嵌入式系统及应用PrinciplesandApplicationsoftheEmbeddedSystem本课程是电子大类专业基础中的一门理论性、实践性和实用性都很强的课程，其任务是掌握嵌入式系统概念与原理、嵌入式实时操作系统原理、ARM处理器体系结构、ARM处理器指令系统与简单程序设计、ARM处理器结构与硬件原理，通过大量实验培养学生综合运用嵌入式系统解决实际问题的能力及实际动手的能力，让学生掌握嵌入式系统软件与硬件平台的建立，熟悉嵌入式系统的开发流程。什么是嵌入式系统？（EmbeddedSystem）嵌入式系统设计技术对计算机系统的回顾–PC–Laptop–Mainframe--Server对处理器的回顾指令长度4􀁺8􀁺16􀁺32􀁺64集成度􀁺微处理器􀁺单片机􀁺SOC􀁺用途通用：X86、AMD、Cyrix、ARM、MIPS、PowerPC等专用：DSP、􀁺指令集􀁺RISC􀁺CISC：DSP单板计算机(MicrocontrollerUnit,MCU)􀁺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。–STD-BUS、PC104等。–芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、RAM、EEPROM等各种必要功能模块。􀁺优点–体积小–功耗低–成本低–可靠性高SOC(SystemOnChip)除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中。–Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片􀁺特点–体积小–功耗低–可靠性高可以使用那些可编程设备–X86、PowerPC，AMD􀁺特点–内存可编程（Programmemory）–通用的数据地址寄存器–通用的ALU􀁺优点–开发迅速–低成本–高灵活性用来执行单一特定程序–图形加速器、TCP卸载器、DSP特点–构造简单，仅包含执行单一特定程序所需的部件–没有编程内存（programmemory）􀁺优点–速度快–低功耗–尺寸小面向特定应用的优化的可编程处理器有一般的特征–IOP、IXP特点–可编程内存–数据路径优化–特殊功能单元􀁺优点–一定的灵活性–高性能CISC：复杂指令集（ComplexInstructionSetComputer）􀁺具有大量的指令和寻址方式􀁺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（ReducedInstructionSetComputer)􀁺在通道中只包含最有用的指令􀁺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EPIC(ExplicitlyParallelInstructionComputing，显式并行指令计算)􀁺使用ILP（InstructionLevelParallelism）使编译器在程序运行前便能找出其并行性，安排好指令执行的顺序。􀁺分支推断􀁺风险装载􀁺更加聪明的编译器超长指令字（VLIW）处理器􀁺多发射机制􀁺编译调度指令系统设计：–决定于应用、性能、代码密度和方言的要求。–包括符号指令设计和编码设计。指令的类型：–寻址方式：指令系统的重要特点。􀁺与数据通路相关。–传输类指令：实现处理器内部存储之间以及与外部存储之间的数据传送。与数据通路相关–运算类指令：实现指令描述的功能。􀁺与ALU和其它运算部件相关–系统类指令：完成对系统资源的访问。与操作系统的支持有关。指令的编码的相关因素：代码密度，功耗，译码器指令编码与功耗；–连续执行的执行功耗取决于其引起的逻辑变化量–指令编码的海明距离，控制信号的海明距离–执行情况等，编译技术，OS，嵌入式应用历史上第一个真正的嵌入式系统是什么？Apollo导航计算机HunterICC灌溉控制器􀁺6,000LOC(汇编语言)􀁺微内核(Hunter)􀁺一个8-bit微处理器(8051)􀁺I2C网络􀁺高可靠小型嵌入式系统BMW745i􀁺2,000,000LOC􀁺WindowsCEOS􀁺53个8-bit嵌入式处理器􀁺7个16-bit嵌入式处理器􀁺1个32-bit嵌入式处理器􀁺多种网络技术大型嵌入式系统BMW745􀁺大型复杂的嵌入式系统可由若干个小型嵌入式系