文档介绍：基于 FPGA 的嵌入式系统的设计第1章嵌入式系统概述嵌入式系统的产生和发展嵌入式系统的概念嵌入式系统的产生和发展嵌入式系统的全面发展是从 20世纪 90年代开始的,主要受到了分布式控制、数字化通信、信息家电、网络应用等强烈的应用需求所牵引。现在,人们可以随处发现嵌入式系统的应用, 如手机、 MP3 播放器、数码相机、 VCD 、机顶盒、路由器、交换机等。嵌入式系统在软、硬件技术方面迅速发展,首先是面向不同应用领域、功能更加强大、集成度更高、种类繁多、价格低廉、低功耗的 32位微处理器逐渐占领统治地位, DSP 器件向高速、高精度、低功耗发展,而且可以和其他的嵌入式微处理器相集成。其次,随着微处理器性能的提高,嵌入式软件的规模也成指数型增长,所体现出的嵌入式应用具备了更加复杂和高度智能的功能,软件在系统中体现出来的重要程度越来越大, 嵌入式操作系统在嵌入式软件中的使用越来越多,所占的比例逐渐提高,同时,嵌入式操作系统的功能不断丰富,在内核基础上发展成为包括图形接口、文件、网络、嵌入式 Java 、嵌入式 CORBA 、分布式处理等完备功能的集合;最后,嵌入式开发工具更加丰富,已经覆盖了嵌入式系统开发过程的各个阶段,现在主要向着集成开发环境和友好人机界面等方向发展。嵌入式系统的概念嵌入式系统的定义嵌入式计算系统,简称为嵌入式系统。那么究竟什么是嵌入式系统呢? 在 Wayne Wolf 著的一本有关嵌入式系统设计的教科书《嵌入式计算系统设计原理》里这样定义: “不严格地说:它是任意包含一个可编程计算机的设备,但是这个设备不是作为通用计算机而设计的。因此,一台个人电脑并不能称之为嵌入式计算系统,尽管个人电脑经常被用于搭建嵌入式计算系统。” IEEE( 国际电气和电子工程师协会) 的定义是: “Device used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants ”。微机学会的定义是: “嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统”,并分为系统级、板级、片级,系统级包括各类工控器、 PC104 模块等;板级包括各类带 CPU 的主板和 OEM 产品;片级包括各种以单片机、 DSP 、微处理器为核心的产品。目前被大多数人接受的一般性定义是: “嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软、硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。” 几个相关基本概念(1)嵌入式系统— Embedded System 通俗的说,嵌入式系统就是内嵌到对象体系中的微型专用计算机。它具有比通用计算机更简洁、更个性化的功能,可运行操作系统, 又兼有单片机体积小、低功耗等特点,是当前最热门的概念和应用最广泛的技术之一。嵌入式系统包括硬件和软件两部分。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心,有硬核和软核之分。由于嵌入式系统的概念从外延上很难统一,其应用形式多种多样,因此定义嵌入式系统非常困难。不过,通过对上述定义分析后不难发现,从嵌入式系统概念的内涵上讲,它的共性是一种软、硬件紧密结合的专用计算机系统。通常我们所说的嵌入式系统,硬件以嵌入式微处理器为核心,集成存储系统和各种专用输入/输出设备;软件包含系统启动程序、驱动程序、嵌入式操作系统、应用程序等,这些软件有机结合,构成系统特定的一体化软件。这种专用计算机系统必然在可靠性、实时性、功耗、可裁减等方面具有一系列特点。如果我们关注一下嵌入式系统的特性,也许能够对嵌入式系统的概念获得更深入的理解。(2)片上系统 SOC — System On Chip 片上系统又称为集成电路( Integrated System ), 简称 IS。有人认为, IS与 IC 的关系和当时的集成电路与分离元件的关系类似。 IS或 SOC 是一个复杂的系统。它一般将一个完整产品的各功能集成在一个芯片上或芯片组上。(3)可编程片上系统 SOPC — System On Programmable Chip SOC 是专业集成系统,设计周期长,设计成本高; 而 SOPC 是一种通用器件,是基于 FPGA 的可重构 SOC , 其设计周期短,设计成本低。 SOPC 集成了硬核或软核 CPU 、 DSP 、存储器、外围 I/O 及可编程逻辑,是更加灵活、高效的 SOC 解决方案。(4)集成电路 IP(知识产权) — Intellectual Property IP 是知识产权的简称。集成电路 IP的定义是:经过预先设计、预先验证,符合产业界普遍