嵌入式硬件是指专门为特定应用设计的计算机硬件系统,它通常嵌入在更大的设备或系统中,并作为这些设备或系统的一部分来执行预设的任务。嵌入式硬件系统具有专用性强、体积小、功耗低、实时性好和高可靠性等特点。
嵌入式硬件的核心组件通常包括:
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处理器:包括微处理器(Microprocessor)和微控制器(Microcontroller)。微处理器是独立的芯片,包含CPU、缓存和总线接口,但不包含存储器和I/O接口。微控制器则是高度集成的芯片,集成了CPU、存储器、I/O接口等。
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存储器:包括RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、Flash Memory(闪存)和EEPROM(电可擦可编程只读存储器)等,用于存储程序和数据。
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输入/输出接口:如GPIO(通用输入输出端口)、UART(通用异步收发传输器)、SPI(串行外设接口)、I2C(集成电路互连)等,用于与外部设备通信。
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电源管理:确保系统稳定供电,包括电压转换、电池管理等。
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传感器和执行器:用于感知环境变化和执行控制动作。
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外围设备:如显示器、键盘、网络接口等,提供人机交互或系统扩展功能。
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总线:包括地址总线、数据总线和控制总线,负责在处理器、存储器和I/O设备间传输数据和控制信号。
系统级芯片(SoC)是一种集成了传统计算机或其他电子系统中大部分或全部组件的集成电路。它通常包括一个或多个处理器核心、内存、输入/输出接口以及其他必要的电路,所有这些都集成在单个芯片上。SoC设计用于提高性能、降低功耗、减小尺寸,并降低成本。
SoC的关键组成部分包括:
- 中央处理单元(CPU):执行程序指令和处理数据。
- 图形处理单元(GPU):优化图形处理。
- 数字信号处理器(DSP):专门设计用于高效处理数字信号。
- 内存控制器:管理对不同类型的内存(如RAM和闪存)的访问。
- 输入/输出接口:包括USB、HDMI、Wi-Fi和蓝牙等,允许与外部设备的无缝连接。
- 电源管理单元(PMU):管理SoC中的功耗。
SoC的应用非常广泛,包括但不限于:
- 移动设备:如智能手机和平板电脑,它们通常包含用于处理应用程序和无线信号的SoC。
- 物联网(IoT):智能家居设备、可穿戴技术、工业传感器等。
- 嵌入式系统:如Wi-Fi路由器。
- 汽车电子:现代汽车中的许多系统也依赖SoC来实现高级功能。
SoC的制造涉及复杂的设计和制造流程,包括使用IP核(Intellectual Property Core),即已经验证并可重复使用的具有特定功能的芯片设计模块。SoC设计的关键技术包括总线架构技术、IP核可复用技术、软硬件协同设计技术、SoC验证技术、可测性设计技术、低功耗设计技术等。
SoC的制造商包括多家知名的半导体公司,如高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、联发科(MTK)、瑞昱(Realtek)、海思(HiSilicon)、迈威(Marvell,现更名为美满)、英特尔(Intel)等。