有两种类型：软实时系统并不要求限定某一任务必须在一定的时间内完成，只要求各任务运行得越快越好的，它可以容忍偶然的超时错误。硬实时系统对响应时间有严格的要求，它不允许任何超出时限的错误，一旦系统响应时间不能满足，就可能引起系统崩溃(bngku)或致命的错误，工业控制中应用较多。共九十页实时操作系统RTOSRTOS可靠性和可信度很高的实时内核，将CPU时间、中断、I/O、定时器等资源都包装起来，留给用户一个标准的应用程序编程接口API，并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间分配

25、CPU时间。RTOS是针对(zhndu)不同处理器优化设计的高效率实时多任务内核，优秀的RTOS可以面对几十个系列的嵌入式MPU、MCU、DSP、SoC等提供类同的API接口，因此基于RTOS上的C语言程序具有极大的可移植性。实时操作系统可以根据实际应用环境的要求对内核进行剪裁和重新配置，组成可根据实际的不同应用领域而有所不同。像实时内核、网络组件、文件系统和图形接口等是基本模块。 共九十页典型(dinxng)嵌入式操作系统商用型：VxWorks、Windows CE、Windows XP Embedded 、Psos、Palm OS、OS-9、LynxOS、QNX、LYNX等;优点：功能稳定

26、、可靠，有完善(wnshn)的技术支持和售后服务；缺点：昂贵、源代码封闭，限制了开发者的积极性免费型：Linux、C/OS-II比如嵌入式Linux操作系统以价格低廉、功能强大、易于移植而且程序源码全部公开等优点正在被广泛采用，成为新兴的力量。共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统(xtng)及其应用1.2 嵌入式系统的核心技术1.3 计算机体系结构1.3.1 冯诺依曼体系结构1.3.2 哈佛体系结构1.3.3 流水线技术1.3.4 RISC精简指令集计算机共九十页1.3.1 冯诺依曼体系结构1946年美籍匈牙利人冯诺依曼提出了存储程序(chngx)原理，奠定了计算机的基

27、本结构和工作原理的技术基础。共九十页冯诺依曼体系结构模型(mxng)指令寄存器控制器数据通道输入(shr)输出中央处理器存储器程序指令0指令1指令2指令3数据数据0数据1数据2将数据和指令都存储在同一个存储器中，统一编址，指令和数据通过同一总线访问共九十页冯诺依曼体系结构冯诺依曼计算机工作过程(guchng)：取指译码执行。FetchDecodeExecute取指级：从存储器中读取指令。译码级：对指令进行译码。执行级：寄存器读，移位、 ALU操作，寄存器写等。PCPCPC - 4PC-2PC - 8PC - 4ARMThumb共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统及其应用

28、(yngyng)1.2 嵌入式系统的核心技术1.3 计算机体系结构1.3.1 冯诺依曼体系结构1.3.2 哈佛体系结构1.3.3 流水线技术1.3.4 RISC精简指令集计算机共九十页1.3.2 哈佛体系结构哈佛结构：为数据和程序提供了各自独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问，与之相对应的是系统中设置的两条总线（程序总线和数据总线），从而使数据的吞吐(tnt)率提高了一倍。共九十页哈佛体系结构指令寄存器控制器数据通道输入(shr)输出(shch)中央处理器程序存储器指令0指令1指令2数据存储器数据0数据1数据2地址指令地址数据共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统及

29、其应用(yngyng)1.2 嵌入式系统的核心技术1.3 计算机体系结构1.3.1 冯诺依曼体系结构1.3.2 哈佛体系结构1.3.3 流水线技术1.3.4 RISC精简指令集计算机共九十页1.3.3 流水线技术(jsh)流水线技术：是一种将每条指令分解为多步，允许不同指令的不同步的操作同时处理，从而实现(shxin)几条指令并行处理的技术。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，比逐条指令执行要快，提高了CPU的运算速度。流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的。ARM7是冯诺依曼结构，采用了典型的三级流水线，而ARM9则是哈佛结构，采用五级

30、流水线技术，ARM10采用6级流水线，而ARM11则更是使用了8级流水线。共九十页1、三级流水线技术(jsh)三级流水线技术每条指令分取指、译码、执行三个阶段，任意时刻，可能有3种不同的指令占有这3级中的一级。每一级的硬件是独立(dl)操作，不会同时做2个（及以上）同样的事情。fetch decode excutefetch decode excutefetch decode excute指令1指令2指令3指令 时间TT共九十页三级流水线举例(j l)1：最佳操作流水线该例中用(zhngyng)6个时钟周期执行了6条指令所有的操作都在寄存器中（单周期执行）指令周期数 (CPI) = 1 操作周

