嵌入式系统的硬件架构说明
嵌入式系统主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用软件等部分组成，其体系结构如下图所示。
从该图中可以清楚地看到嵌入式系统体系结构上下层之间的关系。其中，硬件平台包括嵌入式处理器和外围设备，它们位于嵌入式系统结构中的底层；嵌入式操作系统与通用操作系统的功能类似，为用户屏蔽硬件底层的具体细节，提供了一个透明的操作空间；而应用软件则是位于嵌入式操作系统之上的，当然，用户也可以直接在嵌入式操作系统之上进行开发。
本文主要来介绍一下嵌入式系统的硬件架构，也就是嵌入式处理器以及外围设备的相关知识。
1．嵌入式处理器
嵌入式处理器是各嵌入式系统的核心部件，其功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约，嵌入式处理器包含以下部分：
处理器内核；
地址总线；
数据总线；
控制总线；
处理器本身的辅助支持电路，如时钟、复位电路等；
片上i/o接口电路。
嵌入式处理器可以分为3类：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器和嵌入式dsp（digital signal processor）。
嵌入式微处理器就是和通用计算机的微处理器对应的cpu。在应用中，一般是将微处理器装配在专门设计的电路板上，母板上只保留与嵌入式相关的功能即可，这样可以满足嵌入式系统体积小、功耗低的要求。
嵌入式微控制器又称单片机，它将cpu、存储器（少量的ram、rom，或两者都有）和其他外设封装在同一片集成电路里。
嵌入式dsp专门用来对离散时间信号进行极快的处理计算，提高编译效率和执行速度。dsp正在大量进入数字滤波、fft、谱分析、图像处理等领域。
本书所讲的嵌入式处理器主要指嵌入式微处理器。（推荐阅读：如何选择嵌入式微处理器）
嵌入式微处理器与通用微处理器既有相似之处，也有不少的区别，其比较如下。
相似点有以下两项。
对外的接口：各类总线及辅助电路接口。
处理功能：相似的指令功能分类。
不同点有以下几项。
指令系统中指令的个数：嵌入式微处理器的指令个数与通用处理器有很大的区别，嵌入式微处理器的指令系统往往由于成本等原因而有所精简，比如有些嵌入式处理器无浮点功能等。
指令的形式：嵌入式微处理器一般都使用精简指令集（risc），而通用处理器则使用复杂指令集（cisc）。
处理器的结构设计：嵌入式微处理器与通用处理器在结构设计上有较大的区别，如流水线结构的设计。
处理器的工艺和应用指标：由于嵌入式系统通常应用在特殊的场合，因此，对处理器的工艺及应用指标（如工作的温度条件等）也有不同的要求。
小知识：
常见的cpu指令集分为cisc和risc两种。
cisc（complex instruction setcomputer）是“复杂指令集”。自pc机诞生以来，32位以前的处理器都采用cisc指令集方式。这种指令系统的指令不等长，指令的数目非常多，编程和设计处理器时都较为麻烦。但是基于cisc指令架构系统设计的软件已经非常普遍了，所以包括intel、amd在内的众多厂商至今使用的仍为cisc。
risc（reduced instruction setcomputing）是“精简指令集”。研究人员在对cisc指令集进行测试时发现，各种指令的使用频度相当悬殊，其中常使用的是一些比较简单的指令，它们仅占指令总数的20%，但在程序中出现的频度却占80%。risc正是基于这种思想提出的。采用risc指令集的微处理器处理能力强，并且采用超标量和超流水线结构，大大增强了并行处理能力。
嵌入式微处理器的种类极为丰富，32位的嵌入式微处理器就有10多种。从下图可以看出，全球仅有4%的计算机处理芯片用于通用计算机中，而更多的则是用于嵌入式系统中。
嵌入式微处理器内核按体系结构分类，可以分为以下几个系列。
arm系列：只设计内核的英国公司（在1.3节会有详细介绍）。
mips系列：只设计内核的美国公司。
powerpc：为ibm公司和motorola公司共有的内核。
68k/coldfire：motorola公司独有内核，有motorola 68k等。
各内核的特点及应用如下表所示。
嵌入式处理器内核特点及应用
2．外围设备
外围设备是指嵌入式系统中用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件。目前常用的嵌入式外围设备按功能可以分为：存储设备（如ram、sram、flash等）、通信设备（如rs-232接口、spi接口、以太网接口等）和显示设备（如显示屏等）。
