【文档说明】电子信息工程概论第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础课件.ppt，共(156)页，325.000 KB，由小橙橙上传

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第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础第一节电子信息工程中的计算机技术计算机科学技术是研究计算机的设计与制造和利用计算机进行信息获取、表示、存储、处理、控制等的理论、原则、方法和技术的科学。它包括科学和技术两个方面：科学侧重研究

现象和揭示本质，技术侧重研制计算机及使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。第一节电子信息工程中的计算机技术第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础根据计算机科学技术学科内在联系、相关程度与性质特征，一般将其分

为“计算机理论”、“计算机组织与体系结构”、“计算机软件”、“计算机应用技术”和“计算机网络”等分支。第一节电子信息工程中的计算机技术第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础电子信息类人才对计算机知识体系的基本要求

集中在两个方面：软件开发和计算机应用系统（包括嵌入式系统）应用。所以其知识体系应涵盖一定的知识领域与知识点，并按电子信息类人才对计算机知识体系的特殊要求加以扩展或降低。第一节电子信息工程中的计算机技术第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础按电子信息类人才对

计算机知识方面的基本要求，建议设置以下5门基础或选修课程：软件设计基础、计算机原理、嵌入式系统、数据库技术和计算机网络应用。其核心是要跟上计算机学科的快速发展。第一节电子信息工程中的计算机技术第六章计算机与嵌入式知识

领域专业基础第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础第二节嵌入式系统与嵌入式处理器可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机(person

alcomputer，PC)。第二节嵌入式系统与嵌入式处理器第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础我们将基于嵌入式处理器的非个人计算机应用系统称之为嵌入式系统（Embeddedsystem）。基于嵌入式处理器进行嵌入式系统开发的技术成为嵌入式技术。第二节嵌入式系统与

嵌入式处理器第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础在个人领域中，嵌入式产品将主要是个人商用，作为个人移动的数据处理和通讯软件。由于嵌入式设备具有自然的人机交互界面，GUI屏幕为中心的多媒体界面给人很大的亲和力。手写文字输入、语音拨号上网、收发

电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。第二节嵌入式系统与嵌入式处理器第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础对于何为嵌入式系统，什么样的技术又可以称之为嵌入式技术，仍在讨论之中，一般认为凡是带有微处理器，且

为控制核心的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统。一、嵌入式系统定义及特点第二节嵌入式系统与嵌入式处理器嵌入式系统一般由嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

因此，比较认同的定义是：嵌入式系统就是“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。一、嵌入式系统定义及特点第二节嵌入式系统与嵌入式处理器嵌入式系统作为最广泛的计算机应用系统，与传统的通用计算机，数字产品相

比，利用嵌入式技术开发的产品有其自己的特点：（1）嵌入式系统通常是面向特定应用的。（2）嵌入式系统是将计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，是一门综合技术学科。一、嵌

入式系统定义及特点第二节嵌入式系统与嵌入式处理器（3）嵌入式系统是一个软硬件高度结合的产物。（4）为适应嵌入式分布处理结构和上网（Internet）需求，嵌入设备必需配有通信接口，如IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth、Zigbee或IrDA等通信接口，同时也需要提供相应的通信

组网协议软件和物理层驱动软件。一、嵌入式系统定义及特点第二节嵌入式系统与嵌入式处理器嵌入式系统工程是一门面向嵌入式系统应用的综合性系统工程，它涉及到嵌入式系统的通用技术和基本原理、嵌入式产品开发方法等内容。包括嵌入式系

统的基本概念、开发原理及原则、软件和硬件结构的设计、嵌入式操作系统及网络协议栈的总体架构。一、嵌入式系统定义及特点第二节嵌入式系统与嵌入式处理器嵌入式系统的组成软硬兼施，有机配合，融为一体，成为产品。即，嵌入式系统由嵌入式处理器、嵌入式软件和嵌入式操作系统（

EmbeddedOperatingSystem,EOS）及辅助外围电路组成，但要开发工具辅助进行开发。嵌入式系统的核心是嵌入式处理器。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器作为系统核心的微处理器又包括单片机(Micr

ocontrollerUnit,MCU)、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor,DSP)和微处理器(MicroprocessorUnit,MPU)等。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器

嵌入式处理器是把中央处理器(CentralProcessingUnit,CPU)、随机存储器(RAM)、程序存储器（PROM或Flash等）、输入/输出端口(I/O)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的单片微型计算机。概括的讲：嵌入式微处理是大规模集成电路技术发展的

产物，一块芯片就成了一台计算机。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器当今嵌入式微处理产品琳琅满目，性能各异，但是8位内核嵌入式微处理仍占主要市场，比较流行的8位内核单片机有基于MCS51及改进系列单片机

，Atmel的AVR单片机、Microchip公司的PIC单片机和Motorola公司的68HC系列等。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器MOTOROLA是世

界上最大的单片机厂商（现在其半导体部已经分离出来，就是Freescale公司），该公司的嵌入式处理器品种全、选择余地大、新产品多是其特点，在8位机方面有68HC系列，32位单片机的683XX系列也有几十个品种。二、嵌入式处理器——单片机

、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器近年来，以PowerPC、Coldfire、M.CORE等为CPU，将DSP作为辅助模块集成的嵌入式处理器也纷纷推出，占据嵌入式处理器的很多市场份额二、嵌入式处理器——单片机、ARM、D

SP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器目前，许多单片机类课程教材都是以MCS51系列为基础来讲授单片机原理及其应用的。这是因为MCS51系列单片机奠定了8位嵌入式处理器的基础，形成了嵌入式处理器的经典体系结构。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、

DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器Microchip公司的嵌入式处理器的市场份额增长最块。它的主要产品是16C系列8位单片机，CPU采用RISC结构，仅33条指令，运行速度快，且以低价位著称。二、嵌入式处理器——单片机、

ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器PIC是RISC(ReducedInstructionSetCPU)嵌入式处理器，具有强抗干扰能力，其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至220V交流电源，可直接与继电器

控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。甚至内部有上电复位电路，内建RC振荡器，看门狗定时器，A/D变换电路，功耗低等。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器16位嵌入式处理器dsPIC30和dsPIC33系列极具DSP特色。AV

R是ATMEL公司于1997年由A及V生共同研发的RISC单片机，AVR单片机吸取PIC及MCS51系列单片机的优点，采用Harward结构，工作于1MHz时性能高达1MIPS。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器ATmega系列片上集成可

校准RC时钟和复位电路等，片上系统丰富，具有较高的性价比。TI公司的MSP430系列嵌入式处理器是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，在1996年问世，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。二、嵌入式

处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器（一）单片机单片机作为最典型的嵌入式处理器，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强

等突出优点。单片机的设计目标主要是增强“控制”能力，满足实时控制(就是快速反应)方面的需要。因此，它在硬件结构、指令系统、I/O端口、功率消耗及可靠性等方面均有其独特之处，其最显著的特点之一就是具有非常有效的控制功能。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第

二节嵌入式系统与嵌入式处理器单片机又常常被人称为微控制器(MCU或μC)。单片机体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起

到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器（二）ARMARM公司的ARM（AdvancedRISCMachines）架构RI

SC微处理器，基本是32位单片机的行业标准，它提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商。利用这种合伙关系，ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者，四个功能模块可供生产

厂商根据不同用户的要求来配置生产。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器目前，总共有几十家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IB

M、LG、TI、SONY和NXP这样的大公司。至于软件系统的合伙人，则包括微软、SUN和MRI等一系列知名公司。尤其是进入21世纪之后，由于手机制造行业的快速发展，出货量呈现爆炸式增长，ARM处理器占领了全球手机市场。二、嵌

入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器（三）DSPDSP（digitalsignalprocessor）是一种独特的嵌入式处理器，有自己的完整指令系统，尤其是具有专门针对数字信号处理算法优

化的指令体系，信号处理能力卓越。信号与信息处理是电子信息工程专业的核心内容，理所当然，DSP也是单子信息工程专业的重要工具和技能。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器（四

）FPGAFPGA是英文FieldProgrammableGateArray（现场可编程门阵列）的缩写，它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，并非是一种处理器。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，

以实现用户的逻辑。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器作为专用集成电路（

ASIC）领域中的一种半定制电路，FPGA既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。可以毫不夸张的讲，FPGA能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的基本逻辑，都可以用FPGA来实现。FPGA如同一张白纸或是一

堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。F

PGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此工作时需要对片内的RAM进行编程。加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片

，内部逻辑关系消失。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片

EPROM即可。可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。目前FPGA的品种很多，主要为XILINX和ALTERA公司的产品。二、嵌入式处理器——单片机、ARM、DSP和FPGA第二节嵌入式系统与嵌入式处理器随

着嵌入式处理器的发展，人们对事物的要求越来越高，嵌入式处理器的应用软件技术也发生了巨大的变化，从最初的汇编语言，开始演变到C语言开发，不但增加了语言的可读性，结构性，而且对于跨平台的移植也提供了方便，另外一些复杂的系统开始在嵌入式处理器上采用操作系统，一些小的EOS等，一方面加速了开发人员的开

发速度，节约开发成本，另外也为更复杂的实现提供了可能。三、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系统与嵌入式处理器现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的嵌入式处理器产品，从

8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观嵌入式处理器的发展过程，可以预示嵌入式处理器的发展趋势。三、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系统与嵌入式处理器（一）低电压与低功耗——CMOS化作为嵌入式微处理器的生产工艺，CMO

S工艺具有低功耗特点。尤其是，几乎所有的嵌入式处理器都有Wait、Stop等省电运行方式。允许使用的电源电压范围也越来越宽。一般单片机都能在3—6V范围内工作，对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳

压措施。低电压供电的嵌入式处理器电源下限已降至1.8V。0.9V供电的单片机已经问世。三、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系统与嵌入式处理器CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的场合应用。这

种工艺将是今后一段时期嵌入式处理器发展的主要途径。三、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系统与嵌入式处理器（二）高度集成——单片化现在常规的嵌入式处理器普遍都是将CPU、随机数据存储(RAM)、程序存储器、并行和串行通信接口，中断系统、定时计数器、A/D

转换器、PMW、WDT(看门狗)、时钟电路等集成在一块单一的芯片上。现在的许多嵌入式处理器都具有多种封装形式，其中SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由嵌入式处理器构成的系统正朝微型化方向发展。三、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系

统与嵌入式处理器（三）主流与多品种共存现在虽然嵌入式处理器的品种繁多，各具特色，但仍以MCS51为核心的嵌入式处理器占主流，以32位ARM为核的嵌入式处理器正在吞噬嵌入式应用市场。另一方面，例如Microchip公司的PIC精简指令集嵌入式处理器，

中国台湾的嵌入式产品，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。三、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系统与嵌入式处理器（四）8位、16位、32位单片机共同发展这是单片机技术发展的另一个动向。长期以来，单片机技术的发展是以8位机为主的。随着移

动通信、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足的发展。尤其是以32位ARM为核的嵌入式处理器发展势头强劲。三、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系统与嵌入式处理器（五）单片机的速度越来越快MP

U发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的。而单片机则有所不同，为提高单片机抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。三、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系统与嵌入式处理器一些8051单片机兼容厂商改善了单片机的内部时

序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了许多。有些嵌入式处理器则使用了锁相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟频率。三、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系统与嵌入式处理器（六）低噪声与高可靠性技术为提高单片机系统的

抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。如美国国家半导体NS的COP8单片机内部增加了抗EMI电路，增强了“看门狗”的性能。MOTOROLA也推出了低噪声的LN系列单片机。三

