嵌入式技术学习笔记(一)

一、嵌入式开发概述
1、嵌入式技术是什么?
要介绍嵌入式技术,首先要谈及单片机技术。单片机开发技术可以被称为传统开发,由自己编写的软件来控制硬件。这种传统开发方式存在缺点:
①软件移植性差 因为硬件的原理不同,所以你所编写的软件可能只适用于一种硬件。
②开发人员能力要求:软硬通吃 要想完成单片机开发,就必须对软件和硬件两种都要熟悉。而且自己设计出来的东西只能自己修改理解,别人很难帮忙。所以这种传统开发会花费很长时间。
传统开发是直接用软件来控制硬件,而嵌入式在这两者之间插入一个操作系统。操作系统的作用是管理资源,包括软件资源和硬件资源。相当于一个管家。将软件与硬件相隔开来。
而嵌入式技术所要做的就是在已有的硬件上移植操作系统,在操作系统之上做上层应用开发,在操作系统之下做底层开发。
作为两者区别的操作系统有什么优点呢?
①多任务机制
②提供了丰富的网络协议
③提供了开源软件和库
嵌入式开发同时也存在缺点:操作系统对硬件性能有要求。越好的操作系统对硬件的要求越大。
哪些操作系统可称为嵌入式操作系统? 可以移植(代码开源、提供可移植接口)的操作系统称为嵌入式操作系统
2、嵌入式开发方向(就业方向)
嵌入式上层应用开发
要求:a、精通一门语言
b、熟悉一款操作系统(会看说明书)
c、数据结构/算法
嵌入式底层系统软件开发
要求:a、精通c语言(所有的操作系统内核都是有c语言+汇编完成的)
为什么选择c语言(c语言特点)? 能够直接访问硬件、移植性、运行效率
为什么c语言能够直接访问硬件? 因为c语言有指针数据类型,指针可以对地址操作
b、理解操作系统实现(会使用、也会添加/修改功能)
c、熟悉硬件的工作原理
d、熟悉汇编
嵌入式系统工程师 BSP(固件工程师) 内核开发
3、CPU体系结构的种类、特点及应用场景?
首先区别一下体系结构与体系架构
体系架构:cpu的架构是cpu厂商给属于同一系列的cpu产品定的一个规范,目的是为了区别不同类型的cpu
体系结构:体系结构在计算机技术中描述的是一个抽象的机器,而不是一个具体的机器。一般一个cpu体系结构是由一个指令集和一些寄存器组成的。所以一定意义上来讲指令集与体系结构算是同义词。
现代有四大cpu体系结构,介绍这四大体系结构前,我们首先要了解RISC和CISC
RISC是英文Reduced Instruction Set Computer的缩写,意思是精简指令集计算机,该指令集要求软件来指定各个操作步骤,这种指令集可以降低cpu的复杂性以及允许在同样的工艺水平下生产出功能更强大的cpu,但对于编译器的设计有更高的要求
CISC是英文Complex Instruction Set Computer的缩写,意思是复杂指令集计算机,这种指令集一般用于早期cpu中,它的设计目的是要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。但这种cpu所有的指令都依赖于cpu中设计的逻辑来实现,这样会增加cpu结构的复杂性和对cpu工艺的要求,但对于编译器的开发十分有利
下面是四大cpu体系结构的介绍
(1)X86
x86或80x86是英代尔Intel首先开发制造的一种微处理器体系结构的泛称。x86架构是重要地可变指令长度的CISC。
特点:能够有效缩短新指令的微代码设计时间,允许设计师实现CISC体系机器的向上相容。新的系统可以使用一个包含早期系统的指令超集合,也就可以使用较早电脑上使用的相同软件。另外微程式指令的格式与高阶语言相匹配,因而编辑器并不一定要重新编写。
应用场景:适用于通用的计算机
(2)ARM
ARM架构,过去称作进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine,更早称作:Acorn RISC Machine),是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。在今日,ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例,使它成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM处理器可以在很多消费性电子产品上看到,从可携式装置(PDA、移动电话、多媒体播放器、掌上型电子游戏,和计算机)到电脑外设(硬盘、桌上型路由器)甚至在导弹的弹载计算机等军用设施中都有他的存在。
特点:ARM体系结构采用了一些特别的技术,在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积,并降低功耗。所有的指令都可以根据前面的执行结果决定是否被执行,从而提高指令的执行效率。可以加载/存储指令批量传输数据,以提高数据的传输效率。
应用场景:由于节能的特点,ARM处理器非常适用于行动通讯领域,符合其主要设计目标为低耗电的特性。
(3)MIPS
MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessor without interlocked piped stages),其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早是在80年代初期由斯坦福(Stanford)大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的。
特点:设计更简单、设计周期更短等优点,并可以应用更多先进的技术,开发更快的下一代处理器。MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一,新的架构集成了所有原来MIPS指令集,并增加了许多更强大的功能。
应用场景:用于计算机公司构成各种工作站和计算机系统
(4)PowerPC
PowerPC 是一种精简指令集(RISC)架构的中央处理器(CPU),其基本的设计源自IBM(国际商用机器公司)的IBMPowerPC 601 微处理器POWER(PerformanceOptimized With Enhanced RISC。
特点:可伸缩性好、方便灵活
应用场景:PowerPC 处理器有广泛的实现范围,包括从诸如 Power4 那样的高端服务器 CPU 到嵌入式 CPU 市场

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