31、期 1 2 3 45 6 ADD SUB MOV AND ORR EOR CMP RSBFetchDecodeExecuteFetchDecodeExecuteFetchDecodeExecuteFetchDecodeExecuteFetchDecodeExecuteDecodeExecuteFetchDecodeFetchFetch共九十页三级流水线举例(j l)2：LDR 流水线该例中，有一条LDR指令传送数据，用6周期(zhuq)执行了4条指令指令周期数 (CPI) = 1.5 周期 操作123456 ADD SUB LDR MOV AND ORRFetchDecodeExecuteFe

32、tchDecodeExecuteFetchDecodeExecuteDataWritebackFetchDecodeExecuteFetchDecodeFetch共九十页2、五级流水线技术(jsh)ARM9 是Harvard架构、五级流水线技术，可以实现(shxin)对指令和数据存储器的同时访问。周期操作ADD R1, R1, R2SUB R3, R4, R1ORR R8, R3, R4AND R6, R3, R1EOR R3, R1, R2LDRR4, R7123456789FDEWFDEWFEWFDEWFDWEFDEWMDF 取指Fetch D 解码Decode E 执行ExecuteM

33、访问存储器Memory W 写回Writeback本例中包含LDR指令，用了6个时钟周期执行6条指令，指令周期数CPI = 1，达到最佳水平。共九十页3、各版本(bnbn)AMR核采用的流水线技术各版本AMR核采用(ciyng)的流水线技术：共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统及其应用(yngyng)1.2 嵌入式系统的核心技术1.3 计算机体系结构1.3.1 冯诺依曼体系结构1.3.2 哈佛体系结构1.3.3 流水线技术1.3.4 RISC精简指令集计算机共九十页1.3.4 RISC精简指令集计算机CISC（Complex Instruction Set Comput

34、er,复杂指令集计算机），结构有其固有的缺点，即随着计算机技术的发展而不断引入新的复杂的指令集，为支持这些新增的指令，计算机的体系结构也会越来越复杂。CISC各种指令使用频率相差悬殊:20的指令会被反复使用，占整个程序代码的80；80的指令却不经常使用，在程序设计中只占20；1979年由美国加州大学伯克利分校提出RISC（Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机）。RISC并非只是简单地去减少指令，而是把着眼点放在了如何使计算机的结构更加(gnji)简单合理地提高运算速度上。共九十页RISC精简指令集计算机RISC体系结构应具有如下特点：采用固定长度的

35、指令格式,指令归整、简单、基本寻址方式有23种。使用单周期指令,便于流水线操作执行。大量使用寄存器,数据处理指令只对寄存器进行操作,只有加载/存储指令可以访问存储器,以提高指令的执行效率。所有的指令都可根据前面(qin mian)的执行结果决定是否被执行,从而提高指令的执行效率。可用加载/存储指令批量传输数据,提高数据的传输效率。可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。共九十页RISC精简指令集计算机决不能认为RISC架构就可以取代CISC架构，RISC和CISC各有优势，而且(r qi)界限并不那么明显。现代的CPU往往采用CISC的外

36、围，内部加入了RISC的特性,如超长指令集CPU就是融合了RISC和CISC的优势，成为未来的CPU发展方向之一。最成功的也是第一个商业化的RISC实例就是ARM，因此RISC就是ARM的别名。共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统及其应用(yngyng)1.2 嵌入式系统的核心技术1.3 计算机体系结构1.4 Cortex-M3 体系简介1.4.1 ARM发展的历程1.4.2 CortexTM-M3处理器简介1.4.3 STM32 系列微控制器共九十页1.4.1 ARM发展(fzhn)的历程1985年4月英国Acorn Computer Group开发出RISC处理器。

37、 1990年成立ARM(Advanced RISC Machine Limited，英美)。1993年推出第一款嵌入式 RISC 核心，即ARM6； 1993年ARM7 ；1997年ARM9TDMI ； 2002年发布ARM11；2004发布首款基于(jy)ARMv7体系结构的 Cortex-M3 处理器（而不再继续称ARM12），M系列主要是针对微控制器领域;2005发布Cortex-A8，A系列开放式操作系统的高性能处理器；2006年发布Cortex-R4,R系列则面向深层嵌入式实时系统应用,如汽车电子； 2007推出SecurCore SC300处理器,面向智能卡领域；2009发布2GH

