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1、嵌入式系统设计嵌入式系统设计嵌入式系统硬件嵌入式系统硬件实例实例1 1-WAFERWAFER-E667EVE667EV?CPU:板载低功耗板载低功耗VIA Eden CPU 667/733Mhz(EBGA封装封装)?系统芯片组系统芯片组:VIA VT8606+VT8231?系统内存系统内存:1条条144-pin SO-DIMM,最大支持最大支持512MB SDRAM?显示显示:-总线总线:AGP 4x,带宽可达到带宽可达到1066MB/S-接口接口:DB-15 CRT 显示接口显示接口?LCD接口接口:-36-bit DSTN/TFT接口接口,带带256级灰介支持，分辨率级灰介支持，分辨率:1
2、600 x1200?网络网络:1个个10/100Mbps快速以太网快速以太网(集成于集成于VT8231+VT6103PHY)?输入输入/输出接口输出接口:-1个带个带RS-485方向自动侦测功能的方向自动侦测功能的RS-232/422/485可选端口可选端口-1个并行口个并行口(支持支持 SPP/EPP/ECP 模式模式)-1个红外线接口个红外线接口(SIR模式模式)-2个个USB插针接头插针接头,符合符合USB Ver 1.1标准标准-2个个ATA/100 IDE通道通道,支持支持CD-ROM,ZIP 和和 LS-120 启动启动(1个个2.5 44-pin接头接头,1个个3.5 40-pi
3、n 接头接头)?音频音频:符合符合AC97数字音频解码规范数字音频解码规范?扩展插槽扩展插槽:1个个PCMCIA TYPE II插槽，可用于插槽，可用于PCMCIA子卡（子卡（RL5C475II）产品特性产品特性产品特性产品特性实例实例2 2：S3C44B0S3C44B0产品特性产品特性产品特性产品特性实例实例3 3：单片机：单片机80518051产品特性产品特性产品特性产品特性实例实例4 4：WinbondWinbond-W541C250W541C250产品特性产品特性产品特性产品特性嵌入式系统硬件分类嵌入式系统硬件分类?商业通用部件(COTS)传感器，I/O设备等等成本低廉?面向特定应用的
4、ICs(ASICs)ICs 面向应用的需求进行定制开发对于特定的任务具有高性能?面向特定领域的处理器DSPs微控制器微处理器发展趋势发展趋势?Systems-on-chip（SOC）32-bit RISC CPU具有 RAM和ROM接口具有DMA,中断以及时钟控制器接口具有磁盘或flash接口具有以太网/802.11接口具有LCD/CRT接口New SOCs appearing almost every week!?举例Intel StrongARM SA-1110Motorola PowerPC MPC823eNEC VR4181等等http:/ 1?Camera-on-chip 贝尔实验室
5、CMOS技术100,000 像素低功耗廉价http:/www.bell- 2?SPEC:one step closer to“Smart Dust”2mm x 2.5 mmAVR-like RISC core3k RAM8-bit ADCFSK radio transceiverPaged memory systemLots of other cool stuff?Manufacturing cost$0.3 for the die$0.5 for the five external components(antenna,crystals,power source etc)http:/www.
6、cs.berkeley.edu/jhill/spec/SOCSOC的下一代的下一代 RSOCRSOC?可重配置的SOC（Reconfigurable SOC）处理器内核+可编程(可再编程)逻辑?FPGA?通过重配置在硬件级别修改硬件的功能举例:?Atmels FPSLIC Up to 40K Gates 8-bit 微处理器 40 MHz?Triscends A7S Up to 40K Gates ARM-basedhttp:/ 68000、ARM系列?嵌入式微控制器EMCU8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16
7、、68300?嵌入式DSP（Digital Signal Processor，EDSP）?嵌入式片上系统,嵌入式可编程片上系统(系统芯片)ESOC,EPSOC常见的嵌入式处理器核常见的嵌入式处理器核?ARM?MIPS?PowerPC?68K?x86ARMARM?低端:No cache.No floating point.No MMU.?高端:Cache.Floating-point.MMU.DSPDSP?连续的数据流的处理及高精度复杂运算，则应该选用DSP 器件?特征运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址?来源DSP 处理器经过单片化、EMC 改造、增加片上外设成为嵌入式DSP 处理器，如T
8、I 的TMS320C2000/C5000在通用单片机或片上系统（SOC）中增加DSP 协处理器，如Intel 的MCS-296DSPDSP?应用范围如各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，带有加解密算法的键盘，ADSL 接入、实时语音压解系统，虚拟现实显示等如Texas Instruments 的 TMS320 系列和Motorola 的DSP56000 系列可配置与可重配置可配置与可重配置?可配置:CPU 架构特征在设计阶段就被选择并定义。?可重配置:硬件可以被重新配置。甚至可以在执行过程中动态重配置。TensilicaTensilica 可配置处理器可配置处理器?可配置性:处理器
