• 嵌入式最小硬件組成
• 嵌入式處理芯片
• 嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器
• I/O接口及常用I/O設(shè)備
• ARM內(nèi)核典型嵌入式處理芯片
• 嵌入式系統(tǒng)外部通信接口

嵌入式最小硬件組成

嵌入式最小硬件系統(tǒng)的組成如下：

嵌入式硬件系統(tǒng)≠嵌入式最小硬件系統(tǒng)

電源電路：為整個(gè)嵌入式系統(tǒng)提供能量
時(shí)鐘電路：產(chǎn)生處理器運(yùn)行所必須的時(shí)鐘信號(hào)，具有內(nèi)部時(shí)鐘源與外部時(shí)鐘源的區(qū)分，以及有源與無(wú)源的區(qū)分
復(fù)位電路：nREST或者REST，n表示低電平復(fù)位，不帶n表示高電平復(fù)位。目前嵌入式系統(tǒng)常使用外接典型復(fù)位芯片保證系統(tǒng)可能可靠復(fù)位。
（JTAG）測(cè)試接口：主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試與進(jìn)行仿真調(diào)試

典型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)硬件組成

典型的嵌入式系統(tǒng)硬件有嵌入式最小硬件系統(tǒng)、前向通道、后向通道、人機(jī)交互通道以及相互互聯(lián)通信通道等組成

嵌入式處理芯片

ARM的AMBA總線體系結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)

AMBA是ARM公司公布的總線協(xié)議，是用于連接和管理片上系統(tǒng)的總線協(xié)議。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了ARM處理器內(nèi)核與處理器內(nèi)部高帶寬RAM、DMA以及高帶寬外部存儲(chǔ)器等快速組件的接口標(biāo)準(zhǔn)，通常稱為系統(tǒng)總線，也規(guī)定了內(nèi)核與ARM處理器外圍端口以及慢速設(shè)備接口組件的接口標(biāo)準(zhǔn)，通常稱為外圍總線
考點(diǎn)：AMBA1 ~ AMBA4的主要區(qū)別
AMBA1 ： ASB用于連接高性能系統(tǒng)模塊，先進(jìn)外圍總線（APB）用于支持低性能的外圍。ASB與APB之間通過(guò)瓊姐Bridge連接。所有通用外設(shè)均連接在APB總線上
AMBA2：定義了兩種高性能的總線規(guī)范AHB和APB2以及測(cè)試方法。系統(tǒng)總線改進(jìn)為先進(jìn)高性能總線AHB，用于連接高性能系統(tǒng)組件或高帶寬組件
AMBA3：包括了先進(jìn)的可擴(kuò)展接口（AXI），先進(jìn)的跟蹤總線（ATB）。AHB-Lite及APB3四個(gè)總線標(biāo)準(zhǔn)
AMBA4：在ATB基礎(chǔ)上增加了5個(gè)接口協(xié)議

不同版本的外圍總線從APB到APB4的發(fā)展僅僅是所支持的外圍硬件組件有所增加，其他沒(méi)有什么變化

基于ARM內(nèi)核的嵌入式芯片的硬件組成

存儲(chǔ)器及控制器

• 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器通常用的是Flash ROM，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通常使用的是SRAM
• 目前程序存儲(chǔ)器大多采用Flash存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以采用SRAM和DDR或者DDR2或普通的DRAM
• 高帶寬外部存儲(chǔ)器控制接口為外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展提供了接口，可擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
• 高帶寬外部存儲(chǔ)器控制接口與AMBA的系統(tǒng)總線部分相連
  中斷控制器
• 向量中斷（VIC）或嵌套向量中斷（NVIC）
• VIC區(qū)分中斷的優(yōu)先級(jí)，但沒(méi)有搶占機(jī)制，只有當(dāng)一個(gè)新的中斷其優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前正在執(zhí)行的中斷處理優(yōu)先級(jí)時(shí)，VIC才會(huì)向內(nèi)核提出中斷請(qǐng)求
• NVIC比VIC更先進(jìn)一步，可以進(jìn)行中斷的嵌套，也就是常說(shuō)的搶占式優(yōu)先級(jí)中斷（Cortex-M系列支持NVIC）

DMA控制器

• 將數(shù)據(jù)塊從外設(shè)傳輸至內(nèi)存，從內(nèi)存?zhèn)鬏斨镣庠O(shè)或者從內(nèi)存?zhèn)鬟f到內(nèi)存，不需要CPU參與