常见的存储设备有ram、sram、rom、flash等，这些存储设备在嵌入式系统开发过程中是非常重要的。
（1）ram、sram、dram。
根据掉电数据是否丢失，存储器可以分为ram（随机存取存储器）和rom（只读存储器），其中ram的访问速度比较快，但掉电后数据会丢失，而rom掉电后数据不会丢失。人们通常所说的内存即指系统中的ram。
ram又可分为sram（静态存储器）和dram（动态存储器）。
sram是利用双稳态触发器来保存信息的，只要不掉电，信息是不会丢失的。
dram是利用mos（金属氧化物半导体）电容存储电荷来储存信息的，因此必须通过不停地给电容充电来维持信息。dram的成本、集成度、功耗等明显优于sram。
通常人们所说的sdram是dram的一种，它是同步动态存储器，利用单一的系统时钟同步所有的地址数据和控制信号。使用sdram不但能提高系统表现，还能简化设计、提供高速的数据传输，在嵌入式系统中经常使用。
（2）rom、flash。
flash是一种非易失闪存技术，由于它具有和rom一样掉电数据不会丢失的特性。flash主要分为nor flash和nand flash两种。
nor flash的特点是在芯片内执行（execute in place），这样应用程序可以直接在flash内运行，不必再把代码读到系统ram中。
nand flash能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，nand读和写操作采用512字节的块，单元尺寸几乎是nor器件的一半，同时由于生产过程很简单，大大降低了生产的成本。nand flash中每个块的大擦写次数是100万次，是nor flash的10倍，这些都使得nand flash越来越受到人们的喜爱。
它们之间的关系如下图所示。
电气上的NO和NC是什么意思
微软宣布所有设备可升级win10 v2004
什么！！？iPhone15 Pro Max 将改名iPhone15 Ultra
这是一款LED输出3A的DC-DC车灯方案 摩托车灯车灯信号灯射灯
中国移动不仅始终面临盈利的压力，而且更面临家宽商业重新定位
嵌入式系统的硬件架构说明
无线测温装置无线温度传感器提高监测系统的智能化和自动化水平
RJ45连接器的8个引脚功能（引脚定义图解）
射频/微波设计工具
让键盘侠禁言：10 月 1 日起，网上发帖、跟帖、发弹幕全都得实名认证
自制电线染色染料
更高电流的供给与测量方案
美版特斯拉Model 3将启用USB-C接口作为标配
鼎阳科技设立日本子公司 深化推进全球化战略布局
基于EOS区块链的社交媒体应用Voice介绍
单相电机的正反转接线原理
半导体封测产能全面吃紧 打线封装市况严重
展望2016:全球半导体制造设备支出预测
抄作业把名字也抄上没想到这样的蠢事支付宝也会干！支付宝向微信道歉：我错了，以后不敢了
iPhone8和iPhoneX哪个最值得买
从该图中可以清楚地看到嵌入式系统体系结构上下层之间的关系。其中，硬件平台包括嵌入式处理器和外围设备，它们位于嵌入式系统结构中的底层；嵌入式操作系统与通用操作系统的功能类似，为用户屏蔽硬件底层的具体细节，提供了一个透明的操作空间；而应用软件则是位于嵌入式操作系统之上的，当然，用户也可以直接在嵌入式操作系统之上进行开发。
本文主要来介绍一下嵌入式系统的硬件架构，也就是嵌入式处理器以及外围设备的相关知识。
1．嵌入式处理器
嵌入式处理器是各嵌入式系统的核心部件，其功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约，嵌入式处理器包含以下部分：
处理器内核；
地址总线；
数据总线；
控制总线；
处理器本身的辅助支持电路，如时钟、复位电路等；
片上i/o接口电路。
嵌入式处理器可以分为3类：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器和嵌入式dsp（digital signal processor）。
嵌入式微处理器就是和通用计算机的微处理器对应的cpu。在应用中，一般是将微处理器装配在专门设计的电路板上，母板上只保留与嵌入式相关的功能即可，这样可以满足嵌入式系统体积小、功耗低的要求。
嵌入式微控制器又称单片机，它将cpu、存储器（少量的ram、rom，或两者都有）和其他外设封装在同一片集成电路里。
嵌入式dsp专门用来对离散时间信号进行极快的处理计算，提高编译效率和执行速度。dsp正在大量进入数字滤波、fft、谱分析、图像处理等领域。
本书所讲的嵌入式处理器主要指嵌入式微处理器。（推荐阅读：如何选择嵌入式微处理器）
嵌入式微处理器与通用微处理器既有相似之处，也有不少的区别，其比较如下。
