文档介绍：一、什么是嵌入式系统
嵌入式系统是“以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁减、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统”。它与通用计算机技术的最大差异是必须支持硬件裁减和软件裁减,以适应应用系统对体积、功能、功耗、可靠性、成本等的特殊要求。
二、嵌入式系统开发的4个层次
嵌入式系统的开发可分为4个层次:硬件层、驱动层、操作系统层和应用层。
1、硬件层
硬件层开发的主要工作是根据应用的需求,选择适合的嵌入式处理器芯片,配置相应的接口电路,为嵌入式应用构建一个硬件平台。
嵌入式系统的核心是嵌入式处理器。嵌入式处理器一般可分为嵌入式微处理器(EMPU)、嵌入式微控制器(EMCU)、嵌入式DSP处理器(EDSP)、嵌入式片上系统(ESoC)4类。
⑴嵌入式微处理器(MicroProcessor Unit)
嵌入式微处理器是从通用计算机的CPU 演变过来的。其特征是具有32 位以上的处理器,具有较高的性能,其价格也相应较高。
与通用计算机的CPU 不同的是,它在实际应用中只保留与应用紧密相关的功能硬件,去除其它的冗余部分,以最低的功耗和资源实现应用系统的需要。
与工业控制计算机相比,嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低等优点。但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件,从而降低了系统的可靠性,技术保密性也较差。
嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上,称为单板计算机,如STD-BUS、PC104等。近年来,德国、日本的一些公司又开发出了类似火柴盒式、名片大小的嵌入式计算机系列OEM产品。
目前主要的嵌入式微处理器有:ARM,PowerPC、MIPS、Atom 等系列。
其中ARM是专门为各类嵌入式系统开发的嵌入式微处理器;
PowerPC是 1990年代初期由摩托罗拉与IBM合作共同开发的通用型嵌入式
CPU的架构。设计上更强调低耗电、非桌面功能。(HPC)、网络路由器、通信设备、火星探测器、机顶盒到游戏机都在使用着PowerPC 架构的微处理机;
MIPS处理器是20多年前由斯坦福大学开发的RISC体系结构发展而来, MIPS科技公司以IP(知识产权)授权方式向半导体厂家及嵌入式系统制造商提供MIPS-Based内核设计。我国’龙芯’系列采用的是MIPS体系结构;
而Atom (凌动)是Intel将x86体系结构用于嵌入式系统的嵌入式微处理器产品。
⑵嵌入式微控制器(MicroController Unit)
嵌入式微控制器的典型代表是单片机,将CPU 和计算机的外围功能单元(如:存储器、I/O 口、定时计数器、中断系统等)集成在一块芯片上。与嵌入式微处理器相比,单片机的最大特点是单片化,体积大大减小,功耗和成本更低。由于单片机的片内资源丰富,特别适用于控制场合,所以国外都称之为“微控制器”。
嵌入式微控制器的品种数量繁多,表1-1列出了目前流行的代表产品。
表1-1 目前流行的嵌入式微控制器
厂商
内核
代表产品
Atmel
爱特梅尔
ARM7/9
AVR8/32
SAM7/SAM9
AVR8/AVR32
MICROCHIP
微芯
PICmicro
MIPS
PIC12/PIC16/PIC18
PIC32
FreeScale
飞思卡尔
C08/S08
MC68H908
ST
意法半导体
ARM
STR720/740
NXP
恩智浦
Cotex-M3
LPC1500
TI
德州仪器
C24x
ARM
TMS320C2000
MSP430F/470F
Renesas
瑞萨
SH 2/4
H8/SuperH
⑶嵌入式DSP 处理器(Digital Signal Processor)
DSP 是专门用于信号处理的处理器,在系统结构和指令算法方面进行了特殊的设计,具有很高的编译效率和指令执行速度。DSP算法正在大量进入嵌入式领域,DSP应用正在逐步从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能过渡到采用嵌入式DSP处理器。
推动嵌入式DSP处理器发展的主要因素是嵌入式系统的智能化,例如各种带有智能逻辑的消费类产品,生物信息识别终端,带有加解密算法的键盘,ADSL 接入、实时语音压解系统,虚拟现实显示等。这类智能化算法一般都是运算量较大,特别是向量运算、指针线性寻址等较多,而这些正是DSP处理器的长处所在。
嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是Texas Instruments的TMS320系列,
包括用于控制的C2000系列、移动通信的C5000系列,以及性能更高的C6000系列。此外CEVA公司的CEVA-X DSPs,CEVA-T