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计算机三级嵌入式知识点汇总.pdf
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计算机三级嵌入式知识点汇总.pdf
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、嵌入式系统开发的基础知识
1
.嵌入式系统的特点、分类、发展与应用,熟悉嵌入式系统的逻辑组成。
(
1
)特点:
专用性
隐蔽性 (嵌入式系统是被包装在内部) 资源受限(要求小型化、轻型化、低功耗及低成
本,因此软硬件资源受到限制) 高可靠性(任何误动作都可能会产生致命的后果) 软件固
化(软件都固化在只读存储器
ROM
中,用户不能随意更改其程序功能) 实时性
(
2
)逻辑组成
硬件:
1)
处理器(运算器、控制器、存储器) 目前所有的处理器都是微处理器 中央处理
器(
CPU
)和协助处理器(数 字信号处理器
DSP
、图像处理器、通信处理器)
2)
存储器(随机存储器
RAM
和只读存储器
ROM
)
RAM
分为动态
DRAM
和静态
SRAM
两种。
DRAM
电路简单、集成 度高、功耗
小、成本低,但速度稍慢慢;
SRAM
电路较复杂、集成度低、 功耗较大、成本
高,但工作速度很快,适合用作指令和数据的高速缓冲 存储器
RAM
当关机或断电时,其中的信息都会消失,属于易失性存储器
ROM
属于不易失性存储器。分为电可擦可编程只读存储器(存放 固件)和闪
速存储器(
Flash ROM
简称内存)。内存的工作原理:在低 压下,存储的信息
可读但不可写,这类似于
ROM
;在较高的电压下,
所存储的信息可以更改和删除,这有类似于
RAM
。
3)I/O
设备与
I/O
接口
4)
数据总线
软件
(
3
)分类
1
按嵌入式系统的软硬件技术复杂程度进行分类:
1)
低端系统 采用
4
位或
8
位单片机,在工控领域和白色家电领域占主导地位,
如计算器、遥控器、充电器、空调、传真机、
BP
机等。
2)
中端系统 采用
8
位
/16
位
/32
位单片机,主要用于普通手机、摄像机、录
像机、电子游戏机等。
3)
高端系统采用
32
位
/64
位单片机,主要用于智能手机、调制解调器、掌上
计算机、路由器、数码相机等。
(
4
)发展
20
世纪
60
年代初,第一个工人的现代嵌入式系统(阿波罗导航计算机)
20
世纪
60
年代中期,嵌入式计算机批量生产
20
世纪
70
年代,微处理器出现
20
世纪
80
年代中期, 外围电路的元器件被集成到处理器芯片中, 昂贵的模拟电路
元件能被数字电路替代
20
世纪
90
年代中期
SOC
出现,集成电路进入超深亚微米乃至纳米加工时代
2
.嵌入式系统的组成与微电子技术(集成电路、
EDA
、
SoC
、
IP
核等技术的作用和发展)
(
1
)集成电路
IC
集成电路的制造大约需要几百道工序, 工艺复杂。 集成电路是在硅衬底上制作 而成
的。硅衬底是将单晶硅锭经切割、研磨和抛光后制成的像镜面一样光滑的圆 形薄片,它的厚
度不足
1mm
,其直径可以是
6
、
8
、
12
英寸甚至更大这种硅片称为 硅抛光片,用于集成
电路的制造。
制造集成电路的工艺技术称为硅平面工艺, 包括氧化、 光刻、掺杂等多项工序。 把这
些工序反复交叉使用,最终在硅片上制成包含多层电路及电子元件的集成电 路。
集成电路的特点:体积小、重量轻、可靠性高。其工作速度主要取决于逻辑门 电路的晶
体管的尺寸。尺寸越小,工作频率就越高,门电路的开关速度就越快。
(
2
)
EDA
(电子信号自动化)
(
3
)
SoC
芯片(片上系统)
既包含数字电路, 也可以包含模拟电路, 还可以包含数模混合电路和射频电路。
SoC
芯
片可以是一个
CPU
,单核
SoC
,也可以由多个
CPU
和
/
或
DSP
,即多核
SoC
。
开发流程:
(
1
)总体设计 可以采用系统设计语言
System C
(或称
IEEE 1666
,它是
C++
的
2
扩充)或
System Vetilog
语言对
SoC
芯片的软硬件作统一的描述,按照系统需 求说明书
确定
SoC
的性能能参数,并据此进行系统全局的设计。
(
2
)逻辑设计 将总体设计的结果用
RTL
(寄存器传输级描述语言)语言进行 描述(源
文件)后,在使用逻辑综合将源文件进行综合生成,生成最简的布尔表达 式核心好的连接关
系(以类型为
(
3
)综合和仿真
(
4
)芯片制造 借助
EDA
中的布局布线工具
(
4
)
IP
核
EDF
的
EDA
工业标准文件表示)
IC
设计文件:逻辑门级,包括各种基本的门电路;寄存器传输级,如寄存器、 译码
器、数据转换器;行为级,如
CPU
、
DSP
、存储器、总线与接口电路等。
核库中的设计文件均属于知识产权
IP
保护的范畴,所以称为“知识产权核” 或“
IP
核”。
IP
核是开发
SoC
的重要保证。按
IC
设计文件的类型,
IP
通常分为:软核、固 核、
硬核。
IP
核的复用可以减少研发成本,缩短研发时间,是实现
计,尽早投放市场的有效途径。
目前主要的
CPU
内核有
ARM
、
MIPS
、
PowerPC
、
Coldfile
、
x86
、
8051
等。
ARM
内核占所有
32
位嵌入式
RISC
处理器的
90%
以上。
SoC
的快速设
3
.嵌入式系统与数字媒体(文本、图像和音频
/
视频等数字媒体的表示与处理)
(
1
)文本 含义:在计算机中的文字信息,最常用的一种数字媒体。
字符集及其编码
1
)西方字符的编码
ASCII
字符集和
ASCII
编码,基本的
ASCII
字符集共
128
个字符,每 个字符
使用
7
个二进位制进行编码。
2
)汉字的编码
汉子国家编码标准有
GB2312
和
GB18030
。每个汉字用
2
个字节表示。
GB2312
只有
6763
个汉字, 经常不够用。
GB18030
字符集与
UCS/Unicode
字 符
集基本兼容,采用不等长的编码方法,单字节编码表示
ASCII
字符,与
ASCII
码兼
容;双字节表示汉字,与
GB2312
保持向下兼容(即
GB2312
中 有的
GB18030
字
符集都有)
3
)
UCS/Unicode
编码
文本类型
1
)简单文本
只能顺序阅读。
2
)丰富格式文本 有插图、对文字颜色等定义,调整页面,文本布局,插入声音视频等。
3
)超文本 通过超链接实现跳转、导航、回溯等操作
(
2
)图像 图像获取过程的核心是模拟信号的数字化,处理步骤为:
1
)扫描 将画面网格化,每个网格为一个取样点
2
)分色 将每个取样点的颜色分解成三原色
3
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