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嵌入式系统基础及知识及接口技术总结

发布日期:2021-09-30 17:47

本文摘要:什么是嵌入式 IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,美国电气和电子工程师协会)对嵌入式系统的定义:用作掌控、监控或者辅助操作者机器和设备的装置。原文为:DevicesUsedtoControl,MonitororAssisttheOperationofEquipment,MachineryorPlants)。 嵌入式系统是一种专用的计算机系统,作为装置或设备的一部分。

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什么是嵌入式  IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,美国电气和电子工程师协会)对嵌入式系统的定义:用作掌控、监控或者辅助操作者机器和设备的装置。原文为:DevicesUsedtoControl,MonitororAssisttheOperationofEquipment,MachineryorPlants)。

  嵌入式系统是一种专用的计算机系统,作为装置或设备的一部分。一般来说,嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。

事实上,所有具有数字模块的设备,如手表、微波炉、录像机、汽车等,都用于嵌入式系统,有些嵌入式系统还包括操作系统,但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个掌控逻辑。  从应用于对象上加以定义,嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵括机械等附属装置。

国内广泛尊重的嵌入式系统定义为:以应用于为中心,以计算机技术为基础,软硬件可剪裁,适应环境应用于系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。  一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和继续执行装置构成,嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心,由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层构成。继续执行装置也称作被控对象,它可以拒绝接受嵌入式计算机系统收到的掌控命令,继续执行所规定的操作者或任务。

继续执行装置可以很非常简单,如手机上的一个微小型的电机,当手机正处于震动接管状态时关上;也可以很简单,如SONY智能机器狗,上面构建了多个微小型掌控电机和多种传感器,从而可以继续执行各种简单的动作和感觉各种状态信息。  嵌入式系统的构成  一、硬件层硬件层中包括嵌入式微处理器、存储器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用设备模块和I/O模块(A/D、D/A、I/O等)。在一嵌入式处理器基础上加到电源电路、时钟电路和存储器电路,就包含了一个嵌入式核心掌控模块。

其中操作系统和应用程序都可以烧结在ROM中.  二、中间层硬件层与软件层之间为中间层,也称作硬件抽象化层(HardwareAbstractLayer,HAL)或者板级反对包在(BoardSupportPackage,BSP),它半系统上层软件与底层硬件分离出来出去,使系统的底层驱动程序与硬件牵涉到,上层软件开发人员需要关心底层硬件的具体情况,根据BSP层获取的模块才可展开研发。该层一般包括涉及底层硬件的初始化、数据的输出/输入操作者和硬件设备的配备功能。

实质上,BSP是一个介于操作系统和底层硬件之间的软件层次,还包括了系统中大部分与硬件联系密切的软件模块。设计一个原始的BSP必须已完成两部分工作:映射工系统的硬件初始化的BSP功能,设计硬件涉及的设备驱动。  三、系统软件层系统软件层由动态多任务操作系统(Real-timeOperationSystem,RTOS)、文件系统、图形用户模块(GraphicUserInterface,GUI)、网络系统及标准化组件模块构成。

RTOS是嵌入式应用软件的基础和研发平台。  实时系统  (1)定义:能在登录或确认的时间内已完成系统功能和对外部或内部、实时或异步时间作出号召的系统。

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  (2)区别:标准化系统一般执着的是系统的平均值响应时间和用户的使用方便;而实时系统主要考虑到的是在最坏情况下的系统不道德。  (3)特点:时间约束性、可预测性、可靠性、与外部环境的交互性。  (4)软动态(强劲动态):指应用于的时间市场需求不应需要获得几乎符合,否则就导致根本性安全事故,甚至导致根本性的生命财产损失和生态毁坏,如:航天、军事。  (5)硬动态(很弱动态):指某些应用于虽然明确提出了时间的拒绝,但动态任务有时候违背这种市场需求对系统运营及环境会导致严重影响,如:监控系统、动态信息采集系统。

