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嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析
第一章 嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)生
1、始于微型機時代的嵌入式應(yīng)用：
電子數(shù)字計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進程中，計算機始終是供養(yǎng)在特殊的機房中，實現(xiàn)數(shù)值計算的大型昂貴設(shè)備。直到20世紀70年代，微處理的出現(xiàn)，計算機才出現(xiàn)了歷史性的變化。以微處理為核心的微型計算機以其小型、價廉、高可靠性特點，迅速走出機房;基于高速數(shù)值解算能力的微型機，表現(xiàn)出的智能化水平引起了控制專業(yè)人士的興趣，要求將微型機嵌入到一個對象體系中，實現(xiàn)對象體系的智能化控制，例如，將微型計算機經(jīng)電氣加固、機械加固，并配置各種外圍接口電路，安裝到大型艦船中構(gòu)成自動駕駛儀或輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。這樣一來，計算機便失去了原來的形態(tài)與通用的計算機功能。為了區(qū)別于原有的通用計算機系統(tǒng)，把嵌入到對象體系中，實現(xiàn)對象體系智能化控制的計算機，稱作嵌入式計算機系統(tǒng)。因此，嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質(zhì)是將一個計算機嵌入到一個對象體系中去，這些是理解嵌入式系統(tǒng)的基本出發(fā)點。
2、現(xiàn)代計算機技術(shù)的兩大分支
由于嵌入式計算機系統(tǒng)要嵌入到對象體系中，實現(xiàn)的是對象的智能化控制，因此，它有著與通用計算機系統(tǒng)完全不同的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向。
通用計算機系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計算;技術(shù)發(fā)展方向則是：總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大。 而嵌入式計算機系統(tǒng)的技術(shù)要求則是對象的智能化控制能力;技術(shù)發(fā)展方向則是：與對象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。
早期，人們勉為其難地，將通用計算機系統(tǒng)進行改裝，在大型設(shè)備中實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用。然而，對于眾多的對象系統(tǒng)(如家用電器、儀器儀表、工控單元…)，無法嵌入通用計算機系統(tǒng)，況且嵌入式系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向完全不同，因此，必須獨立地發(fā)展通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)，這就形成了現(xiàn)代計算機技術(shù)發(fā)展的兩大分支。
如果說微型機的出現(xiàn)，使計算機進入到現(xiàn)代計算機發(fā)展階段，那么嵌入式計算機系統(tǒng)的誕生，則標志了計算機進入了通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支并行發(fā)展時代，從而導(dǎo)致20世紀末，計算機的高速發(fā)展時期。
3、兩大分支發(fā)展的里程碑事件
通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)的專業(yè)化分工發(fā)展，導(dǎo)致20世紀末、21世紀初，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展。計算機專業(yè)領(lǐng)域集中精力發(fā)展通用計算機系統(tǒng)的軟、硬件技術(shù)，不必兼顧嵌入式應(yīng)用要求，通用微處理器迅速從286、386、486到奔騰系列;操作系統(tǒng)則迅速擴張計算機基于高速海量的數(shù)據(jù)文件處理能力，使通用計算機系統(tǒng)進入到盡善盡美階段。
嵌入式計算機系統(tǒng)則走上了一條完全不同的道路，這條獨立發(fā)展的道路就是單芯片化道路。它動員了原有的傳統(tǒng)電子系統(tǒng)領(lǐng)域的廠家與專業(yè)人士，接過起源于計算機領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)，承擔起發(fā)展與普及嵌入式系統(tǒng)的歷史任務(wù)，迅速地將傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)發(fā)展到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)時代。
