嵌入式微处理器及应用.ppt

1、嵌入式微处理器及应用,许 参 10-537课程介绍,一、课程目的 1.了解嵌入式系统概况； 2.掌握S3C6410处理器的开发方法； 3.初步掌握基于S3C6410的嵌入式Linux开发方法； ,课程介绍,二、学习内容 1.嵌入式系统概况 概念、嵌入式处理器、嵌入式操作系统等 2.处理器S3C6410/2410的开发方法：当成单片机 概况、 结构、各个内部模块 3.基于S3C6410的嵌入式Linux开发方法 Linux系统开发、驱动程序、应用程序 4.时间安排,课程介绍,三、学习方法 1、兴趣/认识为先导；自主学习为主 2、分组学习：3人一组 每组一套开发板；可相互

2、讨论 3、学习嵌入式：实验为主 1）32理论，32实验。实验会更多 2）在实验室上课 4、学习Linux方法：读代码 1）移植的需要；2）开发的需要 5、观看视频 四、考核方法 开卷考试60%+实验30%+平时表现10%,课程介绍,五、经典参考书 嵌入式Linux开发：嵌入式Linux开发完全手册，韦东山 Linux操作系统：鸟哥的Linux私房菜-基础学习篇 Linux驱动：Linux设备驱动程序 精通Linux设备驱动程序开发 Linux内核：深入理解Linux内核 Linux编程：UNIX环境高级编程 Android开发：疯狂Android讲义 网络资源,第一章 嵌入式系统概述,1.1

3、嵌入式系统简介 1.2 嵌入式处理器 1.3 嵌入式操作系统介绍 1.4 ARM系列处理器简介,嵌入式系统目前被国内计算机界普遍认同的定义是： 以应用为中心、以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。,由嵌入式系统的定义可以看出，嵌入式系统明显的特点有： 嵌入式系统是一个专用计算机系统，有别于通用计算机系统； 专用：专门的应用； 要求：功能、可靠性、成本、体积、功耗； 实现方法：软、硬件可裁剪；,1.1嵌入式系统简介,一、嵌入式系统定义,二、嵌入式系统的应用领域,通信设备 汽车电子 数字消费类 工业控制 仪器仪表 数字医疗设备

4、 信息家电,“嵌入”无处不在,1.1嵌入式系统简介,1.2.1 嵌入式处理器分类 按处理器的应用领域，广义上将其分为4类，,嵌入式微处理器(广义),嵌入式微控制器：单片机,嵌入式数字信号处理器(DSP),嵌入式微处理器(狭义),可编程逻辑器件(PLD),1.2嵌入式处理器,每个半导体制造商根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的 ARM 微处理器芯片进入市场。目前已遍及：工业控制、消费类电子、通信系统、网络系统、无线系统等,ARM目前占据的市场份额：75%32位RISC处理器市场；90%手机处理器市场，30%上网本处理器市场；80%平板电脑处理器市场,四种处理器的简单比较：

5、单片机：资源少，成本低 嵌入式微处理器：资源多，成本高 DSP：运算速度快，用于信号处理；三个特色 PLD/FPGA：硬件编程,1.2.2 主流嵌入式微处理器介绍, ARM ARM是英文Acorn RISC Machine的缩写，Acorn是英国剑桥的一个计算机公司，1985年开发出第一代ARM RISC处理器原型。 1990年，Acorn将公司名称改为Advanced RISC Machine Limited（先进RISC机器公司），缩写仍为ARM。ARM公司的32位嵌入式RISC处理器，在低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域占据领先地位。,ARM公司是全球领先的16/32位RISC微

6、处理器知识产权（Intellectual Property ，IP）设计供应商。 ARM公司本身并不生产芯片，而是通过转让IP核，由合作伙伴生产各种型号的微处理器芯片。 目前ARM的合作伙伴在全世界已经超过100个，许多著名半导体公司与ARM公司有着合作关系。, MIPS MIPS是Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages的缩写，意思为内部无互锁流水线微处理器。 MIPS也是一种处理器的内核标准。 MIPS体系结构具有良好的可扩展性，并且能够满足超低功耗微处理器的需求。,MIPS处理器源于20世纪80年代初，由美国斯坦福大学电机系He

7、nnessy教授领导的研究小组研制出来。 MIPS计算机公司1984年成立于硅谷。1992年，SGI收购了MIPS计算机公司。1998年MIPS脱离SGI，成为MIPS技术公司。 MIPS技术公司是一家设计和制造高性能、高档次的嵌入式32/64位微处理器的公司，在RISC处理器方面占有重要地位。,近年来，MIPS公司开发了高性能、低功耗的32位处理器内核MIPS32 24KE系列，产品广泛用于机顶盒、DVD刻录机、MODEM、IP电话、数码相机、蜂窝电话、视频游戏机、路由器、激光打印机、复印机、扫描仪等产品。 2007年，MIPS公司推出了MIPS32 74K内核产品，是当时嵌入式市场运行速度

8、最快的处理器内核，主频速度为1GHz。, PowerPC PowerPC微处理器早期由IBM、Motorola和Apple公司共同投资开发，生产了PowerPC 601（1994年）、602（1995年）、604（1995年）和620（1997年）。此后PowerPC微处理器由IBM公司和Motorola公司分别生产。,迄今为止，Motorola公司共生产了6代产品，它们是G1、G2、G3、G4、G5和G6，Motorola公司生产的PowerPC微处理器芯片产品编号前有“MPC”前缀，如G5中的MPC855T，G6中的MPC860DE MPC860P等。 2004年，Motorola公司分拆

