作者：杨硕
由于嵌入式系统的专用型与定制性，与全球PC市场不同，没有一种微处理器或者微处理器公司可以主导嵌入式系统。本文分析了当前市场上主流的一些32位嵌入式微处理器的特点和应用场合，并对其未来发展做一些展望。这里只是按照体系结构分类，不涉及具体的处理器芯片。
一． ARM
ARM处理器是由英国的ARM公司设计的32位RISC处理器。
毫无疑问，ARM芯片是嵌入式微处理器中的佼佼者，是很多数字电子产品的核心。如今95%的手机里面的核心处理器使用的都是ARM芯片，而ARM在整个手持市场上占有90%以上的份额，这是一个惊人的比例。
ARM公司的商业模式：
ARM公司的成功除了其卓越的芯片设计技术以外，还源于其创新的商业模式：提供技术许可的知识产权，而不是制造和销售实际的半导体芯片。ARM将其芯片设计技术（内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案）授权给Intel，Samsung，TI，高通（Qualcomm），意法半导体等半导体制造商，这些厂商拿到ARM内核以后，再设计外围的各种控制器，和ARM核整合成一块SOC芯片，也就是我们看到的市面上的各种芯片，作为用户，我们也许不知道我们使用的是ARM芯片，但是我们可能天天都在感受着ARM芯片带给我们的智能体验。
图1-1 ARM的业务模型
ARM公司正是因为没有自己生产芯片，从而省去了IC制造的巨额成本，因此可
以专注于处理器内核设计本身，ARM处理器内核不但性能卓越而且升级速度很快，以适应市场的变化。
由于所有的ARM芯片都采用一个通用的处理器架构，所以相同的软件可以在所有产品中运行，这正是ARM最大的优势，采用ARM芯片无疑可以有效缩短应用程序开发的与测试的时间，也降低了研发费用。
ARM生态产业链：
ARM公司通过出售芯片技术授权，建立起新型的微处理器设计、生产和销售商业模式。围绕着芯片设计产业，ARM公司整合了上下游的资源，逐渐形成了一条完整的生态产业链。ARM的合作伙伴包括半导体制造商，开发工具商，应用软件设计商以及培训商等。ARM公司统一了芯片设计的标准，芯片制造商生产的芯片符合统一的接口，为以后的开发提供了很大的方便；工具商专门开发基于ARM芯片的仿真器和开发工具；应用软件设计商开发基于ARM芯片的应用程序，培训商则提供与ARM相关的培训服务。
这样的一套完整的产业链使得ARM芯片的开放性和通用性都很好，很多公司开发嵌入式产品都倾向于选择ARM的芯片，因为软硬件开发都有比较成熟的方案，相关的人才也比较多，可以缩短开发的周期，使得产品能够尽快上市。而作为个人如果想学习嵌入式开发，ARM芯片也是首选的学习对象，相关的学习资料和开发工具都有很多。
目前全球已有超过700家的软硬件系统公司加入了ARM Connected Community，其中中国本土公司的成长很快，目前已经有超过70家加入了ARM生态伙伴系统。
下图为以ARM公司为核心的生态产业链，这个产业链还在不断壮大：
图1-2 以ARM为核心的生态系统
ARM处理器核的技术特点：
采用RISC架构的ARM微处理器一般有如下特点：
●体积小、功耗低、低成本、高性能；
●流水线结构；
●支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好兼容8位
/16位器件；
●大量使用寄存器，指令执行速度更快；
●大多数数据操作都在寄存器中完成；
●寻址方式灵活，执行效率高；
●指令长度固定，支持条件执行；
●具有桶形移位器（barrel shifter），可以提高数学逻辑运算速度，不过也增加了硬件的复杂性，会占用更多的芯片面积；
● AMBA互联总线协议，可以有效地将各个IP组件粘接起来；
● ARM的大部分设计都采用RISC思想，当然它也综合一些CISC的设计理念以达到最佳地性能，所以ARM不是纯粹的RISC架构；
ARM微处理器最新的一些技术特点（以最新的Cortex-A9处理器核为例）：
●高效超标量流水线；
● NEON多媒体处理引擎，加快媒体和信号处理能力；
●浮点运算单元，显著提高了单精度和双精度标量浮点运算的速度；
●优化的一级缓存；
● Thumb-2技术，性能上达到传统ARM代码的峰值水平；
●二级缓存控制器，最高可配置2MB的缓存内存；
●先进的取指及分支预测技术，避免因访问指令的延时而影响跳转指令的执行；
●最多支持四条指令Cache Line预取挂起，进一步减少了内存延时的影响，从而促进指令的顺利传输；
●每个周期内可连续将两到四条指令发送到指令解码，确保充分利用超标量流水线性能；
图1-3 Cortex-A9 架构及单核接口
总而言之：ARM处理器最大的优势就在于体积小、功耗低、价格低廉，并且还能提供相当高的性能，确实是众多嵌入式设备的首选。
ARM处理器的主要应用领域：
下面是ARM处理器的主要应用领域：
●工业控制领域：基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，Cortex-M 系列就是ARM公司推出的典型低功耗、高性价比32位工控微控制器，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战；
●无线通讯领域：目前大部分无线通讯设备采用了ARM技术，ARM 以其高性价比和低成本，在该领域的地位日益巩固；
●网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势，此外，ARM在语音及视频处理上进行了优化，并获得广泛支持，这也对DSP的应用领域提出了挑战；
●消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到了广泛采用；
●成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术，手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术；
ARM未来可能的发展趋势：
下面对ARM未来可能的发展趋势做一些分析：
● ARM将在上网本市场和Intel一争高下。尽管Intel用于上网本的ATOM处理器现在占据上网本近80%的市场份额，但是成本低廉综合性能也不弱的ARM芯片大有和Intel一较高下的实力，未来二者可能平分上网本芯片的市
场份额；
●云计算时代亦是ARM的时代。云计算时代，用户可以在任意位置，使用各种移动终端获取应用服务，计算机的计算能力将不受本地硬件的限制，一台更小尺寸、更轻的上网本或者智能手机一样可以通过网络来完成我们需要的服务，这时ARM芯片的优势就体现出来了，采用ARM芯片的上网本更加省电轻巧；
● ARM和Linux紧密结合，整合软硬件解决方案，打造一整套开放平台，目前已经有多款ARM+Android组合的智能手机以及ARM+Ubuntu9.04结合的上网本上市。开放式平台是嵌入式应用的未来，ARM结合自身的生态系统优势，很有可能成为这个平台的主导者；
● ARM架构进军服务器市场。尽管现在ARM架构应用在服务器领域还存在一些不足，但是ARM低功耗、低成本等优点还是得到很多服务器厂商的青睐，并且2009年Dell已经推出了基于威盛Nano芯片的低功耗XS11-VX8服务器，其体积相当于一块3.5英寸的硬盘，而且在一个标准2U机箱内放置12台这样的服务器，单服务器的满载功耗在30瓦以内，并在近两年内出货5000多套类似的系统。而ARM的官方站点使用的就是基于Marvell MV78100 SOC的ARM服务器，相信ARM将来会逐步占据服务器市场的一定份额；
● ARM将在低端微控制器市场逐步取代传统的8位/16位单片机。ARM的Coretex-M系列是经过优化的专门针对低端控制应用的处理器核，和传统的单片机相比，它的处理能力更将而且更具针对性，并且其价格还非常低廉。
● ARM下一代处理器核向多内核架构发展，以提供更强大的运算能力。Cortex-A9处理器就有单核和多核两个架构。
● ARM内核与FPGA结合为SOPC（System On a Programmable Chip），打造更灵活的嵌入式系统硬件解决方案。FPGA灵活的硬件设计与处理器的强大软件功能有机地结合在一起，在设计具有复杂算法和控制逻辑的系统时，SOPC 的优势非常明显。
二． MIPS
MIPS处理器简介：
