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        嵌入式系統的硬件由那些構成?

        • 發布:嵌入式培訓
        • 來源:嵌入式資訊
        • 時間:2020-05-26 17:02

        嵌入式系統主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶應用軟件等部分組成。其中,硬件平臺包括嵌入式處理器和外圍設備,它們位于嵌入式系統結構中的底層;嵌入式操作系統與通用操作系統的功能類似,為用戶屏蔽硬件底層的具體細節,提供了一個透明的操作空間;而應用軟件則是位于嵌入式操作系統之上的,當然,用戶也可以直接在嵌入式操作系統之上進行開發。

        本文主要來介紹一下嵌入式系統的硬件架構,也就是嵌入式處理器以及外圍設備的相關知識。

        1.嵌入式處理器

        嵌入式處理器是各嵌入式系統的核心部件,其功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等方面均受到應用要求的制約,嵌入式處理器包含以下部分:

        處理器內核;地址總線;數據總線;控制總線;處理器本身的輔助支持電路,如時鐘、復位電路等;片上I/O接口電路。

        嵌入式處理器可以分為3類:嵌入式微處理器、嵌入式微控制器和嵌入式DSP。

        嵌入式微處理器就是和通用計算機的微處理器對應的CPU。在應用中,一般是將微處理器裝配在專門設計的電路板上,母板上只保留與嵌入式相關的功能即可,這樣可以滿足嵌入式系統體積小、功耗低的要求。

        嵌入式微控制器又稱單片機,它將CPU、存儲器(少量的RAM、ROM,或兩者都有)和其他外設封裝在同一片集成電路里。

        嵌入式DSP專門用來對離散時間信號進行極快的處理計算,提高編譯效率和執行速度。DSP正在大量進入數字濾波、FFT、譜分析、圖像處理等領域。

        相似點有以下兩項:

        對外的接口:各類總線及輔助電路接口。

        處理功能:相似的指令功能分類。

        不同點有以下幾項:

        指令系統中指令的個數:嵌入式微處理器的指令個數與通用處理器有很大的區別,嵌入式微處理器的指令系統往往由于成本等原因而有所精簡,比如有些嵌入式處理器無浮點功能等。

        指令的形式:嵌入式微處理器一般都使用精簡指令集(RISC),而通用處理器則使用復雜指令集(CISC)。

        處理器的結構設計:嵌入式微處理器與通用處理器在結構設計上有較大的區別,如流水線結構的設計。

        處理器的工藝和應用指標:由于嵌入式系統通常應用在特殊的場合,因此,對處理器的工藝及應用指標(如工作的溫度條件等)也有不同的要求。

        2.外圍設備

        外圍設備是指嵌入式系統中用于完成存儲、通信、調試、顯示等輔助功能的其他部件。目前常用的嵌入式外圍設備按功能可以分為:存儲設備(如RAM、SRAM、Flash等)、通信設備(如RS-232接口、SPI接口、以太網接口等)和顯示設備(如顯示屏等)。

        常見的存儲設備有RAM、SRAM、ROM、Flash等,這些存儲設備在嵌入式系統開發過程中是非常重要的。

        (1)RAM、SRAM、DRAM。

        根據掉電數據是否丟失,存儲器可以分為RAM(隨機存取存儲器)和ROM(只讀存儲器),其中RAM的訪問速度比較快,但掉電后數據會丟失,而ROM掉電后數據不會丟失。人們通常所說的內存即指系統中的RAM。

        RAM又可分為SRAM(靜態存儲器)和DRAM(動態存儲器)。

        SRAM是利用雙穩態觸發器來保存信息的,只要不掉電,信息是不會丟失的。

        DRAM是利用MOS(金屬氧化物半導體)電容存儲電荷來儲存信息的,因此必須通過不停地給電容充電來維持信息。DRAM的成本、集成度、功耗等明顯優于SRAM。

        通常人們所說的SDRAM是DRAM的一種,它是同步動態存儲器,利用單一的系統時鐘同步所有的地址數據和控制信號。使用SDRAM不但能提高系統表現,還能簡化設計、提供高速的數據傳輸,在嵌入式系統中經常使用。

        (2)ROM、Flash。

        Flash是一種非易失閃存技術,由于它具有和ROM一樣掉電數據不會丟失的特性。Flash主要分為NOR Flash和NAND Flash兩種。

        NOR Flash的特點是在芯片內執行(Execute In Place),這樣應用程序可以直接在Flash內運行,不必再把代碼讀到系統RAM中。

        NAND Flash能提供極高的單元密度,可以達到高存儲密度,NAND讀和寫操作采用512字節的塊,單元尺寸幾乎是NOR器件的一半,同時由于生產過程很簡單,大大降低了生產的成本。NAND Flash中每個塊的大擦寫次數是100萬次,是NOR Flash的10倍,這些都使得NAND Flash越來越受到人們的喜愛。

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