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学习嵌入式必读:嵌入式系统基础及知识及接口技术总结

本文摘要:本文主要讲解嵌入式系统的一些基础知识,从嵌入式系统基础,还包括嵌入式系统的定义、嵌入式系统的构成、实时系统、逻辑电路基础以及接口技术两方面讲解,期望对各位有协助。 嵌入式系统基础 1、嵌入式系统的定义 (1)定义:以应用于为中心,以计算机技术为基础,软硬件可剪裁,适应环境应用于系统对功能、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、非常简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet阶段。

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本文主要讲解嵌入式系统的一些基础知识,从嵌入式系统基础,还包括嵌入式系统的定义、嵌入式系统的构成、实时系统、逻辑电路基础以及接口技术两方面讲解,期望对各位有协助。  嵌入式系统基础  1、嵌入式系统的定义  (1)定义:以应用于为中心,以计算机技术为基础,软硬件可剪裁,适应环境应用于系统对功能、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、非常简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet阶段。

  (3)知识产权核(IP核):具备知识产权的、功能明确、模块规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块,是构建系统芯片(SOC)的基本构件。  (4)IP核模块有不道德、结构和物理3级有所不同程度的设计,对应叙述功能不道德的有所不同可以分成三类:硬核、固核、硬核。

  2、嵌入式系统的构成  包括: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、通用设备模块和I/O模块。  嵌入式核心模块=微处理器+电源电路+时钟电路+存储器  Cache:坐落于主存和嵌入式微处理器内核之间,存放在的是最近一段时间微处理器用于最少的程序代码和数据。

它的主要目标是增大存储器给微处理器内核导致的存储器采访瓶颈,使处理速度更加慢。  (2)中间层(也称作硬件抽象化层HAL或者板级反对包在BSP)。  它将系统上层软件和底层硬件分离出来出去,使系统上层软件开发人员需要关系底层硬件的具体情况,根据BSP层获取的模块研发才可。

  BSP有两个特点:硬件相关性和操作系统相关性。  设计一个原始的BSP必须已完成两部分工作:  A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。  片级初始化:显硬件的初始化过程,把嵌入式微处理器从上电的配置文件状态逐步设置成系统所拒绝的工作状态。

  板级初始化:包括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创建硬件和软件的运营环境。  系统级初始化:以软件居多的初始化过程,展开操作系统的初始化。

  B、设计硬件涉及的设备驱动。  (3)系统软件层:由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及标准化组件模块构成。  RTOS是嵌入式应用软件的基础和研发平台。

  (4)应用软件:由基于实时系统研发的应用程序构成。  3、实时系统  (1)定义:能在登录或确认的时间内已完成系统功能和对外部或内部、实时或异步时间作出号召的系统。  (2)区别:标准化系统一般执着的是系统的平均值响应时间和用户的使用方便;而实时系统主要考虑到的是在最坏情况下的系统不道德。  (3)特点:时间约束性、可预测性、可靠性、与外部环境的交互性。

  (4)软动态(强劲动态):指应用于的时间市场需求不应需要获得几乎符合,否则就导致根本性安全事故,甚至导致根本性的生命财产损失和生态毁坏,如:航天、军事。  (5)硬动态(很弱动态):指某些应用于虽然明确提出了时间的拒绝,但动态任务有时候违背这种市场需求对系统运营及环境会导致严重影响,如:监控系统、动态信息采集系统。  (6)任务的约束还包括:时间约束、资源约束、继续执行顺序约束和性能约束。  4、实时系统的调度  (1)调度:等价一组动态任务和系统资源,确认每个任务何时何地继续执行的整个过程。

  (2)守住式调度:一般来说是优先级驱动的调度,如uCOS。优点是实时性好、反应慢,调度算法比较非常简单,可以确保低优先级任务的时间约束;缺点是上下文转换多。  (3)非守住式调度:一般来说是按时间片分配的调度,不容许任务在继续执行期间被中断,任务一旦闲置处理器就必需继续执行完或强迫退出,如WinCE。优点是上下文转换较少;缺点是处理器有效地资源利用率较低,可调度性很差。

