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一、硬件基本构成

二、嵌入式微处理器SOC

一、硬件基本构成

嵌入式系统的硬件以包含SOC为核心，主要由SOC、总线、存储器、输入/输出接口、IO设备组成，在整个体系结构中属于硬件层。

二、嵌入式微处理器SOC

每个嵌入式系统至少包含一个嵌入式微处理器，体系结构可以采用冯诺依曼结构或者哈佛结构。

冯诺依曼结构：指令地址和数据存储到同一块内存空间，取指令和取数据操作通过统一总线访问，不能并行,需要混合Cache

哈佛结构：分为数据存储器和程序存储器，因此数据和指令的操作采用两个独立的总线，可以并行使吞吐量提高一倍，需要有指令ICache和数据DCache

        指令集分为RISC（Reduced instruction set computer精简指令集）和CISC（complex instruction set computer复杂指令集），目前越来越多使用RISC来设计微处理器。

嵌入式微处理器有许多不同的体系，即使同一种体系也可能具有不同的时钟速度和总线数据宽度，集成不同外部接口和设备。主流的微处理器ARM，MIPS，PowerPC,SH,X86等.

嵌入式微处理器的特点：集成度、体系结构、指令集、性能、功耗管理、成本。与通用的微处理器相比区别是体积小重量轻，成本低、功耗低；工作宽度高；抗电磁干扰、可靠性强；

嵌入式SOC的高集成度，一般SOC芯片集成了大部分的设备，外围提供电源和外设一般就可以构成一个系统。但是SOC处理器是面向应用的，其片内所包含的组件数目和种类是由市场定位决定的。

一般的嵌入式微处理器包括：

• 片内存储器：部分嵌入式微处理器具备
• 外部存储器控制器，外设接口包括串口、并口、
• LCD控制器：面向终端类应用
• 中断控制器，DMA控制器，协处理器
• 定时器，A/D、D/A
• 多媒体加速器：高级图形功能
• 总线
• 其他标准接口或者外设

算术格式：大多数使用定点运算，软件模拟浮点运算会消耗CPU时间

功能单元：通常包括不止一个功能单元。典型的包括ALU、移位器和MAC（乘加），处理器通常一个指令可以完成乘法操作

流水线：通常采用单周期执行指令，可能导致比较长的流水线（3节流水线取指、译码、执行）

嵌入式微处理器SOC的性能分类：

• 低端（低价，低性能）：一般最多50MIPS，应用对性能要求不高但价格和功耗严格要求的应用系统
• 中端（低功耗）：可以达到比较好的性能150MIPS，采用增加时钟频率，加深流水深度，增加Cache及额外功能模块来提高性能，并保持低功耗
• 高端：高强度计算的应用，使用不同方法达到更高的并行度。如多处理器、单周期多指令、单指令乘法操作

嵌入式微处理器功耗管理：大多数嵌入式系统有功耗限制，关系产品使用寿命，产品环保等因素。影响功耗的因素包括总线（位数，频率）和存储器大小（刷新问题），为了使功耗最小，总线和存储器要保持应用系统可接受的最小规模。降低功耗的方法如降低工作电压，提供不同场景下的时钟频率，关闭暂时不使用的功能模块等。

功耗管理机制包括

• 运行模式：处理器处于全速运行状态下
• 待命模式：处理器不执行指令，所有存储的信息是可用的，处理器可以在几个周期返回到运行模式
• 时钟关闭模式：时钟完全停止，要退出这个模式系统需要重新启动

IDLE，NORMAL，SLOW，POWER_OFF功耗管理状态

嵌入式微处理器成本：因素包括芯片引脚和封装形式（PQFP引脚在芯片外围，BGA引脚在芯片面上）和芯片大小，代码密度等