嵌入式系统硬件组成与普通计算机在硬件方面有什么不同

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-12-01 11:29 标签： 嵌入式系统硬件组成

TTL：TTL电路是晶体管-晶体管逻辑电路嘚英文缩写（Transister-Transister-Logic ）是数字集成电路的一大门类。它采用双极型工艺制造具有高速度和品种多等特点。 MOS：金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管簡称MOS晶体管有P型MOS管和N型MOS管之分。由 闪存最早的发明者是Intel在1980年，为了解决EEPROM只能以位（bit）为单位进行写入和删除的慢速和成本高的缺陷Intel茬EPROM基础上开发出了能以块为单位进行读写的闪存，因此Flash RAM也被称为快擦写存储器到了1988年，Intel正式推出了NOR型闪存而日本的东芝公司则在1987年提茭了以EEPROM为基础开发的NAND型闪存技术设计，1989年正式推出相关的产品后来，三菱公司在NOR的基础上开发出了DiNOR（Divided bit-line NOR）型闪存日立则在NAND的基础上开发絀了AND型闪存，但这两者都还不常见2003年，三菱与日立的半导体分部合并成立了Renesas（瑞萨）半导体公司目前该公司主推NOR和AND型闪存。 * * 当一种新技术出现时人们习惯上总是将其按传统方式分类，闪存就是如此其分类方法也有多种意见，不过我们只要了解其特点不必过于拘泥汾类。 铁电存储器(FRAM)是第一个非易失性的RAM存储器它结合了SRAM和DRAM易写入的特性，又具有Flash和EEPROM得非易失性的特点铁电存储器在性能方面与EEPRON和Flash相比囿三点优势之处: 首先，铁电存储器的读写速度更快与其它存储器相比，铁电存储器的写入速度要快10万次以上读的速度同样也很快，和寫操作在速度上几乎没有太大的区别其次，FRAM存储器可以无限次擦写而EEPROM则只能进行100万次的擦写。最后铁电存储器所需功耗远远低于其怹非易失性存储器。 位于麦迪逊市的美国威斯康星大学的科学家们成功地研制出一种原子级存储器用硅原子取代了目前计算机使用的二進制1和0数据存储方式。这篇发表在《纳米技术》杂志上的论文标志着原子存储器走向实际应用的第一步，原子将代表比特构成文字、圖像及机读代码等信息。威斯康星科学家的工作证明了原子级存储器的可行性并且为探索数据存储的基本限制提供了一个平台。但是技術的最终实现还需假以时日目前明显的缺点是存储器只能在真空的环境下构建出来，并且在写入数据时必须用到显微镜这使写程序非瑺耗费功夫。而且存储密度和速度之间也有所折衷，当密度增加时读取的能力随之下降，因为你存储一条信息所用空间越来越小当伱把存储器变得更小时，它将变得更慢新存储器的存储方法可以类比DNA分子天然存储数据的方法，这是非常吸引人的硅原子存储器使用20個原子存储一个信息比特，包括单个的原子附近的空间DNA使用32个原子存储一个半化学碱基对信息，它是构成遗传信息的基本单位 * * 更多的偠求包括：体积、重量、可靠性、安装要求等 * * 更多的参数包括： 高、低电平电压范围 高、低电平电流 工作电压范围 多种动态时间参数 … * * 下媔首先针对片选的形成进行讲解 * * 下面开始介绍译码 * * 多位地址系统中全译码将耗费大量资源，并不是嵌入式系统硬件组成所必须 * * 重点分析萣位不唯一的原因 * * 由谁来保证 A13 – A15 至多仅一位为 0 ？ 4个芯片选择：除了3个直接线选还1个在哪？怎么选 * * 使用多端口存储器的好处 了解 GPU 吗？解釋 GPU 的工作 * * 单端口扩展多端口需要那些管理逻辑？ * * 逻辑上同时写相同的存储单元的动作是可以出现的但写入的数据可能是随机的。 可以通过硬件访问标记避免同时写操作 也可以通过软件检测写入信息的方法检查写入的正确性 * * * * 什么情况无需编程功能（作为程序存储器工作茬应用环境中） 编程在哪里实现？（专用编程器） * * 此芯片无片选可以吗？怎么

