删繁就简-单片机入门到精通
第三章
单片机高级特性
时至今日,单片机的技术已经发展到前所未有的地步,PC 流行大旗刚刚树起的九十年代,主频 终于突破 100MHz,简称 586 的奔腾一代开始用软解压向人们结结巴巴的演示多媒体的未来,就是 INTEL 自己也为这一进步激动不已,从此电视广告中"Beng Beng Beng Beng"的旋律成为 INTEL 的 象征. 让我们来看看当时让 INTEL 如此激动的奔腾电脑的摸样: 1996 年 100M 主频 Intel Pentuim CPU 16M 内存 1M 显存显卡 850M 硬盘 14 寸彩显 大概需要 8000~10000 人民币 再来看一看现在 iPhone 使用的三星 64xx 的 MCU(以某开发板为例) : Samsung S3C6410,ARM1176JZF-S 内核,主频 533MHz/667MHz 128M Bytes DDR RAM 256M Bytes NAND Flash 2M Bytes NOR FLASH 100Mbps 以太网接口 USB HOST 接口 USB Device 接口 AC97 接口 双高速 SD 卡接口 双 LCD 接口 VGA 接口 TV OUT 接口 S-VIDEO 接口 双摄像头接口 2D/3D 硬件加速 带 800*480 的低成本液晶屏开发板成本大约为 300~400 人民币
MCU EDU 第 92 页 作者:Dai ShangJu
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只要简单对比就可以知道今天的高端单片机在性能方面已经远超当年的奔腾电脑,单片机要发 展到这一步肯定不能拘泥在早期单片机技术的框架当中,需要不断引入一系列新技术,这些技术有 可能是早期电脑才能采用"昂贵"技术,随着技术的不断进步才逐渐平民化为单片机所用,这一章 让我们来一起了解单片机的这些高级技术. 本章的内容如果你看不明白并不要紧,你糊里糊涂的看就行了,知道有这么回事,等到有一天 你面对这些技术时突然有恍然大悟的感觉时再回来与你的理想做对比.有告诉你一个秘密,这一章 中的内容其实我自己也不大明白,就是许多专家也不完全明白.
3.1. Cache
首先得清楚什么 Cache,Cache 是英文中对高速缓存系统的称谓,Cache 的概念在硬件和软件中 都存在.这里我借鉴别人的一个例子来解释 Cache 的作用:软件高速缓存的作用产生于人们使用数 据不平均时,我们虽然常常拥有大量数据,但最经常使用的往往只有其中一小部分.如国标汉字不 到 7000 个,但经常使用的只有 2000~3000 个,其中几百个又占了 50%以上的使用频率,如果将这几 百个放到存取最快的地方,就可以用很小的代价大大提高工作速度.我们知道内存的存取速度比硬 盘快得多,程序一起启动我们就将常用几百个字模装入内存指定区域,当使用这部分字的时候直接 从内存取字,其余的才会去读硬盘.我们知道内存的读取速度为硬盘的数万倍,假设我们有一本书 需要显示,预装几百个字模到内存指定区域的方法差不多将平均读取速度提高一倍,如果将预装的 字模数增加到常用 2000~3000 个,读取速度甚至可以提高十倍. 这里我们要说的 Cache 是指一种用来加速存储器读写操作的硬件存储器,象买电脑时常说的一 级高速缓存/二级高速缓存就是 CPU 内部的这种硬件存储器,和软件高速缓存比虽然是两种不同的 方式,但其作用是一样的,都是为了提高读写速度. 可能有人会有这样的疑问,明明 RAM 已经是一种存取速度非常快的硬件,为什么还需要 Cache 呢,是的现在的 RAM 可以提供超过 100M 的读写速率,但这个速度同 CPU 的处理速度相比并不存在 优势,甚至远小于 CPU 的处理速度,象 S3C6410 工作在 667MHz 主频下,就是一条需要 4 个周期的 指令执行也只需要 6ns,而 RAM 的读写时间需要 10ns,显然 RAM 的速度无法满足 CPU 的高速处理要 求. 如何解决 CPU 与 RAM 之间的这种速度差异问题 通常有下列方法: 一,在基本总线周期中插入等待,当 CPU 需要读写 RAM 数据的时候,先向 RAM 发送读写命令, 再等待 RAM 处理好总线数据完成一些读写操作,这样做显然会浪费 CPU 的能力,就象我们设计了速 度都可以达到 120 公里/小时的汽车和高速公路,可高速公路每隔十公里就设置一个收费站,这样 再好的汽车也无法跑出快的速度来. 二,采用存取时间较快的 SRAM 或其它新型存储器材作存储器,这样虽然解决了 CPU 与存储器 间速度不匹配的问题,但却大幅提升了系统成本.另外还有一个问题,大容量 RAM 作为外部器件, 需要通过外部连线将其与 CPU 连接起来,这些外部连线因为分布电容等问题使得 RAM 与 CPU 之间的

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