嵌入式系统基础
嵌入式系统简介
嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能系统，可靠性，成本，体积功耗严格要求的专用计算机系统
嵌入式系统的体系结构：硬件设备，嵌入式操作系统，应用软件
嵌入式系统包括嵌入式处理器和外围设备，其中的嵌入式处理器（cpu）是嵌入式的核心部分，
他与通用处理器最大的区别在于，嵌入式处理器大多数工作在特定用户群中，他将通用处理器中许多由板卡完成的任务集成到芯片内，有利于嵌入式系统设计时的小型化
外围设备是指嵌入式系统中用于完成存储，通信，调试，显示灯辅助功能的其他部件，
常见的存储器概念辨析：RAM SRAM SDRAM ROM ERAM E2RAM FLASH
存储器可以分为分多种类，根据掉电后数据是否丢失分为RAM,ROM,其中RAM的访问速度较快，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就是指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，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）电容存储信息，因此，必须通过不停的给电容充电来维持信息，所以DRAM的成本，集成度，功耗明显优于SRAM
通常人们常说的SDRAM和DRAM，他是同步动态存储器，利用一个单一的系统时钟同步所有的地址数据和控制信息，使用SDRAM不但能够实现系统表现，还能简化设计，提供高速的数据传输，在嵌入式中经常使用
Flash也是一种非易失性存储器（掉电不消失）它擦写方便访问速度快，现在已大大取代了传统的EPROM的地位，优于它具有和其他ROM一样掉电不丢失的特性，又叫做FLASH ROM
ARM处理器简介
ARM是一类嵌入式微处理器， 同时也是一个公司的名字，ARM成立于1990年11月，他是一家专门从事16/32位RISC微处理器知识产权设计的供应商，ARM本身不从事芯片的生产，而只是授权ARM内核，再给生产和销售半导体的合作伙伴，同时也提供给予AEM架构的开发设计技术，世界各大半导体生产公司从ARM公司处购买其设计的ARM微处理器核，再根据各自不同的引用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场
arm公司的成功一方面得益于他独特的公司运作模式，另一方面，当然来自于ARM处理器自身的优良性能，ARM处理器具有如下特点
1:体积小，低功耗，低成本，高性能。
2：支持ARM（32位）/thumb(16位）/thumb2（16位/32位混合）指令集，能够能好的兼容8位/16位器件
3：大量使用寄存器，指令执行的速度更快
4：寻址方式灵活，执行效率高
5：指令长度固定
常见的cpu指令集分为CISC和RISC两种
CISC（complex instruction set computer）复杂指令集，自从pc机诞生以来，32位以前的处理器全部是采用CISC指令集方式，由于这种指令系统的指令长度不等长，因此指令的数目非常多，编程和设计处理器时都很麻烦，但是由于CISC指令架构系统设计的软件已经是非常普遍了，所以包括INTEL ARM等众多厂商还在使用CISC
RISC（reduced instruction set computing）是精简指令集，研究人员对CISC指令集进行测试发现，各种指令的使用频率相当悬殊，其中最常使用的是一些比较简单的指令，他们仅占指令总数的20%，但在程序中出现的频率却占80%，RISC正是基于这种思想提出的，采用RISC指令的微处理器处理能力强，并且还可通过采用超标量和超流水线结构，大大增强并行处理能力
ARM体系结构简介
ARM微处理器工作状态
ARM微处理器的工作状态一般有3种
第一种：ARM状态,此时处理器执行32位的字对齐ARM指令。
第二种为Thumb状态，此时处理器执行16位的，半字对齐的Thumb指令
第三种为Thumb2状态，此时处理器执行16/32位混合的，多类型对齐的指令
ARM体系结构的存储格式：
大端格式，在这种格式中，字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址中
小端格式：与大端存储格式相反，在小端存储格式中，低地址中存放的事字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节
ARM处理器模式
ARM微处理器支持7种运行模式，分别如下：
用户模式：应用程序执行状态
快速中断模式：用于搞数据传输或者通道处理等快速中断处理
外部中断模式：用于通用的中断处理
管理模式：特权模式，操作系统使用的保护模式
数据访问终止模式，当数据或者指令预录取终止时退出该模式，可用于虚拟存储以及存储保护
系统模式：运行具有特权的操作系统任务
ARM 9体系结构
ARM 9主要特点
1，5级流水线：采用取指 译码 执行 访存 回写//解决了三级流水线存储器访问指令在指令执行阶段的延迟问题
2，采用哈佛结构：在计算机的存储器结构以及总线连接形式，计算机系统可以被分为冯诺依曼结构，其中冯诺依曼结构共用数据存储空间和程序存储空间，他们共享存储器总线，这也是以往设计的常用方式
哈佛结构则具有分离的数据和程序空间及分离的访问总线，所以哈佛结构在执行指令时，取址和取数可以并行，因此具有更高的执行效率，ARM采用的就是哈佛结构
3：高速缓存和写缓存的引入
由于在处理器中，一般处理器速度远远高于存储器访问速度，如果存储器访问成为系统性能的瓶颈，则处理器再快也毫无作用，在这种情况下，高速缓存（Cache）和写缓存（write buffer）可以很好地解决这个问题，他们存储最近常用的代码和数据，已提供cpu快速存储
4：支持MMU。MMU是内存管理单元，它把内存以 页 为单位来进行处理，一页内存是指一个具有一定大小的连续的内存块，通常是4096B或者是8192B ，操作系统位每个正在运行的程序建立并维护一张被称为进程内存映射的表，表中记录了程序可以存取的所有内存页面以及他们的实际位置
每当程序存取一块内存时，他会把相应的虚拟地址传送给MMU，而MMU会在PPM中查找这块内存的实际位置，也就是物理地址，物理地址可以在内存中或磁盘中的任何位置，如果程序要存取的位置在磁盘上，就必须把包含该地址的页从磁盘上读取到内存中，并且必须更新PPM以反映这个变化，（这个被称为pagefault）页错误，mmu思想过程如图所示
Flash 是一种非易失闪存技术，Intel于1988年开发出nar flash 彻底该变量原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面，紧接着1989年发不了Nand Flash结构，强调降低每bit的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级
Nor Flash 的特点是芯片内执行，这样应用程序可以直接在Flash上运行，而不必再把代码读到系统RAM中Nor Flash的传输效率很高，在1~4的小容量是具有很高的成本效益，但是，很低的写入和擦除速度，Nand flash 结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，NAND读和写采用512字节的块，单元尺寸几乎是nor器件的一半，同时由于生产的过程更简单，大大降低了生产的成本，NAND闪存中每个块的擦写次数是100万次是nor FLash的四倍，这些使得Nand Flash 越来越受人们欢迎
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