、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系统与嵌入式处理器（七）OTP与掩膜OTP是一次性写入的单片机。过去认为一个单片机产品的成熟是以投产掩膜型单片机为标志的。由于掩膜需要一定的生产周期，而OTP型单片机价格不断下降，使得近年来直接使用OTP完成最终产品制造更为流行。它

较之掩膜具有生产周期短、风险小的特点。三、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系统与嵌入式处理器未编程的OTP芯片可采用裸片Bonding技术或表面贴装技术，先焊在印刷板上，然后通过单片机上的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程，解决了批量写OT

P芯片时容易出现的芯片与写入器接触不好的问题，使OTP的裸片得以广泛应用，降低了产品的成本。三、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系统与嵌入式处理器（八）MTP向OTP挑战MTP是可多次编程的意思。一些单片机厂商以MTP的性能、OTP的价

位推出他们的单片机，如ATMELAVR单片机，片内采用FLASH，可多次编程。华帮公司生产的8051兼容的单片机也采用了MTP性能，OTP的价位。这些单片机都使用了ISP技术，等安装到印刷板线路板上以后再下载程序。三、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系

统与嵌入式处理器目前低端定位的单片机仍然走俏，但高端的单片机(微处理器)却是风起云涌，单片机应用技术高速发展，已经步人人类社会的各个领域。嵌入式系统是这个后PC时代的擎天之柱。我们有理由相信，未来的电子技术发展定与嵌入式系统技术相随相伴。三、嵌入式处理器的发展趋势第二节嵌入式系统与嵌入式处理器

嵌入式技术是实践性很强的一门技术，有人说“嵌入式是玩出来的”，只有多“玩”，也就是多练习、多实际操作，才能真正掌握它。在没有学会嵌入式处理器之前应该只去研究一种单片机，不要观望，防止徘徊不前，一事无成。四、如何成为嵌入式高手第二节嵌入式系统与嵌入式处理器以单片机开发

为例，坚定信念后：首先，掌握单片机的应用开发需要一个过程。其次，单片机的开发应用还涉及到硬件扩展接口和各类传感器，更重要的是必须尽可能地了解各学科中适应单片机完成的控制项目以及控制过程。再次，C语言既有高级语言的各种特点，又可对硬件进行操作，并

可进行结构化程序设计，用C语言编写的程序较容易移植，它们可生成简洁可靠的目标代码。四、如何成为嵌入式高手第二节嵌入式系统与嵌入式处理器还有，软件的开发是建立在硬件之上，软硬件设计的巧妙结合是项目开发质量保证的关键。最后，请不要做浮躁的单片机工

程师。把时髦的技术挂在嘴边，还不如把基本的技术记在心里；不要被一些专用词汇所迷惑，最根本的是先了解最基础的知识。四、如何成为嵌入式高手第二节嵌入式系统与嵌入式处理器第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础第三节DSP技术及应用数字信号处理（DigitalSignalProcessing

，DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴交叉性前沿学科。第三节DSP技术及应用第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础虽然数字信号处理的理论发展迅速，但在20世纪80年代以前，由于实现方法的限制，数字信号处理的理论还得不到广泛的应用。直到20世纪70年代末

80年代初世界上第一片单片可编程DSP芯片的诞生，才将理论研究结果广泛应用到低成本的实际系统中，并且推动了新的理论和应用领域的发展。第三节DSP技术及应用第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础可以毫不夸张地说，DSP芯片的诞生及发展对近2

0年来通信、计算机、控制等领域的技术发展起到十分重要的作用。第三节DSP技术及应用第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础数字信号处理的实现方法一般有以下几种：(1)在通用的计算机（如PC机）上用软件（如C语言）实现；(2)FPGA上实现；(

3)用通用的单片机（如MCS-51、ARM系列等）实现，这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制等；一、DSP应用系统设计第三节DSP技术及应用数字信号处理的实现方法一般有以下几种：(4)用通用的可编程DSP芯片实现。与单片机相比

，DSP芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算法，如FFT、数字滤波、卷积、相关等算法。一、DSP应用系统设计第三节DSP技术及应用在上述几种方法中，第1种方法的缺点是速度较慢，一般可用于DSP算法的模拟；第2种方法存硬件实现，是数字信号处理实

时应用的最理想载体；第3种方法只适用于实现简单的DSP算法；只有第4种方法才使数字信号处理的应用打开了新的局面。一、DSP应用系统设计第三节DSP技术及应用在设计DSP系统之前，首先必须根据应用系统的目标确定系统的性能指标、信号处理的要求，通常可用数据流程图、数学运算序列、正式的

符号或自然语言来描述。一、DSP应用系统设计第三节DSP技术及应用第二步是根据系统的要求进行算法模拟。一般来说，为了实现系统的最终目标，需要对输入的信号进行适当的处理，而处理方法的不同会导致不同的系统性能，要得到最佳的系统性能

，就必须在这一步确定最佳的处理方法，即数字信号处理的算法。一、DSP应用系统设计第三节DSP技术及应用在完成第二步之后，接下来就可以设计实时DSP系统，实时DSP系统的设计包括硬件设计和软件设计两个方面。硬件设计首先要根据系统运算量的大小、对运算精度的要求、系统成本限制以及体积、功耗等

要求选择合适的DSP芯片。然后设计DSP芯片的外围电路及其他电路。软件设计和编程主要根据系统要求和所选的DSP芯片编写相应的DSP汇编程序，若系统运算量不大且有高级语言编译器支持，也可用高级语言（如C语言）编程。一、DSP应用系统设计第三节DSP技

术及应用DSP硬件和软件设计完成后，就需要进行硬件和软件的调试。软件的调试一般借助于DSP开发工具，如软件模拟器、DSP开发系统或仿真器等。系统的软件和硬件分别调试完成后，就可以将软件脱离开发系统而直接在应用系统上运行。一、DSP应用系统设计第三节DSP技术及应用

