关于嵌入式基础,应当熟悉的知识点:
嵌入式系统的定义:一种完全嵌入受控元件内部,为特定应用而设计的专用计算机系统。其核心由一个或几个预先编程以拿来执行少数几项任务的微处理器或则微控制器组成。所有带有数字插口的设备都使用嵌入式系统,所有带有数字插口的设备都使用嵌入式系统,如腕表,微波炉,录象机,车辆等。
嵌入式系统的组成:如图示
嵌入式系统发展:分为四个阶段:
1)单片微型计算机(SCM)阶段,即单片机时代:系统功能由汇编语言实现。
这一时代系统硬件:单片机。软件:无操作系统。
主要特征:系统结构相对单一,处理效率低嵌入式操作系统分为,储存容量非常有限,几乎无用户插口。
2)微控制器(MUC)阶段,:主要技术方向:不断扩充对象系统要求的各类外围电路和插口电路,展现其对象的智能化控制能力。
这一阶段基础:嵌入式微处理器。这一阶段核心:简单操作系统。
主要特征:硬件使用嵌入式微处理器,微处理器的种类繁杂,通用性弱;系统开支小,效率较高。
3)片上系统(SOC):主要特征:嵌入式系统才能运行于各类不同的微处理器上,兼容性好,操作系统的内核小,疗效好。
4)internet为标志的嵌入式系统:嵌入式网路化主要表现:一方面是嵌入式处理器集成了网路插口;另一方面是嵌入式设备应用于网路环境中。
实时系统:指才能在指定或则确定的时间内完成系统功能和外部或内部,同步或异步时间做出响应的系统。实时系统应当具有在事先定义的时间范围内辨识和处理离散风波的能力;系统才能处理和储存控制系统所须要的大量数据。
实时性分类:
1)硬实性:应用的最大需求就能得到完全满足,否则会引起重大车祸。
2)软实性:个别应用其实提出时间要求,而且实时任务时不时违背这些要求不会对系统运行或环境导致严重影响。或则也可以理解成,软推行对运行时间没有严格的卡死,而是安排了在运行时间里实时任务才能按优先级执行的次序执行。(忘掉在那里看的了,若果理解有错误,欢迎你们强调来)。
特征:
1)可预测性:系统对实时任务的执行时间进行判别,确定是否还能满足任务的期限要求。
分类:硬件延后的可预测性
软件系统的可预测性(应用程序和响应时间)
操作系统的可预测性(实时子句,调度函数等运行开支有限,以保证应用程序执行时间的有界性)
2)可靠性:增强可靠性方式:静态剖析,保留资源,冗余配置等使系统在最坏情况下都能正常工作或防止损失。
3)交互作用:外部化学环境(一般是被控子系统)是实时系统不可缺乏的组成部份,计算机系统通常是控制系统。二者互相作用构成完整的实时系统。
嵌入式微处理器体系结构:
1)冯诺依曼体系结构:俗称耶鲁结构(图片来自网路,侵删)是一种将程序指令储存器和数据储存器合并在一起的储存器结构。取指令和取操作数都在同一总线上,通过分时复用的方法进行;缺点是在高速运行时,不能达到同时取指令和取操作数,因而产生了传输过程的困局。因为程序指令储存地址和数据储存地址指向同一个储存器的不同化学位置,因而程序指令和数据的长度相同,如英特尔公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16显存。
依照冯·诺依曼体系结构构成的计算机,必须具有的功能有:
计算机必须具备五大基本组成部件,包括:输入数据和程序的输入设备、记忆程序和数据的储存器、完成数据加工处理的运算器、控制程序执行的控制器、输出处理结果的输出设备。
2)耶鲁体系结构(这条资源来自网路,侵删)
是一种将程序指令存储和数据存储分开的储存器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容,解码后得到数据地址,再到相应的数据存储器中读取数据,并进行下一步的操作(一般是执行)。程序指令存储和数据存储分开linux操作系统下载,数据和指令的存储可以同时进行,可以使指令和数据有不同的数据长度嵌入式操作系统分为,如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位长度,而数据是8位长度。
与冯.诺曼结构处理器比较,耶鲁结构处理器有两个显著的特征:
1、使用两个独立的储存器模块,分别储存指令和数据,每位储存模块都不容许指令和数据并存;
2、使用独立的两条总线,分别作为CPU与每位储存器之间的专用通讯路径,而这两条总线之间毫无关联。
改进的耶鲁结构,其结构特征为:
1、使用两个独立的储存器模块,分别储存指令和数据,每位储存模块都不容许指令和数据并存,便于实现并行处理;
2、具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线,借助公用地址总线访问两个储存模块(程序储存模块和数据储存模块),公用数据总线则被拿来完成程序储存模块或数据储存模块与CPU之间的数据传输;
耶鲁结构的微处理器一般具有较高的执行效率。其程序指令和数据指令分开组织和存储的,执行时可以预先读取下一条指令。目前使用耶鲁结构的中央处理器和微控制器有好多,不仅前面提及的Microchip公司的PIC系列芯片,还有诺基亚公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安谋公司的ARM9、ARM10和ARM11。
3)CISC(复杂指令集计算机)和RISC(精简指令集计算机)
CISC:采用一整套计算机指令进行操作的计算机。一般包括一个复杂的数据通路和一个微程序控制器。微程序控制器由一个微程序储存器、一个微程序计数器(MicroPC)和地址选择逻辑构成。在微程序储存器中的每一个字都表示一个控制字,而且包含了一个时钟周期内所有数据通路控制讯号的值。这就意味着控制字中的每一位表示一个数据通路控制线的值;
指令系统较丰富,有专用指令来完成特定的功能,因此处理特殊任务能力较高;储存器操作指令多,操作直接;CISC汇编语言程序编程相对简单,科学估算及复杂操作的程序设计相对容易,效率较高;在一条指令执行结束后响应中断;
CISC的CPU包含丰富的电路单元,因此功能强,面积大,帧率大;CISC微处理器结构复杂,设计周期长,功能强悍,实现特殊功能容易;CISC机器更适宜专用机。
RISC:保留常用指令,使计算机能以更快速度进行操作,使其简单高效;对不常用的功能,常通过组合指令来完成。因而RISC在实现特殊功能时linux 输入法,效率可能较低;储存器操作有限,使控制简单化;RISC汇编语言程序通常须要较大显存空间,实现特殊功能时程序复杂;
在一条指令执行的适当地方可以响应中断;RISC的CPU含较少的单元电路,因此面积小,帧率低;AISC微处理器结构简单,布局紧凑,设计周期短,适于采用最新技术,指令规整,性能容易掌握,易学易用;RISC指令系统的确定与特定额应用领域有关,故RISC机器更适宜于通用机。
4)流水线技术:指在程序操作执行时多条指令重叠进行操作的一种并行处理实现技术。(流水线技术的思想应当说是蛮好理解的在此不做详尽的赘言)
评判一种流水线技术的性能参数:吞吐率,效率,加速比。
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