基于GPRS远程无线数据采集系统设计 - 图文(3)

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图3.1嵌入式系统结构图

在嵌入式系统结构中，嵌入式处理器和嵌入式操作系统是在做嵌入式设计前，首先要作选择考虑的问题。

3.4 嵌入式处理器的介绍

嵌入式微处理器有许多种流行的处理器核，芯片生产厂家一般都基于这些处理器核生产不同型号的芯片，比如: 1.ARM

ARM是一个由ARM公司开发的犯位精简指令集计算机(RISC)指令集架构 (IsA)，它的全称为高级精简指令集机器 (AdvaneedRlseMachine)。ARM架构是目前使用最广泛的犯位ISA，它是许多嵌入式系统中使用的微处理器和微控制器的内核。由于ARM处理器消耗功率小，而在移动电子中，低功耗是一个关键的设计目标，因此，ARM在移动电子产品市场上占主导地位。截至2009年，ARM处理器大约占嵌入式犯位RISC处理器90%的市场份额。ARM处理器目前广泛使用于消费电子产品，包括PDA，移动电话，iPod和其他数字媒体和音乐播放器，手持游戏机，计算机和计算机外围设备，如硬盘驱动器和路由器等。 2.MIPS

MIPs(MieroproeessorwithouthiterloekedpipelineStages)是由MlpS公司开发的 一种精简指令集计算(RISC)的指令集架构(ISA)。早期的MIPS架构是32位，而 更高版本是64位。MIPS目前应用用于在许多嵌入式系统中，如 WindowsCE设备，思科路由器，住宅网关，以及任天堂64和索尼Playstation视频游戏机等。到2006年底，它还在许多的SGI的计算机产品中使用。在1990年代中期至后

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期，据估计，三分之一的RlsC微处理器使用了MIPS内核。

3.PowerPC

PowerPC架构的特点是可伸缩性好，方便灵活。PowerPC处理器品种很多既有通用的处理器，又有嵌入式控制器和内核，应用范围非常广泛，从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统，从消费类电子产品到大型通信设备等各个方面。目前PowerPC独立微处理器与嵌入式微处理器的主频从25MHz一700MHz不等，它们的能量消耗、大小、整合程度、价格差异悬殊二主要产品模块有主频350MHz一700MHzPowerPC750CX一750CXE以及l三频400MHz的PowerpC4一40GP等。嵌入式的powerPC4os(主频最高为266MHz)和 powerPc440(主频最高为550MHz)处理器内核可以用于各种集成的系统芯片 (System一on一chip，soC)设备上，在电信、余融和其他许多行业具有广泛的应用。

4.X86

X86系列处理器是应用最广泛的微处理器，它起源于hitel架构的8080，再发展出286、386、486，直到现在的Pentium4、Athlon和AMD的64位处理器Hammer。从嵌入式市场来看，486Dx是当时和ARM、68K、MIPs和suPerH齐名的五大嵌入式处理器之一，8080是第一款主流的处理器。今天的Pentium和当初的8080使用相同的指令集，这有利也有弊，利是可以保持兼容性，至少ro年前写的程序在现在的机器上还能运行，弊是限制了CPU性能的提高。

3.5嵌入式操作系统的介绍

1.Vx Vdrks

vxWOrks操作系统是美国WindRiver公司于 1983年设计开发的一种实时操作系统。vxwbrks拥有良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在实时操作系统领域内占据了一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通信、军事演习、导弹制导、飞机导航等。在美国的F一16、FA一18战斗机，B一2隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997年4月在火星表面登陆的火星探测器上也使用了vxwbrks。它是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。它支持多种处理器，如x86，1960， SunSpare， MotorolaMC68000， MIPsRX000， PowerPe，StrongARM，Xseale等。大多数的vxwo坎 5API是专用的。

2.PSOS

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pSOS是151公司研发的产品。该公司成立于1980年，其产品在其成立后不久即被推出，是世界上最早的实时系统之一，也是最早进入中国市场的实时操作系统。该公司于2000年2月16日与WindRiver公司合并。

PSOS是一个模块化、高性能、完全可扩展的实时操作系统，专为嵌入式微处理器设计，提供了一个完全多任务环境，在定制的或是商业的硬件上可以提供高性能和高可靠性。它包含单处理器支持模块(pSOS+)、多处理器支持模块(psos+m)、文件管理器模块(pHILE)、TCP/IP通信包(pNA)、流式通信模块(oPEN)、图形界面、Java和HTTP等。开发者可以利用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、网络化的多处理器系统。

3.Palm05

3COM公司的 Palm05在掌上电脑和PDA市场上占有很大的市场份额。它有开放的操作系统应用程序接口，开发商可以根据需要自行开发所需的应用程序。目前共有3500多个应用程序可以运行在 PalmPilot上，其中大部分应用程序均为其他厂商和个人所开发，使 PalmPilot的功能不断增多。在开发环境方面，可以在Windows和Maeintosh下安装 palmpilotDesktop。 palmPilot可以与流行的Pe平台上的应用程序进行数据交换。

4.、 Vind0WSCE

MicrosoftWindowsCE是从整体上为有限资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。操作系统的基本内核至少需要ZooKB的ROM。

5.嵌入式Linux

随着Linux的迅速发展，嵌入式Linux现在已经有许多的版本，包括强实时的嵌入式Linux(如新墨西哥工学院的Rl’ -Linux和堪萨斯大学的KUR’1飞Llnux等)和一般的嵌入式Linux版本(如uCLinux和PoeketLinux等)。其中，RT-Linux通过把通常的Limix任务优先级设为最低，而所有的实时任务的优先级都高于它，以达到既兼容通常的Limix任务又保证强实时性能的目的。另一种常用的嵌入式Linux是uCLimix，它是针对没有MMU的处理器而设计的。它不能使用处理器的虚拟内存管理技术，对内存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。它专为嵌入式系统做了许多小型化的工作。

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3.6 嵌入式系统的开发流程

典型的嵌入式系统开发通常采用软硬件协同设计，将软件设计和硬件设计作为一个整体并行设计，找到软硬件的最佳结合点，从而使系统高效工作。这样的设计方法，可以充分利用现有的软硬件资源，缩短系统开发周期、降低开发成本、提高系统性能，避免由于独立设计软硬件体系结构而带来的弊端。嵌入式系统开发一般由4个阶段构成，如图3.2所示，包括系统描述、系统设计、仿真验证与综合实现。系统描述是用一种或多种系统级描述语言对所要设计的嵌入式系统的功能和性能进行全面的描述，建立系统的软硬件模型的过程。

系统设计又可以分为软硬件功能分配和系统映射两个子过程。软硬件功能分配就是要确定哪些系统功能由硬件模块来实现，哪些系统功能由软件模块来实现。硬件一般能够提供更好的性能，而软件更容易开发和修改，成本相对较低。系统映射是根据系统描述和软硬件任务划分的结果，选择系统的软硬件模块以及其接口的具体实现方法，并将其集成，最终确定系统的体系结构。这一过程要确定系统将采用哪些硬件模块(如存储器、Io片、MCU、FPGA、I/O接口部件等)、软件模块(嵌入式操作系统、驱动程序、功能模块等)和软硬件模块之间的通讯方法(数据总线、共享存储器、数据通道等)以及这些模块的具体实现方法。

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