電源管理與時(shí)鐘控制器

• ARM處理芯片內(nèi)部的電源管理主要有正常工作模式、慢時(shí)鐘模式、空閑模式、掉電模式、休眠模式、深度休眠模式等以控制不同組件的功耗。

GPIO

• GPIO (General Purpose Input Output)即通用輸入/輸出端口。作為輸入時(shí)具有緩沖功能，而作為輸出時(shí)則具有鎖序功能， GPIO也可以作為雙向I/O使用。在ARM處理芯片中，GPIO引腳通常是多功能使用的，目的是為了減少芯片引腳數(shù)，縮小PCB面積，以減少功耗。有的引腳是雙功能的，也有三功能甚至四功能的引腳，不同廠家的ARM處理芯片其具體引腳的定義不同。

定時(shí)器計(jì)數(shù)組件

• 看門狗定時(shí)器（WDT）
• 通用定時(shí)器（Timer）
• RTC（實(shí)時(shí)Clock）
• 脈沖寬度調(diào)制器（PWM）

模擬通道組件

• ADC：模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換器，可以完成從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的變換
• DAC：數(shù)字到模擬的變換，可以完成從數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的變換
• 比較器：可以方便地對(duì)模擬電壓信號(hào)等于基準(zhǔn)信號(hào)相比較

互聯(lián)通信組件

• 主要包括UART、SPI、CAN、USB、Ethernet、I[^2]C

嵌入式處理芯片的選型

• 性價(jià)比原則
• 參數(shù)選擇原則

嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)

代碼存放在主存儲(chǔ)器（內(nèi)存)中; 尚未啟動(dòng)運(yùn)行的其余程序或數(shù)據(jù)則存放在容量大的外部存儲(chǔ)器如磁盤（虛擬內(nèi)存) 中待命。

• 最上層的是處理器內(nèi)部的通用寄存器，是速度最快的一層
• 其次就是處理器內(nèi)部的Cache，其下就是主存儲(chǔ)器
• 最后一層是容量最大、速度最慢的外部存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器的分類

• 按照存儲(chǔ)特性：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）
• 按照所處物理位置：片內(nèi)存儲(chǔ)器，片外存儲(chǔ)器以及外部存儲(chǔ)設(shè)備
• 按照存儲(chǔ)信息：程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
• 具體的分類如下圖所示：
• 
• 以及一些新型的存儲(chǔ)器：
  隨機(jī)存取存儲(chǔ)器
  均為易失性存儲(chǔ)器，掉電后存儲(chǔ)內(nèi)容即丟失?，F(xiàn)在多數(shù)嵌入式處理器內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都采用SRAM，而外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器多采用DRAM及其改進(jìn)型
• DRAM主要的品種：
  • DDR SRAM 雙邊沿觸發(fā)傳送數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)傳輸速率提高了一倍
  • DDR2 將原來(lái)的DDR可預(yù)讀取2位變成了4位數(shù)據(jù)，傳輸速率提高了兩倍
  • DDR3 將原來(lái)DDR的可預(yù)讀取變?yōu)榱?位數(shù)據(jù)，傳輸速率相對(duì)于DDR提高了四倍
  • DDR4 傳輸速率是DDR3的2倍，最高可達(dá)6.4GB/s

只讀存儲(chǔ)器
只讀存儲(chǔ)器經(jīng)歷了 MROM、 PROM、ERPOM、E2PROM以及Flash ROM等發(fā)展過(guò)程。

• MROM (Mask ROM)是基于掩膜工藝技術(shù)的只讀存儲(chǔ)器，主要用于不可升級(jí)的成熟產(chǎn)品存儲(chǔ)程序或不變的參數(shù)等信息。
• PROM (Programmable ROM)是一次可編程的只讀存儲(chǔ)器，只能一次編程，一旦編程完畢則無(wú)法修改。
• EPROM(ErasableProgrammable ROM)是紫外線可擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器，擦除編程次數(shù)十萬(wàn)次以內(nèi)，編程速度慢擦除時(shí)間長(zhǎng)。
• EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM )是一種可以電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器，可以在線改寫和擦除信息，無(wú)需紫外線照射。EEPROM通常寫成E2PROM。
• Flash ROM是近年應(yīng)用最廣、速度最快的只讀存儲(chǔ)器，因此得名為閃速（或閃爍) 存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱閃存。
• NOR Flash和NAND Flash是現(xiàn)在市場(chǎng)上兩種主要的閃存技術(shù)。NOR Flash顛覆了原先由EPROM和E2PROM—統(tǒng)天下的局面。NAND Flash結(jié)構(gòu)，單元電路尺寸幾乎只是NOR器件的一半。

NAND與NOR Flash ROM的區(qū)別：
NAND以頁(yè)為單位隨機(jī)存取，相比于NOR在容量方面有較大優(yōu)勢(shì)，但是讀出速度較慢，編程復(fù)雜。嵌入式產(chǎn)品中包括數(shù)碼相機(jī)、MP3隨身聽(tīng)記憶卡、體積小巧的U盤等均采用NAND Flash ROM.
NOR Flash ROM以字節(jié)為單位隨機(jī)存取

