嵌入式系统原理和设计——学习1

1 ：嵌入式系统定义： 

IEEE : 嵌入式系统是“用于控制，监视，或者辅助操作机器的装置。”

广义：“以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可以剪裁，对功能，可靠性，成本，体积，功耗，有严格要求的计算机系统。”

嵌入式系统的特点：嵌入性，专用型，计算机系统，生命周期长，软件固化，有实时性要求。

发展趋势：智能化，网络化，系统化，精简化，人性化。

2：计算机系统组成

硬件系统：运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备。

存储器  内存储器：RAM ; 外存储器：硬盘 。

3 ：软件系统

软件系统：系统软件和应用软件两大类。系统软件用于计算机系统的管理，调度，监视，服务等功能。

应用系统：满足用户不同领域，不同问题的应用需求而开发的，目的是拓宽计算机系统的应用领域，放大硬件的功能。

4 .cpu的性能量化

计算机系统的性能用完成任务的时间来衡量的，任务完成的时间成反比，CPU的任务就是执行程序，计算公式

时钟周期数可以表现为程序执行所需要的指令数 IC 与执行每条指令需要的时钟周期数（CPI,cycles Per Instruction ）的积  时钟周期时间 CCT(clock cycle time)   CPU时间 = IC * CPI *CCT ;

提高CPU的性能

1 降低程序所需要的IC 或者CCT，或者降低cpu的99(CCT) .

2  CCT : 主要取决于芯片加工工艺以及CPU硬件结构 。

3  CPI  : 主要取决于CPU硬件结果和指令集架构(ISA)

4 : IC: 主要取决于ISA和编译技术。

现代CPU都会采用流水线技术来降低CCT , 流水线技术同时也会使得CPI技术得到提高。

流水线技术

吞吐率，指令吞吐率指的是每秒钟执行的指令的数目，（MISP）(Million  Instrutcion per

second) ,加速比，效率。 三个重要指标。流水线技术是一种将每条指令分解为多步，并且让各个步骤重叠，从而实现几条指令的并行处理技术。程序中的指令仍然是一条一条执行，但是可以预先取出若干条指令，并在当前指令尚没有执行完成时，提前启动后续指令的一些操作步骤。这样可以加速一段程序的运行过程。

基本存储元件及其特点

1：ROM存储器：只读存储器，断电后不丢失。

2：RAM存储器 ：随机存取，断电后容易丢失数据

3 :闪存存起比较迅速，无噪音，散热小，

4：磁表明存储器，存储容量大，容易保存，可以重复使用。

5：机械硬盘：价格低，容量高，但读写性能强

6：闪存：存取比较快速，无噪声，散热小。

7：固态硬盘： 读取性能高 ：但是价格高。

3.3存储系统设计

主存储器：作用存放指令和数据，并且可以直接由cpu直接随机存取

存储系统的大小端：计算机系统一般以字节为单位，每个地址单元对应着一个字节，根据数据和地址的存放方式，可以分为是大端存储和小端存储。

大端模式（big  endian）也可以叫做低端优先，数据的高字节保存在内存的低地址中。

小端模式（little  endian）也可以叫做高端优先，数据的高字节保存在内存的高地址中。

在存储多个字节数据时，一般都采用对齐操作，对齐，就是存储多字节数据的起始单元刚好是读取模块的开始单元。

存储器的字位扩展

扩展方式，位扩展，字扩展，和字位扩展三种方法

1：位扩展：用多个存储器芯片对于字长进行扩充，

首先根据系统每个字的位数和选定的存储芯片的每个字的位数确定所需要的存储芯片的数量，

所用存储芯片的地址线，控制线都对应连接到对应的地址总线和控制总线上。

最后，每个存储芯片的数据线分别连接到数据总线的不同位上，来拼接成要求的数据宽度。

2：字扩展

选用存储器芯片的字数小于存储系统期望的字数，但是每个字的位数是相同的，采用字扩展的方法进行存储器扩展，步骤

1根据系统需要的字数和选定的存储芯片的字数确定需要的存储芯片的数量。

2将每个存储芯片的地址线，数据线，读写线连接到相应总线的对应位上。

3利用地址总线上多余出来的高位地址线作为片选译码器的输入，然后将译码器的输出分别连接到每个存储芯片的片选线上。

 3字位扩展

当使用给定容量的芯片扩展为要求容量的存储器时，如果给定芯片的字数和位数都没能达到要求的容量，就要进行字节位数扩展。

字位扩展的一般方法为：选择芯片先进行位扩展，扩展成组，使得组的位数达到要求：再用组进行字扩展，按照字扩展的方法将字数加到目标字数。