1.DSP型处理器概述DSP型嵌入式处理器概述，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特

点：(1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；(2)程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；(3)片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：

(4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；(5)快速的中断处理和硬件I/O支持；(6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：(7)可以并行执行多个操作；(8)支持流水线操

作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用2.DSP芯片的分类DSP芯片可以按照下列两种方式进行分类：（1）按数据格式分。（2）按用途分。二、DSP型嵌入式处理器第三节DS

P技术及应用（1）按数据格式分。这是根据DSP芯片工作的数据格式来分类的。数据以定点格式工作的DSP芯片称为定点DSP芯片，以浮点格式工作的称为浮点DSP芯片。不同浮点DSP芯片所采用的浮点格式不完全一样，有的DSP芯片采用自定义的浮点格式，

而有的DSP芯片则采用IEEE的标准浮点格式。二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用（2）按用途分。按照DSP的用途来分，可分为通用型DSP芯片和专用型DSP芯片。通用型DSP芯片适合普通的DSP应用。专用DSP芯片是为特定的DSP运算而设计的，更适合特殊的运算，如数字滤波、卷积和

FFT。二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用3.DSP芯片的选择设计DSP应用系统，选择DSP芯片是非常重要的一个环节。只有选定了DSP芯片，才能进一步设计其外围电路及系统的其他电路。总的来说，DSP芯片的选择应根据实际的应用系统需要而确定。二、DSP型嵌入式处

理器第三节DSP技术及应用（1）DSP芯片的运算速度。运算速度是DSP芯片的一个最重要的性能指标，也是选择DSP芯片时所需要考虑的一个主要因素。二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用DSP芯片的运算速度可以用以下几种性能指标来衡量：1）指

令周期：即执行一条指令所需的时间，通常以ns（纳秒）为单位；2）MAC时间：即一次乘法加上一次加法的时间。大部分DSP芯片可在一个指令周期内完成一次乘法和加法操作；二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用DSP芯片的运算

速度可以用以下几种性能指标来衡量：3）FFT执行时间：即运行一个N点FFT程序所需的时间。由于FFT运算涉及的运算在数字信号处理中很有代表性，因此FFT运算时间常作为衡量DSP芯片运算能力的一个指标；4）MIPS：即每秒执行百万条指令

。二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用DSP芯片的运算速度可以用以下几种性能指标来衡量：5）MOPS：即每秒执行百万次操作；6）MFLOPS：即每秒执行百万次浮点操作；7）BOPS：即每秒执行十亿次操作。二、DSP型嵌入

式处理器第三节DSP技术及应用（2）DSP芯片的价格。DSP芯片的价格也是选择DSP芯片所需考虑的一个重要因素。如果采用价格昂贵的DSP芯片，即使性能再高，其应用范围肯定会受到一定的限制，尤其是民用产品。二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用（3）DSP芯片

的硬件资源。不同的DSP芯片所提供的硬件资源是不相同的，如片内RAM、ROM的数量，外部可扩展的程序和数据空间，总线接口，I/O接口等。二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用（4）DSP芯片的运算精度。一般的定点DSP芯片的字长为16位，如TMS320系列。

但有的公司的定点芯片为24位，如Motorola公司的MC56001等。浮点芯片的字长一般为32位，累加器为40位。二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用（5）DSP芯片的开发工具。在DSP系统的开

发过程中，开发工具是必不可少的。如果没有开发工具的支持，要想开发一个复杂的DSP系统几乎是不可能的。在选择DSP芯片的同时必须注意其开发工具的支持情况，包括软件和硬件的开发工具。二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用（6）DSP芯片的功耗。在某些DSP应用场合，功耗也是一个

需要特别注意的问题。如便携式的DSP设备、手持设备、野外应用的DSP设备等都对功耗有特殊的要求。目前，3.3V供电的低功耗高速DSP芯片已大量使用。二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用（7）其

他。除了上述因素外，选择DSP芯片还应考虑到封装的形式、质量标准、供货情况、生命周期等。有些DSP系统可能最终要求的是工业级或军用级标准，在选择时就需要注意到所选的芯片是否有工业级或军用级的同类产品。如果所设计的DSP系统不仅仅是一个实验系统，而是需要批量生产并可能有几年甚

至十几年的生命周期，那么需要考虑所选的DSP芯片供货情况如何，是否也有同样甚至更长的生命周期等。二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用在上述诸多因素中，一般而言，定点DSP芯片的价格较便宜，功耗较低，但运算精度稍低。

而浮点DSP芯片的优点是运算精度高，且C语言编程调试方便，但价格稍贵，功耗也较大。二、DSP型嵌入式处理器第三节DSP技术及应用单片机（MCU）和数字信号处理器（DSP）曾各自为营，但现在却呈现出融合式的发展，为以最低成本完成各种消费类和工业类任务提供最佳解决方案。单片机适合于执行基

本的开关操作、定时和控制功能的消费类产品，但是，为了增加连通性、语音识别或者其它一些涉及信号处理的操作，可能就需要进行升级。三、DSP和MCU的深度融合第三节DSP技术及应用在常规的单片机上进行信号处理功能编码通常是可能的，但是需要相当的技巧，还可能需要使用功能更加强大、价格也更贵的器件

。额外功能所需的处理能力也可能大大超过基本产品所需的资源。三、DSP和MCU的深度融合第三节DSP技术及应用虽然一块很小的DSP芯片可以执行信号处理，但是增加一块独立的DSP不可避免地会增加产品的制造成本，而且对最终销售价格的影响也比增加功能还大。相反地，在信号处理量很大的系统中，一块

适中的DSP可能非常适合于处理信号通道，但却可能提出一个真正的编程难题，即要在同一器件中同时处理键盘和接口功能。三、DSP和MCU的深度融合第三节DSP技术及应用混合型产品的应用可以分为不同的两类，一类侧重于DSP功能对完成主要任务

