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1、Email:主讲主讲 毕宏彦毕宏彦第 2 讲嵌入式系统及其电路嵌入式系统及其电路嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦2第第 2 讲讲l从应用角度对计算机分类及所分两从应用角度对计算机分类及所分两类计算机的特点类计算机的特点l微型计算机系统结构微型计算机系统结构l计算机的位数和总线计算机的位数和总线嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦3本讲内容本讲内容l从应用角度对计算机分类及所分两从应用角度对计算机分类及所分两类计算机的特点类计算机的特点l微型计算机系统结构微型计算机系统结构l计算机的位数和总线计算机的位数和总线嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦4计算机按用途分类及各
2、类的特点计算机按用途分类及各类的特点用于控制的计算机用于控制的计算机又被称之为又被称之为嵌入式系统嵌入式系统，嵌入式系统以，嵌入式系统以测控为目标，结构复杂，品种繁多。这测控为目标，结构复杂，品种繁多。这类计算机类计算机追求的是多功能、高速度、高追求的是多功能、高速度、高可靠性。可靠性。是以应用为中心，以计算机技是以应用为中心，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、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、一般由嵌入式微处
3、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。控制、监视或管理等功能。用于数值计算的计算机用于数值计算的计算机这类计算机以计算和文这类计算机以计算和文档管理、数据库管理、档管理、数据库管理、进行各种设计、分析计进行各种设计、分析计算以及良好的网络功能算以及良好的网络功能为目标，为目标，要求运行速度要求运行速度越高越好越高越好。分为大、中、。分为大、中、小、微小、微4 4种系列，发展种系列，发展最快的是微型机。最快的是微型机。计算机按用途分为计算机按用途分为两大类
4、两大类：如下：如下嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦5本讲内容本讲内容l从应用角度对计算机分类及所分两从应用角度对计算机分类及所分两类计算机的特点类计算机的特点l微型计算机系统结构微型计算机系统结构l计算机的位数和总线计算机的位数和总线嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦6微型计算机系统的层次结构运算器运算器 控制器控制器 寄存器组寄存器组 内存储器内存储器 总线总线输入输出输入输出接口电路接口电路外部存储器、外部设备外部存储器、外部设备 、软件、软件微处理器微处理器微型微型微型微型计算机计算机计算机计算机微型计算机微型计算机系统系统嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏
5、彦7微机应用系统层次微机应用系统层次硬件BIOSOS应用程序用户程序嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦8微机系统组成微机系统组成硬硬 件件软软 件件微微 型型计算机计算机系系 统统 微微 型型 计算机计算机（主机）（主机）外外 设设运算器运算器 （ALUALU）控制器（控制器（CUCU）寄存器阵列寄存器阵列键盘、鼠标键盘、鼠标显示器、打印机显示器、打印机软驱、硬盘、光驱软驱、硬盘、光驱 扫描仪、扫描仪、微处理器微处理器内存储器（内存储器（ROM,RAMROM,RAM）输入输入/输出接口（输出接口（I/O I/O）系统软件系统软件应用（用户）软件应用（用户）软件嵌入式系统设计嵌入式系统
6、设计主讲教师：毕宏彦9明确明确3 3个概念、个概念、3 3个层次个层次l微处理器（微处理器（MicroprocessorMicroprocessor）l一个大规模集成电路芯片的一个大规模集成电路芯片的CPUCPUl内含控制器、运算器和寄存器等内含控制器、运算器和寄存器等l微机中的核心芯片微机中的核心芯片l微型计算机（微型计算机（MicrocomputerMicrocomputer）l通常指主机部分：微处理器通常指主机部分：微处理器+内存内存+I/O+I/O接口接口l还有一般的说法：微机、微型机、还有一般的说法：微机、微型机、l微型计算机系统（微型计算机系统（Microcomputer syst