9、参数（如缓存大小等等）指令集?结果:HDL 处理器模式软件开发环境XtensaXtensa 可配置能力可配置能力?指令集:ALU extensions,coprocessors,wide instructions,DSP-style,function unit implementation.?内存:I cache config,D cache config,memory protection/translation,address space size,mapping of special-purpose memories,DMA access.?接口:Bus width,protocol,s
10、ystem register access,JTAG,queue interfaces to other processors.?外围设备:Timers,interrupts,exceptions,remote debug.常见嵌入式硬件常见嵌入式硬件LCDLCD?液晶显示屏（liquid crystal display：LCD）用于显示GUI（图象用户界面）环境下的文字和图象数据，适用于低压、微功耗电路。段式液晶：常见段式液晶的每字为8 段组成，即8 字和一点，只能显示数字和部分字母，但可以通过定制显示其它少量字符、汉字和其它符号，如计算器和电子表所用的液晶。字符型液晶：顾名思义，字符型液晶
11、是用于显示字符和数字的，对于图形和汉字的显示方式与段式液晶无异。图形点阵式液晶：根据液晶材料和液晶效应分为TN、STN（DSTN）、TFT 等几类。触摸屏触摸屏分为电阻式、电容式和电感式触摸屏比较触摸屏比较好一般好易用性查询机一般显示屏前笔手指点压电压测量电阻式手写识别好显示屏后笔尖接近感应电磁谐振电感式PDA手机比电阻式好显示屏前金属笔尖手指接触电容耦合电容式常见产品透明度安装方式触摸方式工作原理类型缓存有什么用？缓存有什么用？Why not just use a cache?Why not just use a cache?P.Marwedel et al.,ASPDAC,20041.Pr
12、edictability?Worst case execution time(WCET)may be largeWhy not just use a cache?Why not just use a cache?(2)(2)0123456789256512102420484096819216384memory sizeEnergy per access nJ .Scratch padCache,2way,4GB spaceCache,2way,16 MB spaceCache,2way,1 MB spaceR.Banakar,S.Steinke,B.-S.Lee,20012.Energy fo
13、r parallel access of sets,in comparators,muxes.Influence Influence of of the associativitythe associativityParameters different from previous slidesP.Marwedel et al.,ASPDAC,2004缓存对系统有什么好处？缓存对系统有什么好处？?缓存的速度比内存速度高。?将经常访问的数据和指令存放在快速的缓存中。?经常采用多极缓存，一般由于成本的原因决定。?可以采用软件缓存，虽然速度慢于硬件缓存，但同样可以提高速度。缓存与处理器缓存与处理器C
14、PU缓存主存数据数据地址数据地址缓存控制器多极缓存多极缓存CPUL1 缓存L2 缓存缓存操作缓存操作?主存地址被映射到缓存入口?缓存内容指令数据数据+指令?内存的访问速度不再固定缓存命中，速度快缓存没有命中，速度慢缓存实例缓存实例?StrongARM:16 Kbyte,32-way,32-byte block instruction cache.16 Kbyte,32-way,32-byte block data cache?SHARC:32-instruction,2-way instruction cache.接口技术并口（并行接口）并口（并行接口）?“并行”，是指8 位数据同时通过并行线
15、进行传送，这样数据传送速度大大提高。?并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，干扰就会增加，容易出错。?常见用途，打印机接口25 针并口功能串口串口?嵌入式系统使用上位机实现系统的调试及现场数据的采集和控制，常常采用串口。?RS232C 及其兼容插口传输速率低、传输距离近、抗共模干扰能力差RC232C 的最高传输速率为20 kb/s,最大传输线长为30 米?RS485高抗共模干扰驱动能力，并且提供多点应用，同一线上最多可接32 个驱动器和接收器最大传输速率10Mb/s(12m)，最大传输距离为1200m（10kb/s）USBUSB?USB1.112 Mb/s串行总线即插即用最多可以支持127
16、个外部设备主机供电?小功率设备主机可以直接供电?大功率设备仍然需要外部供电?USB 2.0:480 Mb/s串行总线vdd,gndD+,D-vdd,gndD+,D-总线的拓扑图总线的拓扑图?星形结构，最多支持六层USB USB 设备设备?USB HUB充当USB连接器Serve to USB connectivity能够主动检测设备加载或卸载USB hostUSB host?ClientDescribes all the software entities that are responsible for USB devices?USB SystemTranslation between the client data and USB transaction on the interconnectManaging USB resources(bandwidth,power)?USB Bus interfaceHandles interactions for the electrical protocol layerUSB data flowUSB data flow