第1章嵌入式系統(tǒng)概述

1、嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)概述2022-2-26嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 22022-2-26教學(xué)要點(diǎn)v 嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)概述v 嵌入式處理器分類嵌入式處理器分類v 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 32022-2-26計(jì)算機(jī)發(fā)展的三大階段q 第一階段：始于第一階段：始于50年代的由年代的由IBM, Burroughs, Honeywell等公司率先研制的大型機(jī)。等公司率先研制的大型機(jī)。q 第二階段：始于第二階段：始于70年代的個(gè)人計(jì)算機(jī)（年代的個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）。機(jī)）。q 第三階段：計(jì)算機(jī)正邁入下一個(gè)充滿機(jī)遇的階第三階段：計(jì)算機(jī)正邁入下一個(gè)充滿機(jī)

2、遇的階段段“后后PC時(shí)代時(shí)代”或或“無處不在的計(jì)算機(jī)無處不在的計(jì)算機(jī)”階階段。段。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 42022-2-26計(jì)算的發(fā)展過程 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng) 批處理系統(tǒng)批處理系統(tǒng) 單用戶系統(tǒng)單用戶系統(tǒng)大型機(jī)大型機(jī) 分布式計(jì)算分布式計(jì)算 小型機(jī)小型機(jī) 基于網(wǎng)絡(luò)的基于網(wǎng)絡(luò)的個(gè)人計(jì)算個(gè)人計(jì)算 微型機(jī)微型機(jī) 協(xié)同計(jì)算協(xié)同計(jì)算 基于開放系統(tǒng)的客基于開放系統(tǒng)的客戶戶/ /服務(wù)器服務(wù)器普適計(jì)算普適計(jì)算 普適計(jì)算終端普適計(jì)算終端 資源使用的靈活性資源使用的靈活性計(jì)算的自由性計(jì)算的自由性 嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 52022-2-26無處不在的計(jì)算機(jī)施樂公司施樂公司Palo Alto研究中心主任研究中心主任Mark Wei

3、ser認(rèn)為：認(rèn)為：“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，PC機(jī)和計(jì)算機(jī)工作站將衰落，因機(jī)和計(jì)算機(jī)工作站將衰落，因?yàn)橛?jì)算機(jī)變得無處不在：例如在墻里、在手腕上、為計(jì)算機(jī)變得無處不在：例如在墻里、在手腕上、在手寫電腦中在手寫電腦中(象手寫紙一樣象手寫紙一樣)等等，隨用隨取、伸等等，隨用隨取、伸手可及手可及”。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 62022-2-26無處不在的計(jì)算機(jī)全世界的計(jì)算機(jī)科學(xué)家正在形成一種共識(shí)全世界的計(jì)算機(jī)科學(xué)家正在形成一種共識(shí): 計(jì)算機(jī)不會(huì)成為科幻電影中的那種貪婪的怪物計(jì)算機(jī)不會(huì)成為科幻電影中的那種貪婪的怪物, 而是將變得小巧玲瓏而是將變得小巧玲瓏, 無處不在無處不在. 他們藏身在任何他們藏身在任何地方地

4、方, 又消失在所有地方又消失在所有地方, 功能強(qiáng)大功能強(qiáng)大, 確有無影無確有無影無蹤蹤. 人們將這種思想命名為人們將這種思想命名為: “無所不在的計(jì)算無所不在的計(jì)算機(jī)機(jī)”。 嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 72022-2-26彼此互連彼此互連無處不在的計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 82022-2-26q 面對(duì)面對(duì)6萬年才有一次的萬年才有一次的機(jī)會(huì)，科學(xué)家們積極行機(jī)會(huì)，科學(xué)家們積極行動(dòng)起來動(dòng)起來從從6月開月開始，先后有歐洲的始，先后有歐洲的“火火星快車星快車”、美國(guó)、美國(guó)“勇氣勇氣號(hào)號(hào)”和和“機(jī)遇號(hào)機(jī)遇號(hào)”等三等三顆火星探測(cè)器飛往火星，顆火星探測(cè)器飛往火星，而日本一顆本已在太空而日本一顆本已在太空“迷失方向迷失方向

5、”的火星探的火星探測(cè)器也在關(guān)鍵時(shí)刻及時(shí)測(cè)器也在關(guān)鍵時(shí)刻及時(shí)“醒醒”來，開始了久違來，開始了久違的火星之旅。的火星之旅。q 火星與地球，這一對(duì)在星空中遙遙相火星與地球，這一對(duì)在星空中遙遙相望的望的“兄弟兄弟”，迎來，迎來6萬年來萬年來“最親密最親密的接觸的接觸”，在，在2003年年8月月27日這一天，日這一天，火星距離地球最近達(dá)到火星距離地球最近達(dá)到55756622(5千千多萬多萬)公里。公里。勇氣號(hào)勇氣號(hào)嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 92022-2-26q “小鷹小鷹”號(hào)標(biāo)準(zhǔn)排水量為號(hào)標(biāo)準(zhǔn)排水量為60100噸，滿載排水量達(dá)噸，滿載排水量達(dá)81123噸，艦長(zhǎng)噸，艦長(zhǎng)323.6米，艦寬米，艦寬39.6米，吃水

