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典型嵌入式系统基本组成

一、微处理器的基本知识
二、嵌入式微处理器的相关知识
三、嵌入式软硬件裁减原则
四、嵌入式实时操作系统的相关基本知识

典型嵌入式系统基本组成

一、硬件层

二、软件层

微处理器的基本知识

一、微处理器两大体系结构，分别是冯诺依曼体系结构和哈佛体系结构
1、冯诺依曼体系的特点：数据和指令都存储在存储器中，被大多数计算机采用，主流的ARM7就是冯诺依曼体系

2、哈佛体系结构：将指令和数据分离，使其并发性更好，性能高一些，提供了较大的数存储器带宽，适合于数字信号处理，大多数DSP都是哈佛结构，ARM也是哈佛结构

二、两种指令集CISC和RISC
1、CISC：复杂指令集，complex instruction set computer
1.1、具有大量的指令和寻址方式
1.2、大多数程序只使用少量的指令就可以运行
1.3、CISC的数据通道

2、RISC：精简指令集，reduced instruction set computer
2.1、8/2原则，80%的程序只是用20%的指令
2.2、在通道中只包含最有用的指令
2.3、确保数据通道快速执行每一条指令
2.4、是CPU硬件结构设计变得更加简单
2.5、RISC的数据通道

三、影响CPU性能的因素：流水线、超标量和缓存
1、RISC流水线技术：几个指令可以并行运行，提高了CPU的运行效率，内部的信息要确保通畅的流动

2、超标量执行：超标量CPU采用多条流水线结构，这里的超标量表示：指令数比一个多，又不像向量那么多，所以采用超标量称呼。

3、高速缓存cache
3.1、采用高速缓存的原因：微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提高内存的平均性能。
3.2、工作原理：高速缓存是一种小型快速的存储器，用于保存部分存储内容的拷贝，高速缓冲区中如果没有需要的内容，才会在主存储器中寻找

四、总线和总线桥体系结构
1、处理器和IO之间数据传输速率和带宽不同，各自使用的总线也不同。
2、CPU使用高速总线，与高速设备之间传递数据
3、低速的设备使用低速的总线传递数据
4、高低速的总线之间通过桥（总线转换接口）相连，完成数据带宽和速度的转换

主流嵌入式处理器核

一、分类

二、嵌入式微处理器需要具有的特点
1、支持实时多任务
2、支持存储区保护功能
3、较强的可扩展处理器结构，可以迅速地开发出满足应用的高性能的嵌入式微处理器。
4、嵌入式微处理器必须功耗很低，功耗只有mW甚至uW级

嵌入式设计工具

硬件设计工具

软件设计工具

软件仿真工具：
微处理器的开发模式下，使用一台计算机模拟嵌入式处理器的功能，模拟仿真执行所开发的应用程序。

嵌入式软硬件裁减原则

一、高频事件高速处理——量化原则
1、提高高频时间的执行速度，有助于提高整体性能
2、高频时间往往是简单事件，更易于提高速度
3、大概率事件尽量高速，小概率事件保证正确

二、优化任务重占用时间百分比高的部件
1、计算机整体性能的改善程度，受到其采用的快速部件（被性能提高的部件）在原任务中所占的时间百分比的限制。
2、加速比

3、CPU性能公式

4、局部性原理

嵌入式实时操作系统

一、操作系统分类
1、顺序操作系统：系统中只含有一个程序独占CPU时间，该程序执行完另一程序才会执行，如DOS。
2、分时操作系统：系统中同时有多个程序，吧CPU的事件分成若干片，每个时间片你执行不同的程序，如UNIX
3、实时操作系统：系统内有多个程序运行，每个程序有不同的优先级，只有最高优先级的任务才占有CPU的控制权

二、实时性分类
1、强实时性系统，响应时间在毫秒或微秒级，如数控机床20-40微秒
2、一般实时系统，响应时间在毫秒-几秒，如电子菜谱查询20微秒-几百毫秒
3、若是使系统，其系统响应时间约为数10秒或更长，如工程机械控制器

三、实时性系统中常用事件驱动系统event-driven system
1、事件驱动系统是能对外部事件直接响应的系统，包括前后台、实时多任务、多处理器等，使嵌入式实时系统的主要形式
2、应用程序是一个无限的循环，循环中调用相应的函数完成相应的动作，这部分可以看成后台行为background，中断服务程序在处理异步事件，这部分可以看作前台行为forefround
3、后台也可以叫做任务级，前台也叫中断级
4、例如：很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计，如微波炉，电话机，玩具等，从省电的角度出发，平时微处理器处在停机状态，所有的事都依靠中断服务来完成。

四、实时操作系统的特征
1、高效的任务管理
1.1、支持多任务
1.2、优先级管理
1.3、任务调度：基于优先级的抢占式调度、时间片轮转调度的算法
1.4、支持快速灵活的上下文切换
2、快速灵活的任务间通信
2.1、信号量：二进制，互斥，计数器等
2.2、通信机制：消息队列，管道等
3、高度的可裁剪性
4、快速有效的中断和异常事件处理
5、动态内存管理
6、系统时钟和定时器

五、常见的RTOS