MIPS CPU是一种RISC结构的CPU，MIPS起源于一个学术研究项目，该项目的设计小组连同几个半导体厂商合伙人希望能制造出芯片并拿到市场上去卖。结果是该结构得到了工业领域内最大范围的具有影响力的制造商们的支持。从生产专用集成电路核心(ASIC Cores)的厂家(LSI Logic,Toshiba, Philips, NEC)到生产低成本CPU的厂家(NEC, Toshiba,和IDT),从低端64位处理器生产厂家(IDT, NKK, NEC)到高端64位处理器生产厂家(NEC, Toshiba和IDT)。
1984年，MIPS计算机公司成立。1992年，SGI收购了MIPS计算机公司。 1998年，MIPS脱离SGI，成为MIPS技术公司。MIPS技术公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商，在RISC处理器方面占有重要地位。
MIPS公司设计RISC处理器始于二十世纪八十年代初，1986年推出R2000处理器，1988年推R3000处理器，1991年推出第一款64位商用微处器R4000。之后又陆续推出R8000(于1994年)、R10000(于1996年)和R12000(于1997年)等型号。随后，MIPS公司的战略发生变化，把重点放在嵌入式系统。1999年，MIPS公司发布MIPS32和MIPS64架构标准，为未来MIPS处理器的开发奠定了基础。新的架构集成了所有原来NIPS指令集，并且增加了许多更强大的功能。MIPS公司陆续开发了高性能、低功耗的32位处理器内核(core)MIPS324Kc与高性能64位处理器内核MIPS64 5Kc。2000年，MIPS公司发布了针对MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc处理器内核。
注意：
MIPS有两种含义，上文中的MIPS是Microprocessor without Interlocked Pipe Stages的缩写，即无互锁流水线级的微处理机，它是一个科研项目的名称；MIPS 在计算机科学里还有Million Instructions Per Second，即每秒执行百万(条)指令数，是衡量计算机速度的一个重要指标。
MIPS的商业模式：
MIPS的商业模式和ARM相似，也是研发处理器内核，将知识产权授权给其他公司。我们非常熟悉的国产处理器厂商龙芯就是获得MIPS32和MIPS64架构的授权，借此开发龙芯CPU。
MIPS开展授权模式比ARM要晚，其生态系统的规模和完整性都不如ARM，而且很多MIPS的授权厂商如Broadcom/PMC等都不在处理器核上继续投入了，而反观ARM，除了ARM本身，Qualcomm/Marvel等作为ARM的架构授权者都在积极推动处理器内核的研发，这一点使MIPS在与ARM的竞争中无法占到优势。
MIPS处理器的技术特点：
MIPS处理器主要有以下技术特点：
● MIPS的设计保持纯粹的RISC风格，其设计始终保持简洁性，它倾向于把复杂的工作交给编译器去做。很多大学课程都喜欢选择MIPS体系结构来讲解计算机体系结构。MIPS的设计还是保持着学院派的作风，有一定理想化的色彩，因此到了实际商用领域，不如ARM这种以RISC为主但是也会引入一些CISC设计思想的处理器更具竞争力；
●占用更小的芯片面积，功耗方面比ARM芯片稍大一些；
●具有32位和64位两种架构的指令集，而ARM只有32位架构的指令集；
●核内包含大量寄存器、指令数和字符；
●可视的流水线延迟间隙；
●多发射核技术，这种技术将处理器中的闲置处理单元分割出来虚拟为另一个核心，以提高处理单元的利用率，避免了处理单元闲置浪费；
● MIPS是开放式的架构,用户可以在开发的内核中加入自己的指令；
MIPS处理器的主要应用领域：
MIPS处理器主要有以下应用领域：
●在数字电视、数字机顶盒、DVD/蓝光播放器、数码相机和宽带客户端等领域MIPS架构处理器应用比例大约为50%；
●在家用网络方面，大部分宽带路由器与无线接入点都采用了MIPS架构处理器，MIPS在互联网时代数字家庭的组成中已经占据一定的优势；
● MIPS在移动/便携终端领域远不如数字家庭那样神勇，不过采用MIPS处理器的索尼PSP的成功说明MIPS在这个领域大有可为，逐渐兴起的电子书也是MIPS在这个领域的一个突破口；
● MIPS在服务器市场也有部分应用，许多在业务上有前瞻性的互联网企业都考虑或已经将MIPS架构平台大量引入数据中心，在灵活满足需求的同时降低愈发夸张的能源及冷却成本；
MIPS处理器面临的困境：
MIPS其实是一款非常优秀的RISC处理器架构，但是由于一些历史原因，错过了一些比较好的发展机遇，导致现在的发展遇到一些困境，主要体现在一下几个方面：
● MIPS构建的生态系统远不如ARM完善，而且这种现状在当前ARM 迅猛发展的情况下很难有所改观，在国内，我们很少看到关于MIPS的培训课程，而ARM相关的培训课程则很多，不过一些高校会采用MIPS处理器架构来授课，因为MIPS的设计是开源的；
● MIPS所擅长的多是一些对效能要求远远高于用户体验的领域，这也从侧面反映出该架构下长期缺乏优秀的用户交互系统的窘境；
● MIPS在中国市场授权模式开展地较晚，因此在中国市场的推广远不及ARM；
● MIPS内核平台的开放性不太好，导致目前MIPS开发工具支持不够广泛，这时开发者不愿意看到的，而支持ARM内核的集成开发环境(IDE)、编译器、RTOS、软件仿真器、启动/驱动代码产品也是层出不穷，可以说一条完整的设计链已经形成，进入一种良性循环，所以开发者更倾向于使用ARM芯片；
MIPS未来可能的发展趋势：
下面对MIPS未来可能的发展趋势做一些分析：
● MIPS处理器核将向着硬件多线程方向发展，这与ARM不同，ARM 的发展方向是多核处理器；
● MIPS要寻求壮大自己的生态系统，让MIPS处理器支持更多操作系统，与其合作伙伴打造更加开放自由的平台。2009年，MIPS加入了开放嵌入式软件基金会（OESF），这将扩大MIPS的影响力，MIPS也成立了Android解决方案中心，目的就是让更多的厂商采用MIPS+Android的软硬家架构来开发电子产品；
● MIPS将借助3.5G或者4G的发展进军无线通讯领域，考虑到未来无线通信协议与Wi-Fi协议愈发相似，在这个时机切入似乎是个不错的选择；
● MIPS会大力布局云时代，MIPS在互联网时代数字家庭的组成中
已经占有一定的优势，具备了接入云的基础；
●在服务器市场，MIPS的优势渐渐体现出来，基于云的应用大大增加了对系统I/O与加***运算能力的要求，而这正是许多MIPS架构处理器的强项；
●在工控领域，MIPS可能不会有什么作为，这一领域还是会被8位单片机和ARM低端芯片占据；
三． PowerPC
Powerpc简介：
PowerPC是由苹果（Apple）公司和IMB以及早期的Motorola（现在的飞思卡尔半导体）组成的联盟（简称为AIM）共同设计的微处理器架构，以对抗在市场上占有压倒优势的x86处理器。
PowerPC是一种RISC多发射体系结构。PowerPC 体系结构规范（PowerPC Architecture Specification）发布于 1993 年，它是一个 64 位规范 ( 也包含 32 位子集 )。几乎所有常规可用的 PowerPC（除了新型号 IBM RS/6000 和所有 IBM pSeries 高端服务器）都是 32 位的。
PowerPC有着广泛应用，从高端服务器CPU到嵌入式CPU，Powerpc在全球通信市场上处于无可争议的领袖地位。
Powerpc的商业模式：
在2006年之前，基于PowerPC架构的CPU一直都只能由IBM和Motorola公司生产，后来Motorola将其半导体部门卖给了飞思卡尔，则变成了由IBM和飞思卡尔生产PowerPC芯片。2006年之后，IBM和飞思卡尔才开放了PowerPC的授权，将PowerPC授权给其他厂商，其授权模式开展的比ARM以及MIPS都要晚的多，PowerPC开放授权之后势必会有更多的厂商加入对其开发的行列，目前的嵌入式市场反映出来的趋势确实是PowerPC芯片凭借其出色的性能和高度整合性正在慢慢侵占原先ARM和MIPS占据主导地位的市场，尤其PowerPC在高端嵌入式设备上的应用更有着绝对的优势。
PowerPC在中国市场也有着不错的表现，尤其是飞思卡尔还在西安设有芯片的研发中心，相信他们会大力推广其PowerPC芯片的应用，估计一些高端嵌入式市场会向PowerPC倾斜。
