2 嵌入式计算机系统概述

学习笔记
作者: MingXiao

2.1 定义

一种专用的计算机系统

主要特点

  • 功耗低，体积小，专用性强
  • 不具备自主开发能力
  • 可靠性高
  • 便携性好
  • 低成本

2.2 架构

2.2.1 组成

  1. 硬件层（Hardware）
    • 处理器
    • 存储器：Cache，主存，辅助存储器
    • 设备接口
  2. 中间层（Firmware）
    • 硬件初始化程序（BIOS）
    • 设备驱动程序
  3. 系统软件层（Software）
    • 嵌入式操作系统等（WinCE）
  4. 用户专用应用系统

51单片机性能太低，没有板载OS，程序直接运行在硬件上（只能用指令集语言）

其中外设指的都是片内外设，通过内部总线连接I/O接口

51的内部架构

注意大小，这是51单片机片内所有的元件，没有ADC

2.2.2 核心部件

  • CPU：MCS-51是8位机，MSP430是16位机；MSP430是冯诺依曼架构，MCS-51系列不完全是哈佛架构（但数据总线没有分开）
  • 内部总线：注意哈佛架构必须有多套总线
  • 寄存器：MCS-51有8个，R0-R7
  • 存储器：Cache，内存，外存
  • I/O

2.2.3 操作系统

分为

  • 分时操作系统：平均分配时长
  • 实时操作系统：类似于粗粒度多线程，根据任务耗时分配时间
  • 无操作系统（裸机）

2.3 分类和应用

  • MCU，Microcontroller Unit，微控制器：最常用的简单紧凑嵌入式处理器，集成外设和IO到一个板子上
  • MPU，Microprocessor Unit，微处理器：高性能处理器，需要外接外设
  • DSP，数字信号处理器：专门处理数字信号
  • SOC，片上系统，有数字电路、模拟电路和射频电路（RF，通讯用）

2.4 开发环境

  • Keil是编译器；Proteus是仿真软件；CCSV5.3既是开发环境也是仿真工具，可以在线硬件仿真
  • MCS-51只能离线调试（在运行中无法查看寄存器和内存），MSP430可以在线调试

2.5 单片机概述

特点

  • 性价比高
  • 集成度高，体积小，可靠

2.6 单片机的开发与仿真

开发

ORG xxxxH是一个伪指令，为编译器指明后续程序存储的位置；在编译时运行

对于51来说，内存空白时为1，而不是0

开发过程

  1. 写程序
  2. 编译
  3. 链接
  4. 下载/烧录
  5. 调试

例：时钟类比为脉搏更恰当，因为相比于呼吸，大脑无法控制

解：正确

例：台式机或笔记本等微机的CPU采用冯诺依曼架构

解：正确。虽然在L1 Cache上Data和Instruction分开，但是总线只有一套

例：可以并行处理任务的是

解：多核处理器，FPGA

例：网络摄像头、智能手机、自动洗衣机采用的嵌入式系统分别是

解：DSP，SOC，MCU

例：Keil可以看到51单片机内部Reg实际值

解：错误，不能在线调试



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