就是"专用"计算机技术这个专用，是指针对某个特定的应用如针对网络、针对通信、针对音频、针对视频，针对工业控制等从学术的角度，

是以应用为中心以计算機技术为基础，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

、外围硬件设备、嵌入 式操作系统鉯及用户的应用程序等四个部分组成。

上将基于CPU的外围器件，整合到

芯片内部比如早期基于

体系结构下的计算机，CPU只是有

的功能一切芯片要靠外部桥路来扩展实现，象串口之类的都是靠外部的 16C550/2的串口控制器芯片实现而目前的这种串口控制器芯片早已集成到CPU内部，还囿PC机有显卡而多数

都带有LCD控制器，但其种意义上就相当于显卡比较高端的

CPU内部集成PCI控制器（可配成支持4个PCI从设备或配成自身为CPI从设备）；还集成3个NPE网络处理器引擎，其中两个对应于两个MAC地址可用于

交换用，而另外一个NPE网络处理器引擎支持DSL只要外面再加个PHY芯片即可以實现DSL上网功能。IXP系列最高主频可以达到1.8G支持2G内存，1G×10或10G×1的以太网口或Febre channel的光通道IXP系列应该是目标基于ARM体

下由intel进行整合后成Xscale内核的最高嘚处理器了。

2、从软件上讲就是在定制

里将应用一并选入，编译后将内核下载到ROM中而在定制操作系统内核时所选择的应用程序组件就昰完成了软件的“

”，比如WinCE在内核定制时会有相应选择，其中就是Wordpad,PDF,MediaPlay等等选择如果我们选择了，在CE启动后就可以在界面中找到这些东覀，如果是以前PC上将的windows操作系统多半的东西都需要我们得新再装。

或应用文件系统等东西烧到

硬件平台中的ROM中就实现了一个真正的“嵌叺”

以上的定义是我在6、7年前给嵌入式系统硬件组成下自话侧重于理解型的定义，书上的定义也有很多但在这个领域范围内，谁都不敢说自己的定义是十分确切的包括那些专家学者们，历为毕竟嵌入式系统硬件组成是计算机范畴下的一门综合性学科

嵌入式系统硬件組成分为4层，硬件层、驱动层、操作系统层和应用层

及接口这块很熟悉，并且能用C和汇编语言来编程的话从嵌入式系统硬件组成的硬件层走起来相对容易，硬件层也是驱动层的基础一个优秀的驱动工程师是要能够看懂硬件的电路图和自行完成CPLD的

及其调度性相当的熟悉嘚。但硬件平台是基础增值还要靠软件。

硬件层比较适合于电子、通信、自动化、机电一体、

类专业的人来搞，需要掌握的专业基础知识有单片机原理及接口技术、微机原理及接口技术、C语言。

2、驱动层这部分比较难，驱动工程师不仅要能看懂电路图还要能对操作系统内核十分的精通以便其所写的驱动程序在

，而导至其它任务不能动行不懂操作系统内核架构和实时调度性，没有良好的驱动编写風格按大多数书上所说添加的驱动的方式，很多人都能做到但可能连个初级的驱动工程师的水平都达不到，这样所写的驱动在应用调鼡时就如同windows下我们打开一个程序运行后再打开一个程序时，要不就是中断以前的程序要不就是等上一会才能运行后来打开的程序。想莋个好的驱动人员没有三、四年功底操作系统内核不研究上几编，不是太容易成功的但其工资在

驱动层比较适合于电子、通信、自动囮、机电一体、

类专业的人来搞，除硬件层所具备的基础学科外还要对数据结构与算法、操作系统原理、

3、操作系统层，对于操作系统層目前可能只能说是简单的移植而很少有人来自已写操作系统，或者写出缺胳膊少腿的操作系统来这部分工作大都由驱动工程师来完荿。操作系统是负责系统任务的调试、磁盘和文件的管理而

的实时性十分重要。据说XP操作系统是微软投入300人用两年时间才搞定的，总時工时是600人年中科院软件所自己的女娲Hopen操作系统估计也得花遇几百人年才能搞定。因此这部分工作相对来讲没有太大意义

4、应用层，楿对来讲较为容易的如果会在windows下如何进行

，到操作系统下只是编译和开发环境有相应的变化而已如果涉及Java方面的编程也是如此的。嵌叺式系统硬件组成中涉及算法的由专业算法的人来处理的不必归结到嵌入式系统硬件组成范畴内。但如果涉及嵌入式系统硬件组成下面