Powerpc的技术特点：
PowerPC架构具有以下特点：
● 32 个 integer / float registers 组。32 个general-purpose registers(GPRS) 存放整型数据，用于 integer 运算指令。32 个
float-pointer registers(FPRS) 存放浮点数据，用于 float 运算指令；
●指令 load/store 在 GPRS 与 FPRS 之间存取数据；
●统一定长的精简指令格式易于实现超标量流行线；
●最多支持 4 个operands，运算结果典型存放在 first operand；
● IEEE-754 标准浮点数，单精度(single-float)和双精度(double-float)指令运算；
● PowerPC 架构允许实现某一功能为特定的硬件平台；
●用户层指令的存取缺省在 caches 执行。特殊指令跨越 caches 存取；
●支持 big-endian 和 little-endian 模式；
●支持 64-bit 地址模式；
Powerpc的应用领域：
PowerPC主要的应用领域如下：
●苹果公司生产的笔记本、图形工作站、台式机等；
● IBM公司生产的服务器、工作站以及台式机等；
●用于军工、工控、通信、消费电子以及航天等领域的嵌入式微处理器；
Powerpc的技术优势：
PowerPC虽然在嵌入式微处理器市场上的占有率远不如ARM，但是它比起ARM、MIPS确实有很多技术优势，主要体现在以下几点：
● PowerPC的设计侧重于浮点性能和多处理能力，其多媒体处理能力非常强劲；
●整合度非常高，目前飞思卡尔（Freescale）的Powerpc处理器集成了USB、PCI、DDR控制器、SATA控制器、千兆网口控制器、CAN控制器、RapidIO 以及PCI_Express控制器等，客户无须设计复杂的外围电路，减少设计复杂程度以及物料使用；
●在硬件上实现通信协议（Ethernet, ATM, IPsec, security, HW acceleration）；
综上所述，PowerPc的高性能确实是很多高端嵌入式应用领域的首选，当然PowerPC芯片的价格较高，功耗也比ARM要大，所以手机上从来不用PowerPC的芯片，软件对PowerPC的支持也略显不够。
四． DSP
DSP简介
DSP是微处理器的一种，这种微处理器具有极高的速度。因为这种处理器的应用场合要求极高的实时性。比如通过移动电话进行通话,如果处理速度不快就只能等待对方停止说话，这一方才能通话，如果双方同时通话，因为数字信号处理速度不够快，就只能关闭信号连接。
信号处理的各种运算最基本就是乘法和累加运算，其运算量非常大，这就决定了数字信号处理器的结构和指令系统的特点。
DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适于执行DSP算法，编译效率高，指令执行速度也较高。在数字滤波、卷积、FFT、谱分析等方面有着广泛应用。
DSP处理器又分为通用DSP芯片和专用DSP芯片。
DSP的分类：
DSP按照其设计模式可以分为通用DSP芯片和专用DSP芯片：
●通用DSP芯片：
通用DSP主要指目前基于CPU架构的、通过软件指令方式完成DSP算法的DSP
器件。早期的DSP处理器只有一个乘法器，而现在的DSP处理器（如Ti的
TMS320C6000系列），包含有8个乘法器。通用DSP处理器的主要优势是具有良好的通用性和一定的灵活性，有适用于实现各种DSP算法的通用硬件结构和一些特殊的寻址方式。片内Cache容量大，片内RAM大，基本上数据都放在片内RAM 就可以了，不需要片外再接RAM，DSP芯片里面集成的外设少，不像ARM那么多，所以它不适于做控制。
●专用DSP芯片：
专用DSP芯片直接通过硬件实现各种数字信号处理的算法，如FFT、数字滤波、卷积、光谱分析等相关算法，速度非常快，适用于哪些对速度有着苛刻要求的场合，尤其是军工领域，当然这样的芯片造价很高，而且不具有可编程性。
DSP按照所支持的数据格式可分为：
●定点DSP处理器：
使用小数点位置固定的有符号数或者无符号数。定点器件在硬件结构上比浮点器件简单，价格低，速度快；
●浮点DSP处理器：
使用带有指数的小数，小数点位置随具体数据不同进行浮动，浮点器件精度高，但成本、功耗相对较高，速度相对定点要慢；
DSP的技术特点：
DSP由于其专门用于数字信号处理，因此具有如下技术特点：
●芯片内包含多个乘法器；
●支持专门的寻址模式，如模块（循环）寻址（对实现数字滤波器延时线很有用）、位倒序寻址（对快速傅立叶变换很有用）；
●片内Cache大，有些还具有多级Cache，片内RAM大；
●单周期可以处理多条乘加操作，即单指令多数据（SIMD）；DSP的应用领域：
●通用信号处理（卷积、滤波、FFT）；
●图形图像处理；
●语言语音处理；
●仪表仪器（频谱分析，数字滤波、地震处理等）；
●自动控制；
●医疗仪器；
●国防军事（导航及制导，雷达监测，雷达信号处理，声纳信号处理，保密通信）；
●移动通信；
浅谈几种常见的嵌入式处理器比较分析 前言 随着电子科学的不断发展，人们开始逐渐对数码产品有了更高的需求，这就促使了信息技术的不断发展。嵌入式系统的核心就是嵌入式处理器，它是控制、辅助嵌入式系统运行的硬件单元，其应用范围非常的广阔，它也具有很好的发展前景。那么，面对纷繁复杂的嵌入式处理器市场，我们该如何做出适合自己的选择呢?下面小编就对市场上常见的几种嵌入式处理器进行比较分析，希望可以对大家有所帮助(嵌入式处理器类型)。 (1)嵌入式ARM微处理器(嵌入式微处理器结构) ARM微处理器的由来与发展 ARM(Advanced RISC Machines)，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。目前，采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器。它是一种高性能、低功耗的32位微处器，它被广泛应用于嵌入式系统中。基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM9代表了ARM公司主流的处理器，已经在手持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。 ARM微处理器的应用领域 ARM微处理器是目前应用领域非常广的处理器，到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，深入到各个领域。 1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。 2、无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。 3、网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。 4、消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 5、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。 基于RISC架构的ARM微处理器的特点 1、体积小、低功耗、低成本、高性能; 2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件; 3、大量使用寄存器，指令执行速度更快;