7、emMicrocomputer system）l指由硬件（主机及外设）和软件共同组成的完整的计算指由硬件（主机及外设）和软件共同组成的完整的计算机系统，机系统，真正可投入使用的计算机真正可投入使用的计算机。嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦10核心级微处理器l中央处理器，简称中央处理器，简称CPU CPU（Central Processing Central Processing UnitUnit），是计算机的核心，计算机的速度和其他性），是计算机的核心，计算机的速度和其他性能首先取决于能首先取决于CPUCPU的性能。的性能。CPUCPU主要包括：主要包括：l运算器运算器ALUALU
8、l控制器控制器CUCUl寄存器组寄存器组RegistersRegisterslCPUCPU的内部总线的内部总线l实现运算功能和执行指令的控制功能实现运算功能和执行指令的控制功能嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦11本讲内容本讲内容l从应用角度对计算机分类及所分两从应用角度对计算机分类及所分两类计算机的特点类计算机的特点l微型计算机系统结构微型计算机系统结构l计算机的位数和总线计算机的位数和总线嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦12计算机最重要的两个概念：位数和总线位数：位数指计算机内部数据总线的根数(又称为数据线宽度)，它表示计算机一次能传输的数据的最大位数。嵌入式系统设计
9、嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦13计算机总线计算机总线l微机微机CPUCPU内部有多套总线，其外部也有多套总线。内部有多套总线，其外部也有多套总线。l总线是构成计算机系统的构架，是一台计算机的多个系统部总线是构成计算机系统的构架，是一台计算机的多个系统部件之间进行数据传输的公共通道。借助总线连接，计算机在件之间进行数据传输的公共通道。借助总线连接，计算机在各系统部件之间传送地址、数据和控制信息。因此，总线是各系统部件之间传送地址、数据和控制信息。因此，总线是多个模块电路或设备之间传送信息的一组公用信号线。多个模块电路或设备之间传送信息的一组公用信号线。l任何一套计算机总线都包含任何一套计算机总
10、线都包含地址总线、数据总线、控制总线地址总线、数据总线、控制总线三种。一个微机有多套这样的总线。现代微机的处理器三种。一个微机有多套这样的总线。现代微机的处理器(CPU)(CPU)内也包含有多套总线，才能进行流水线作业，同时进行多种内也包含有多套总线，才能进行流水线作业，同时进行多种数据的传送。数据的传送。嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦14计算机总线类别计算机总线类别l1.2.1 微机的内部总线、系统总线、外部总线l1)内部总线(又称为板级总线，主要用于主板上各元件之间的数据传送)l(1)I2C总线l(2)SPI总线(串行外围设备接口)l(3)SCI总线(串行通信接口)l2)系统
11、总线（主要用于主板与插板之间的数据传送）l(1)ISA总线l(2)EISA总线l(3)VESA总线l(4)PCI总线l(5)3GIO总线 l3)外部总线l(1)RS-232C总线（串行总线）l(2)RS-485总线（串行总线）l(3)USB总线（串行总线）l(4)CAN总线（串行总线）l(5)IEEE-488总线（并行总线）嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦15介绍一款内部总线介绍一款内部总线SCISCI总线总线SCISCI总线，指的是计算机总线，指的是计算机CPUCPU所具有的全双工的以所具有的全双工的以CPUCPU电平输电平输入输出的串行通信接口总线。在入输出的串行通信接口总线。
12、在CPUCPU与具有与具有SCISCI总线的其它总线的其它芯片之间进行数据传送时，可以直接使用芯片之间进行数据传送时，可以直接使用CPUCPU的的SCISCI端口连端口连接总线进行传送。其结构如下图所示：接总线进行传送。其结构如下图所示：CPU芯片2RXTX芯片1RXTX芯片NRXTXRXTXSCI总线嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦16介绍一款系统总线介绍一款系统总线PCIPCI总线总线lPCIPCI总线是一种高带宽、独立于处理器的总总线是一种高带宽、独立于处理器的总线。它主要用于高速外设和主机相连，如磁线。它主要用于高速外设和主机相连，如磁盘控制器、网络接口控制卡、图形显示适配
