嵌入式硬件基础概览：从RISC到冯诺依曼架构

嵌入式硬件基础是构建高效、可靠嵌入式系统的核心组成部分，它涵盖了从底层硬件架构到系统集成的关键要素。本章将深入探讨以下几个关键知识点： 1. **嵌入式系统硬件基础**：嵌入式系统硬件主要包括微处理器、总线、存储器、高速输入输出接口、输入输出设备等。这些组件共同构成系统的硬件平台，决定了其性能和功能的极限。 - **RISC与CISC架构**： - CISC（复杂指令集计算机）：拥有大量指令和寻址方式，适应性广但指令执行可能较慢，因为80%的程序只需要20%的指令，导致指令执行效率不高。 - RISC（精简指令集计算机）：设计简洁，只包含常用指令，强调执行效率，数据通道直接执行指令，使得硬件结构简化，但指令格式固定。 2. **冯·诺依曼体系结构与哈佛体系结构**：前者是一体化的内存模型，所有数据都在主存中访问；后者则是分开存储指令和数据，提高处理速度。 3. **流水线技术**：通过将指令执行分解为多个阶段，可以并行进行，提高处理器性能，减少等待时间。 4. **硬件结构设计**： - CISC的微操作通道和数据通道：CISC通常采用微程序控制，涉及微指令序列，可能导致速度损失。 - RISC的Load/Store结构：更注重数据流操作，简化硬件设计，提高执行效率。 5. **CISC的背景和特点**：由于存储资源限制，CISC倾向于编译优化和复杂指令设计，以节省空间。但这也带来指令使用不均衡、控制逻辑复杂等问题。 6. **CISC的主要缺点**：包括指令执行时延、复杂指令导致的硬件复杂度增加、不利于VLSI集成等。 7. **软硬功能分配**：在设计过程中，必须权衡如何将复杂功能分配给硬件或软件，以平衡性能和成本。 理解并掌握这些基础知识对于嵌入式系统的设计者和开发者至关重要，它有助于他们选择合适的硬件平台，优化系统架构，以及充分利用硬件资源来实现高效能和低功耗的嵌入式应用。