因此，現(xiàn)代計算機技術(shù)發(fā)展的兩大分支的里程碑意義在于：它不僅形成了計算機發(fā)展的專業(yè)化分工，而且將發(fā)展計算機技術(shù)的任務(wù)擴展到傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)領(lǐng)域，使計算機成為進入人類社會全面智能化時代的有力工具。
第二章 嵌入式系統(tǒng)的定義與組成
1、嵌入式系統(tǒng)的定義
有些人把嵌入式處理器當做嵌入式系統(tǒng)，但由于嵌入式系統(tǒng)是一個嵌入式計算機系統(tǒng)的的含義，因此，只有將嵌入式處理器構(gòu)成一個計算機系統(tǒng)，并作為嵌入式應(yīng)用時，這樣的計算機系統(tǒng)可稱作嵌入式系統(tǒng)。
嵌入式系統(tǒng)與對象系統(tǒng)密切相關(guān)，其主要技術(shù)發(fā)展方向是滿足嵌入式應(yīng)用要求，不斷擴展對象系統(tǒng)要求的外圍電路(如ADC、DAC、PWM、、日歷時鐘、電源監(jiān)測、程序運行監(jiān)測電路等)，形成滿足對象系統(tǒng)要求的應(yīng)用系統(tǒng)。因此，嵌入式系統(tǒng)作為一個專用計算機系統(tǒng)，要不斷向計算機應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展。因此，可以把定義中的專用計算機系統(tǒng)引伸成，滿足對象系統(tǒng)要求的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。
如果我們了解了嵌入式(計算機)系統(tǒng)的由來與發(fā)展，對嵌入式系統(tǒng)就不會產(chǎn)生過多的誤解，而能歷史地、本質(zhì)地、普遍適用地定義嵌入式系統(tǒng)。
(1) 嵌入式系統(tǒng)的定性
按照歷史性、本質(zhì)性、普遍性要求，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)定義為：“嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)”。“嵌入性”、“專用性”與“計算機系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。對象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。
(2) 嵌入式系統(tǒng)的特點
嵌入式系統(tǒng)的特點與定義不同，它是由定義中的三個基本要素衍生出來的。不同的嵌入式系統(tǒng)其特點會有所差異。
與“嵌入性”的相關(guān)特點：由于是嵌入到對象系統(tǒng)中，必須滿足對象系統(tǒng)的環(huán)境要求，如物理環(huán)境(小型)、電氣/氣氛環(huán)境(可靠)、成本(價廉)等要求的特點。
與“專用性”的相關(guān)特點：軟、硬件的裁剪性。滿足對象要求的最小軟、硬件配置等。
與“計算機系統(tǒng)”的相關(guān)特點：嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對象系統(tǒng)控制要求的計算機系統(tǒng)。與上兩個特點相呼應(yīng)，這樣的計算機必須配置有與對象系統(tǒng)相適應(yīng)的接口電路。
另外，在理解嵌入式系統(tǒng)定義時，不要與嵌入式設(shè)備相混淆。嵌入式設(shè)備是指內(nèi)部有嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品、設(shè)備，例如，內(nèi)含單片機的家用電器、儀器儀表、工控單元、機器人、手機、PDA等。
(3)嵌入式系統(tǒng)的種類與發(fā)展
按照上述嵌入式系統(tǒng)的定義，只要滿足定義中三要素的計算機系統(tǒng)，都可稱為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為設(shè)備級(工控機)、板級(單板、模塊)、芯片級(MCU、SoC)。
2、嵌入式系統(tǒng)的組成
嵌入式系通常由嵌入式處理器、外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等幾大部分組成。
1、嵌入式處理器
嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件。嵌入式處理器與通用處理器的最大不同點在于其大多工作在為特定用戶群設(shè)計的系統(tǒng)中。它通常把通用計算機中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計趨于小型化，并具有高效率、高可靠性等特征。大的硬件廠商會推出自己的嵌入式處理器，因而現(xiàn)今市面上有1000多種嵌入式處理器芯片，其中使用最為廣泛的有ARM 、MIPS、PowerPC、MC6800等。
2、外圍設(shè)備
外圍設(shè)備是指在一個嵌入式系統(tǒng)中，除了嵌入式處理器以外用于完成存儲、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其它部件。根據(jù)外圍設(shè)備的功能可以分為存儲器、接口和人機交互。
3、嵌入式操作系統(tǒng)