  (6)任务的约束还包括:时间约束、资源约束、继续执行顺序约束和性能约束。  实时系统的调度  (1)调度:等价一组动态任务和系统资源,确认每个任务何时何地继续执行的整个过程。  (2)守住式调度:一般来说是优先级驱动的调度,如uCOS。优点是实时性好、反应慢,调度算法比较非常简单,可以确保低优先级任务的时间约束;缺点是上下文转换多。

  (3)非守住式调度:一般来说是按时间片分配的调度,不容许任务在继续执行期间被中断,任务一旦闲置处理器就必需继续执行完或强迫退出,如WinCE。优点是上下文转换较少;缺点是处理器有效地资源利用率较低,可调度性很差。

  (4)静态表格驱动策略:系统在运营前根据各任务的时间约束及关联关系,使用某种搜寻策略分解一张运营时刻表,说明各任务的接续运营时刻及运行时间。  (5)优先级驱动策略:按照任务优先级的强弱确认任务的继续执行顺序。  (6)动态任务分类:周期任务、偶发任务、非周期任务。

  (7)实时系统的标准化结构模型:数据采集任务构建传感器数据的收集,数据处理任务处置收集的数据、并将加工后的数据送往执行机构管理任务掌控机构继续执行。  嵌入式微处理器体系结构  (1)冯诺依曼结构:程序和数据共用一个存储空间,程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的有所不同物理方位,使用单一的地址及数据总线,程序和数据的宽度完全相同。

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例如:8086、ARM7、MIPS  (2)哈佛结构:程序和数据是两个互相独立国家的存储器,每个存储器独立国家编址、独立国家采访,是一种将程序存储和数据存储分离的存储器结构。例如:AVR、ARM9、ARM10  (3)CISC与RISC的特点较为。  计算机执行程序所必须的时间P可以用下面公式计算出来:  P=ICPIT  I:高级语言程序编译器后在机器上运营的指令数。  CPI:为继续执行每条指令所必须的平均值周期数。

  T:每个机器周期的时间。  (4)流水线的思想:在CPU中把一条指令的串行继续执行过程变成若干指令的子过程在CPU中重合继续执行。  (5)流水线的指标:  陡然亲率:单位时间里流水线处理机流入的结果数。

如果流水线的子过程所用时间不一样宽,则陡然亲率有误最长子过程的倒数。  创建时间:流水线开始工作抵达仅次于陡然亲率的时间。若m个子过程所用时间一样,皆为t,则创建时间T=mt。

  (6)信息存储的字节顺序  A、存储器单位:字节(8位)  B、字长要求了微处理器的传输速率能力,即虚拟地址空间的大小。  C、32位微处理器的虚拟地址空间位232,即4GB。  D、小端字节顺序:低字节在内存较低地址处,高字节在内存低地址处。

  E、大端字节顺序:高字节在内存较低地址处,低字节在内存低地址处。  F、网络设备的存储顺序问题各不相同OSI模型底层中的数据链路层。  逻辑电路基础  (1)根据电路否具备存储功能,将逻辑电路区分为:人组逻辑电路和时序逻辑电路。

  (2)人组逻辑电路:电路在任一时刻的输入,仅有各不相同该时刻的输出信号,而与输出信号起到前电路的状态牵涉到。常用的逻辑电路有译码器和多路选择器等。  (3)时序逻辑电路:电路任一时刻的输入不仅与该时刻的输出有关,而且还与该时刻电路的状态有关。因此,时序电路中必需包括记忆元件。

触发器是包含时序逻辑电路的基础。常用的时序逻辑电路有寄存器和计数器等。

  (4)真值表、布尔代数、摩根定律、门电路的概念。  (5)NOR(或非)和NAND(与非)的门电路称作全能门电路,可以构建任何一种逻辑函数。  (6)译码器:多输出多输入的人组逻辑网络。  每输出一个n位的二进制代码,在m个输入末端中最少有一个有效地。

  当m=2n是,为全译码;当m《2n时,为部分译码。


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