  (4)静态表格驱动策略:系统在运营前根据各任务的时间约束及关联关系,使用某种搜寻策略分解一张运营时刻表,说明各任务的接续运营时刻及运行时间。  (5)优先级驱动策略:按照任务优先级的强弱确认任务的继续执行顺序。

  (6)动态任务分类:周期任务、偶发任务、非周期任务。  (7)实时系统的标准化结构模型:数据采集任务构建传感器数据的收集,数据处理任务处置收集的数据、并将加工后的数据送往执行机构管理任务掌控机构继续执行。  5、嵌入式微处理器体系结构  (1)冯诺依曼结构:程序和数据共用一个存储空间,程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的有所不同物理方位,使用单一的地址及数据总线,程序和数据的宽度完全相同。

例如:8086、ARM7、MIPS  (2)哈佛结构:程序和数据是两个互相独立国家的存储器,每个存储器独立国家编址、独立国家采访,是一种将程序存储和数据存储分离的存储器结构。例如:AVR、ARM9、ARM10  (3)CISC与RISC的特点较为。

  计算机执行程序所必须的时间P可以用下面公式计算出来:  P=ICPIT  I:高级语言程序编译器后在机器上运营的指令数。  CPI:为继续执行每条指令所必须的平均值周期数。  T:每个机器周期的时间。

  (4)流水线的思想:在CPU中把一条指令的串行继续执行过程变成若干指令的子过程在CPU中重合继续执行。  (5)流水线的指标:  陡然亲率:单位时间里流水线处理机流入的结果数。如果流水线的子过程所用时间不一样宽,则陡然亲率有误最长子过程的倒数。

  创建时间:流水线开始工作抵达仅次于陡然亲率的时间。若m个子过程所用时间一样,皆为t,则创建时间T=mt。

  (6)信息存储的字节顺序  A、存储器单位:字节(8位)  B、字长要求了微处理器的传输速率能力,即虚拟地址空间的大小。  C、32位微处理器的虚拟地址空间位232,即4GB。  D、小端字节顺序:低字节在内存较低地址处,高字节在内存低地址处。

  E、大端字节顺序:高字节在内存较低地址处,低字节在内存低地址处。  F、网络设备的存储顺序问题各不相同OSI模型底层中的数据链路层。  6、逻辑电路基础  (1)根据电路否具备存储功能,将逻辑电路区分为:人组逻辑电路和时序逻辑电路。

  (2)人组逻辑电路:电路在任一时刻的输入,仅有各不相同该时刻的输出信号,而与输出信号起到前电路的状态牵涉到。常用的逻辑电路有译码器和多路选择器等。  (3)时序逻辑电路:电路任一时刻的输入不仅与该时刻的输出有关,而且还与该时刻电路的状态有关。

因此,时序电路中必需包括记忆元件。触发器是包含时序逻辑电路的基础。常用的时序逻辑电路有寄存器和计数器等。  (4)真值表、布尔代数、摩根定律、门电路的概念。

  (5)NOR(或非)和NAND(与非)的门电路称作全能门电路,可以构建任何一种逻辑函数。  (6)译码器:多输出多输入的人组逻辑网络。  每输出一个n位的二进制代码,在m个输入末端中最少有一个有效地。

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  当m=2n是,为全译码;当m《2n时,为部分译码。  (7)由于集成电路的高电平输入电流小,而低电平输入电流比较较为大,使用构建门电路必要驱动LED时,较多使用低电平驱动方式。液晶七段字符显示器LCD利用液晶有另加电场和无另加电场时有所不同的光学特性来显示字符。  (8)时钟信号是时序逻辑的基础,它用作要求逻辑单元中的状态适合改版。

实时是时钟控制系统中的主要制约条件。  (9)在搭配触发器的时候,启动时方式是必需考虑到的因素。启动时方式有两种:  电平启动时方式:具备结构非常简单的有点,常用来构成暂存器。

