微电子技术与信号处理.ppt
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1、,信息技术导论,第9章 微电子技术与信号处理,教学目标 了解微电子技术的发展 了解嵌入式系统的组成 了解数字信号处理技术 初步了解模式识别,9.1.1 微电子技术概述,微电子技术是随着集成电路,尤其是超大型规模集成电路而发展起来的一门新的技术。,9.1 微电子,微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门的技术,微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和。,微电子技术是高科技和信息产业的核心技术。实现信息化的网络及其关键部件不管是各种计算机还是通讯电子装备,它们的基础都是集成电路。,9.1.2 微电子技术的发展历程,1947年发明晶体管微电子技术
2、第一个里程碑。,9.1 微电子,集成电路的主要工艺技术,是在50年代后半期硅平面晶体管技术和更早的金属真空涂膜学技术基础上发展起来的。,1950年结型晶体管诞生,1962年生产出晶体管(MOS Transistor)晶体管理逻辑电路和发射极耦合逻辑电路。,1963年和首次提出CMOS技术。,70年代,微电子技术进入了以大规模集成电路为中心的新阶段。,9.1.3 集成电路及分类,9.1 微电子,集成电路(Integrated Circuit)是一种微型电子器件或部件。,集成电路引出线和焊接点少,寿命长,具有体积小、重量轻、功耗小、速度快,可靠性高等优点,同时成本低,便于大规模生产。,一、按功能结
3、构分类集成电路按其功能、结构的不同,可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。,9.1 微电子,二、按制作工艺分类集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和膜集成电路。膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。,三、按集成度高低分类SSI 小规模集成电路(Small Scale Integrated circuits)MSI 中规模集成电路(Medium Scale Integrated circuits)LSI 大规模集成电路(Large Scale Integrated circuits)VLSI 超大规模集成电路(Very Large Scale Integrated
4、 circuits)ULSI 特大规模集成电路(Ultra Large Scale Integrated circuits)GSI 巨大规模集成电路也被称作极大规模集成电路或超特大规模集成电路(Giga Scale Integration)。,9.1.3 集成电路及分类,9.1 微电子,9.1.3 集成电路及分类,四、按导电类型分类集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路,他们都是数字集成电路.双极型集成电路的制作工艺复杂,功耗较大,代表集成电路有TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。单极型集成电路的制作工艺简单,功耗也较低,易于制成大规模集成电路,代表集成电路有
5、CMOS、NMOS、PMOS等类型。,9.1 微电子,9.1.3 集成电路及分类,五、按用途分类集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑(微机)用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。,六、按应用领域分集成电路按应用领域可分为标准通用集成电路和专用集成电路。,七、按外形分集成电路按外形可分为圆形(金属外壳晶体管封装型,一般适合用于大功率)、扁平型(稳定性好,体积小)和双列直插型。,9.1 微电子,微电子技术的应用和发展趋势,微电子技术的最重要的应用领域就
6、是计算机技术领域。,21世纪微电子技术发展的主要趋势,其主要发展方向有三个方面:,一是器件的特征尺寸继续缩小。,二是重点发展系统集成芯片(SOC)。,三是微电子技术与其他学科的结合将诞生新的技术和产业增长点。,9.2 嵌入式系统,IEEE(国际电气和电子工程师协会)对嵌入式系统(Embedded System)的定义是:“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。(原文为:Devices Used to Control,Monitor or Assist the Operation of Equipment,Machinery or Plants)。,嵌入式系统的重要特征,9.2 嵌入式系
7、统,与传统的通用计算机、数字产品相比,利用嵌入式技术的产品有其自身的特点:,1、由于嵌入式系统采用的是微处理器,独立的操作系统,实现相对单一的功能,所以往往不需要大量的外围器件,因而在体积上,功耗上有其自身的优势。,2、嵌入式系统由于空间和各种资源相对不足,硬件和软件都必须高效率地设计,力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。,9.2 嵌入式系统,嵌入式系统的重要特征,3、嵌入式系统为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中,而不是存贮于磁盘等载体中。4、为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求,嵌入式系统要求配备一种或多种标准的网络通信接口。,嵌入式系统
8、结构,9.2 嵌入式系统,嵌入式系统装置一般由嵌入式计算机系统和执行装置组成,,嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心,由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。,执行装置也称为被控对象,它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令,执行所规定的操作或任务。,9.2 嵌入式系统,嵌入式计算机系统的组成,嵌入式系统结构,一、硬件层硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用设备接口和I/O接口(A/D、D/A、I/O等)。在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路,就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。,(一)
9、嵌入式微处理器,(二)存储器,(三)通用设备接口和I/O接口,9.2 嵌入式系统,嵌入式系统结构,二、中间层硬件层与软件层之间为中间层,也称为硬件抽象层(Hardware Abstract Layer,HAL)或板级支持包(Board Support Package,BSP),它将系统上层软件与底层硬件分离开来,使系统的底层驱动程序与硬件无关,上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况,根据BSP 层提供的接口即可进行开发。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。,BSP具有两个特点。,1、硬件相关性,2、操作系统相关性,9.2 嵌入式系统,嵌入式系统结构,
10、三、系统软件层嵌入式系统软件层由实时多任务操作系统(Real-time Operation System,RTOS)、文件系统、图形用户接口(Graphic User Interface,GUI)、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。,四、应用软件层应用软件层是由基于实时系统开发的应用程序组成,用来实现对被控对象的控制功能。功能层是要面对被控对象和用户,为方便用户操作,往往需要提供一个友好的人机界面。,嵌入式微处理器,9.2 嵌入式系统,目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种,流行体系结构包括MCU,MPU等30多个系列。,嵌入式处理器的寻址空
11、间可以从64kB到16MB,处理速度最快可以达到2000 MIPS,封装从8个引脚到144个引脚不等。,9.2 嵌入式系统,嵌入式处理器的分类,一、嵌入式DSP处理器(Digital Signal Processor),二、MPU嵌入式微处理器(Microprocessor Unit),三、嵌入式微控制器(Microcontroller Unit,MCU),四、嵌入式片上系统(System On Chip),嵌入式微处理器,嵌入式微处理器4个特点,9.2 嵌入式系统,1)对实时任务有很强的支持能力。2)具有功能很强的存储区保护功能。3)可扩展的处理器结构。4)嵌入式微处理器必须功耗很低。,嵌入
12、式微处理器,嵌入式系统软件,9.2 嵌入式系统,一、嵌入式操作系统 嵌入式操作系统(Embedded Operation System,EOS)是一种用途广泛的系统软件,过去它主要应用与工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、任务调度,控制、协调并发活动。,EOS特点,1)可裁剪性。支持开放性和可伸缩性的体系结构。2)强实时性。EOS实时性一般较强,可用于各种设备控制中。3)统一的接口。提供设备统一的驱动接口。4)操作方便、简单、提供友好的图形GUI和图形界面,追求易学易用。,9.2 嵌入式系统,嵌入式系统软件,5)强稳定性,弱交互性。6)固化代码。7)更好的硬件适
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