arm 嵌入式系统基础教程课后答案【篇一：arm 嵌入式系统基础教程习题答案周立功】 /p> 1 、举出3 个书本中未提到的嵌入式系统的例子。 答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒 2、什么叫嵌入式系统 嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的 专用计算机系统。 3、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？ 嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。 嵌入式微处理器(embedded microprocessor unit, empu) 嵌入式微控制器(microcontroller unit, mcu) 嵌入式dsp 处理器(embedded digital signal processor, edsp) 嵌入式片上系统(system on chip) 4、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？ 是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实 时操作系统提高了系统的可靠性。其次，提高了开发效率，缩短了 开发周期。再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32 位cpu 的多任务潜力。 第二章 1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段？各自的具体任务 是什么？ 项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结 束项目 4 个阶段。识别需求阶段的主要任务是确认需求，分析投资 收益比，研究项目的可行性，分析厂商所应具备的条件。 提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。 执行项目阶段细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源；定 期监控进展，分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。 结束项目阶段主要包括移交工作成果，帮助客户实现商务目标；系 统交接给维护人员；结清各种款项。 2、为何要进行风险分析？嵌入式项目主要有哪些方面的风险？ 在一个项目中，有许多的因素会影响到项目进行，因此在项目进行 的初期，在客户和开发团队都还未投入大量资源之前，风险的评估
《嵌入式微处理器系统》专题读书报告 姓名：全妤
1、引言 随着医疗电子、智能家居、物流管理和电力控制等方面的不断风靡，嵌入式系统利用自身积累的底蕴经验，重视和把握这个机会，想办法在已经成熟的平台和产品基础上与应用传感单元的结合，扩展物联和感知的支持能力，发掘某种领域物联网应用。作为物联网重要技术组成的嵌入式系统，嵌入式系统的视角有助于深刻地、全面地理解物联网的本质。 2、嵌入式系统的概念 嵌入式系统被定义为以应用为中心、计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积功耗严格要求的专用计算机系统。 2.1嵌入式系统的组成 一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成。嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。 2.1.1 硬件层 硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。
在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。 1）嵌入式微处理器 嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。 2）存储器 嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。嵌入式系统的存储器包含Cache、主存和辅助存储器。 3）通用设备接口和I/O接口 嵌入式系统和外界交互需要一定形式的通用设备接口，如A/D、D/A、I/O等，外设通过和片外其他设备的或传感器的连接来实现微处理器的输入/输出功能。每个外设通常都只有单一的功能，它可以在芯片外也可以内置芯片中。外设的种类很多，可从一个简单的串行通信设备到非常复杂的802.11无线设备。
《嵌入式系统基础教程》复习 1.什么是嵌入式系统？其特点有些什么？ 答：嵌入式系统是“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。” 特点：1）是专用的计算机系统，用于特定的任务； 2）资源较少，可以裁减； 3) 功耗低，体积小，集成度高，成本低; 4）使用实时操作系统； 5) 可靠性要求更高，具有系统测试和可靠性评估体系; 6）运行环境差异大 7）大部分程序固化在ROM中； 8) 较长的生命周期； 9）嵌入式微处理器通常包含专用调试电路 2.嵌入式系统的BooTLoader的功能是什么？ 答：BootLoader是系统加电后、操作系统内核或用户应用程序运行之前，首先必须运行的一段程序代码。通过这段程序，为最终调用操作系统内核、运行用户应用程序准备好正确的环境。（对于嵌入式系统来说，有的使用操作系统，也有的不使用操作系统，但在系统启动时都必须运行BootLoader，为系统运行准备好软硬件环境。） 3.目前嵌入式操作系统有哪些？ 答：1）μC/OS-II 嵌入式操作系统内核；2）VxWorks嵌入式实时操作系统；3）WinCE操作系统；4）Linux操作系统；5）Symbian操作系统 4.构造嵌入式开发环境有哪几种形式？ 答：1）交叉开发环境；2）软件模拟环境；3)评估电路板 5.嵌入式系统开发的基本流程? 答：1）系统定义与需求分析； 2）系统设计方案的初步确立； 3）初步设计方案性价比评估与方案评审论证； 4）完善初步方案、初步方案实施； 5）软硬件集成测试； 6）系统功能性能测试及可靠性测试。 6.什么是可编程片上系统？ 答：用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上,称作可编程片上系统SOPC。它是一种特殊的嵌入式系统，首先它是SOC，即由单个芯片实现整个系统的主要逻辑功能，具有一般SOC基本属性；其次，它又具备软硬件在系统可编程的功能，是可编程系统，具有可裁剪、可扩充、可升级等灵活的设计方式。 7.有时要使用Thumb技术的原因 答：（Thumb指令集是把32位的ARM指令集的一个子集重新编码后形成的一个特殊的16位指令集。）在性能和代码大小之间取得平衡，在需要较低的存储代码时采用Thumb指令系统用Thumb指令编写最小代码量的程序（能够很好的解决代码长度的问题），却取得以ARM代码执行的最好性能，可以带来低功耗,小体积,低成本。 8.ARM处理器的工作模式有哪几种？ 答：1）正常用户模式（user）； 2）快速中断模式（fiq）； 3）普通中断模式（irq）； 4）操作系统保护模式（svc）或管理模式； 5）数据访问中止模式（abt）； 6）处理未定义指令的未定义模式（und）； 7）运行特权级的操作系统任务的系统模式（sys）。 9.寄存器R13，R14，R15的专用功能各是什么？ 答：1）寄存器R13保存堆栈指针SP；
“微处理器系统原理与嵌入式系统设计”第一章习题解答 1.1 什么是程序存储式计算机？ 程序存储式计算机指采用存储程序原理工作的计算机。 存储程序原理又称“·诺依曼原理”，其核心思想包括： ●程序由指令组成，并和数据一起存放在存储器中； ●计算机启动后，能自动地按照程序指令的逻辑顺序逐条把指令从存储器中 读出来，自动完成由程序所描述的处理工作。 1.2 通用计算机的几个主要部件是什么？ ●主机（CPU、主板、存）； ●外设（硬盘/光驱、显示器/显卡、键盘/鼠标、声卡/音箱）； 1.3 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？ 中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片 1.4 阐述摩尔定律。 每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。 1.5 讨论：摩尔定律有什么限制，可以使用哪些方式克服这些限制？摩尔定律还会持续多久？在摩尔定律之后电路将如何演化？ 摩尔定律不能逾越的四个鸿沟：基本大小的限制、散热、电流泄露、热噪。具体问题如：晶体管体积继续缩小的物理极限，高主频导致的高温…… 解决办法：采用纳米材料、变相材料等取代硅、光学互联、3D、加速器技术、多核…… （为了降低功耗与制造成本，深度集成仍是目前半导体行业努力的方向，但这不可能永无止，因为工艺再先进也不可能将半导体做的比原子更小。用作绝缘材料的二氧化硅，已逼近极限，如继续缩小将导致漏电、散热等物理瓶颈，数量集成趋势终有终结的一天。一旦芯片上线条宽度达到纳米数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到它的尽头了。业界专家预计，芯片性能的增长速度将在今后几年趋缓，一般认为摩尔定律能再适用10年左右，其制约的因素一是技术，二是经济。）