在大型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，為了使嵌入式開發(fā)更方便、快捷，需要具備一種穩(wěn)定、安全的軟件模塊集合，用以管理存儲器分配、中斷處理、任務(wù)間通信和定時器響應(yīng)，以及提供多任務(wù)處理等，即嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)的引入大大的提高了嵌入式系統(tǒng)的功能，方便了應(yīng)用軟件的設(shè)計，但同時占用了寶貴的嵌入式系統(tǒng)資源。一般在比較大型或需要多任務(wù)的應(yīng)用場合才考慮使用嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)常常需要有實時要求，所以嵌入式操作系統(tǒng)往往又是“ 實時操作系統(tǒng) ”。早期的嵌入式系統(tǒng)幾乎都用于控制目的，從而或多或少都有些實時要求，所以從前“嵌入式操作系統(tǒng)”實際上是“實時操作系統(tǒng)”的代名詞。今年來由于手持式計算機和掌上電腦等設(shè)備的出現(xiàn)，也有了不帶實時要求的嵌入式系統(tǒng)。另外一方面，由于CPU速度的提高，一些原先認為是“實時”的反應(yīng)速度現(xiàn)在已經(jīng)很普遍了。這樣，一些原先需要在“實時”操作系統(tǒng)上才能實現(xiàn)的應(yīng)用，現(xiàn)在已不難在常的操作系統(tǒng)上實現(xiàn)。在這樣的背景下，“嵌入式操作系統(tǒng)”和“實時操作系統(tǒng)”就成了不同的概念名詞。
4、應(yīng)用軟件
嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是針對特定的實際專業(yè)領(lǐng)域，基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺，并能完成用戶的預(yù)期任務(wù)的計算機軟件。用戶的任務(wù)可能有時間和精度的要求。有些應(yīng)用軟件需要嵌入操作系統(tǒng)的支持，但在簡單的場合下不需要專門的操作系統(tǒng)。由于嵌入式應(yīng)用軟件對成本十分敏感，因此，為減少系統(tǒng)成本，除了精簡每個硬件單元的成本外，應(yīng)盡可能的減少應(yīng)用軟件的資源消耗，盡可能的優(yōu)化。
第三章 嵌入式系統(tǒng)的兩種應(yīng)用模式
嵌入式系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用特點，決定了它的多學(xué)科交叉特點。作為計算機的內(nèi)含，要求計算機領(lǐng)域介入其體系結(jié)構(gòu)、軟件技術(shù)、工程應(yīng)用方法的發(fā)展。然而，了解對象系統(tǒng)的控制要求，實現(xiàn)系統(tǒng)控制模式必須具備對象領(lǐng)域的專業(yè)知識。因此，從嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的歷史過程，以及嵌入式應(yīng)用的多樣性中，可以了解到客觀上形成的兩種應(yīng)用模式。
1、客觀存在的兩種應(yīng)用模式
嵌入式計算機系統(tǒng)起源于微型機時代，但很快就進入到獨立發(fā)展的單片機時代。在單片機時代，嵌入式系統(tǒng)以器件形態(tài)迅速進入到傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域中，以電子技術(shù)應(yīng)用工程師為主體，實現(xiàn)傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的智能化，而計算機專業(yè)隊伍并沒有真正進入單片機應(yīng)用領(lǐng)域。因此，電子技術(shù)應(yīng)用工程師以自己習慣性的電子技術(shù)應(yīng)用模式，從事單片機的應(yīng)用開發(fā)，這種應(yīng)用模式最重要的特點是：軟、硬件的底層性、隨意性;對象系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)的密切相關(guān)性;缺少計算機工程設(shè)計方法
雖然在單片機時代，計算機專業(yè)淡出了嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，但隨著后PC時代到來，網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展;同時，嵌入式系統(tǒng)軟、硬件技術(shù)有了很大的提升，為計算機專業(yè)人士介入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開辟了廣闊天地。計算機專業(yè)人士的介入，形成的計算機應(yīng)用模式帶有明顯的計算機的工程應(yīng)用特點：即基于嵌入式系統(tǒng)軟、硬件平臺，以網(wǎng)絡(luò)、通信為主的非嵌入式底層應(yīng)用。
2、兩種應(yīng)用模式的并存與互補
