南沙西门子变频器维修

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什么是嵌入式

IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers,美国电气和电子工程师协会)对嵌入式系统的定义:“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。原文为:Devices Used to Control,Monitor or Assist the Operation of Equipment,Machinery or Plants)。

嵌入式系统是一种专用的计算机系统,作为装置或设备的一部分。通常,嵌入式系统是一个控制*存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上,所有带有数字接口的设备,如手表、微波炉、录像机、汽车等,都使用嵌入式系统,有些嵌入式系统还包含操作系统,但大多数嵌入式系统都是由单个*实现整个控制逻辑。

从应用对象上加以定义,嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。国内普遍认同的嵌入式系统定义为:以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。

一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成,嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心,由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象,它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令,执行所规定的操作或任务。执行装置可以很简单,如手机上的一个微小型的电机,当手机处于震动接收状态时打开;也可以很复杂,如SONY 智能机器狗,上面集成了多个微小型控制电机和多种传感器,从而可以执行各种复杂的动作和感受各种状态信息。

嵌入式系统的组成

一、 硬件层 硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用设备接口和I/O接口(A/D、D/A、I/O等)。在一嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路,就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用*都可以固化在ROM中.

二、 中间层 硬件层与软件层之间为中间层,也称为硬件抽象层(Hardware Abstract Layer,HAL)或者板级支持包(Board Support Package,BSP),它半系统上层软件与底层硬件分离开来,使系统的底层驱动*与硬件无关,上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况,根据BSP层提供的接口即可进行开发。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。 实际上,BSP是一个介于操作系统和底层硬件之间的软件层次,包括了系统中大部分与硬件联系紧密的软件模块。设计一个完整的BSP需要完成两部分工作:嵌入工系统的硬件初始化的BSP功能,设计硬件相关的设备驱动。

三、 系统软件层 系统软件层由实时多任务操作系统(Real-time Operation System,RTOS)、文件系统、图形用户接口(Graphic User Interface,GUI)、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

实时系统

(1)定义:能在指定或确定的时间内完成系统功能和对外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。

(2)区别:通用系统一般追求的是系统的平均响应时间和用户的使用方便;而实时系统主要考虑的是在*坏情况下的系统行为。

(3)特点:时间约束性、可预测性、可靠性、与外部环境的交互性。

(4)硬实时(强实时):指应用的时间需求应能够得到完全满足,否则就造成重大安全事故,甚至造成重大的生命财产损失和生态破坏,如:航天、军事。

(5)软实时(弱实时):指某些应用虽然提出了时间的要求,但实时任务偶尔违反这种需求对系统运行及环境不会造成严重影响,如:监控系统、实时信息采集系统。

(6)任务的约束包括:时间约束、资源约束、执行顺序约束和性能约束。

实时系统的调度

(1)调度:给定一组实时任务和系统资源,确定每个任务何时何地执行的整个过程。

(2)抢占式调度:通常是优先级驱动的调度,如uCOS。优点是实时性好、反应快,调度算法相对简单,可以保证高优先级任务的时间约束;缺点是上下文切换多。

(3)非抢占式调度:通常是按时间片分配的调度,不允许任务在执行期间被中断,任务一旦占用处理器就必须执行完毕或自愿放弃,如WinCE。优点是上下文切换少;缺点是处理器有效资源利用率低,可调度性不好。

(4)静态表驱动策略:系统在运行前根据各任务的时间约束及关联关系,采用某种搜索策略生成一张运行时刻表,指明各任务的起始运行时刻及运行时间。

(5)优先级驱动策略:按照任务优先级的高低确定任务的执行顺序。

(6)实时任务分类:周期任务、偶发任务、非周期任务。

(7)实时系统的通用结构模型:数据采集任务实现传感器数据的采集,数据处理任务处理采集的数据、并将加工后的数据送到执行机构管理任务控制机构执行。

嵌入式微处理器体系结构

(1)冯诺依曼结构:*和数据共用一个存储空间,*指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置,采用单一的地址及数据总线,*和数据的宽度相同。例如:8086、ARM7、MIPS…

(2)哈佛结构:*和数据是两个相互独立的存储器,每个存储器独立编址、独立访问,是一种将*存储和数据存储分开的存储器结构。例如:AVR、ARM9、ARM10…

(3)CISC与RISC的特点比较。

计算机执行*所需要的时间P可以用下面公式计算:

P=I×CPI×T

I:高级语言*编译后在机器上运行的指令数。

CPI:为执行每条指令所需要的平均周期数。

T:每个机器周期的时间。

(4)流水线的思想:在CPU中把一条指令的串行执行过程变为若干指令的子过程在CPU中重叠执行。

(5)流水线的指标:

吞吐率:单位时间里流水线处理机流出的结果数。如果流水线的子过程所用时间不一样长,则吞吐率应为*长子过程的倒数。

建立时间:流水线开始工作到达*吞吐率的时间。若m个子过程所用时间一样,均为t,则建立时间T=mt。

(6)信息存储的字节顺序

A、存储器单位:字节(8位)

B、字长决定了微处理器的寻址能力,即虚拟地址空间的大小。

C、32位微处理器的虚拟地址空间位232,即4GB。

D、小端字节顺序:低字节在内存低地址处,高字节在内存高地址处。

E、大端字节顺序:高字节在内存低地址处,低字节在内存高地址处。

F、网络设备的存储顺序问题取决于OSI模型底层中的数据链路层。

逻辑电路基础

(1)根据电路是否具有存储功能,将逻辑电路划分为:组合逻辑电路和时序逻辑电路。

(2)组合逻辑电路:电路在任一时刻的输出,仅取决于该时刻的输入信号,而与输入信号作用前电路的状态无关。常用的逻辑电路有译码器和多路选择器等。

(3)时序逻辑电路:电路任一时刻的输出不仅与该时刻的输入有关,而且还与该时刻电路的状态有关。因此,时序电路中必须包含记忆元件。触发器是构成时序逻辑电路的基础。常用的时序逻辑电路有寄存器和计数器等。

(4)真值表、布尔代数、摩根定律、门电路的概念。

(5)NOR(或非)和NAND(与非)的门电路称为全能门电路,可以实现任何一种逻辑函数。

(6)译码器:多输入多输出的组合逻辑网络。

每输入一个n位的二进制代码,在m个输出端中*多有一个有效。

当m=2n是,为全译码;当m《2n时,为部分译码。