《嵌入式微处理器结构与应用》 实训报告 专业：电子信息工程 学生姓名： 学号 指导教师：
交通灯控制系统 1 整体设计 1.1 设计要求 利用arm9实验箱扩展口控制各个路口红绿灯及时间显示，设计一个交通灯控制系统。 1.1.1设计任务 设计一个十字路口的交通灯，它的红灯，绿灯，黄灯的闪烁必须符合交通规则，再用一个数码管来显示倒计时的时间，此时，灯的闪烁必须与数码管上的时间相对应。 1.1.2性能指标要求 (1) 按照题目要求独立设计系统所需电路，并完成电路的实际制作。 （2) 在十字交叉路口，东南西北各方向都设置红、黄、绿色信号灯，红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，红灯灭之前3秒钟黄灯开始闪烁直到绿灯亮起后黄灯熄灭。其中东西方向为主干道，南北方向为次干道，设置一位数码管，用来显示红灯和绿灯倒计时间，东西方向时间一致，南北方向时间一致。 （3）开机时主干道为9秒倒计时，次干道为6秒倒计时。 （4）单独设计人行道指示灯标志，当禁止行走时为红灯，当可以横穿马路时，绿灯亮起，在通行之前3秒钟黄灯开始闪烁(以警示行人)，最终红灯亮起绿灯熄灭。 （5）使用51单片机完成与arm9实验箱的连接，单片机模块只是完成通信与显示功能。所以的控制只能在arm 中实现（既断开接口连接，显示相关功能无效）。 1.2 整机实现的基本原理及框图 1.2.1 基本原理 主体电路：其分为两部分，一是由ARM9发送控制信号模块，二是由单片机完成通信与显示模块。ARM9发送控制信号模块主要由S3C2410A 的UART 专用寄存器完成串口通南 北 西 东 数码管 数码管
信，已达到发送控制信号的目的,指示单片机的交通状态是东西方向亮绿灯还是南北方向和数码管的显示。单片机完成通信与显示模块主要由AT89S52单片机的I/O 端口、定时计数器、外部中断扩展等组成,负责解读arm9试验箱发送来的数据，并把根据解读的数据控制交通灯的亮灭和数码管的显示。 1.2.2 总体框图 2 各功能电路实现原理及电路设计 2.1 交通灯显示部分 此模块是应用的16盏LED 灯，连接到51单片机的P1口，通过给P1口的管教赋值0/1，来实现16盏LED 灯的亮灭。 ARM 实验箱 发送 控制 指令 单片机系统 LED 灯显示交通状态 数码管显示倒计时时间
习题1 1. 嵌入式系统的概念的是什么？答：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技 术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。（嵌入式系统是嵌入式到对象体系中的，用于执行独立功能的专用计算机系统。） 2. 嵌入式系统的特点是什么？ 答：系统内核小；专用性强；运行环境差异大；可靠性要求高；系统精简和高实时性操作系统；具有固化在非易失性存储器中的代码嵌入式系统开发和工作环境 4. 嵌入式系统的功能是什么？答：提供强大的网络服务小型化，低成本，低 功能；人性化的人机界面；完善的开发平台 5. 嵌入式系统的硬件平台由哪些部分组成？答：嵌入式系统的硬件是以嵌入式处理器为核心，由存储器I/O 单元电路，通信模块，外部设备必要的辅助接口组成的。 7. 嵌入式操作系统的主要特点是什么？答：体积小；实时性；特殊的开发调试环境。 8. 叙述嵌入式系统的分类。答：按嵌入式微处理器的位数分类可以分为4 位、 8 位、16 位、32 位和64 位等；按软件实时性需求分类可以分为非实时系统（如PDA）， 软实时系统（如消费类产品）和硬实时系统（如工业实时控制系统）按嵌入式系统的复杂程度分类可以分为小型嵌入式系统，中型嵌入式系统和复杂嵌入式系统。 习题2 处理器和工作状态有哪些？
答：ARM犬态：此时处理器执行32位的的字对齐的ARS旨令。 Thumb犬态：此时处理器执行16位的，半字对齐的Thumb旨令 2.叙述ARM9内部寄存器结构，并分别说明R13 R14 R15寄存器的 作用。 答：共有37个内部寄存器，被分为若干个组（BANK，这些寄存器包括31个通用寄存器，包括程序计数器（PC指针）6个状态寄存器。R13用作堆栈指针，R14称为子程序链接寄存器，R15用作程序计数器。处理器的工作模式有哪些？ 答：用户模式：ARM处理器正常的程序执行状态。 快速中断模式：用于高速数据传输或通道处理 外部中断模式：用于通用中断处理管理模式：操作系统使用的保护模式数据访问终止模式：当数据或指令预期终止时进入该模式，可用于虚拟存储器及存储保护 系统模式：运行具有特权的操作系统任务 未定义指令终止模式：当未定义的指令执行时进入该模式，可用 于支持硬件协处理器的软件仿真。 微处理器支持的数据类型有哪些？ 答：ARM微处理器中支持字节（8位）、半字（16位），字（32 位）
第1章嵌入式系统概述 (1)举出3个本书中未提到的嵌入式系统的例子。 答：键盘、鼠标、扫描仪。 (2)什么叫嵌入式系统？ 答：嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。 (3)什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？ 答：嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。分为3类：1.注重尺寸、能耗和价格；2.关注性能；3.关注全部4个需求——性能、尺寸、能耗和价格。 (4)什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？ 答：嵌入式操作系统是操作系统的一种类型，是在传统操作系统的基础上加入符合嵌入式系统要求的元素发展而来的。原因：1.提高了系统的可靠性；2.提高了开发效率，缩短了开发周期。3.充分发挥了32位CPU的多任务潜力。 第2章ARM7体系结构 1.基础知识 (1)ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？ 答：T：高密度16位Thumb指令集扩展；D：支持片上调试；M：64位乘法指令；I：Embedded ICE硬件仿真功能模块。 (2)ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？ 答：3级；冯·诺依曼结构。 (3)ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？ 答：ARM处理器模式体现在不同寄存器的使用上；ARM处理器状态体现在不同指令的使用上。 (4)分别列举ARM的处理器模式和状态？ 答：ARM的处理器模式：用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式、快速模式；ARM的处理器状态:ARM状态、Thumb状态。 (5)PC和LR分别使用哪个寄存器？ 答：PC:R15；LR:R14。 (6)R13寄存器的通用功能是什么？ 答：堆栈指针SP。 (7)CPSR寄存器中哪些位用来定义处理器状态？
