嵌入式架构(嵌入式是干嘛的)

嵌入式系统cpu采用什么体系结构

计算机的架构分为两种，

一种是冯诺依曼架构，一种是哈佛架构。

哈佛的架构是存储器，RAM和Rom的编址是分开的。例如8051单片机就是哈佛架构。

而电脑X86架构都是使用冯洛伊曼架构冯诺伊曼架构的 RAM和rom编址是合在一起的。所以嵌入式CPU大多采用哈佛架构。

嵌入式软件开发常用的三种架构你知道吗？

摘要 ：对于单片机程序来说，大家都不陌生，但是真正使用架构，考虑架构的恐怕并不多，随着程序开发的不断增多，架构是非常必要的。

应用程序的架构大致有三种：

1、 简单的前后台顺序执行程序 ，这类写法是大多数人使用的方法，不需用思考程序的具体架构，直接通过执行顺序编写应用程序即可。

2、 时间片轮询法 ，此方法是介于顺序执行与操作系统之间的一种方法。

3、 操作系统 ，此法应该是应用程序编写的最高境界。

1、前后台顺序执行法

这是初学者们常用的程序框架设计方案，不用考虑太多东西，代码简单，或者对系统的整体实时性和并发性要求不高；初始化后通过 while(1){} 或 for(;;) {}`循环不断调用自己编写完成的函数，也基本不考虑每个函数执行所需要的时间，大部分情况下函数中或多或少都存在毫秒级别的延时等待。

以下是在校期间做的寝室防盗系统的部分代码（当时也存在部分BUG，没有解决。现在再看，其实很多问题，而且比较严重，比如中断服务函数内竟然有3000ms延时，这太可怕了，还有串口发送等等；由于实时性要求不算太高，因此主函数中的毫秒级别延时对系统运行没有多大影响，当然除BUG外；若是后期需要维护，那就是一个大工程，还不如推翻重写 )：

介于 前后台顺序执行法 和 操作系统 之间的一种程序架构设计方案。该设计方案需能帮助嵌入式软件开发者更上一层楼，在嵌入式软件开发过程中，若遇到以下几点，那么该设计方案可以说是最优选择，适用于程序较复杂的嵌入式系统；

该设计方案需要使用一个定时器，一般情况下定时1ms即可（定时时间可随意定，但中断过于频繁效率就低，中断太长，实时性差），因此需要考虑到每个任务函数的执行时间，建议不能超过1ms（能通过程序优化缩短执行时间则最好优化，如果不能优化的，则必须保证该任务的执行周期必须远大于任务所执行的耗时时间），同时要求主循环或任务函数中不能存在毫秒级别的延时。

以下介绍两种不同的实现方案，分别针对无函数指针概念的朋友和想进一步学习的朋友。

1、无函数指针的设计方式

2、含函数指针的设计方式

嵌入式操作系统EOS( Embedded OperatingSystem )是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域，而对于单片机来说，比较常用的有UCOS、FreeRTOS、 RT-Thread Nano和RTX 等多种抢占式操作系统(其他如Linux等操作系统不适用于单片机)

操作系统和“ 时间片论法 ”，在任务执行方面来说，操作系统对每个任务的耗时没有过多的要求，需要通过设置每个任务的优先级，在高优先级的任务就绪时，会抢占低优先级的任务；操作系统相对复杂，因此这里没有详细介绍了。

关于如何选择合适的操作系统( uCOS 、 FreeRTOS 、 RTThread 、 RTX 等RTOS的对比之特点：

借网上一张对比图：

从上述的对比中可以看出，时间片轮询法的优势还是比较大的，它既有前后台顺序执行法的优点，也有操作系统的优点。结构清晰，简单，非常容易理解，所以这种是比较常用的单片机设计框架。