相似点有以下两项。
对外的接口：各类总线及辅助电路接口。
处理功能：相似的指令功能分类。
不同点有以下几项。
指令系统中指令的个数：嵌入式微处理器的指令个数与通用处理器有很大的区别，嵌入式微处理器的指令系统往往由于成本等原因而有所精简，比如有些嵌入式处理器无浮点功能等。
指令的形式：嵌入式微处理器一般都使用精简指令集（risc），而通用处理器则使用复杂指令集（cisc）。
处理器的结构设计：嵌入式微处理器与通用处理器在结构设计上有较大的区别，如流水线结构的设计。
处理器的工艺和应用指标：由于嵌入式系统通常应用在特殊的场合，因此，对处理器的工艺及应用指标（如工作的温度条件等）也有不同的要求。
小知识：
常见的cpu指令集分为cisc和risc两种。
cisc（complex instruction setcomputer）是“复杂指令集”。自pc机诞生以来，32位以前的处理器都采用cisc指令集方式。这种指令系统的指令不等长，指令的数目非常多，编程和设计处理器时都较为麻烦。但是基于cisc指令架构系统设计的软件已经非常普遍了，所以包括intel、amd在内的众多厂商至今使用的仍为cisc。
risc（reduced instruction setcomputing）是“精简指令集”。研究人员在对cisc指令集进行测试时发现，各种指令的使用频度相当悬殊，其中常使用的是一些比较简单的指令，它们仅占指令总数的20%，但在程序中出现的频度却占80%。risc正是基于这种思想提出的。采用risc指令集的微处理器处理能力强，并且采用超标量和超流水线结构，大大增强了并行处理能力。
嵌入式微处理器的种类极为丰富，32位的嵌入式微处理器就有10多种。从下图可以看出，全球仅有4%的计算机处理芯片用于通用计算机中，而更多的则是用于嵌入式系统中。
嵌入式微处理器内核按体系结构分类，可以分为以下几个系列。
arm系列：只设计内核的英国公司（在1.3节会有详细介绍）。
mips系列：只设计内核的美国公司。
powerpc：为ibm公司和motorola公司共有的内核。
68k/coldfire：motorola公司独有内核，有motorola 68k等。
各内核的特点及应用如下表所示。
嵌入式处理器内核特点及应用
2．外围设备
外围设备是指嵌入式系统中用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件。目前常用的嵌入式外围设备按功能可以分为：存储设备（如ram、sram、flash等）、通信设备（如rs-232接口、spi接口、以太网接口等）和显示设备（如显示屏等）。
常见的存储设备有ram、sram、rom、flash等，这些存储设备在嵌入式系统开发过程中是非常重要的。
（1）ram、sram、dram。
根据掉电数据是否丢失，存储器可以分为ram（随机存取存储器）和rom（只读存储器），其中ram的访问速度比较快，但掉电后数据会丢失，而rom掉电后数据不会丢失。人们通常所说的内存即指系统中的ram。
ram又可分为sram（静态存储器）和dram（动态存储器）。
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通常人们所说的sdram是dram的一种，它是同步动态存储器，利用单一的系统时钟同步所有的地址数据和控制信号。使用sdram不但能提高系统表现，还能简化设计、提供高速的数据传输，在嵌入式系统中经常使用。
（2）rom、flash。
flash是一种非易失闪存技术，由于它具有和rom一样掉电数据不会丢失的特性。flash主要分为nor flash和nand flash两种。
nor flash的特点是在芯片内执行（execute in place），这样应用程序可以直接在flash内运行，不必再把代码读到系统ram中。
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它们之间的关系如下图所示。
电气上的NO和NC是什么意思
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无线测温装置无线温度传感器提高监测系统的智能化和自动化水平
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射频/微波设计工具
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更高电流的供给与测量方案
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