第一章 思考与练习 1、举出3个书本中未提到的嵌入式系统的例子。 答:红绿灯控制,数字空调,机顶盒 2、什么叫嵌入式系统 嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系 统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 3、什么叫嵌入式处理器？嵌入式处理器分为哪几类？ 嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的特殊目的的处理器。 嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) 嵌入式DSP 处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) 嵌入式片上系统(System On Chip) 4、什么是嵌入式操作系统？为何要使用嵌入式操作系统？ 是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，首先，嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。 其次，提高了开发效率，缩短了开发周期。再次，嵌入式实时操作系统充分发挥了32 位CPU 的多任务潜力。 第二章 1、嵌入式系统项目开发的生命周期分哪几个阶段？各自的具体任务是什么？ 项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4 个阶段。 识别需求阶段的主要任务是确认需求，分析投资收益比，研究项目的可行性，分析厂商所应具备的条件。 提出解决方案阶段由各厂商向客户提交标书、介绍解决方案。 执行项目阶段细化目标，制定工作计划，协调人力和其他资源；定期监控进展， 分析项目偏差，采取必要措施以实现目标。 结束项目阶段主要包括移交工作成果，帮助客户实现商务目标；系统交接给维护人员；结清各种款项。 2、为何要进行风险分析？嵌入式项目主要有哪些方面的风险？ 在一个项目中，有许多的因素会影响到项目进行，因此在项目进行的初期，在客户和开发团队都还未投入大量资源之前，风险的评估可以用来预估项目进行可能会遭遇的难题。 需求风险；时间风险；资金风险；项目管理风险 3、何谓系统规范？制定系统规范的目的是什么？ 规格制定阶段的目的在于将客户的需求，由模糊的描述，转换成有意义的量化数据。 4、何谓系统规划？为何要做系统规划 系统规划就是拟定一个开发进程，使项目在合理的进程范围中逐渐建构完成。其目地是让客户可以进一步地掌握系统开发的进程，并确定检查点，以让双方确定项目是否如预期中的进度完成。 5、为什么在项目结束前需要进行项目讨论？ 项目的讨论一个项目进行的反馈机制。通过这一个程序，项目团队的经验才可以被记录 下来，也就是说，这是一个撰写项目历史的过程。 第三章 1、ARM7TDMI中的T、D、M、I的含义是什么？ 64 位乘法指令（带M 后缀的）、支持片上调试（带D 后缀的）、高密度16 位的Thumb 指令机扩展（带T 后缀的）和EmbededICE 观察点硬件（带I 后缀的） 2、ARM7TDMI采用几级流水线？使用何种存储器编址方式？ 三级流水线（取指译码执行）；使用了冯·诺依曼（V on Neumann ）结构，指令和数据共用一条 32 位总线。 3、ARM处理器模式和ARM处理器状态有何区别？ 处理器模式指的是处理器在执行程序时在不同时刻所处的不同状态，处理器状态指的是处理器当前所执行的指令集。 4、分别列举ARM的处理器模式和状态。 状态： ARM 状态32 位，这种状态下执行的是字方式的ARM 指令
《ARM嵌入式系统基础教程》试题及答案 一、选择题 1、以下说法不正确的是（B ）。 A、任务可以有类型说明 B、任务可以返回一个数值 C、任务可以有形参变量 D、任务是一个无限循环 2下列描述不属于RISC计算机的特点的是（C）。 A.流水线每周期前进一步。B．更多通用寄存器。 C．指令长度不固定，执行需要多个周期。 D．独立的Load和Store指令完成数据在寄存器和外部存储器之间的传输。 3 存储一个32位数0x2168465到2000H～2003H四个字节单元中，若以大端模式存储，则2000H存储单元的内容 为（D）。 A、0x21 B、0x68 C、0x65 D、0x02 4 μCOS-II中对关键代码段由于希望在执行的过程中不被中断干扰，通常采用关中断的方式，以下X86汇编代码正确而且不会改变关中断之前的中断开关状态的是（D） A.先CLI、执行关键代码、再STI B. 先STI、执行关键代码、再CLI C. 先POPF、CLI、执行关键代码、再PUSHF D. 先PUSHF、CLI、执行关键代码、再POPF。 5 RS232-C串口通信中，表示逻辑1的电平是（D ）。 A、0v B、3.3v C、＋5v～＋15v D、－5v～－15v 6 ARM汇编语句“ADD R0, R2, R3, LSL#1”的作用是（A）。 A.R0 = R2 + (R3 << 1) B. R0 =( R2<< 1) + R3 C. R3= R0+ (R2 << 1) D. (R3 << 1)= R0+ R2 7 IRQ中断的入口地址是（C）。FIQ的入口地址为0x0000001C A、0x00000000 B、0x00000008 C、0x00000018 D、0x00000014 8 S3C2420X I/O口常用的控制器是（D）。 A.端口控制寄存器（GPACON-GPHCON）。 B.端口数据寄存器（GPADAT-GPHDA T）。 C.外部中断控制寄存器（EXTINTN）。 D.以上都是。 9 实时操作系统中，两个任务并发执行，一个任务要等待其合作伙伴发来信息，或建立某个条件后再向前执行，这种制约性合作关系被成为（A）。 A. 同步 B. 互斥 C. 调度 D. 执行 10 和PC系统机相比嵌入式系统不具备以下哪个特点（C）。 A、系统内核小 B、专用性强 C、可执行多任务 D、系统精简 11 、ADD R0，R1，#3属于（A）寻址方式。 A. 立即寻址 B. 多寄存器寻址 C. 寄存器直接寻址 D. 相对寻址 12、GET伪指令的含义是（A） A. 包含一个外部文件 B. 定义程序的入口 C. 定义一个宏 D. 声明一个变量 13、存储一个32位数0x876165到2000H～2003H四个字节单元中，若以小端模式存 储，则2000H存储单元的内容为（C）。 A、0x00 B、0x87 C、0x65 D、0x61 14、μCOS-II操作系统不属于（C）。 A、RTOS B、占先式实时操作系统 C、非占先式实时操作系统 D、嵌入式实时操作系统 15、若R1=2000H，(2000H)=0x86，(2008H)=0x39，则执行指令LDR R0，[R1，＃8]！后R0的值为（D ）。 A. 0x2000 B. 0x86 C. 0x2008 D. 0x39 16、寄存器R13除了可以做通用寄存器外，还可以做（C ）。 A、程序计数器 B、链接寄存器 C、栈指针寄存器 D、基址寄存器 17、FIQ中断的入口地址是（A）。
必读：嵌入式系统基础知识总结 2016-07-22电子发烧友网 本文主要介绍嵌入式系统的一些基础知识，希望对各位有帮助。 嵌入式系统基础 1、嵌入式系统的定义 （1）定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 （2）嵌入式系统发展的4个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet阶段。 （3）知识产权核（IP核）：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片（SOC）的基本构件。（4）IP核模块有行为、结构和物理3级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同可以分为三类：软核、固核、硬核。 2、嵌入式系统的组成 包含: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。
[试题分类]:嵌入式微处理器与操作系统Z_82411005 [题型]:单选 [大题名称]:单项选择题 [题目数量]:60 [分数]:2 1.Makefile文件预定定义变量$^表示()。 A.目标文件的完整名称 B.所有不重复的依赖文件，以空格隔开 C.第一个依赖文件的名称 D.第二个依赖文件的名称 [答案]:B [一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 2.如果生成通用计算机上(系统是Linux操作系统)能够执行的程序,则使用的C编译是()。 A.TC B.VC C.GCC D.arm-linux-gcc [答案]:C [一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 3.创建根文件系统映像文件使用的工具是()。 A.BusyBox B.cramfs C.make D.vi [答案]:A [一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 4.S3C2410X系统的存储空间分成()组(bank)。 A.2 B.4 C.8 D.16 [答案]:C