由于嵌入式系統(tǒng)最大、最廣、最底層的應(yīng)用是傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域的智能化改造。因此，以通曉對象專業(yè)的電子技術(shù)隊伍為主、用最少的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件開銷，以8位機為主，帶有濃重的電子系統(tǒng)設(shè)計色彩的電子系統(tǒng)應(yīng)用模式會長期存在下去。另外計算機專業(yè)人士會愈來愈多地介入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，但囿于對象專業(yè)知識的隔閡，其應(yīng)用領(lǐng)域會集中在網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體、商務(wù)電子等方面，不可能替代原來電子工程師在控制、儀器儀表、機械電子等方面的嵌入式應(yīng)用。因此，客觀存在的兩種應(yīng)用模式會長期并存下去，在不同的領(lǐng)域中相互補充。電子系統(tǒng)設(shè)計模式應(yīng)從計算機應(yīng)用設(shè)計模式中，學(xué)習計算機工程方法和嵌入式系統(tǒng)軟件技術(shù);計算機應(yīng)用設(shè)計模式應(yīng)從電子系統(tǒng)設(shè)計模式中，了解嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的電路系統(tǒng)特性，基本的外圍電路設(shè)計方法和對象系統(tǒng)的基本要求等。
3、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的高低端
由于嵌入式系統(tǒng)有過很長的一段單片機的獨立發(fā)展道路，大多是基于8位單片機，實現(xiàn)最底層的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，帶有明顯的電子系統(tǒng)設(shè)計模式特點。大多數(shù)從事單片機應(yīng)用開發(fā)人員，都是對象系統(tǒng)領(lǐng)域中的電子系統(tǒng)工程師，加之單片機的出現(xiàn)，立即脫離了計算機專業(yè)領(lǐng)域，以“智能化”器件身份進入電子系統(tǒng)領(lǐng)域，沒有帶入“嵌入式系統(tǒng)”概念。因此，不少從事單片機應(yīng)用的人，不了解單片機與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系，在談到“嵌入式系統(tǒng)”領(lǐng)域時，往往理解成計算機專業(yè)領(lǐng)域的，基于32位嵌入式處理器，從事網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體等的應(yīng)用。這樣，“單片機”與“嵌入式系統(tǒng)”形成了嵌入式系統(tǒng)中常見的兩個獨立的名詞。但由于“單片機”是典型的，獨立發(fā)展起來的嵌入式系統(tǒng)，從學(xué)科建設(shè)的角度出發(fā)，應(yīng)該把它的統(tǒng)一成“嵌入式系統(tǒng)”�？紤]到原來單片機的電子系統(tǒng)底層應(yīng)用特點，可以把嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用分成高端與低端，把原來的單片機應(yīng)用理解成嵌入式系統(tǒng)的低端應(yīng)用，含義為它的底層性以及與對象系統(tǒng)的緊耦合。
第四章 嵌入式系統(tǒng)的低端應(yīng)用：8位單片機
1、單片機開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路
嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計算機時代，然而，微型計算機的體積、價位、可靠性都無法滿足廣大對象系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨立發(fā)展道路。這條道路就是芯片化道路。將計算機做在一個芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展的單片機時代。
在探索單片機的發(fā)展道路時，有過兩種模式，即“Σ模式”與“創(chuàng)新模式”。“Σ模式”本質(zhì)上是通用計算機直接芯片化的模式，它將通用計算機系統(tǒng)中的基本單元進行裁剪后，集成在一個芯片上，構(gòu)成單片微型計算機;“創(chuàng)新模式”則完全按嵌入式應(yīng)用要求設(shè)計全新的，滿足嵌入式應(yīng)用要求的體系結(jié)構(gòu)、微處理器、指令系統(tǒng)、總線方式、管理模式等。Intel公司的MCS-48、MCS-51就是按照創(chuàng)新模式發(fā)展起來的單片形態(tài)的嵌入式系統(tǒng)(單片微型計算機)，MCS-51是在MCS-48探索基礎(chǔ)上，進行全面完善的嵌入式系統(tǒng)。歷史證明，“創(chuàng)新模式”是嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展的正確道路，MCS-51的體系結(jié)構(gòu)也因此成為單片嵌入式系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)體系。
2、單片機的技術(shù)發(fā)展
單片機誕生于20世紀70年代末，經(jīng)歷SCM、MCU、SoC三大階段
SCM即單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。“創(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。
