第二章 嵌入式硬件系统基础 电子科技大学嵌入式件工程中心 EsE匚
电子科技大学嵌入式软件工程中心 第二章 嵌入式硬件系统基础
主要内容 嵌入式硬件糸统基本组成 嵌入式微处理器 嵌入式糸统总线 嵌入式存储糸统 电子科技大学嵌入式件工程中心 EsE匚
电子科技大学嵌入式软件工程中心 主要内容 嵌入式硬件系统基本组成 嵌入式微处理器 嵌入式系统总线 嵌入式存储系统
第一 嵌入式硬件系统基本组成 电子科技大学嵌入式件工程中心 EsE匚
电子科技大学嵌入式软件工程中心 第一节 嵌入式硬件系统基本组成
嵌入式系统的硬件是以嵌入式微处理器 为核心,主要由嵌入式微处理器、总线、 存储器、输入/输出接口和设备组成。 嵌入式微处理器 总线 存储器 输入/输出接口和设备 国国国回国国回回回囗 国国国国回回回画回回回 电子科技大学嵌入式件工程中心 EsE匚
电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式系统的硬件是以嵌入式微处理器 为核心，主要由嵌入式微处理器、总线、 存储器、输入/输出接口和设备组成。 – 嵌入式微处理器 – 总线 – 存储器 – 输入/输出接口和设备
嵌入式微处理器 每个嵌入式系统至少包含一个嵌入式微处 理器 嵌入式微处理器体系结构可采用冯诺依曼 ( Von neumann)结构或哈佛( Harvard) 结构 地址 地址 主存储器 CPU 数据存储器 CPU 数据 数据 地址 MoV PC 程序存储器 r8,#8 MOV PC 指令 冯诺依曼结构 哈佛结构 电子科技大学嵌入式件工程中心 EsE匚
电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器 • 每个嵌入式系统至少包含一个嵌入式微处 理器 • 嵌入式微处理器体系结构可采用冯•诺依曼 （Von Neumann）结构或哈佛（Harvard） 结构 地址 数据 主存储器 MOV r8,#8 CPU PC 指令 程序存储器 CPU PC 地址 数据存储器 MOV r8,#8 地址 数据 冯•诺依曼结构 哈佛结构
嵌入式微处理器 传统的微处理器采用的冯诺依曼结构将指令和 数据存放在同一存储空间中,统一编址,指令 和数据通过同一总线访问。 哈佛结构则是不同于冯·诺依曼结构的一种并行 体系结构,其主要特点是程序和数据存储在不 同的存储空间中,即程序存储器和数据存储器 是两个相互独立的存储器,每个存储器独立编 制、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 据的吞吐率提高了一倍 电子科技大学嵌入式件工程中心 EsE匚
电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器 – 传统的微处理器采用的冯·诺依曼结构将指令和 数据存放在同一存储空间中，统一编址，指令 和数据通过同一总线访问。 – 哈佛结构则是不同于冯·诺依曼结构的一种并行 体系结构，其主要特点是程序和数据存储在不 同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器 是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编 制、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 据的吞吐率提高了一倍
嵌入式微处理器 嵌入式微处理器的指令系统可采用精简指令集系统RSC ( ReducedInstruction Set Computer)或复杂指令集系 3ECISC( Complex Instruction Set Computer CISC RISC 价格 由硬件完成部分软件功能,硬件复由软件完成部分硬件功能,软件复 杂性增加,芯片成本高 杂性增加,芯片成本低 性能 减少代码尺寸,增加指令的执行周使用流水线降低指令的执行周期数, 期数 增加代码寸 大量的混杂型指令集,有简单快速 指令集 的指令,也有复杂的多周期指令, 简单的单周期指令,在汇编指令方 符合HL( high level language)面有相应的c微代码指令 高级语言支 硬件完成 软件完成 持 寻址模式皇杂的寻址模式,支持内存到内存单的忌址模式,仅许D和 操作都基于寄存器到寄存器 控制单元微码 直接执行 寄存器数目寄存器较少 寄存器辂多 电子科技大学嵌入式件工程中心 EsE匚
电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器的指令系统可采用精简指令集系统RISC （Reduced Instruction Set Computer）或复杂指令集系 统CISC（Complex Instruction Set Computer） CISC RISC 价格 由硬件完成部分软件功能，硬件复 杂性增加，芯片成本高 由软件完成部分硬件功能，软件复 杂性增加，芯片成本低 性能 减少代码尺寸，增加指令的执行周 期数 使用流水线降低指令的执行周期数， 增加代码尺寸 指令集 大量的混杂型指令集，有简单快速 的指令，也有复杂的多周期指令， 符合HLL（high level language） 简单的单周期指令，在汇编指令方 面有相应的CISC微代码指令 高级语言支 持 硬件完成 软件完成 寻址模式 复杂的寻址模式，支持内存到内存 寻址 简单的寻址模式，仅允许LOAD和 STORE指令存取内存，其它所有的 操作都基于寄存器到寄存器 控制单元 微码 直接执行 寄存器数目 寄存器较少 寄存器较多
嵌入式微处理器 嵌入式微处理器有许多不同的体系,即使 在同一体系中也可能具有不同的时钟速度 和总线数据宽度、集成不同的外部接口和 设备。 据不完全统计,目前全世界嵌入式微处理 器的品种总量已经超过干种,有几十种嵌 入式微处理器体系,主流的体系有ARM MIPS、 PowerPC、SH、X86等。 电子科技大学嵌入式件工程中心 EsE匚
电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式微处理器 • 嵌入式微处理器有许多不同的体系，即使 在同一体系中也可能具有不同的时钟速度 和总线数据宽度、集成不同的外部接口和 设备。 • 据不完全统计，目前全世界嵌入式微处理 器的品种总量已经超过千种，有几十种嵌 入式微处理器体系，主流的体系有ARM、 MIPS、PowerPC、SH、X86等
总线 嵌入式系统的总线一般集成在嵌入式微 处理器中 从微处理器的角度来看,总线可分为片 外总线(如:Pc、IsA等和片内总线(如 AMBA、 AVALON、OCP、 WISHBONE等) 选择总线和选择嵌入式微处理器密切相 关,总线的种类随不同的微处理器的结 构而不同。 电子科技大学嵌入式件工程中心 EsE匚
电子科技大学嵌入式软件工程中心 总线 • 嵌入式系统的总线一般集成在嵌入式微 处理器中。 • 从微处理器的角度来看，总线可分为片 外总线(如：PCI、ISA等)和片内总线（如： AMBA、 AVALON、OCP、WISHBONE等）。 • 选择总线和选择嵌入式微处理器密切相 关，总线的种类随不同的微处理器的结 构而不同
存储器 嵌入式系统的存储器包括主存和外存。 大多数嵌入式系统的代码和数据都存储在处 理器可直接访问的存储空间即主存中 系统上电后在主存中的代码直接运行。主存 储器的特点是速度快,一般采用ROM、 EPROM、 Nor flash、SRAM、DRAM等存储 器件。 电子科技大学嵌入式件工程中心 EsE匚
电子科技大学嵌入式软件工程中心 存储器 • 嵌入式系统的存储器包括主存和外存。 • 大多数嵌入式系统的代码和数据都存储在处 理器可直接访问的存储空间即主存中。 • 系统上电后在主存中的代码直接运行。主存 储器的特点是速度快，一般采用ROM、 EPROM、Nor Flash、SRAM、DRAM等存储 器件