嵌入式系统设计导论_ourdev_244542

### 嵌入式系统设计导论之32位微处理器与实时操作系统 #### 一、嵌入式系统概述及核心组件 嵌入式系统是一种专门为特定应用设计的计算机系统，广泛应用于各种设备中，例如汽车、家用电器、医疗设备等。其核心组件之一就是嵌入式微处理器。随着技术的发展，32位嵌入式微处理器已成为市场的主流选择。目前市场上有超过100家芯片供应商提供不同类型的32位嵌入式微处理器，涉及近30种不同的指令体系结构。 #### 二、嵌入式微处理器市场概况 在1996年之前，Motorola公司的68000系列是最成功的嵌入式微处理器之一。除了Motorola之外，市场上还存在其他体系结构的产品，例如Intel的I960系列、Motorola的Coldfire系列、Sun公司的Sparc系列以及嵌入式X86系列等。近年来，ARM公司的ARM系列、MIPS公司的MIPS系列以及Hitachi公司的SuperH系列在市场上尤其受到关注。其中，ARM和MIPS作为知识产权公司，通过授权形式让半导体厂商生产基于这些架构的微处理器芯片。 #### 三、嵌入式处理器评价指标 嵌入式处理器的性能评估通常涉及到以下几个关键指标： 1. **功耗**：这是衡量嵌入式处理器的重要指标之一。大多数嵌入式微处理器具备三种运行模式：运行模式、待机模式和停机模式。功耗的高低直接影响着产品的续航能力和散热需求，MIPS/W是一个常用的功耗评测指标。 2. **代码存储密度**：代码存储密度反映了处理器执行代码的效率。传统的CISC指令集具有较高的代码密度，而RISC指令集虽然能够简化指令译码过程，但可能需要更多指令来实现相同的功能。比如，Hitachi的SuperH采用16位定长指令存储，ARM则引入了16位扩展的Thumb指令集，在内部将其转换为32位的ARM指令，MIPS则使用MIPS16方法来优化代码密度。 3. **集成度**：为了适应不同的应用场景，嵌入式微处理器通常需要集成各种外围设备。然而，过度的集成可能会导致芯片设计变得过于复杂，不利于系统的整体设计与调试。因此，在集成外围设备时需要平衡集成度与设计的简便性。 4. **多媒体加速**：为了支持多媒体处理功能，许多嵌入式处理器在传统指令集基础上增加了JPEG和MPEG解压缩所需的离散余弦变换指令。此外，一些厂商还会将RISC微处理器与DSP集成在同一芯片上，以满足智能手机和移动通信设备对多媒体处理的需求。 #### 四、嵌入式处理器的基本结构 嵌入式处理器的基本结构主要包括控制单元、算术逻辑单元和寄存器三大部分。 - **控制单元**：负责取指令、指令译码、取操作数等基本动作，并发送必要的控制信号。其中包含两个重要的寄存器——程序计数器(PC)和指令寄存器(IR)，PC记录下一条指令在内存中的位置，IR则存放被取出的指令并通过译码产生控制信号。 - **算术逻辑单元**：分为算术运算单元和逻辑运算单元两部分。算术运算单元主要处理数值型数据的数学运算，如加减乘除和数值比较；逻辑运算单元则主要执行逻辑运算，如AND、OR、XOR或NOT等。 - **寄存器**：用于临时存储数据，如从存储器中读取的数据或将要存储的数据。 嵌入式系统设计导论不仅介绍了嵌入式系统的概念及其核心组件，还深入探讨了32位嵌入式微处理器的相关知识，包括市场概况、评价指标以及处理器的基本结构等内容，为读者提供了全面而深入的理解。