文档介绍：2
C H A P T E R
嵌入式硬件基础
本节提要
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嵌入式系统硬件基础
嵌入式系统开发环境
嵌入式系统硬件开发流程
芯片封装知识简介
嵌入式系统硬件部分
嵌入式系统软件部分
如人的大脑,决定了硬件的操作模式。通过良好的操作系统以及应用程序,把硬件功能发挥到极至。
如人的手、脚、神经等部位,决定了嵌入式系统的先天功能。如运算能力和I/O接口等。
RISC和CISC
冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构
流水线
嵌入式微处理器体系结果
总线
高速输入输出接口
输入输出设备
存储器
嵌入式系统硬件基础
CISC和RISC
CISC:plex Instruction puter)
具有大量的指令和寻址方式,指令长度可变
8/2原则:80%的程序只使用20%的指令
大多数程序只使用少量的指令就能够运行。
RISC:精简指令集(Reduced Instruction puter)
只包含最有用的指令,指令长度固定
确保数据通道快速执行每一条指令
使CPU硬件结构设计变得更为简单
CISC与RISC的数据通道
IF
ID
REG
ALU
MEM
开始
退出
IF
ID
ALU
MEM
REG
微操作通道
开始
退出
单通数据通道
RISC:Load/Store结构
CISC:寻址方式复杂
CISC的背景和特点
背景: 存储资源紧缺, 强调编译优化
增强指令功能,设置一些功能复杂的指令,把一些原来由软件实现的、常用的功能改用硬件的(微程序)指令系统来实现
为节省存储空间,强调高代码密度,指令格式不固定,指令可长可短,操作数可多可少
寻址方式复杂多样,操作数可来自寄存器,也可来自存储器
采用微程序控制,执行每条指令均需完成一个微指令序列
CPI > 5,指令越复杂,CPI越大。
CISC的主要缺点
指令使用频度不均衡。
高频度使用的指令占据了绝大部分的执行时间,扩充的复杂指令往往是低频度指令。
大量复杂指令的控制逻辑不规整,不适于VLSI工艺
VLSI的出现,使单芯片处理机希望采用规整的硬联逻辑实现,而不希望用微程序,因为微程序的使用反而制约了速度提高。(微码的存控速度比CPU慢5-10倍)。
软硬功能分配
复杂指令增加硬件的复杂度,使指令执行周期大大加长,直接访存次数增多,数据重复利用率低。
不利于先进指令级并行技术的采用
流水线技术
RISC基本设计思想
减小CPI: CPUtime=Instr_Count * CPI * Clock_cycle
精简指令集:保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高的指令
采用Load/Store结构,有助于减少指令格式,统一存储器访问方式
采用硬接线控制代替微程序控制
RISC:减少指令平均执行周期数
CPUtime= Instr_Count *CPI * Clock_cycle
ICRISC > IC CISC, 30%---40%
CCRISC < CCCISC
CPIRISC < CPICISC , 20%
超标量、超流水线、VLIW等系统结构, 目标在于减小CPI, 可使CPI<1