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嵌入式操作系統簡介--硬件層
- 2022-03-22-

嵌入式系統的核心計算系統可以抽象出一個典型的組成模型:硬件層、中間層、軟件層和功能層

1.1 硬件層

硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器(如 SDRAM、ROM、 Flash等)、通用設備接口和I/O接口(如A/D、D/A、I/O等)。在一片嵌入式處理器基礎上添加電源電路、時鐘電路和存儲器電路,就構成了一個嵌入式核心控制模塊。其中,操作系統和應用程序都可以固化在ROM中。

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1)嵌入式微處理器

嵌入式系統硬件層的核心是嵌入式微處理器,嵌入式微處理器與通用CPU的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專門設計的系統中,它將通用CPU許多由板卡完成的任務集成在芯片內部,從而有利于嵌入式系統在設計時趨于小型化,同時還具有很高的效率和可靠性。

嵌入式微處理器有各種不同的體系,即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和數據總線寬度,或集成了不同的外設和接口。據不完全統計,目前全世界嵌入式微處理器已經超過1000多種,體系結構有30多個系列,其中主流的體系有ARM、MIPS( Microprocessor without Interlocked Piped Stages,無互鎖流水級的微處理器)/Power PC、X86、SH等。

(2)存儲器

嵌入式系統需要存儲器來存放可執行代碼和數據。嵌入式系統的存儲器包含Cache、內存和外存。

① Cache:Cache是一種容量小、速度快的存儲器陣列,它位于內存和嵌入式微處理器內核之間,存放的是近一段時間微處理器使用多的程序代碼和數據。在嵌入式系統中,Cache全部集成在嵌入式微處理器內,可分為數據Cache、指令Cache和混合Cache, Cache的大小依不同處理器而定。

②內存:位于微處理器的內部,用來存放系統和用戶的程序及數據。片內存儲器容量小、速度快。

③外存:外存用來存放大數據量的程序代碼或信息,它的容量大,但讀取速度與內存相比慢很多,用來長期保存用戶的信息。

嵌入式系統中常用的外存有硬盤、NAND Flash、CF卡、MMC、SD卡等。

(3)通用設備接口和I/O接口

嵌入式系統和外界交互需要一定形式的通用設備接口,如A/D、D/A、I/O等,外設通過和片外其他設備或傳感器的連接來實現微處理器的輸入/輸出功能。每個外設通常都只有單一的功能,它可以在芯片外也可以內置芯片中。外設的種類很多,可從一個簡單的串行通信設備到非常復雜的802.11無線設備。

目前,嵌入式系統中常用的通用設備接口有A/D(模/數轉換接口)、D/A(數/模轉換接口),I/O接口有RS-232接口(串行通信接口)、Ethernet(以太網接口)、USB(通用串行總線接口)、音頻接口、VGA視頻輸出接口、I2C(現場總線)、SPI(串行外圍設備接口)、IrDA(紅外線接口)等

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