MCU即微控制器(MicroController Unit)階段，這階段主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷
擴展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面最著名的廠家當數(shù)PHILIPS公司。PHILIPS公司以其在嵌入式應(yīng)用方面巨大優(yōu)勢將MCS-51從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記Intel和PHILIPS的歷史功績。
單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決。因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。
嵌入式系統(tǒng)的高端應(yīng)用
1、概述
由于網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在經(jīng)歷了近20年的發(fā)展歷程后，又進入了一個新的歷史發(fā)展階段，即從普遍的低端應(yīng)用進入到一個高、低端并行發(fā)展，并且不斷提升低端應(yīng)用技術(shù)水平的時代，其標志是近年來32位MCU的發(fā)展。
32位MCU的應(yīng)用不會走8位機百花齊放、百余種型號系列齊上陣的道路，這是因為在8位機的低端應(yīng)用中，嵌入對象與對象專業(yè)領(lǐng)域十分廣泛而復(fù)雜;而當前32位MCU的高端應(yīng)用則多集中在網(wǎng)絡(luò)、通信和多媒體技術(shù)領(lǐng)域，32位MCU將會集中在少數(shù)廠家發(fā)展的少數(shù)型號系列上。
在嵌入式系統(tǒng)高端應(yīng)用的發(fā)展中，曾經(jīng)有眾多的廠家參與，很早就有許多8位嵌入式MCU廠家實施了8位、16位和32位機的發(fā)展計劃。后來，8位和32位機的技術(shù)擴展侵占了16位機的發(fā)展空間。傳統(tǒng)電子系統(tǒng)智能化對8位機的需求使這些廠家將主要精力放在8位機的發(fā)展上，形成了32位機發(fā)展遲遲不前的局面。當網(wǎng)絡(luò)、通信和多媒體信息家電業(yè)興起后，出現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)高端應(yīng)用的市場;而在嵌入式系統(tǒng)的高端應(yīng)用中，進行多年技術(shù)準備的ARM公司適時地推出了32位ARM系列嵌入式微處理器，以其明顯的性能優(yōu)勢和知識產(chǎn)權(quán)平臺扇出的運行方式，迅速形成32位機高端應(yīng)用的主流地位，以至于使不少傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)廠家放棄了自己的32位發(fā)展計劃，轉(zhuǎn)而使用ARM內(nèi)核來發(fā)展自己的32位MCU。甚至在嵌入式系統(tǒng)發(fā)展史上做出卓越貢獻的Intel公司以及將單片微型計算機發(fā)展到微控制器的PHILIPS公司，在發(fā)展32位嵌入式系統(tǒng)時都不另起爐灶，而是轉(zhuǎn)而使用ARM公司的嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核來發(fā)展自己的32位MCU。
網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體和信息家電時代的到來，無疑為32位嵌入式系統(tǒng)高端應(yīng)用提供了空前巨大的發(fā)展空間;同時，也為力不從心的8位機向高端發(fā)展起到了接力作用。一般來說，嵌入式系統(tǒng)的高、低端應(yīng)用模糊地界定為： 高端用于具有海量數(shù)據(jù)處理的網(wǎng)絡(luò)、通信和多媒體領(lǐng)域，低端則用于對象系統(tǒng)的控制領(lǐng)域。然而，控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展趨勢要求在這些8位機的應(yīng)用中提升海量數(shù)據(jù)處理能力。當8位機無法滿足這些提升要求時，便會轉(zhuǎn)而求助32位機的解決辦法。因此，32位機的市場需求發(fā)展由兩方面所致： 一方面是高端新興領(lǐng)域(網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體和信息家電)的拓展;另一方面是低端控制領(lǐng)域應(yīng)用在數(shù)據(jù)處理能力的提升要求。
后PC時代的到來以及32位嵌入式系統(tǒng)的高端應(yīng)用吸引了大量計算機專業(yè)人士的介入，加之嵌入式系統(tǒng)軟/硬件技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用模式的巨大變化，即使嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用進入到一個基于軟/硬件平臺、集成開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)時代，并帶動了SoC技術(shù)的發(fā)展。
