嵌入式系统结构

嵌入式系统结构:

嵌入式微处理器

  • 中央处理单元（CPU）
  • 浮点运算单元（FPU）
  • 图形处理单元（GPU）— 矩阵运算(MIT线代课程)

    Intel核 指令系统
    ARM核

外围硬件设备

  • 存储器(内存条图片)

    • ROM— BIOS(引导程序，掉电保留)
    • RAM— 主内存、缓存
    • SSD— 固态硬盘 非易失去
    • Flash— 闪存 非易失性存储器

    内存设备分类：

分类 类型 特点 典型代表
易失性存储器 RAM 断电后数据丢失，读写速度快 DRAM、SRAM
Cache 位于 CPU 和主内存之间，速度最快 L1 Cache、L2 Cache
非易失性存储器 ROM 断电后数据保留，通常只读 PROM、EPROM、EEPROM
Flash Memory 非易失性，读写速度快，适合大容量存储 NOR Flash、NAND Flash
SSD 基于 NAND Flash，速度快，抗震性强 SATA SSD、NVMe SSD
HDD 基于磁盘和磁头，容量大，速度较慢 传统机械硬盘
按访问速度 高速存储器 速度最快，容量最小 Cache、SRAM
中速存储器 速度中等，容量较大 DRAM
低速存储器 速度较慢，容量最大 Flash Memory、HDD
按用途 主存储器 直接与 CPU 交互，速度快 RAM
辅助存储器 用于长期存储数据，速度较慢 HDD、SSD
缓存存储器 用于加速数据访问，位于 CPU 和主内存之间 Cache
固件存储器 用于存储固件和引导程序 ROM、Flash Memory

  • 输入/输出接口

    • GPIO
    • UART
    • SPI

  • 传感器和执行器

    • ACD/DAC
    • 温度传感器
    • 电机

  • 通信模块

    • Wi-Fi
    • 蓝牙

  • 电源管理模块

    • 电池
    • 稳压器

硬件：半导小芯 芯片数据手册的使用

嵌入式操作系统(可选)

  • 实时操作系统（RTOS）

    • FreeRTOS
    • Zephyr

  • 通用操作系统

    • Linux

  • 裸机系统

在嵌入式操作系统里要考虑操作系统的适配、裁剪以及烧录问题

用户的应用软件系统

  • 控制程序
    • PID控制
  • 数据处理程序
    • 信号处理
  • 用户界面程序
    • GUI
  • 通信程序
    • 网络通信

编写好程序后在上位机上进行交叉编译：

交叉编译（Cross Compilation）是指在一种计算机平台（称为主机，Host）上生成另一种计算机平台（称为目标机，Target）上可执行的代码的过程。在嵌入式系统中，目标机通常是资源受限的嵌入式设备，而主机则是性能较强的开发计算机。
交叉编译流程：

  1. 安装交叉编译工具链
  2. 编写源代码（.c/.cpp）
  3. 交叉编译（生成 .o 文件）
  4. 交叉链接（生成 .elf 文件）
  5. 下载可执行文件到目标机
  6. 在目标机上运行和调试

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嵌入式处理器

  • 微控制器（MCU）
    • 特点：集成 CPU、存储器、I/O 接口和外围设备，适合单一任务控制。
    • 典型代表：ARM Cortex-M 系列、AVR、PIC。
    • 应用场景：家电控制、工业自动化、智能仪表。
  • 微处理器（MPU）
    • 特点：仅包含 CPU，需要外接存储器和外围设备，适合复杂计算任务。
    • 典型代表：ARM Cortex-A 系列、Intel Atom。
    • 应用场景：智能手机、平板电脑、嵌入式 Linux。
  • 数字信号处理器（DSP）
    • 特点：专为数字信号处理优化，适合高速数学运算。
    • 典型代表：TI TMS320 系列、ADI Blackfin。
    • 应用场景：音频处理、图像处理、通信系统。
  • 现场可编程门阵列（FPGA）
    • 特点：通过编程实现硬件逻辑，适合高并行性任务。
    • 典型代表：Xilinx、Altera。
    • 应用场景：视频处理、通信协议、高速数据采集。
    • Bloger: 老石论芯
  • 片上系统（SoC）
    • 特点：集成 CPU、GPU、存储器、I/O 接口和外围设备，适合复杂系统。
    • 典型代表：Qualcomm Snapdragon、NVIDIA Tegra。
    • 应用场景：智能设备、物联网、汽车电子。

总线：
处理器架构：ARM– RISC-V

总结：
嵌入式系统的构成
嵌入式cpu的特性