极为重要的特殊应用领域；第二类是为8位和16位单片机用户提供向上发展途径的通用应用领域。三、DSP和MCU的深度融合第三节DSP技术及应用基于此，半导体制造商推出了兼有常规器件和DSP器件两者功能的混合处理器。

Microchip公司的16位dsPIC30系列和dsPIC33系列是具有DSP指令的高性能单片机，均具有30MIPS的性能，并可以在工业温度范围和扩展的温度范围内工作。TI公司的TMS320系列中的C2000系列也是典型混合型产品。其

中，TMS320F2407和TMS320F2812为最典型产品，用户广泛。三、DSP和MCU的深度融合第三节DSP技术及应用还有Freescale公司的56800系列混合处理器和AnalogDevices公司的Blackfin处理器等等。值得说明的是，ARMCortex-M系列在该领域发展势头强

劲。其中的ARMCortex-M4产品是最典型的MCU与DSP结合产物。加之ARM的市场战略，是每位电子信息工程专业学子必须考虑的学习对象。三、DSP和MCU的深度融合第三节DSP技术及应用第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础

第四节嵌入式操作系统与电子设计应用计算机是由硬件和软件组成的，缺了任何一样都无法运行。最初的计算机人们通过各种操作按钮来控制计算机，后来出现了汇编语言，并将它的编译器内置到电脑中，操作人员通过有孔的纸带将程序输入电

脑进行编译。第四节嵌入式操作系统与电子设计应用第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础这些将语言内置的电脑只能由操作人员自己编写程序来运行，不利于设备、程序的共用。为了解决这种问题，就出现了操作系统，这样就很好实现了程序的共用，以及对计算机硬件资源的管理，使

人们可以从更高层次对电脑进行操作，而不用关心其底层的运作。第四节嵌入式操作系统与电子设计应用第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础现代的计算机高级应用都是通过操作系统（OperatingSystem）

来解释人们的命令，从而达到控制电脑的目的。操作系统的理论是计算机科学中一个古老而又活跃的分支，而操作系统的设计与实现则是软件工业的基础与核心。第四节嵌入式操作系统与电子设计应用第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础随着嵌入式系统应用范围的不断扩大和嵌入式实时

操作系统RTOS（RealTimeOperatingSystem）的广泛使用，高级语言编程已是嵌入式系统设计的必然趋势。一、嵌入式系统高级编程语言第四节嵌入式操作系统与电子设计应用因为汇编语言和具体的微处理器的硬件结构密切相关，移植性较差，既不宜在复杂系统中使用，又不

便于实现软件重用；而高级语言具有良好的通用性和丰富的软件支持，便于推广，易于维护。一、嵌入式系统高级编程语言第四节嵌入式操作系统与电子设计应用目前，在嵌入式系统开发过程中使用的语言种类很多，但仅有少数几种语言得到了比较广泛的应用如C/C++和Java等。首先指出，考察一门语言是否适用，需

要从多个方面进行考虑。不同语言，都有自己的特色。很难将其全面进行比较。另外，任何一门语言的运行特性都与运行环境密切相关，因此，选择语言时，应综合考虑。一、嵌入式系统高级编程语言第四节嵌入式操作系统与电子设计应用C语言是由DennisRichie于1972年在AT&Bell实验室研究成功并投入

使用的系统编程语言。其设计目标是使C既具有汇编语言的效率，又具有高级语言的易编程性。其最具代表性的应用是UNIX操作系统。一、嵌入式系统高级编程语言第四节嵌入式操作系统与电子设计应用C++是由BjarneStroustrup于1995年在Bell实验室研制成功并投入使用的。

C++在支持现代软件工程、OOP、结构化等方面对C进行了卓有成效的改进，但在程序代码容量、执行速度、程序复杂程度等方面比C语言程序性能差一些。一、嵌入式系统高级编程语言第四节嵌入式操作系统与电子设计应用Java语言是SunMicrosystems公司于19

95年在Internet上发布的面向对象的程序设计语言。其主要研制人是Gosling。他的目标是设计一个能够运行于规模巨大、地域分布、体系异构的网络环境中的语言系统，完成多个电子设备之间的通讯与协同工作。一、嵌入式系统高级编

程语言第四节嵌入式操作系统与电子设计应用Java是网络语言，而嵌入式系统则在功能、价格、体积、功耗、上市时间等方面有特殊要求。因此Java语言受速度和代码容量的限制，本身并不适合于嵌入式系统的应用。一、嵌入式系统高级编程语言第四节嵌入式操作系统与电

子设计应用但Sun公司并不愿意放弃这个发展潜力巨大的应用市场，对Java进行改进后发表了J2ME（Java2MicroEdition）。它是JavaAPI的一个子集，只包含了Java的关键特性，是专门针对对内存具有苛刻要求的嵌入式系

统而设计的。一、嵌入式系统高级编程语言第四节嵌入式操作系统与电子设计应用在控制系统中，Java可以使所有操作在由标准Web浏览器提供的面板上完成。这些控制面板就是JavaApplet。Web浏览器可以用来监视或设置系统。一、嵌

入式系统高级编程语言第四节嵌入式操作系统与电子设计应用Java不仅是一门语言，更是一种思想。它将使软件开发在设计风格、设计方法、设计目标、设计过程等方面发生根本性变化。它将成为软件再实现的基础，未来OS的核心，各种应用软件的开

发平台和实现环境。一、嵌入式系统高级编程语言第四节嵌入式操作系统与电子设计应用但Java并不是万能的，它有自己的应用范围，在网络管理、网络应用、面向对象的应用、可视化操作、交互式应用领域Java是优秀的；但在实时控

制领域，如火箭控制、传感器控制、宇宙飞行器的方位控制等方面C或汇编语言依然是最佳选择。一、嵌入式系统高级编程语言第四节嵌入式操作系统与电子设计应用操作系统是用户和计算机之间的界面。一方面操作系统管理着所有计算机系统资源，另一方面操作系统为用户提

