Transcript 嵌入式系統簡介
嵌入式系統簡介 Feng Chia University EE Computer System Lab. 大綱 Feng Chia University EE Computer System Lab. 嵌入式系統(Embedded System) What is it? ARM(Advanced RISC Machines) ARM系列 Cortex A、R 、M ARM Cortex M3 應用 功能 系統架構 廠商 2 嵌入式系統(Embedded System) Feng Chia University EE Computer System Lab. 什麼是嵌入式系統? 為特定應用而設計的專用電腦系統 用於控制、監視或者輔助操作的機器、設備或裝置 帶有特定要求的預先定義的任務 嵌入式系統無所不在 參考資料 https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B5%8C%E5%85%A5%E5%BC%8F%E7%B3%BB%E7%BB%9F http://cssplab.cn.nctu.edu.tw/research/embedded.php 3 嵌入式系統架構 Feng Chia University EE Computer System Lab. 軟體:包含應用軟體和操作系統(與PC不同之處) 硬體:輸入/輸出(Input/Output)、處理器(Processor)、記憶 體(Memory)(大多使用EEPROM/Flash Memory) 軟體 Software 處理器 Processor 輸入 Input 參考資料 21天學通ARM嵌入式開發(第2版) 電子工業出版社 輸出 Output 記憶體 Memory 4 ARM(Advanced RISC Machines) Feng Chia University EE Computer System Lab. 超強大的ARM?! 手機市佔率＞95% 不賣晶片，只賣腦袋！ (IP智財授權) 安謀的論古道今 Cambridge Processor Unit（CPU） 一切從水果盤開始… Acron Computer 第一款RISC架構CPU Acorn RISC Machine（ARM） Advanced RISC Machines（ARM） 注重「省電」而非「效能」 里程碑 從馮‧紐曼架構到哈佛架構 參考資料 5 近年來的ARM Feng Chia University EE Computer System Lab. ARM7TDMI、ARM9E 、ARM11…. Cortex系列(ARMv7) A:高效能開放平台設計 需要執行複雜應用的應用處理器 高階嵌入式作業系統(EX:行動電話、電子錢包) R:需要即時(real-time) 表現的高階嵌入式系統設計 即時、高效能處理器 低延遲(EX:高階剎車系統、硬碟控制器) M:嵌入式微控制器型態的系統設計 以低成本應用及工業控制應用(含即時控制系統) 成本、功率消耗(省電)、中斷延遲低且易於使用 參考資料 ARM Cortex-M3嵌入式系統設計入門官方教材 ARM官網上的各項文件(ARMv7-M_ARM、CortexM3TRM、CortexM3Debug,etc) 6 What can ARM do? Feng Chia University EE Computer System Lab. 7 What can ARM do? Feng Chia University EE Computer System Lab. ARM可以做什麼? 參考資料 http://www.youtube.com/watch?v=_d0LfkIut2M 8 ARM Cortex M系列 Feng Chia University EE Computer System Lab. 9 ARM Cortex M3特點 Feng Chia University EE Computer System Lab. 採用ARMv7-M架構的32位元處理器 特點 高性能 單一週期指令 高工作時脈 低電力耗損 閘數少適用於低電力設計 各種省電模式 中斷處理 巢狀向量中斷控制器(NVIC)支援外部中斷輸入 可程式的中斷優先權控制 除錯支援 易於使用! 10 ARM Cortex M3應用 Feng Chia University EE Computer System Lab. 低成本的微控制器 低功率且高效能的ARM架構32-bit系統 自動化 低中斷延遲且支援高達240組外部中斷 適合低成本自動化應用 資料通信 EX:藍芽、Zigbee 工業控制 消費性產品 參考資料 ARM Cortex-M3嵌入式系統設計入門官方教材 ARM官網上的各項文件(ARMv7-M_ARM、CortexM3TRM、CortexM3Debug,etc) 11 ARM Cortex-M3 功能 Feng Chia University EE Computer System Lab. ARM Cortex-M3 功能 Pipeline Thumb® / Thumb-2 3階 性能 1.25 至 1.50 DMIPS/MHz 記憶體保護 8個區塊 ISA 中斷 不可屏蔽中斷(NMI), 8~256 個優先權,最多240個喚醒中 斷 睡眠模式 睡眠/深度睡眠 除錯/跟踪 JTAG和SWD 指令增強 硬體除法（2-12 个週期）和 單週期乘法 (32x32) 乘法等 12 ARM Cortex-M3 Feng Chia University EE Computer System Lab. Thumb / Thumb-2 Pipeline 指令N 指令N+1 指令N+2 擷取 解碼 執行 擷取 解碼 執行 擷取 解碼 執行 13 ARM Cortex M3 系統架構 Feng Chia University EE Computer System Lab. 14 ARM Cortex M3 系統架構 Feng Chia University EE Computer System Lab. 參考資料 ARM Cortex-M3嵌入式系統設計入門官方教材 ARM官網上的各項文件(ARMv7-M_ARM、CortexM3TRM、CortexM3Debug,etc) CM3Core:CortexM3處理器中央核心 NVIC：巢狀向量中斷控制器 SYSTICK計時器:作業系統使用的簡 單計時器 MPU:記憶體保護單元 AHB to APB:轉換AHB至APB的匯流 排橋 CM3BusMatrix:內部的AHB內部連 結 AHB-AP:AHB存取埠;將命令從序列 線/SWJ介面至AHB傳輸做轉換 SW-DP/SWJ-DP介面:序列線/序列線 JTAG除錯埠(DP)介面:使用序列線協 定或者傳統的JTAG協定(for SWJDP)實作的除錯介面連結 ETM:內嵌的追蹤巨集格;處理為了 除錯作指令追蹤的模組(選擇性的) DWT:資料觀察點與追蹤單元;處理 作為除錯的資料觀察點功能的模組 ITM:儀器追蹤巨集格 TPIU:追蹤埠介面單元;傳送除錯資 料到外部追蹤抓取硬體 FPB:快閃補釘與中斷點單元 ROM表:存放組態資訊的一個小型查 15 看表 ARM Cortex M3 系統架構 Feng Chia University EE Computer System Lab. 參考資料 ARM Cortex-M3嵌入式系統設計入門官方教材 ARM官網上的各項文件(ARMv7-M_ARM、CortexM3TRM、CortexM3Debug,etc) 16 ARM Cortex M3 Feng Chia University EE Computer System Lab. 意法半導體(ST)、德州儀器(TI) 、Atmel 、智恩普半導 體(NXP)…, etc 盛群半導體Holtek 17 (補充) RISCv.sCISC Feng Chia University EE Computer System Lab. CISC(complex instruction set computer) 複雜的單一指令 指令集中，僅有約20%的指令佔程式的80% 剩餘80%的指令僅佔程式20% RISC (Reduced instruction set computer) 將複雜的指令用常用的指令組合 優點：指令長度固定、處理器簡化、… 缺點：程式大→佔記憶體(複雜指令由許多小指令完 成)→花較長時間讀取指令 參考資料 Google搜尋 18 (補充)馮紐曼架構 Feng Chia University EE Computer System Lab. 馮紐曼架構(von Neumann architecture) 中央處理器與儲存裝置分開 程式和資料儲存在同一個記憶體中 19 (補充)哈佛架構 Feng Chia University EE Computer System Lab. 哈佛架構(Harvard architecture) 程式和資料分開儲存至不同的記憶體中 20