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嵌入式系統簡介

嵌入式系統簡介. 大綱. 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. 嵌入式系統 (Embedded System). 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

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Presentation Transcript

  1. 嵌入式系統簡介

  2. 大綱 • 嵌入式系統(Embedded System) • What is it? • ARM(Advanced RISC Machines) • ARM系列 • Cortex A、R 、M • ARMCortex M3 • 應用 • 功能 • 系統架構 • 廠商

  3. 嵌入式系統(Embedded System) • 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

  4. 嵌入式系統架構 軟體 Software • 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) 處理器 Processor 輸入 Input 輸出 Output 記憶體 Memory 參考資料 21天學通ARM嵌入式開發(第2版) 電子工業出版社

  5. ARM(Advanced RISC Machines) • 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 http://www.techbang.com/posts/10678-fully-understand-arm-processors-cisc-and-risc-are-what-history-structure-a-see-through-the-computer-96-issues-cover-story-the-king https://www.facebook.com/ARMTaiwan http://www.businessweekly.com.tw/KIndepArticle.aspx?id=15859

  6. 近年來的ARM • 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 ARMCortex-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)

  7. What can ARM do?

  8. What can ARM do? • ARM可以做什麼? 參考資料 http://www.youtube.com/watch?v=_d0LfkIut2M

  9. ARMCortex M系列

  10. ARMCortex M3特點 • 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!

  11. ARM Cortex M3應用 • 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 ARMCortex-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)

  12. ARM Cortex-M3 功能

  13. ARM Cortex-M3 • Thumb / Thumb-2 • Pipeline 指令N 擷取 解碼 執行 擷取 解碼 執行 指令N+1 指令N+2 擷取 執行 解碼

  14. ARMCortex M3 系統架構

  15. ARMCortex M3 系統架構 • 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 SWJ-DP)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看表 參考資料 ARMCortex-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. ARMCortex M3 系統架構 參考資料 ARMCortex-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)

  17. ARM Cortex M3 • 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

  18. (補充) RISCv.sCISC • 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

  19. (補充)馮紐曼架構 • 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

  20. (補充)哈佛架構 • 哈佛架構(Harvard architecture) • 程式和資料分開儲存至不同的記憶體中

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