嵌入式架构设计，什么是嵌入式架构设计

1.1嵌入式Linux系统硬件环境

图4.1开发环境硬件连接

通常基于嵌入式linux系统的开发环境一般由目标机、开发板、交叉编译工具链、远程调试工具和下载机制组成。本课题的工作是在装有linux操作系统（RedHat 9.0）的目标机和基于S3C2410a的目标板上进行的。

设置串行接口

串行接口主要是用来目标板发送命令并监测目标板在程序运行过程中的输出信息。

要讲开发板COM1口与PC机的COM口分别用串口线连接好，而在主机端，用minicom与armsys2410用串口线连接好后进行通讯。

首先，设置minicom。用键盘在命令行输入minicom，输入后选定Serial port setup然后按设置健A健设置Serial Device,接着输入PC上接入的串行接口号，如果这个系统与串口1相接，相应写入/dev/ttyS0。接着需要设置传输速率，我们需要设置的传输速率为11520，按下E键，设置波特率为11520，设置完成后，没有奇偶校验，没有软件控制流和硬件控制流。设置完成后，选择为默认设置并保存退出。

设置完成后讲开发板复位，这时系统就会显示系统启动打印的信息。

1.2 嵌入式linux系统软件环境

笔者的研究方向主要着重点在于嵌入式linux系统的软件开发层面。嵌入式linux系统可以开发的上层软件多种多样，如果从从软件分析的角度来看大致可以分为四个层次：

一、 操作系统的引导。操作系统中要有引入加载程序，主要包括固件（firmware）和Bootloader(引导加载程序)两部分。

二、 系统的管控内核。为了更好的分配系统资源，必须要对特定的硬件平台和实际应用移植操作系统linux，这是进程管理的一个重要的部分，这里主要包含了定制内核以及控制内核引导系统的参数。

三、 系统文件的引导建立。文件的建立是指文件存在的物理空间，linxu系统中每一个分区都是一个文件系统，都包含自己的目录层次结构，这其中也包括根文件系统（RamDisk）和建立于Flash之上的文件系统。一个系统的操作离不开文的操作，因此要有而且要维护自己的文件系统。

四、 软件上的程序用户。经过多年的积累和开发，在自由软件中不断努力的人们为开放源码领域贡献了许多优秀的软件。针对客户的不同需求，为客户量身打造，甚至可以加入图形界面，可以更方便用户的使用。但是嵌入式linux系统不管如何构建，都离不开以下几点：

1）在嵌入的目标机装上交叉编译工具。

2）Bootloader是依赖于开发板硬件而实现编写的。

3）根据客户需求编译嵌入式Linux内核和裁剪冗余。

4）根据客户需要和系统运行的需要来编写设备驱动程序和嵌入式linux应用程序。

5）最后也是最重要的一个部分构建系统文件的目录。

嵌入式系统体系结构

嵌入式系统体系结构

所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。下面是我整理的关于嵌入式系统体系结构，欢迎大家参考!

嵌入式系统体系结构：

嵌入式系统的组成包含了硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。

1、硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。

嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器

Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。

2、中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP).

它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。BSP有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。

设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：

A、 嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。

片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。

板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。

系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。

B、 设计硬件相关的设备驱动。

3、系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。

RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

4、应用软件：由基于实时系统开发的应用程序组成。

嵌入式芯片体系结构介绍

1.嵌入式微处理器(Micro Processor Unit，MPU)

嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。和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、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。其中Arm/StrongArm是专为手持设备开发的嵌入式微处理器，属于中档的价位。

Power PC：

由IBM、Apple和Motorola联合开发，并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC架构具有可伸缩性好、方便灵活的特点。主要有以下产品使用Power PC微处理器

苹果公司：Power Macintosh系列、PowerBook系列(1995年以后的产品)、iBook系列、iMac系列(2005年以前的产品)、eMac系列产品。

