冯·诺依曼体系结构

  • 电子计算机采用二进制；
  • 电子计算机由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备；
  • 存储程序：将程序（由一系列指令组成）和数据存放在内存中，让计算机自动执行；
flowchart LR
	CPU[CPU\n控制器 + 运算器]
	MEM[存储器\n程序 + 数据]
	IO[输入/输出设备]

	CPU <--> MEM
	IO <--> CPU

冯·诺依曼瓶颈：CPU的计算速度目前已经远大于数据IO的速度，工作效率被存储器读写速度限制了。

哈佛体系结构

  • 特点：将程序指令储存和数据储存分离，采用流水线操作
flowchart LR
	CPU[CPU\n控制器 + 运算器]
	IMEM[指令存储器]
	DMEM[数据存储器]
	IO[输入/输出设备]

	CPU <--> IMEM
	CPU <--> DMEM
	IO <--> CPU
  • 优点：指令数和操作数可以同时进出CPU
  • 缺点：在通用计算机方面带来更高代价

嵌入式系统的定义

作为更大系统的一部分并执行该系统某些要求的计算机系统。

  • 针对特定功能进行最小化和优化
  • 旨在优化应用的可靠性、成本、尺寸和节能

分类

  • 微控制器（MCU）
  • 微处理器（MPU）
  • 专用指令集处理器（ASIP）
  • 现场可编程门阵列（FPGA）
  • ……

嵌入式操作系统

相比于通用操作系统：

  • 系统实时高效性
  • 硬件的相关依赖性
  • 软件固化
  • 应用的专用性

实时性

系统的正确性不仅仅依赖于逻辑的正确性，也依赖结果的产生时间。

  • 硬实时：必须严格在规定时间内完成
  • 软实时：允许偶尔错过

例子

  • 嵌入式Linux
  • FreeRTOS
  • Android
  • RT-Thread

嵌入式系统的应用

  • 物联网
  • 边缘计算
  • 可穿戴设备