供了一个抽象概念上的计算机。嵌入式操作系统并不是简单嵌入的操作系统，它与通常意义上的操作系统有一定的区别。二、嵌入式操作系统概述第四节嵌入式操作系统与电子设计应用嵌入式操作系统负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配

、调度工作，控制并协调并发活动，具有一般操作的基本功能，如任务调度、同步机制、中断处理，同时它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。二、嵌入式操作系统概述第四节嵌入式操作系统与电子设计应用1.嵌入式操作系统基本功能（1）

任务调度——就是决定该轮到哪个任务运行了。多数实时内核是基于优先级调度的，每个任务根据其重要程度的不同被赋予一定的优先级；（2）任务管理——建立任务、删除任务、改变任务的优先级、挂起和恢复任务，以及获得有关任务的信息；二、嵌入式操作

系统概述第四节嵌入式操作系统与电子设计应用（3）时间管理——用户提供定时中断，也叫时钟节拍来实现延时与超时控制等功能，它是特定的周期性中断。（4）任务间的通信与同步——在实际系统的应用中有时需要任务间的或中断服务与任务间的

信息传递，这种信息传递被称为任务间的通信。二、嵌入式操作系统概述第四节嵌入式操作系统与电子设计应用（5）内存管理——在嵌入式系统中，内存配置一般都不大，为了有效利用有限的内存资源，应尽量避免内存碎片的产生，嵌入式操作系统把连续的大块

内存按分区来管理，每个分区中包含有整数个大小相同的内存块，在一个系统中可以有多个内存分区，用户的应用程序可以从不同的内存分区中得到不同大小的内存块。二、嵌入式操作系统概述第四节嵌入式操作系统与电子设计应用2.嵌入式操作系统特点嵌入式操作系统是在嵌入式系统启动后首先执行的一段

背景程序，一般而言，它不同于一般意义的计算机操作系统，嵌入式操作系统具有占用空间小、执行效率高、方便进行个性化定制和软件要求固化存储等特点。二、嵌入式操作系统概述第四节嵌入式操作系统与电子设计应用（1）可裁减性——嵌入式系统是针对宿主系统特定功能而设计

的，一般不需要操作系统的所有功能，且其硬件资源非常有限，这就要求操作系统可定制、可裁减，以有效减少操作系统所需的存储空间，它一般固化在存储器或者嵌入式处理器中；二、嵌入式操作系统概述第四节嵌入式操作系统与电子设计应用（2）高可靠性——可靠性主要

有两个方面含义。一是硬件本身要连续稳定运行；二是系统检查出故障后要有保持安全状态的能力。（3）实时性——实时性指系统对响应时间的严格要求，指能在确定的时间内执行其功能，能对外部的异步事件做出快速正确的响应。二、嵌入式

操作系统概述第四节嵌入式操作系统与电子设计应用（4）多任务操作系统——一个任务，也称为一个线程，是一个简单的程序。嵌入式应用程序的设计过程包括如何把问题分割成多个任务，多任务的操作系统是嵌入式系统发展的必然要求；（5）可移植性——所谓移植，就

是使一个操作系统内核能在其它的微处理器或微控制器上运行，嵌入式操作系统是针对嵌入式系统特点而设计开发的。二、嵌入式操作系统概述第四节嵌入式操作系统与电子设计应用1.VxWorksVxWorks操作系统是美国WindR

iver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），是Tornado嵌入式开发环境的关键组成部分。三、几种嵌入式操作系统比较第四节嵌入式操作系统与电子设计应用VxWorks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，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等。三、几种嵌入式操作系统比较第四节嵌入式操作系统与电子设计应用VxWorks具有可裁剪微内核结构，高效的任务管理，灵活的任务间通讯，微秒级的中断处理，支持POSIX1003.1b实时扩展标准，支持多种物

理介质及完整的TCP/IP网络协议等。三、几种嵌入式操作系统比较第四节嵌入式操作系统与电子设计应用然而其价格昂贵，由于其操作系统本身以及开发环境都是专有的，价格一般都比较高，通常需花费10万元人民币以上才能建起一个可用的开发环境，对每一个应用一般还要另外收取版税。一般不通供源代码，只提供二

进制代码。三、几种嵌入式操作系统比较第四节嵌入式操作系统与电子设计应用2.嵌入式Linux这是嵌入式操作系统的一个新成员，其最大的特点是源代码公开并且遵循GPL协议。由于其源代码公开，可以任意修改，以满足自己的应用，并且查错

也很容易；遵从GPL，无须为每例应用交纳许可证费，有大量的应用软件可用；有大量的免费的优秀的开发工具，且都遵从GPL，是开放源代码的；软件的开发和维护成本很低；优秀的网络功能，这在Internet时代尤其重要；稳定是Linux本

身具备的一个很大优点；内核精悍，运行所需资源少，十分适合嵌入式应用。三、几种嵌入式操作系统比较第四节嵌入式操作系统与电子设计应用支持的硬件数量庞大，嵌入式Linux和普通Linux并无本质区别，PC上用到的硬件嵌入

式Linux几乎都支持，而且各种硬件的驱动程序源代码都可以得到，为用户编写自己专有硬件的驱动程序带来很大方便。三、几种嵌入式操作系统比较第四节嵌入式操作系统与电子设计应用在嵌入式系统上运行Linux的一个缺点是Linux体系提供实时性能需要添加实时软件模块，而这些模块运行

