目錄

一、嵌入式微處理器體系結構

1、馮諾依曼體系結構

2、哈弗體系結構

二、嵌入式系統的硬件結構

1、嵌入式微控制器MCU(CPU+片內內存+片內外設)

2、嵌入式微處理器MPU(CPU)

3、嵌入式數字信號處理器DSP

4、嵌入式片上系統SOC(System-on-a-Chip)

三、多核處理器

四、嵌入式操作系統EOS

五、嵌入式實時操作系統RTOS

六、嵌入式系統設計

七、嵌入式系統的軟件

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一、嵌入式微處理器體系結構

1、馮諾依曼體系結構

（1）程序和控制共用一個存儲空間，程序指令和數據存放在同一存儲器的不同地址上。

（2）單一的地址及數據總線，程序指令和數據的總線寬度相同。

（3）串行執行，在傳輸上會出現瓶頸

2、哈弗體系結構

（1）程序和數據采用不同的存儲空間，程序指令存儲地址和數據存儲地址存在不同的存儲空間。每個存儲器獨立編制，獨立訪問。

（2）獨立的地址及數據總線，兩個存儲器對應兩套獨立的地址總線和數據總線。

（3）并行執行，提高速度。

二、嵌入式系統的硬件結構

嵌入式微處理器是核心，它由控制器（控制單元）、運算器（算數邏輯單元）、寄存器組成。

1、嵌入式微控制器MCU(CPU+片內內存+片內外設)

單片機，在同一塊芯片內除了中央處理器單元（CPU）之外還集成了部分內存和外設。

將計算機的CPU、RAM、ROM、定時計數器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同的組合控制。

特點是體積小從而使功耗和成本下降。

2、嵌入式微處理器MPU(CPU)

臺式機和筆記本電腦的處理芯片屬于微處理器。微處理器提供高速的總線以及實現與外部的內存和外設進行交互。

嵌入式系統大多使用微控制器，原因在于：

• 節約成本和節省功耗：在實現相同功能的前提下，將大量的芯片集成在一塊芯片內的制造和使用成本，以及功耗都降低。
• 簡化硬件設計：由于微控制器內集成了大量的外設，使得嵌入式系統的硬件設計得到了極大的簡化。

3、嵌入式數字信號處理器DSP

是一種獨特的微處理器，是以數字信號來處理大量信息的插件。運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用處理器，它的強大數據處理能力和高運行速度，是值得稱道的兩大特色。根據數字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要的特點：

• （1）在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法
• （2）程序和數據分開，可以同時訪問指令和數據
• （3）片內具有快速RAM，通常可通過獨立的數據總線在兩塊中同時訪問
• （4）具有低開銷或無開銷循環及跳轉的硬件支持
• （5）快速的中斷處理和硬件I/O支持
• （6）具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器
• （7）可以并行執行多個操作
• （8）支持流水操作，使取值、譯碼和執行等操作可以重疊執行

4、嵌入式片上系統SOC(System-on-a-Chip)

在同一芯片上集成了控制部件（微處理器、存儲器）和執行部件（I/O接口，微型開關、微機械），能夠自成體系，獨立工作的芯片。

SoC采用了片內可再編程技術，可使片上系統內硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來配置，從而可以實時地進行靈活而方便的修改和開發。

三、多核處理器

將多個獨立CPU封裝再一起，集成在一個電路里。多核處理器是單枚芯片，能直接插入單一的處理器插槽中。

在多核處理器中，計算機可以同執行多個進程，而操作系統中的多個線程也可以并行執行。

采用多核處理器可以降低計算機系統的功耗和體積。

多核處理器有三種運行模式

多核CPU環境下進程的調度算法一般有全局隊列調度和局部隊列調度兩種。

（1）全局隊列調度是操作系統維護一個全局的任務等待隊列，當系統中有一個CPU核心空閑時，操作系統便從全局任務等待隊列中選取就緒任務并開始在此核心上執行，它的優點是CPU核心利用效率較高。

