南沙西門子變頻器維修

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什么是嵌入式

IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers,🌄美國電氣和電子工程師協會)對嵌入式系統的定義:“用于控制、監視或者輔助操作機器和設備的裝置”。原文為:Devices Used to Control,Monitor or Assis🌊t the Operation of Equipment,Machinery or Plants)。

嵌入式系統是一種專用的計算機系統,作為裝置或設備的一部分。通常,嵌入式系統是一個控制*存儲在ROM中的嵌入式處理器控制板。事實上,所有帶有數字接口的設備,如手表、微波爐、錄像機、汽車等,都使用嵌入式系統,有些嵌入式系統還包含操作系統,但大⛄多數嵌入式系統都是由單個♔*實現整個控制邏輯。

從應用對象上加以定義,嵌入式系統是軟件和硬件的綜合體,還可以涵蓋機械等附屬裝置。國內普遍認同的嵌入式系統定義為:以應用為♋中心,以計算機技術為基礎,軟硬件可裁剪,適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機🍸系統。

一個嵌入式系統裝置一般都由嵌入式計算機系統和執行裝置組成,嵌入式計算機系統是整個嵌入式系統的核心,由硬件層、中間層、系統軟件層和應用軟件層組成。執行裝置也稱為被控對象,它可以接受嵌入式計算機系統發🧜出的控制命令,執行所規定的操作或任務。執行裝置可以很簡單,如手機上的🧸一個微小型的電機,當手機處于震動接收狀態時打開;也可以很復雜,如SONY 智能機器狗,上面集成了多個微小型控制電機和多種傳感器,從而可以執行各種復雜的動作和感受各種狀態信息。

嵌入式系統的組成

一、 硬件層 硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用設備接口和I/O🤡接口(A/D、D/A、I/O等)。在一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*都可以固化在ROM中.

二、 中間層 硬件層與軟件層之間為中間層,也稱為硬件抽象層(Hardware Abstract Layer,HAL)或者板級支持包(Board Support Package,BSP),它半系統上層軟件與底層硬件分離開來,使系統的底層驅動*與硬ﷺ件無關,上層軟件開發人員無需關心底層硬件的具體情況,根據BSP層提供的接口即可進行開發。該層一般包含相關底層硬件的初始化、數據的輸入/輸出操作和硬件設備的配置功能。 實際上,BSP是一個介于操作系統和底層硬件之間的軟件層次,包括了系統中大部分與硬件聯系緊密的軟件模塊。設計一個完整的BSP需要完成兩部分工作:嵌入工系統的硬件初始化的BSP功能,設計硬件相關的設備驅動。

三、 ꦡ系統軟件層 系統軟件層由實時多任務操作系統(Real-time Operation System,RTOS)、文件系統♋、圖形用戶接口(Graphic User Interface,GUI)、網絡系統及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應用軟件的基礎和開發平臺。

實時系統

(1)定義:能在指定或確定的時間內完成系統功能和對外部或內部、同步或異步時間做出響應的系統。

(2)區別:通用系統一般追求的是系統的平均響應時間和用戶的使用方便;而實時系統主🍃要考慮的𓆉是在*壞情況下的系統行為。

(3)特點:時間約束性、可預測性、可靠性、與外部環境的交互性。

(4)硬實時(強實時):指應用的時間需求應能夠得到完全滿足,否則就造♌成重大安全事故,甚至造成重大的生命財產損失和生態破壞,如:航天🅠、軍事。

(5)軟實時(弱實時):指某꧋些應用雖然提出了時間的要求,但實時任務偶爾違反這種需求對系統運行及環境不會造成嚴𓂃重影響,如:監控系統、實時信息采集系統。

(6)任務的約束包括:時間約束、資源約束、執行順序約束和性能約束。

實時系統的調度

(1)調度:給定一組實時任務和系統資源,確定每個任務何時何地執行的整個過程。

(2)搶占式༒調度:通常是優先級驅動的調度,如uCOS。優點是實時性好、反應快,調度算法相對簡單,可以保證高優先級任務的時間約束;缺點是上下文切換多。

(3)非搶占式調度:通常是按時間片分配的調度,不允許任務在執行期間被中斷,任務一旦占用處理器就必須執行完畢或自愿放棄,如WinC▨E。優點是上下文切換少;缺點是處理器有效資源利用率低,可調度性不好。

(4)靜態表驅動策略:系統在運行前ꦛ根據各任務的時間約束及關聯關系,采用某種搜索策略生成一張運行時刻表,指明各任務的起始運行時刻及運行時間。

(5)優先級驅動策略:按照任務優先級的高低確定任務的執行順序。

(6)實時任務分類:周期任務、偶發任務、非周期任務。

(7)實時系統的通用結構模型:數據采集任務實現傳感器數據的采集ꦆ,數據處理任務處🎃理采集的數據、并將加工后的數據送到執行機構管理任務控制機構執行。

嵌入式微處理器體系結構

(1)馮諾依曼結構:*和數據共用🐬一個存儲空間,*指令存儲地址和數據存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置,采用單一的地址及數據總🦩線,*和數據的寬度相同。例如:8086、ARM7、MIPS…

(2)哈佛結構:*和數據是兩個相互獨立的🅷存儲器,每個存儲器獨立編址、獨立訪問,是一種將*存儲和數據存儲分開的存儲器結構。例如:AVR、ARM9、ARM10…

(3)CISC與RISC的特點比較。

計算機執行*所需要的時間P可以用下面公式計算:

P=I×CPI×T

I:高級語言*編譯后在機器上運行的指令數。

CPI:為執行每條指令所需要的平均周期數。

T:每個機器周期的時間。

(4)流水線的思想:在CPU中把一條指令的串行執行過程變為若干指令的子過程在CPU中重疊執行。

(5)流水線的指標:

吞吐率:單🎃位時間里流水線處理機流出的結果數。如果流水線的子過程所用時間不一樣長,則吞吐率應為*長子過程的倒數。

建立時間:流水線開始工作到達*吞吐♒率的時間。若mꦑ個子過程所用時間一樣,均為t,則建立時間T=mt。

(6)信息存儲的字節順序

A、存儲器單位:字節(8位)

B、字長決定了微處理器的尋址能力,即虛擬地址空間的大小。

C、32位微處理器的虛擬地址空間位232,即4GB。

D、小端字節順序:低字節在內存低地址處,高字節在內存高地址處。

E、大端字節順序:高字節在內存低地址處,低字節在內存高地址處。

F、網絡設備的存儲順序問題取決于OSI模型底層中的數據鏈路層。

邏輯電路基礎

(1)根據電路是否具有存儲功能,將邏輯電路劃分為:組合邏輯電路和時序邏輯電路。

(2)組合邏輯電路:電路在任一時刻的輸出,僅取決于該時刻的輸入信號,而與輸入信號作用前電路的狀態無關。常用的邏輯電路有譯碼器和多ꦓ路選擇器等。

(3)時序邏輯電路:電路任一時刻的輸出不僅與🍒該時刻的輸入有關,而且還與該時刻電路的狀態有關。因此,時序電路中必須包含記憶元件。觸發器是構成時序邏輯電路的基礎。常用的時序邏輯電路有寄存器和計數器等。

(4)真值表、布爾代數、摩根定律、門電路的概念。

(5)NOR(或非)和NAND(與非)的門電路稱為全能門電路,可以實現任何一種邏輯函數。

(6)譯碼器:多輸入多輸出的組合邏輯網絡。

每輸入一個n位的二進制代碼,在m個輸出端中*多有一個有效。

當m=2n是,為全譯碼;當m《2n時,為部分譯碼。