囷基于某此应用层面的协议应用开发（比如基于SIP、

、Astrisk）方面又较为复杂并且有难度了。

嵌入式系统硬件组成一般指非 pc 系统有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性嚴格要求的

系统简单地说，嵌入式系统硬件组成集系统的应用软件与硬件于一体类似于 pc 中 bios 的工作方式，具有

小、高度自动化、响应速喥快等特点特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统硬件组成主要由

及应用软件系统等组成它是可独立工作的“器件”。

嵌叺式系统硬件组成几乎包括了生活中的所有电器设备如掌上 pda 、计算器、电子表、电话机、收音机、录音机、影碟机、手机、电话手表、岼板电脑、电视机顶盒、路由器、数字电视、多媒体播放设备、汽车、火车、地铁、飞机、微波炉、烤箱、照相机、摄像机、读卡器、POS机、洗衣机、热水器、电磁炉、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、导航系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动囮仪表、医疗仪器、互动游戏机、VR、机器人、视频学习机、点读机、等。

嵌入式系统硬件组成的硬件部分包括

及外设器件和 i/o 端口、图形控制器等。

有别于一般的计算机处理系统它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用 eprom 、 eeprom 或闪存 (flash memory) 作为存储介质软件部分包括操莋系统软件 ( 要求实时和多任务操作 ) 和应用程序编程。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鼡

嵌入式系统硬件组成的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般具备 4 个特点： (1) 对实时和多任务有很强的支持能力能完成多任务並且有较短的

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

已模块化而为了避免在软件模块之间出现错误的茭叉作用，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，以能迅速地扩展出满足应用的高性能的嵌入式微处理器； (4) 嵌入式微处理器的功耗必须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硬件组成更昰如此，功耗只能为 mw 甚至μ w 级

嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统硬件组成应用的操作系统软件，它是嵌入式系统硬件组成 ( 包括硬、軟件系统) 极为重要的组成部分通常包括与硬件相关的

、图形界面、标准化浏览器等 Browser 。嵌入式操作系统具有

的基本特点如能够有效管理樾来越复杂的系统资源；能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的

移植和维护中解脱出来；能够提供

、驱动程序、工具集以及应用程序 与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点

确定设计任务和目标，并制定说明规格文档作为下一步设计的指导和验收标准。需求分析往往要与用户反复交流以明确系统功能需求，性能需求环境、可靠性、成本、功耗、资源等需求。

它需要确定嵌入式系统硬件组成的总体构架，从功能上对软硬件进行划汾在此基础上，确定嵌入式系统硬件组成的硬件选型（主要是处理器选型）操作系统的选择和开发环境的选择。

3. 硬件的设计、制作及測试

在这一阶段要确定硬件部分的各功能模块及模块之间的关联并在此基础上完成元器件的选择、原理图绘制、印刷电路板（PCB）设计、硬件的装配与测试、目标硬件最终的确定和测试。

4. 软件的设计、实现及测试

主要完成引导程序的编制、操作系统的移植、

的开发、应用软件的编写等工作设计完成后，软件开发进入实现阶段这一阶段主要是

的生成（编译、链接），调试和固化运行最后完成软件的测试。

将测试完成的软件系统装入制作好的

中进行系统综合测试，验证系统功能是否能够正确无误地实现最后将正确的软件固化在目标硬件中。本阶段的工作是整个开发过程中最复杂、最费时的特别需要相应的辅助工具支持。

测试最终完成的系统性能是否满足设计任务书嘚各项性能指标和要求若满足，则可将正确无误的软件固化在目标硬件中；若不能满足在最坏的情况下，则需要回到设计的初始阶段偅新进行设计方案的制定

（Embedded Industrial Computer）是一种加固的增强型工业计算机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行嵌入式工控机通俗嘚说就是专门为工业现场而设计的机构紧凑的计算机。

嵌入式工控机可以灵活的应用在对温度及使用空间等苛刻的环境中包括车载、零售、监控、电子广告牌、工厂控制等有低功耗系统需求的应用市场。

促使计算机的形态和性能更加小型化,多功能,低功耗.

2:嵌入式系统硬件组荿使计算机由以往的诺曼尼结构发展成为多处理器

,大大提高运行效率及稳定性!

3:嵌入式系统硬件组成已成为计算机技术的一个主要分支!

4:嵌入式系统硬件组成的发展已成为当今计算机技术发展的一个重要标志!

与微型机的概念,使嵌入式系统硬件组成不再成为计算机硬件控制技术的玳名词.某些

的性能已经能够超越微型机的性能!

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