（2）局部隊列調度是指操作系統為每個CPU內核維護一個局部的任務等待隊列，當系統中有一個CPU內核空閑時，便從該核心的任務等待隊列中選取恰當的任務執行，局部隊列調度可以使任務基本上無需在多個CPU核心間切換，有利于提高CPU核心局部緩存命中率，缺點是CPU利用率太低。

四、嵌入式操作系統EOS

嵌入式操作系統EOS負責嵌入式系統的全部軟、硬件資源的分配、任務調度、控制、協調并發活動。

與通用操作系統相比，EOS主要有以下特點：

• （1）微型化。EOS的運行平臺不是通用計算機，而是嵌入式系統。這類系統一般沒有大容量的內存，幾乎沒有外存，因此，EOS必須做得小巧，以占用盡量少的系統資源。
• （2）代碼質量高。在大多數嵌入式應用中，存儲空間依然是寶貴的資源，這就要求程序代碼的質量要高，代碼要盡量精簡。
• （3）專業化。嵌入式系統的硬件平臺多種多樣，處理器的更新速度快，每種處理器都是針對不同的應用領域而設計的。因此，EOS有很好的適應性和移植性，還要支持多種開發平臺。
• （4）實時性強。嵌入式系統廣泛應用于過程控制，數據采集，通信，多媒體信息處理等要求實時響應的場合，因此，實時性成為EOS的又一特點。
• （5）可裁減和可配置。應用的多樣性要求EOS具有較強的適應能力，能夠根據應用的特點和具體要求進行靈活配置和合理裁減，以適應微型化和專業化的要求。

五、嵌入式實時操作系統RTOS

當外界事件或數據產生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結果又能在規定的時間之內來控制生產過程或對處理系統做出快速響應，并控制所有實時任務協調一致運行的嵌入式操作系統。

工業控制、軍事設備、航空航天等領域對系統的響應時間又苛刻的要求，這就需要使用實時系統。能提供及時響應與高可靠性是主要特點。具體可分為：

• （1）硬實時操作系統——在規定時間內必須完成操作。
• （2）軟實時操作系統——按照任務優先級完成即可

六、嵌入式系統設計

嵌入式系統設計時，要進行低功耗設計。主要技術有：編譯優化技術、軟硬件協同設計、算法優化等。

七、嵌入式系統的軟件

嵌入式系統的軟件是指應用在嵌入式系統中的各種軟件，這些軟件規模較小、開發難度大，實時性和可靠性要求高，要求固化存儲。

嵌入式系統軟件可以分為：

硬件抽象層是位于操作系統內核與硬件電路之間的接口層，其目的在于將硬件抽象化。

它隱藏了特定平臺的硬件接口細節，為操作系統提供虛擬硬件平臺，使其具有硬件無關性，可在多種平臺上進行移植。

在嵌入式系統中，板級支持包BoardSupportPackage(簡稱BSP)是對硬件抽象層的實現，是介于底層硬件和上層軟件之間的底層軟件開發包，它主要的功能是給上層提供統一接口，同時屏蔽各種硬件底層的差異，以及提供操作系統的驅動、硬件初始化（加載bootloader）和驅動。

典型真題一

試題解析：大量運算是DSP處理器的特點

參考答案：A

典型真題二

試題解析：全局隊列即操作系統只維護一個隊列

參考答案：B

典型真題三

試題分析：任務調度是操作系統的工作

在基于硬件抽象層的開發中，軟硬件的設計和調試具有無關性，并可完全的并行進行，硬件的錯誤不會影響到軟件系統的調試，同樣軟件設計的錯誤也不會影響硬件。

參考答案：D

典型真題四

實時就是搶占，其他選項都沒有體現出實時性

典型真題五

總結

以上是生活随笔為你收集整理的嵌入式系统分析与设计的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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