13、盘控制器、网络接口控制卡、图形显示适配器等。器等。PCIPCI总线的工作速度与总线的工作速度与CPUCPU的时钟频率的时钟频率无关，而是采用自身无关，而是采用自身33MHz33MHz的总线频率，数的总线频率，数据总线宽度为据总线宽度为3232位，可扩展到位，可扩展到6464位，所以数位，所以数据传输速率可达到据传输速率可达到132MB/s-264MB/s132MB/s-264MB/s。嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦17lPCI总线的特点如下：lPCI总线支持无限突发传输方式。lPCI总线支持并发工作机制，即挂接在PCI总线上的外设能与CPU并发工作。PCI总线作为CPU和外设之间
14、的一个中间层，一个或多个PCI总线上的外设通过PCI控制器和CPU总线相连，所以PCI控制器在处理器和PCI总线之间提供了数据缓冲功能，使PCI总线独立于处理器。例如当处理器要访问PCI总线上的外设时，CPU可以先把数据写到PCI控制器的数据缓冲器中，在PCI总线把这些数据写入设备的过程中，CPU可以处理其它操作。lPCI总线支持多总线的连接方式。PCI总线可以和其它系统总线相联接，例如在主板上和ISA、EISA或MCA相联接，这样一来，可将系统中的高速和低速设备分别挂接在不同的总线上，如将高速设备挂接在PCI总线上，而将低速设备挂接在ISA、EISA等低速总线上，高速总线和低速总线之间也可以
15、通过PCI桥联接。lPCI总线的信号线包括必备的和可选的两类，用这些信号线可以完成寻址、数据处理、接口控制、总线仲裁及其它系统功能。PCI总线信号见图1.6。介绍一款系统总线PCI总线嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦18必备的信号线有：地址数据信号线 AD(310)，C/(30)，PAR；接口控制线/FRAME，/TRDY，/IRDY，/STOP，/DEVSEL，IDSEL；错误报告线/PERR，/SERR；仲裁线的/REQ，/GNT；系统信号线的CLK，/RST。可选的信号线有：64位总线扩展线AD(6332)，C/(74)，PAR64，/REQ64，/ACK64；接口控制线/L
16、OCK；中断线/INTA，/INTB，/INTC，/INTD；Cache支持线/SBO，SDONE；JTAG边界扫描信号线TDI，TDO，TCK，TMS，。PCIPCI总线总线嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦19l通用串行总线通用串行总线USB(universalUSB(universal serial bus)serial bus)是由是由IntelIntel、CompaqCompaq、DigitalDigital、IBMIBM、MicrosoftMicrosoft、NECNEC、Northern Northern TelecomTelecom等等7 7家世界著名的计算机和通信公
17、司共同推出的一家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种接口标准。它基于通用连接技术，实现外设的简单快速种接口标准。它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展连接，达到方便用户、降低成本、扩展PCPC连接外设范围的连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源，而不像普通的使用串、并目的。它可以为外设提供电源，而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。另外，快速是口的设备需要单独的供电系统。另外，快速是USBUSB技术的突技术的突出特点之一，出特点之一，USB1.0USB1.0的最高传输率可达的最高传输率可达12Mb/s12Mb/s，比串口快，比串口快10010
18、0倍，比并口快近倍，比并口快近1010倍，倍，USB2.0USB2.0的最高传输率可达的最高传输率可达480Mb/s480Mb/s，最新研制的，最新研制的USB3.0USB3.0的最高传输率可达的最高传输率可达480MB/s480MB/s，而且而且USBUSB还能支持多媒体。还能支持多媒体。l关于关于USBUSB通信的具体技术，将在本书计算机通信一章学习。通信的具体技术，将在本书计算机通信一章学习。介绍一款外部总线介绍一款外部总线USBUSB总线总线嵌入式系统设计嵌入式系统设计主讲教师：毕宏彦20本讲内容小结本讲内容小结l从应用角度对计算机分类及所分两从应用角度对计算机分类及所分两类计算机的特点类计算机的特点l微型计算机系统结构微型计算机系统结构l计算机的位数和总线计算机的位数和总线