在眾多嵌入式系統(tǒng)廠家參與下，基于ARM系列處理器的應(yīng)用技術(shù)會在眾多領(lǐng)域取得突破性進展。Intel公司將ARM系列向更高端的嵌入式系統(tǒng)發(fā)展;而PHILIPS公司則在向高端嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的同時，向低端的8位和16位機的高端應(yīng)用延伸。Intel公司和PHILIPS公司的發(fā)展都體現(xiàn)了各自的特點，并充分發(fā)揮了各自的優(yōu)勢。因此，在32位嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用中，ARM系列會形成ARM公司領(lǐng)軍，眾多廠家參與，計算機專業(yè)、電子技術(shù)專業(yè)以及對象專業(yè)人士共同推動的局面，形成未來32位嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的主流趨勢。這種集中分工的技術(shù)發(fā)展模式有利于嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展。
2、ARM
ARM(Advanced RISC Machines)是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應(yīng)用等。
隨著嵌入式系統(tǒng)處理器的不斷發(fā)展，典型的32位RISC芯片——ARM處理器，不論是在PDA，STB，DVD等消費類電子產(chǎn)品中，還是在GPS，航空，勘探，測量等軍方產(chǎn)品中都得到了廣泛的應(yīng)用。越來越多的芯片廠商早已看好ARM的前景，比如Intel, NS, Atmel, Philips, NEC, CirrusLogic等公司都有相應(yīng)的產(chǎn)品。他們把更多的功能集成在ARM芯片中，使其成為了高集成度，低功耗的典型代表。
ARM將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商，每個廠商得到的都是一套獨一無二的ARM相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。利用這種合伙關(guān)系，ARM很快成為許多全球性RISC標準的締造者。
ARM架構(gòu)是面向低預(yù)算市場設(shè)計的第一款RISC微處理器。
ARM提供一系列內(nèi)核、體系擴展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案。由于所有產(chǎn)品均采用一個通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產(chǎn)品中運行(理論上如此)。典型的產(chǎn)品如下。
�、貱PU內(nèi)核
--ARM7：小型、快速、低能耗、集成式RISC內(nèi)核，用于移動通信。
-- ARM7TDMI(Thumb):這是公司授權(quán)用戶最多的一項產(chǎn)品，將ARM7指令集同Thumb擴展組合在一起，以減少內(nèi)存容量和系統(tǒng)成本。同時，它還利用嵌入式ICE調(diào)試技術(shù)來簡化系統(tǒng)設(shè)計，并用一個DSP增強擴展來改進性能。該產(chǎn)品的典型用途是數(shù)字蜂窩電話和硬盤驅(qū)動器。
--ARM9TDMI:采用5階段管道化ARM9內(nèi)核，同時配備Thumb擴展、調(diào)試和Harvard總線。在生產(chǎn)工藝相同的情況下，性能可達ARM7TDMI的兩倍之多。常用于連網(wǎng)和頂置盒。
�、隗w系擴展
-- Thumb:以16位系統(tǒng)的成本，提供32位RISC性能，特別注意的是它所需的內(nèi)存容量非常小。
�、矍度胧絀CE調(diào)試
由于集成了類似于ICE的CPU內(nèi)核調(diào)試技術(shù)，所以原型設(shè)計和系統(tǒng)芯片的調(diào)試得到了極大的簡化。
④微處理器
--ARM710系列，包括ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:低價、低能耗、封裝式常規(guī)系統(tǒng)微型處理器，配有高速緩存(Cache)、內(nèi)存管理、寫緩沖和JTAG。廣泛應(yīng)用于手持式計算、數(shù)據(jù)通信和消費類多媒體。
--ARM940T、920T系列:低價、低能耗、高性能系統(tǒng)微處理器，配有Cache、內(nèi)存管理和寫緩沖。應(yīng)用于高級引擎管理、保安系統(tǒng)、頂置盒、便攜計算機和高檔打印機。
--StrongARM:性能很高、同時滿足常規(guī)應(yīng)用需要的一種微處理器技術(shù)，與DEC聯(lián)合研制，后來授權(quán)給Intel。SA110處理器、SA1100 PDA系統(tǒng)芯片和SA1500多媒體處理器芯片均采用了這一技術(shù)。
--ARM7500和ARM7500FE:高度集成的單芯片RISC計算機，基于一個緩存式ARM7 32位內(nèi)核，擁有內(nèi)存和I/O控制器、3個DMA通道、片上視頻控制器和調(diào)色板以及立體聲端口;ARM7500FE則增加了一個浮點運算單元以及對EDO DRAM的支持。特別適合電視頂置盒和網(wǎng)絡(luò)計算機(NC)。
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