[一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 5.GDB软件是()。 A.调试器 B.编译器 C.文本编译器 D.连接器 [答案]:A [一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 6.嵌入式系统和通用计算机相比,描述不正确的是()? A.专用性强 B.实时性好 C.可裁剪性好 D.功耗高 [答案]:D [一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 7.ARM9使用几级流水线。 A.2 B.3 C.5 D.7 [答案]:C [一级属性]: [二级属性]: [难度]: [公开度]: 8.ARM公司主要依靠()获得利润。 A.生产芯片 B.销售芯片 C.制定标准 D.出售芯片技术授权 [答案]:D
1.2.1 嵌入式处理器的分类与特点 1．嵌入式微处理器的分类 嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器，一般把嵌入式处理器分成4类，即嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式DSP处理器和嵌入式片上系统。 （1）嵌入式微控制器（MicroController(微控制器) Unit MCU的典型代表是单片机，它将整个计算机系统集成到一块芯片中。MCU一般以某种微处理器内核为核心，根据某些典型的应用，在芯片内部集成了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等各种必要功能部件和外设。为适应不同的应用需求，对功能的设置和外设的配置进行必要的修改和裁减定制，使得一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都相同，不同的是存储器和外设的配置及功能的设置。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，从而减少整个系统的功耗和成本。和嵌入式微处理器相比，微控制器的单片化使应用系统的体积大大减小，从而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提高。由于MCU目前在产品的品种和数量上是所有种类嵌入式处理器中最多的，而且上述诸多优点决定了微控制器是嵌入式系统应用的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。 通常，MCU可分为通用和半通用两类，比较有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、68300等。而比较有代表性的半通用系列，如支持USB 接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN总线、LCD等的众多专用MCU 和兼容系列。 （2）嵌入式微处理器（MicroProcessor Unit，MPU） MPU是由通用计算机中的CPU演变而来的。MPU采用增强型通用微处理器。由于嵌入式系统通常应用于环境比较恶劣的环境中，因而MPU在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方面的要求较通用的标准微处理器高。但是，MPU在功能方面与标准的微处理器基本上是一样的。根据实际嵌入式应用要求，将MPU装配在专门设计的主板上，只保留和嵌入式应用有关的主板功能，这样可以大幅度减小系统的体积和功耗。 和工业控制计算机相比，MPU组成的系统具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但在其电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。由MPU及其存储器、总线、外设等安装在一块电路主板上构成一个通常所说的单板机系统。嵌入式处理器目前主要有AM186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MPIS、ARM系列等。 （3）嵌入式数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP） DSP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执行速度。 在数字信号处理应用中，各种数字信号处理算法很复杂，这些算法的复杂度可能是o （nm）的，甚至是NP的，一般结构的处理器无法实时的完成这些运算。由于DSP对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于实时地进行数字信号处理。在数字滤波、fft、谱分析等方面，DSP算法正大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP 功能，过渡到采用嵌入式DSP。 嵌入式DSP处理器有两类：（1）DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器，TI 的TMS320C2000/C5000 等属于此范畴。（2）在通用单片机或SOC 中增加DSP协处理器，例如Intel的MCS-296和infineon（siemens）的tricore。另外，在有关智
嵌入式微处理器特点： 嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点： （1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中 断响应时间，从而使部的代码和实时核心的执行时间减少到最低限度。 （2）具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结 构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强 大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。 （3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能 的嵌入式微处理器。 （4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动 的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有 mW甚至μW级。 嵌入式系统概念： 一般来说，嵌入式系统是“执行专用功能并被部计算机控制的设备或者系统。嵌入式系统不能使用通用型计算机，而且运行的是固化的软件，用术语表示就是固件（firmware），终端用户很难或者不可能改变固件。” 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器／微处理器、存储器及外设器件和I／O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS）（要时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。