任天堂：GameCube 和 Wii。

Sony：PlayStation 3。

MIPS：

MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlocked piped stages)，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。MIPS公司的R系列就是在此基础上开发的RISC工业产品的微处理器。这些系列产品为很多计算机公司采用构成各种工作站和计算机系统。MIPS技术公司是美国著名的芯片设计公司，它采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比，RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点，并可以应用更多先进的`技术，开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一，新的架构集成了所有原来MIPS指令集，并增加了许多更强大的功能。MIPS处理器是八十年代中期RISC CPU设计的一大热点。MIPS是卖的最好的RISC CPU，可以从任何地方，如Sony， Nintendo的游戏机，Cisco的路由器和SGI超级计算机，看见MIPS产品在销售。目前随着RISC体系结构遭到x86芯片的竞争，MIPS有可能是起初RISC CPU设计中唯一的一个在本世纪盈利的。和英特尔相比，MIPS的授权费用比较低，也就为除英特尔外的大多数芯片厂商所采用。

2.嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)

嵌入式微控制器的典型代表是单片机，从70年代末单片机出现到今天，虽然已经经过了20多年的历史，但这种8位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。由于MCU低廉的价格，优良的功能，所以拥有的品种和数量最多，比较有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及 MCU 8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系统约70%的市场份额。近来Atmel出产的Avr单片机由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性价比，势必将推动单片机获得更高的发展。

3.嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)

DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令的执行速度。在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。DSP的理论算法在70年代就已经出现，但是由于专门的DSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPU等由分立元件实现。MPU较低的处理速度无法满足DSP的算法要求，其应用领域仅仅局限于一些尖端的高科技领域。随着大规模集成电路技术发展，1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。其运算速度比MPU快了几十倍，在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。至80年代中期，随着CMOS技术的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度都得到成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。到80年代后期，DSP的运算速度进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。90年代后，DSP发展到了第五代产品，集成度更高，使用范围也更加广阔。目前最为广泛应用的是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的应用范围。根据芯片厂商采用不同的IP核，可以分为以下几类：

StarCore

Freescale

飞思卡尔数字信号处理器采用StarCore技术，是业内最高性能的可编程器件，可满足基带、航空航天、国防、医疗和测试与测量市场的需求。我们设计的StarCore DSP系列产品提供全面灵活扩展的解决方案，帮助客户加快产品上市。StarCore DSP具有低功耗、低成本的显著特点，是下一代设计的理想解决方案。通过新一代创新实现更加智能的世界。多核芯片主要包括：MSC8122: 带有以太网的四核16位DSP，MSC8126: 带有以太网、TCOP和VCOP的四核16位DSP，MSC8144: 四核DSP，MSC8152: 高性能双核DSP，MSC8154: 高性能四核DSP，MSC8154E: 带有安全功能的高性能四核DSP，MSC8156: 高性能六核DSP，MSC8156E: 带有安全功能的高性能六核DSP，MSC8157: MSC8157宽带无线接入DSP，MSC8158: MSC8158宽带无线接入DSP，MSC8252: 高性能双核DSP，MSC8254: 高性能四核DSP，MSC8256: 高性能六核DSP 。单核芯片主要包括： MSC8151: 高性能单核DSP，MSC8251: 高性能单核DSP。

4.嵌入式片上系统(System On Chip)

SoC追求产品系统最大包容的集成器件，是目前嵌入式应用领域的热门话题之一。SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。而且SOC具有极高的综合性，在一个硅片内部运用VHDL等硬件描述语言，实现一个复杂的系统。用户不需要再像传统的系统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点点的连接焊制，只需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。由于绝大部分系统构件都是在系统内部，整个系统就特别简洁，不仅减小了系统的体积和功耗，而且提高了系统的可靠性，提高了设计生产效率。由于SOC往往是专用的，所以大部分都不为用户所知，比较典型的SOC产品是Philips的Smart XA。少数通用系列如Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。预计不久的将来，一些大的芯片公司将通过推出成熟的、能占领多数市场的SOC芯片，一举击退竞争者。SOC芯片也将在声音、图像、影视、网络及系统逻辑等应用领域中发挥重要作用。

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