9、半导体部门，组建了新公司Freescale（飞思卡尔），由该公司继续MPC微处理器的技术支持和新产品研发。,目前，IBM公司的PowerPC微处理器芯片产品有4个系列，分别是4XX综合处理器、4XX处理器核、7XX高性能32位微处理器和9XX超高性能64位微处理器。 PowerPC系列微处理器的品种较多，既有通用处理器，又有嵌入式控制器和内核，应用范围也非常广泛，从高端工作站、服务器到桌面计算系统，从消费类电子产品到大型通信设备，都有着广泛的应用。, 其他嵌入式微处理器 Motorola公司的68xxx、Compaq公司的Alpha、HP公司的PARISC、Sun公司的Sparc、Hitach

10、i的SH、飞利浦的LPC等嵌入式微处理器也有着广泛的应用。,嵌入式处理器的使用量,1.3 嵌入式操作系统介绍,1.3.1 嵌入式操作系统主要特点 实时性：优先级高的任务立即执行 可移植：可应用在不同的处理器上 内核小型化：Linux内核+网络驱动 200KBytes 可裁剪：适应嵌入式系统要求,1.3.2 主流嵌入式操作系统简介,嵌入式Linux cLinux(无存储管理单元MMU) Windows CE VxWorks QNX C/OS II Symbian OS Palm OS Android IOS,1、 嵌入式Linux 1991年林纳斯托瓦兹开发的。 Linux主要特点有： 开放源码

11、； 内核小(200k-几M)、功能强大、运行稳定、效率高； 易于定制裁剪； 可移植到数十种微处理器上； 支持大量的外围硬件设备，驱动程序丰富； 有大量的开发工具，良好的开发环境； 对以太网、千兆以太网、无线网络、令牌网、光纤网、卫星网等多种联网方式提供了全面的支持； 在图像处理、文件管理及多任务支持等方面，Linux也提供了较强的支持。 缺点：实时性不够好,2. Windows CE Windows CE是一个简洁、高效率的多平台操作系统，是Microsoft完全独立开发的操作系统，是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完全优先级、多任务的操作系统。操作系统内核占据最少200KB ROM空间

12、。 应用对象是移动设备 WINCE开发相对较容易，开发周期短，内核完善，主要是应用层开发。 源码不开放。需要付费授权,3. VxWorks VxWorks是美国 Wind River System 公司（风河公司 ，即 WRS 公司）推出的一个实时操作系统。 以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中。 是目前使用最广泛、市场占有率最高的商用嵌入式操作系统，可以移植到多种处理器，如x86、Motorola 68xxx、MIPS RXxxx、Power PC、StrongARM、ARM等。VxWorks具有多达1800个功能强大的应用程

13、序接口（API），系统的可靠性非常高。,4.C/OS- C/OS是源码公开的实时嵌入式操作系统。C/OS-提供了嵌入式系统的基本功能，其核心代码短小精干。C/OS-对于大型商用嵌入式系统而言，是轻量级嵌入式操作系统。 C/OS-主要特点包括：源码公开、可移植性强、可裁剪、占先式、多任务，稳定性和可靠性都很强。 C/OS-已经被移植到许多微处理器上运行，如ARM系列、Intel的8051、80 x86系列、Motorola的Power PC和68xxx、68HC11等系列,5、QNX Quick Unix简称，是一种商用的类Unix实时操作系统，遵从POSIX(Portable Operatin

14、g System Interface)规范。 POSIX是为了提高UNIX环境下应用程序的可移植性。 QNX是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统。QNX是业界公认的X86平台上最好的嵌入式实时操作系统之一 QNX主要开发汽车，通讯设备所使用的操作系统； QNX在车用市场占有率达到75%； 此外，QNX的最大客户订单来源于思科系统。, Palm OS Palm OS是3COM公司Palm Computing掌上电脑公司的产品，主要应用在PDA(Personal Digital Assistant，掌上电脑)中，2001年左右占据PDA市场的90%。 Symbian OS 诺基亚手机,8

15、. Android 基于Linux平台的开源手机操作系统，由谷歌公司开发。 2008年9月份正式发布Android 1.0，之后迅速在智能手机中得到广泛应用。 开源；开放性,9. iOS iOS是由苹果公司开发的移动操作系统。苹果公司在2007年1月9日发布。 iOS与苹果的Mac OS操作系统一样，属于类Unix的商业操作系统。 不开源。 主要在苹果公司的产品中使用。,1.5 ARM系列嵌入式微处理器简介,处理器 处理器核 处理器架构 AMBA总线,1.5 ARM系列嵌入式微处理器简介,处理器 处理器核：处理器核心，运算、指令执行、存储管理 处理器架构：ARM指令集版本 AMBA总线： AM

16、BA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)提供一种特殊的机制，可将RISC处理器核集成在其它IP芯核和外设中。,1.5.1ARM处理器命名规则,ARM 926EJ-S,Family number 7: ARM7 9: ARM9 10: ARM10 11: ARM11,Memory system 2: Cache, MMU, Process ID 4: Cache, MPU 6: Write buffer, no cache,Memory size 0: Cache size (4-128KB) 2: Reduced cache size 6: T

17、CM,Synthesizable,Extensions E: DSP extension J: Jazelle extension T: Thumb support ,1.5.2 ARM体系结构和处理器系列,流水线,典型的ARM处理器核产品,ARM7 SamSung 公司的： S3C4510、S3C44B0 Cirrus Logic 公司的：EP7211 、EP7212、EP7312 Atmel 公司的：At91M40800、 At91R40807 Piliph公司的：LPC2104/05/06 LinkUp Systems 公司的ARM 系列: L7200 、L7205 NetSilicon 公司的： NET+15/40/50 Trisc