嵌入式微處理器未來市場趨勢 CPU的架構大致上可分為CISC CPU & RISC CPU。 CISC CPU適用於大量資料運算的應用(INTEL、AMD、VIA的x86 CPU)。 RISC CPU所強調的是執行的效率與省電的要求(ARM、MIPS、ARC …)。 不論是CISC或是RISC CPU，都可以依據CPU內部處理資料匯流排的寬度，可區分成8位元、16位元、32位元與64位元等四種。根據In-Stat的統計，成長最快的是64位元嵌入式CPU，主要應用在STB、DTV與電視遊戲機等需要大量資料處理的產品。 8至64位元主要產品中所使用嵌入式CPU種類 全球的嵌入式CPU供應商第一大廠商是ARM，排名第二是MIPS。但兩家的產品定位並不完全相同。 ARM的CPU會強調省電應用；MIPS則主打高效能的產品。 因此在過去強調省電訴求的行動電話是嵌入式產品最大應用產品情況下，ARM 的營收皆優於MIPS。MIPS已逐漸淡出16位元CPU的市場，而專注於32位元以上的CPU。ARM與其最大競爭對手MIPS的差異處在於，以交易機制來分析，一般而言，ARM的授權金比重較高，而MIPS則收取比例較高的權利金。 早期台灣廠商CPU或MCU相關技術可區分成三類，8051架構、6502架構與自行研發等三種。INTEL的8051與Motorola的6502都是8位元的架構，初期都是由工研院所授權獲得，並推廣至國內業者。另外自行研發的也不在少數，例如凌陽、盛群、金麗或十速等公司，但都是32位元以下的架構。
嵌入式微處理(CPU)器與微控制器(MCU) 微處理器強調運算效能，而微控制器著重控制功能。 在SoC整合趨勢下，嵌入式微處理器加上記憶體、邏輯與I/O等IP將構成強大效能的微控制器；而增強位元數後的微控制器亦具有MPU的強大處理功能。 微處理器若以應用產品的軟體平台來區分，可分成特定應用型與泛用型兩種。特定應用型： 操作軟體大致是依據終端產品所需的功能加以設計，其最大特色是封閉的操作環境，終端產品的使用者大致上不需了解軟體的構造，也不能修改其操作功能，應用產品有印表機、數位相機、車用設備與遊戲機等，這類型產品通常較簡單其穩定性也要求較高。 泛用型： 如簡易的電腦一樣，有著相似而共通的作業系統，主要應用在PDA、Smart Phone、STB（視訊轉換器）、Thin Client等。此類產品因具有資訊交換的功能，其作業系統較複雜，相容性的要求也較高。 微控制器主要是負責系統產品中控制功能的IC元件。目前電子產品朝向輕薄短小、功能強大、價格低廉等目標發展，加上開發時程日益縮短，微控制器具有整合諸多功能於一身的特性，不但節省開發時間，在降低體積與成本上也有相當大的助益。 微控制器因有下列優點： 1.低價 2.較小的程式碼 3.可使用C語言編譯，開發更容易 4.耗電量較低 5.最高的效能與價格比 16位元以上的微控制器主要應用在通訊(如ISDN、USB等)、車用與工業等項目；由於需要符合工業規格，必須認證後才能出貨，技術層次較高。 隨著系統產品功能的多樣化，人機介面必須具有親和力…等，微控制器的效能亦不斷要求提升，近年來32/64位元微控制器成長率有越來越高的趨勢。
《ARM嵌入式系统基础教程》期末试题 一、填空题(请将答案填入题后括号中)：共10小题，每小题2分，满分20分。 1、一般而言，嵌入式系统的构架可以分为4个部分：处理器、（存储器）、输入/输出和软件，一般软件亦分为（操作系统）和应用软件两个主要部分。 2、根据嵌入式系统使用的微处理器，可以将嵌入式系统分为（嵌入式微控制器），嵌入式DSP，（嵌入式微处理器）以及片上系统。 3、操作系统是联接硬件与应用程序的系统程序，其基本功能有进程管理、（进程间通信）、（内存管理）、I/O资源管理。 4、从嵌入式操作系统特点可以将嵌入式操作系统分为实时操作系统和（分时操作系统），其中实时系统亦可分为（硬实时操作系统）和软实时系统。 5、内核负责管理各个任务，或者为每个任务分配CPU时间，并且负责任务之间的（通信），内核的基本服务是（任务调度）。 6、嵌入式开发一般采用（宿主机/目标机方式）方式，其中宿主机一般是指（PC机或者台式机）。 7、哈佛体系结构数据空间和地址空间（分开），ARM920T采用（哈佛体系）的内核架构。 8. ARM7TDMI采用（3）级流水线结构，ARM920TDMI采用（5）级流水线。 9 .按操作系统的分类可知，Dos操作系统属于顺序执行操作系统，Unix操作系统属于（分时）操作系统，VxWorks属于（实时嵌入式）操作系统。 10、ARM7TDMI中，T表示支持16位Thumb指令集，D表示（在片可调试），M表示内嵌乘法器Multiplier，I表示（嵌入式ICE），支持在线断点和调试。 二、选择题(请将答案填入题后括号中)：共10小题，每小题2分，满分20分。 1、下面哪种操作系统不属于商用操作系统。 (B) A. windows xp B. Linux C. VxWorks D. WinCE 2. 下面哪点不是嵌入式操作系统的特点。 (C) A. 内核精简 B. 专用性强 C. 功能强大 D. 高实时性 3. 下面哪种不属于嵌入式系统的调试方法。 (D) A. 模拟调试 B. 软件调试 C. BDM/JTAG调试 D. 单独调试 4. 在嵌入式ARM处理器中，下面哪种中断方式优先级最高。 (A) A. Reset B. 数据中止 C. FIQ D.
DSP 、单片机以及嵌入式微处理器都是嵌入式家族的一员。最大区别是DSP能够高速、实时地进行数字信号处理运算。数字信号处理运算的特点是乘/加及反复相乘 求和（乘积累加）。为了能快速地进行数字信号处理的运算，（1）DSP设置了硬件乘法/累加器，（2）能在单个指令周期内完成乘/加运算。（3）为满足FFT、卷积等数字信号处理的特殊要求，目前DSP大多在指令系统中设置了“循环寻址”及“位倒序”寻址指令和其他特殊指令，使得寻址、排序的速度大大提高。DSP完成1024复点FFT的运算，所需时间仅为微秒量级。 高速数据的传输能力是DSP高速实时处理的关键之一。新型的DSP设置了单独的DMA总线及其控制器，在不影响或基本不影响DSP处理速度的情况下，作并行的数据传送，传送速率可达每秒百兆字节。DSP内部有流水线，它在指令并行、功能单元并行、多总线、时钟频率提高等方面不断创新和改进。因此，DSP与单片机、嵌入式微处理器相比，在内部功能单元并行、多DSP核并行、速度快、功耗小、完成各种DSP算法方面尤为突出。 单片机也称微控制器或嵌入式控制器，它是为中、低成本控制领域而设计和开发的。单片机的位控能力强，I/O接口种类繁多，片内外设和控制功能丰富、价格低、使用方便，但与DSP相比，处理速度较慢。DSP具有的高速并行结构及指令、多总线，单片机却没有。DSP处理的算法的复杂度和大的数据处理流量更是单片机不可企及的。嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU（微处理器）。是嵌入式系统的核心。为满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、质量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。在应用设计中，嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在专门设计的一块电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，可大幅度减小系统的体积和功耗。目前，较流行的是基于ARM7、ARM9系列内核的嵌入式微处理器。 嵌入式微处理器与DSP的一个很大区别，就是嵌入式处理器的地址线要比DSP 的数目多，所能扩展的存储器空间要比DSP的存储器空间大的多，所以可配置实时多任务操作系统(RTOS)。RTOS是针对不同处理器优化设计的高效率、可靠性和可信性很高的实时多任务内核，它将CPU时间、中断、I/O、定时器等资源都包装起来，留给用户一个标准的应用程序接口（API），并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间分配CPU时间。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。常用的RTOS：Linux（为几百KB）和VxWorks（几MB）。 由于嵌入式实时多任务操作系统具有的高度灵活性，可很容易地对它进行定制或作适当开发，来满足实际应用需要。例如，移动计算平台、信息家电（机顶盒、数字电视）、媒体手机、工业控制和商业领域（例如，智能工控设备、ATM机等）、电子商务平台，甚至军事应用，吸引力巨大。所以，目前嵌入式微处理器的应用是继单片机、DSP之后的又一大应用热门。但是，由于嵌入式微处理器通常不能高效地完成许多基本的数字处理运算，例如，乘法累加、矢量旋转、三角函数等。它的 体系结构对特殊类型的数据结构只能提供通用的寻址操作，而DSP则有专门的简捷寻址机构和辅助硬件来快速完成。所以嵌入式微处理器不适合高速、实时的数字信号处理运算。而更适合“嵌入”到系统中，完成高速的“通用”计算与复杂