  边沿启动时方式:具备很强的抗数据末端干扰能力,常用来构成寄存器、计数器等。  7、总线电路及信号驱动  (1)总线是各种信号线的子集,是嵌入式系统中各部件之间传送数据、地址和掌控信息的公共通路。在同一时刻,每条合路线路上需要传输一位二进制信号。

按照总线所传输的信息类型,可以分成:数据总线(DB)、地址总线(AB)和掌控总线(CB)。  (2)总线的主要参数:  总线比特率:一定时间内总线上可以传输的数据量,一般用MByte/s回应。  总线宽度:总线能同时传输的数据位数(bit),即人们经常说道的32位、64位等总线宽度的概念,也叫总线位宽。

总线的位宽就越长,总线每秒数据传输率越大,也就是总线比特率就越长。  总线频率:工作时钟频率以MHz为单位,工作频率越高,则总线工作速度就越慢,也即总线比特率就越长。

  总线比特率=总线位宽总线频率/8,单位是MBps。  常用总线:ISA总线、PCI总线、IIC总线、SPI总线、PC104总线和CAN总线等。  (3)只有具备三态输入的设备才需要相连到数据总线上,常用的三态门为输入缓冲器。

  (4)当总线上所接的阻抗多达总线的阻抗能力时,必需在总线和阻抗之间加接缓冲器或驱动器,最常用的是三态缓冲器,其起到是驱动和隔绝。  (5)使用总线复用技术可以构建数据总线和地址总线的共用。但不会带给两个问题:  A、必须减少外部电路对总线信号展开适配解法耦,例如:地址锁住存器。  B、总线速度比较非适配总线系统较低。

  (6)两类总线通信协议:实时方式、异步方式。  (7)对总线仲裁问题的解决问题是以优先级(优先权)的概念为基础。  8、电平切换电路  (1)数字集成电路可以分成两大类:双极型集成电路(TTL)、金属氧化物半导体(MOS)。

  (2)CMOS电路由于其静态功耗极低,工作速度较高,抗干扰能力较强,被普遍用于。  (3)解决问题TTL与CMOS电路模块艰难的办法是在TTL电路输入末端与电源之间相接一上纳电阻R,上拉电阻R的给定由TTL的高电平输入溢电流IOH来要求,有所不同系列的TTL省辖市用有所不同的R值。  9、可编程逻辑器件基础  这方面的内容,从总体上有个概念性的了解应当就可以了。  10、嵌入式系统中信息回应与运算基础  (1)进制计数制与切换:这样比较简单,也应当掌控怎么样展开折算,有出题的有可能。

  (2)计算机中数的回应:源码、反码与补码。  正数的反码与源码完全相同,负数的反码为该数的源码除符号位外按位取反。  正数的补码与源码完全相同,负数的补码为该数的反码特一。  例如-98的源码:11100010B  反码:10011101B  补码:10011110B  (3)定点表示法:数的小数点的方位人为誓约相同恒定。

  浮点表示法:数的小数点方位是浮动的,它由尾数部分和阶数部分构成。  给定一个二进制N总可以写:N=2PS。S为尾数,P为阶数。  (4)汉字表示法,搞清楚GB2318-80中国标码和机内码的转换。

  (5)语音编码中波形分析参数(可能会出有非常简单的计算出来题目哦)  取样频率:一秒内取样的次数,体现了取样点之间的间隔大小。  人耳的听力下限是20kHz,因此40kHz以上的取样频率不足以使人失望。  CD唱片使用的取样频率是44.1kHz。  测量精度:样本的分析等级,目前标准取样量级有8位和16位两种。

  声道数:单声道和单声道双道。单声道必须两倍的存储空间。  11、差错控制编码  (1)根据码组的功能,可以分成检错码和纠错码两类。

检错码是指能自动找到差错的码,例如奇偶检验码;纠错码是指不仅能找到差错而且能自动缺失差错的码,例如循环校验校验码。  (2)奇偶检验码、海明码、循环校验校验码(CRC)。


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