的内核空间正是操作系统实现调度策略、硬件中断异常和执行程序的部分。三、几种嵌入式操作系统比较第四节嵌入式操作系统与电子设计应用3．AndroidAndroid是一种以Linux为基础的开放源码操作系统，主要使用于便携设备。Android是运行于Linuxkern

el之上，但并不是GNU/Linux。因为在一般GNU/Linux里支持的功能，Android大都没有支持，包括Cairo、X11、Alsa、FFmpeg、GTK、Pango及Glibc等都被移除掉了。Android又以bionic取代G

libc、以Skia取代Cairo、再以opencore取代FFmpeg等等。三、几种嵌入式操作系统比较第四节嵌入式操作系统与电子设计应用目前Android的Linuxkernel控制包括安全（Secu

rity），存储器管理（MemoryManagement），程序管理（ProcessManagement），网络堆栈（NetworkStack），驱动程序模型（DriverModel）等。三、几种嵌入式操作系统比较第四节嵌入式操作系统与电子设计应用4.μC/OS-IIμC/OS

-II是著名的源代码公开的实时内核，是专为嵌入式应用设计的，可用于8位、16位和32位单片机或DSP。它是在原版本μC/OS的基础上做了重大改进与升级，并有了近十年的使用实践，有许多成功应用该实时内核的实例。三、几种嵌入式操作系统比较第四

节嵌入式操作系统与电子设计应用它的主要特点如下：（1）公开源代码，很容易就能把操作系统移植到各个不同的硬件平台上；（2）可移植性，绝大部分源代码是用C语言写的，便于移植到其他微处理器上；（3）可裁剪性，有选择的使用需要的系统服务，以减少所需的存储空间；三、几种嵌入式操作系统比较第四节

嵌入式操作系统与电子设计应用它的主要特点如下：（4）占先式，完全是占先式的实时内核，即总是运行就绪条件下优先级最高的任务；（5）多任务，可管理64个任务，任务的优先级必须是不同的，不支持时间片轮转调度法；（6）可确定性，函数调用与服务的执行时间具有其可确定性，不依赖于任务的多少；三、

几种嵌入式操作系统比较第四节嵌入式操作系统与电子设计应用它的主要特点如下：（7）实用性和可靠性，成功应用该实时内核的实例，是其实用性和可靠性的最好证据。由于μC/OS-II仅是一个实时内核，这就意味着它不像其他实时存在系统那样提供给用户的只是一些API函数

接口，还有很多工作需要用户自己去完成。三、几种嵌入式操作系统比较第四节嵌入式操作系统与电子设计应用第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础第五节FPGA与SOPC技术应用电子技术应用中包含了硬件（Hardware，HW）、硬件加软件（Hardware+Software，HW+

SW）、固件（Firmware，FW）3个层次。一、FPGA与SOC设计第五节FPGA与SOPC技术随着电子技术的不断发展与进步，电子系统的设计方法发生了很大的变化，传统的设计方法正逐步退出历史舞台，而基于EDA技术的芯片设计

正在成为电子系统设计的主流。一、FPGA与SOC设计第五节FPGA与SOPC技术大规模可编程逻辑器件CPLD(CompexProgrammableLogicDevice)和FPGA(FieldProgrammableGateArry)是当今应用最广泛的两

类可编程专用集成电路（Application-SpecificIntegratedCircuit，ASIC），电子设计工程师利用它可以在办公室或实验室里设计出所需的专用集成电路，从而大大缩短了产品上市时间，降低了开发成本。一、FPGA与SOC设计

第五节FPGA与SOPC技术SOC是一种技术，用以实现从确定系统功能开始，到软/硬件划分，并完成设计的整个过程。SOC技术被广泛认同的根本原因，并不在于SOC可以集成多少个晶体管，而在于SOC可以用较短时间被设计出来。一、FPGA与SOC设计第五节FP

GA与SOPC技术系统功能集成是SOC的核心技术。在传统的应用电子系统设计中，须要根据设计要求的功能模块对整个系统进行综合，即根据设计要求的功能，寻找相应的集成电路，再根据设计要求的技术指标设计所选电路的连接形式和参数。这种设计的结果是

一个以功能集成电路为基础，器件分布式的应用电子系统结构。一、FPGA与SOC设计第五节FPGA与SOPC技术在使用SOC技术设计的应用电子系统中，可以十分方便地实现嵌入式结构。各种嵌入结构的实现十分简单，只要根据系统需要选择相应的内核，再根据设计要求选择之相配合的IP模块，就可以完成整个系统硬

件结构。一、FPGA与SOC设计第五节FPGA与SOPC技术随着电子技术的发展，特别是应用技术的飞速发展，单片机应用系统已经形成了常用的、独特的嵌入式结构。目前，单片机已经成为CPU和其他辅助电路而

形成的。一、FPGA与SOC设计第五节FPGA与SOPC技术。目前，单片机已经成为IP库中的重要成员，而其嵌入式结构正是SOC的一种重要实现技术和方法。甚至，自定制SOC可以将一个或多个CPU嵌入到FPGA中，即软件自

定义硬件结构，又软件可编程实现计算机应用。一般嵌入一个微处理器后，SOC又称为SOPC（SystemonaProgramableChip）。一、FPGA与SOC设计第五节FPGA与SOPC技术Altera、Xilinx、Lattice、和Actel等公司是全球著名的可编程逻辑器件供应商。尽

管FPGA和CPLD都是可编程ASIC器件，有很多共同特点。一、FPGA与SOC设计第五节FPGA与SOPC技术随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计CPLD/FPGA成为一种趋势。硬件描述语言（HarewareDescribeLanguage，HDL）是一种用形式化

方法描述数字电路和系统的语言。二、硬件描述语言第五节FPGA与SOPC技术目前，硬件描述语言可谓是百花齐放，有VHDL、Superlog、Verilog、SystemC、CynlibC++、CLevel等等。虽然各种语言各有所

长，但业界对到底使用哪一种语言进行设计没有定论。目前最主要的硬件描述语言是VHDL和VerilogHDL。二、硬件描述语言第五节FPGA与SOPC技术（一）几种代表性的HDL语言1.VHDL（VeryHighSpeedIntegr

atedCircuitHardwareDescriptionLanguage）早在1980年，因为美国军事工业需要描述电子系统的方法，美国国防部开始进行VHDL的开发。1987年，由IEEE（InstituteofElectric

alandElectro-nicsEngineers）将VHDL制定为标准。二、硬件描述语言第五节FPGA与SOPC技术实质上，在底层的VHDL设计环境是由VerilogHDL描述的器件库支持的，因此，它们之间的互操作性十分重要。目