鐵電存儲(chǔ)器：
鐵電隨機(jī)儲(chǔ)器（FRAM) 的鐵電晶體的穩(wěn)定性極高，它就既具有只讀非非易失性的特點(diǎn)，又具有隨機(jī)存儲(chǔ)裝可快速隨機(jī)讀/寫的特點(diǎn). 而日速度快、功耗低 目前不僅被廣面入元DANP 代 SRAM和FIash存字儲(chǔ)器，而且在其他嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
磁性存儲(chǔ)器：
磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（MRAM）是一種非易失性（或非揮發(fā)性）的磁性隨機(jī)存儲(chǔ)器，具有靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）的高速存取能力以及動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM)的高集成度. 而且基木上可以無(wú)限次地重復(fù)寫入

存儲(chǔ)器主要性能指標(biāo)

• 容量
  • 存儲(chǔ)器容量以存儲(chǔ)1位二進(jìn)制為最小單位b，常用的容量單位有字節(jié)（Byte/B），千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）……
  • 對(duì)于內(nèi)存容量而言，這些容量單位之間的相互關(guān)系均以2的十次方=1024倍表示；對(duì)于外存容量而言，這些容量單位之間的相互關(guān)系是以10的三次方=1000倍表示
  • 內(nèi)存容量 = 單元總數(shù)×數(shù)據(jù)位數(shù)/單元
• 存取時(shí)間
  • 衡量存儲(chǔ)器的存取速度，一般以ms、us、ns計(jì)量
• 寬度
  • 存儲(chǔ)器的帶寬指美妙可傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)總量。與總線頻率有關(guān)，也與數(shù)據(jù)位數(shù)（寬度）和每個(gè)數(shù)據(jù)位數(shù)（寬度）和每個(gè)總線周期的傳輸次數(shù)有關(guān)。
  • 并行總線的存儲(chǔ)器帶寬=總線頻率×數(shù)據(jù)寬度/8 × 傳輸次數(shù) /總線周期（B/s）
  • 串行總線的存儲(chǔ)器帶寬= 總線頻率 × 總線頻率 / 10 （B/s）

  • 串行總線通常以10位為一個(gè)數(shù)據(jù)幀（其中包含了一個(gè)字節(jié)（B）的數(shù)據(jù)）

片內(nèi)存儲(chǔ)器

片內(nèi)存儲(chǔ)器是指嵌入式處理器內(nèi)部已經(jīng)嵌入了的存儲(chǔ)器，包括Cache、Flash ROM、E2PROM和SRAM

• 片內(nèi)Cache
  • 嵌入式微處理器內(nèi)部集成了幾KB到幾百KB，有的達(dá)到幾MB的Cache，有的嵌入式微處理器內(nèi)部有片內(nèi)一級(jí)Cache,還有_級(jí)Cache于內(nèi)部scache. 系統(tǒng)減少了訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的次數(shù)量 提高了系統(tǒng)行 在性能高的嵌入式處理器中都會(huì)集成內(nèi)部Cache。
• 片內(nèi)Flash ROM
  • 大部分嵌入式微控制器內(nèi)部集成有一定容量的Flash ROM作為程序存儲(chǔ)器，從幾kb到幾MB不等。有了內(nèi)置Flash，嵌入式系統(tǒng)就可以以最小系統(tǒng)形式應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，充分體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的專用型和嵌入性
• 片內(nèi)Flash SRAM
• 片內(nèi)E2PrOM
• 片內(nèi)FRAM：目前已有部分嵌入式微控制器內(nèi)部集成了FRAM，是當(dāng)前嵌入式微控制器內(nèi)部的主要存儲(chǔ)器之一

片外存儲(chǔ)器

片外程序存儲(chǔ)器目前主要使用NAND Flash和NOR Flash
片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要使用SDRAM、DDR等。早期的ARM芯片僅支持SDRAM，新型的ARM芯片如Cortex-A還支持DDR系列處理器。目前，使用比較廣泛的是韓國(guó)現(xiàn)代生產(chǎn)的DDR存儲(chǔ)器，命名規(guī)則為：HYXZmnjk：文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-410947.html

外部存儲(chǔ)設(shè)備

• 常見(jiàn)類型的閃存卡：CF卡、SM卡、XD卡、記憶棒、SD卡、MMC
• U盤：即插即用
• 微硬盤：超大容量，壽命長(zhǎng)，無(wú)須外置電源、高速

到了這里，關(guān)于【計(jì)算機(jī)三級(jí)嵌入式】考試自學(xué)筆記（三）——嵌入式系統(tǒng)硬件組成、嵌入式處理芯片以及存儲(chǔ)器介紹的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！