38、z 频率的Cortex-A9 双核处理器，和积最小、功耗最低和能效最高的Cortex-M0处理器（兼容M3）； 共九十页ARM发展(fzhn)的历程共九十页ARM发展(fzhn)的历程按照ARM公司的经营模式，ARM只提供IP核（知识产权），ARM公司本身并不生产、销售芯片。ARM是业界领先的微处理器技术提供商，提供最广泛的微处理器内核，可满足几乎所有应用(yngyng)市场对性能、功耗及成本的要求。再加上一个富有活力的生态系统（拥有 1000多家可提供芯片、开发工具和软件的合作伙伴）。至2013年已售出超过 300 亿个处理器，每天的销量超过 1600 万，是真正意义上的“The Archi

39、tecture for the Digital World”（面向数字世界的体系结构）。2001年ARM进入中国。目前在中国发展迅速，每年都有超过10万名工程师、大学生得到相关的技术培训，所有高校开设了ARM课程。 共九十页ARM发展的历程(lchng)-Cortex系列按嵌入式系统的典型应用分类：Cortex-A：高性能（High Performance），针对日益增长的运行Linux、WinCE、Symbian等操作系统(co zu x tn)在内的消费者娱乐和无线产品设计与实现。Cortex-M：微控制器类（Microcontroller），针对应用系统对功耗、成本敏感，同时对微处理器性

40、能要求较高的工业领域（汽车、家电、医疗器械等）。Cortex-R：实时类（Real Time），针对实时性要求较高的领域，可以运行RTOSCortex不再区分微处理器ARM和Thumb两种工作状态，指令完全采用Thumb-2体系架构。共九十页ARM发展的历程(lchng)-Cortex系列Cortex是ARM的新一代处理器内核，它在本质上也是ARM v7架构的实现。Cortex系列是全新开发的，老版本的程序必须经过移植才能在Cortex上运行。ARM Cortex-M3处理器还首次配备了嵌入式中断向量控制器NVIC，采用抢占、尾链、迟到等中断处理新技术，能够以最小的时钟开销，实现了出色的中断处

41、理。凭借0.35微米和0.25微米先进集成电路生产工艺，Cortex实现了成本与性能的理想折衷，Cortex在未来(wili)将获得更为广泛的应用。共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统及其应用(yngyng)1.2 嵌入式系统的核心技术1.3 计算机体系结构1.4 Cortex-M3 体系简介1.4.1 ARM发展的历程1.4.2 CortexTM-M3处理器简介1.4.3 STM32 系列微控制器共九十页1.4.2 CortexTM-M3处理器简介(jin ji)该处理器是首款基于ARMv7-M架构的处理器，采用了纯Thumb2指令的执行方式，具有极高的运算能力和中断

42、相应能力。Cortex-M3采用的V7指令集，它的速度比ARM7快三分之一，功耗低四分之三，并且能实现更小芯片面积，利于将更多功能整合在更小的芯片尺寸中。 Cortex-M3采用了新型的单线调试(Single Wire)技术，专门拿出一个引脚来做调试，从而节约了大笔的调试工具费用。同时，Cortex-M3中还集成(j chn)了大部分存储器控制器，这样工程师可以直接在MCU外连接Flash，降低了设计难度和应用障碍。共九十页CortexTM-M3处理器简介(jin ji)Cortex-M3采用哈佛结构拥有独立的指令总线和数据总线，但这两条总线共享一个存储器空间ARM Cortex-M3处理器结

43、合了多种突破性技术，令芯片供应商提供超低费用的芯片，仅33000门的内核性能可达1.2DMIPS/MHz。该处理器还集成了许多紧耦合系统外设，令系统能满足下一代产品的控制需求。ARM公司希望Cortex-M3核的推出，能帮助单片机厂商实现由8位(16位)向32位微处理器的快速移值。Cortex-M3主要应用于汽车车身系统，工业控制系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应用领域。目前(mqin)最便宜的基于该内核的ARM单片机售价为1美元。共九十页CortexTM-M3处理器简介(jin ji)共九十页CortexTM-M3处理器内核(ni h)共九十页第一章 嵌入式系统(xtng)概述1.1 嵌入式系统及其应用1.2 嵌入式系统的核心技术1.3 计算机体系结构1.4 Cortex-M3 体系简介(jin ji)1.4.1 ARM发展的历程1.4.2 CortexTM-M3处理器简介1.4.3 STM32 系列微控制器共九十页1.4.3 STM32 系列(xli)微控制器Actel，Broadcom，TI，ST、Fujitsu、NXP等业界重量级公司，在标准Cortex M3内核的基础