前，Verilog和VDHL的两个国际组织OVI、VI正在筹划这一工作，准备成立专门的工作组来协调VHDL和VerilogHDL语言的互操作性。OVI也支持不需要翻译，由VHDL到Verilog的自由表达。二、硬

件描述语言第五节FPGA与SOPC技术2.VerilogHDLVerilogHDL是在1983年，由GDA（GateWayDesignAutomation）公司的PhilMoorby首创的。PhilMoorby后来成为Verilog-XL的主要设计者和Cadence公司的第一合伙人。二、硬

件描述语言第五节FPGA与SOPC技术随着Verilog-XL算法的成功，VerilogHDL语言得到迅速发展。VHDL发展的较早，语法严格，而VerilogHDL是在C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言，语法较自由。二、硬件描述语言第五节F

PGA与SOPC技术VHDL和VerilogHDL两者相比，VHDL的书写规则比Verilog烦琐一些，但verilog自由的语法也容易让少数初学者出错。从EDA技术的发展上看，已出现用于CPLD

/FPGA设计的硬件C语言编译软件，虽然还不成熟，应用极少，但它有可能会成为继VHDL和Verilog之后，设计大规模CPLD/FPGA的又一种手段。二、硬件描述语言第五节FPGA与SOPC技术（二）学习HDL的几点重要提示1.了解HDL的可综合性问题

HDL有两种用途：系统仿真和硬件实现。“所有的HDL描述都可以用于仿真，但不是所有的HDL描述都能用硬件实现。”2.用硬件电路设计思想来编写HDL学好HDL的关键是充分理解HDL语句和硬件电路的关系。二、硬件描述语言第五节FP

GA与SOPC技术3.语法掌握贵在精，不在多30%的基本HDL语句就可以完成95%以上的电路设计，很多生僻的语句并不能被所有的综合软件所支持，在程序移植或者更换软件平台时，容易产生兼容性问题，也不利于其他人阅读和修

改。二、硬件描述语言第五节FPGA与SOPC技术（三）HDL开发流程用VHDL/VerilogHD语言开发PLD/FPGA的完整流程如下描述。（1）文本编辑：用任何文本编辑器都可以进行，也可以用专用的HDL编辑环境。通常VHDL文件保存为.vhd文件，Verilog文件保存

为.v文件。（2）功能仿真：将文件调入HDL仿真软件进行功能仿真，检查逻辑功能是否正确（也叫前仿真，对简单的设计可以跳过这一步，只在布线完成以后，进行时序仿真）。二、硬件描述语言第五节FPGA与SOPC技术（3）逻辑综合：将源文件调入逻

辑综合软件进行综合，即把语言综合成最简的布尔表达式和信号的连接关系。逻辑综合软件会生成.edf（edif）的EDA工业标准文件。（4）布局布线：将.edf文件调入PLD厂家提供的软件中进行布线，即把设计好的逻辑安放到PLD/FPGA内。二、硬件描述语

言第五节FPGA与SOPC技术（5）时序仿真：需要利用在布局布线中获得的精确参数，用仿真软件验证电路的时序。（也叫后仿真）。（6）编程下载：确认仿真无误后，将文件下载到芯片中。二、硬件描述语言第五节FPGA与SOPC

技术通常以上过程可以都在PLD/FPGA厂家提供的开发工具（如QuartusII，Foundation，ISE）中完成，但许多集成的PLD开发软件只支持VHDL/Verilog的子集，可能造成少数语法不能编译，如果采用专用HDL工具分开执行，效果会更好。二、硬件描述语言第五节FPGA与SOPC技

术轻、薄、短、小、低功耗、高可靠性是嵌入式系统永远追求的方向，显然用半导体工程技术和EDA平台在一个芯片上实现一个嵌入式系统是千万人为之努力的目标。SOC是基于IP重用和软硬件协同设计的产物。对于今天的ES（EmbeddedSystem）工程师来说在

嵌入式系统EDA平台上基于FPGA设计SOC可能是必然的选择。二、硬件描述语言第五节FPGA与SOPC技术第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础第六节监控软件系统设计监控软件系统软件又称组态软件。译自英文SCADA,即SupervisoryControlandDataAcquisit

ion(数据采集与监视控制)。“监控（SupervisoryControl）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。第六节监控软件系统设计第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础

监控软件系统是指一些数据采集与过程控制的通用计算机或工业计算机软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。第六节监控软件系统设计第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础组态软件的应用领域很广，可以

应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTUSystem,RemoteTerminalUnit)。第六节监控软件系统设计第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础

组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。在电子信息工程专业掌握C语言工具，进而学习C++及其应用软件设计方法，在Windows平台开发监控软件系统，用于与下位机（分布式嵌入式系统）构建统一分布式测控系统。第六节监控软件系统设计

第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础监控软件系统通过COM口和USB等接口与下位机连接，因此，Windows下COM口和USB的驱动接口设计是监控软件系统软件的基础之一；监控软件系统监测和采集下位机数据要以图表的形式显示，设置进行数据库操作，因

此图表显示和SQL数据库也是监控软件系统软件设计的重要内容。第六节监控软件系统设计第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础当然，随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要

求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。第六节监控软件系统设计第六章计算机与嵌入式知识领域专业基础习题及思考题6-1嵌入式系统的定义及特点？嵌入式系统的组成部分？6-2阐述嵌入式处理器的发展趋势？6-3简单概述

数字信号处理（DSP）与单片机的区别。6-4嵌入式操作系统基本功能、特点是什么？6-5FPGA和CPLD的区别有哪些？