第2章 嵌入式系统的硬件构成.ppt

第2章嵌入式系统的硬件构成
内容
概述
嵌入式微控制器
嵌入式DSP处理器
嵌入式微处理器
片上系统SoC
存储器
输入/输出设备
接口技术
总线
嵌入式系统常用网络接口
嵌入式系统的硬件构成实例
嵌入式系统硬件概述
嵌入式系统硬件的构成
嵌入式系统的体系结构
嵌入式系统硬件的构成
嵌入式系统的硬件由嵌入式处理器和嵌入式外围设备构成:
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件
嵌入式处理器与通用处理器的不同在于:嵌入式处理器把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部。
嵌入式处理器可分为:
低端的嵌入式微控制器(Micro Controller Unit,MCU)
常用于计算机通信领域的嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor,EDSP)
中高端的嵌入式微处理器(Embedded Micro Processor Unit,EMPU)
高度集成的嵌入式片上系统(System On Chip,SOC)。
嵌入式系统硬件的构成
嵌入式系统的硬件由嵌入式处理器和嵌入式外围设备构成:
根据功能的不同,外围设备可以分为3类:
存储器类型
静态易失型存储器(RAM,SRAM)、动态存储器(DRAM、SDRAM)、非易失型存储器(ROM,EPROM,E2PROM,FLASH)
接口类型
RS-232接口(串口)、IRDA(红外线接口)、SPI(串行外围设备接口)、I2C(现场总线)、USB(通用串行接口)、(以太接口)和普通并口
显示类型
CRT,LCD和触摸屏等。
嵌入式系统的体系结构
一个最基本的计算机系统是由微处理器、存储器和输入输出模块构成,它们之间由系统总线进行互连,以实现计算机执行程序的功能。
微处理器(Micro Processor)控制计算机的操作,执行指令和处理数据。在嵌入式系统中,其作用和功能类似于通用计算机CPU 。
存储器(Memory)用来存储指令和数据。
输入输出模块(I/O Module)负责在处理器、存储器和外部设备之间交换数据。
外部设备包括二级存储设备(如Flash、硬盘)、通信设备和终端设备。
系统总线(System Bus)为处理器、存储器和输入输出模块提供数据、控制等信号通信和传输。
计算机的体系结构包括两种:冯•诺依曼(Von Neumann)结构和哈佛(Harvard)结构。
冯•诺依曼结构
冯·诺依曼体系结构,最早由冯·诺依曼提出,又称普林斯顿体系结构,此结构的处理器的最大特点是程序和数据使用同一个存储器,也就是通常所说的“程序就是数据,数据就是程序”。
指令和数据共享同一总线。这种结构使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈,影响数据处理速度的提高,通常这一瓶颈称为“冯•诺依曼瓶颈”。在实现中,高速缓存(Cache)和分支预测技术可以很好地缓解这一问题。
计算机的体系结构包括两种:冯•诺依曼(Von Neumann)结构和哈佛(Harvard)结构。
哈佛体系结构
哈佛结构的处理器有两个显著特点:一是使用两个独立的存储器模块,分别存储指令和数据,每个存储模块都不允许指令和数据并存;二是使用独立的两条总线,分别作为CPU和每个存储器之间的专用通信路径,而这两条总线之间毫无关联。
由于哈佛体系结构程序存储器和数据存储器分开,因此可以提供较大的数据存储器带宽,这一点使得它非常适合于数字信号处理。所以目前绝大多数DSP(Digital Signal Process)都是哈佛体系结构。
嵌入式微控制器
嵌入式微控制器(Micro Controller Unit,MCU)又称单片机(单片微型计算机的简称),就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。
一般以某一种微处理器内核为核心,芯片内部集成ROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、所需的IO设备(如串行口、A/D、D/A等)各种必要功能模块。
整个系统构成只需添加少量分离器件
为了节省空间和成本,经常不引出总线引脚
8位/16位/32位都有
嵌入式微控制器
计算性能比RISC CPU/DSP普遍要低,但是功耗、体积和价格也低的多
比如某些遥控器的MCU只运行在32Khz主频,几个毫瓦的功耗
适用于一些计算任务需求不高但是对成本、功耗、体积要求严格的场合
玩具、计算器、马达控制、遥控器、白色家电、计算机外设(尤其是USB外设)
与嵌入式微处理器相比嵌入式微控制器的特点是单片化,体积大大减少,功耗和成本下降,可靠性提高。