6、米，吃水11.4米，是世界上最大的常規(guī)動(dòng)力航空米，是世界上最大的常規(guī)動(dòng)力航空母艦。艦員母艦。艦員2930名，其中軍官名，其中軍官155名；航空人員名；航空人員2480名，其中軍官名，其中軍官320名。飛機(jī)：名。飛機(jī)：F-14D戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)斗機(jī)20架，架，F(xiàn)/A-18戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)斗機(jī)36架，架，E-2C預(yù)警機(jī)預(yù)警機(jī)和和EA-6B電子干擾機(jī)各電子干擾機(jī)各4架，架，6架架S-3B反潛機(jī)，反潛機(jī)，6架直升機(jī)，架直升機(jī)，2架架ES-3A。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 102022-2-26Wearable Computing嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 112022-2-26嵌入式設(shè)備無處不在，嵌入式設(shè)備無處不在，但桌面系統(tǒng)還依然有用

7、但桌面系統(tǒng)還依然有用q無處不在的計(jì)算機(jī)是計(jì)無處不在的計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)與使用者的比率達(dá)算機(jī)與使用者的比率達(dá)到和超過到和超過100:1的階段的階段 q無處不在的計(jì)算機(jī)包括無處不在的計(jì)算機(jī)包括通用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)和和嵌入式計(jì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)算機(jī)系統(tǒng)q在在100:1比例中比例中95%以上以上都是都是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并非通用計(jì)算機(jī)并非通用計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 122022-2-26通用計(jì)算機(jī)看得見的計(jì)算機(jī)如：如：PC機(jī)、服務(wù)器、大型計(jì)算機(jī)等。機(jī)、服務(wù)器、大型計(jì)算機(jī)等。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 132022-2-26通用計(jì)算機(jī)看得見的計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 142022-2-26通常，將嵌入式計(jì)

8、算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為嵌入式系統(tǒng)。通常，將嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 152022-2-261 1 嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)概述 嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)的定義 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 162022-2-261.1 什么是嵌入式系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)q根據(jù)根據(jù)IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義：國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義：嵌入式系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置作機(jī)器和設(shè)備的裝置”（原文

9、為（原文為devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）q嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。物。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 172022-2-26簡(jiǎn)單地講簡(jiǎn)單地講嵌入性嵌入性：嵌入到對(duì)象體系中，有對(duì)象環(huán)境要求；：嵌入到對(duì)象體系中，有對(duì)象環(huán)境要求；專用性專用性：軟、硬件按對(duì)象要求裁減；：軟、硬件按對(duì)象要求裁減；計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)：實(shí)現(xiàn)對(duì)象的

10、智能化功能。：實(shí)現(xiàn)對(duì)象的智能化功能。q嵌入到對(duì)象體中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入到對(duì)象體中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。q三要素：三要素：嵌入、專用、計(jì)算機(jī)。嵌入、專用、計(jì)算機(jī)。q嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 182022-2-26廣義地說廣義地說q一個(gè)嵌入式系統(tǒng)就是一個(gè)具有特定功能或用途的一個(gè)嵌入式系統(tǒng)就是一個(gè)具有特定功能或用途的計(jì)算機(jī)軟硬件集合體。計(jì)算機(jī)軟硬件集合體。q嵌入式系統(tǒng)，是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為嵌入式系統(tǒng)，是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用可剪裁軟硬件，適用于對(duì)功能、可靠基礎(chǔ)，采用可剪裁軟硬件，適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算性、成本

11、、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)系統(tǒng)。q嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的最高形式嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的最高形式片上系統(tǒng)（片上系統(tǒng)（SOCSOC）嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 192022-2-26歷史與現(xiàn)狀歷史與現(xiàn)狀q無操作系統(tǒng)階段：無操作系統(tǒng)階段：20世紀(jì)世紀(jì)70年代年代匯編語言直接控制匯編語言直接控制q簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)階段：簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)階段：20世紀(jì)世紀(jì)80年代年代基于簡(jiǎn)單的基于簡(jiǎn)單的OS開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)嵌入式應(yīng)用軟件q實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段：20世紀(jì)世紀(jì)90年代年代實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)q面向面向Internet階段：進(jìn)入階段：進(jìn)入21世紀(jì)世紀(jì)嵌入式設(shè)備與嵌入式設(shè)備與Internet

12、結(jié)合結(jié)合嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 202022-2-26q嵌入式硬件平臺(tái)嵌入式硬件平臺(tái)：嵌入式處理器；存儲(chǔ)器（：嵌入式處理器；存儲(chǔ)器（ROM、RAM）；輸入輸出設(shè)備；嵌入式外圍設(shè)備。）；輸入輸出設(shè)備；嵌入式外圍設(shè)備。q嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded OS，EOS）：負(fù)責(zé)）：負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度、控嵌入式系統(tǒng)全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度、控制、協(xié)調(diào)；能夠通過加載制、協(xié)調(diào)；能夠通過加載/卸載某些模塊來達(dá)到系卸載某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。統(tǒng)所要求的功能。q嵌入式應(yīng)用軟件嵌入式應(yīng)用軟件1.2 嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 212022-2

13、-26復(fù)位及振蕩電路復(fù)位及振蕩電路處理器處理器定時(shí)器定時(shí)器ROMROM、RAMRAM串行口串行口中斷控制中斷控制并口并口輸入輸入/ /輸出設(shè)備接口及驅(qū)動(dòng)電路輸出設(shè)備接口及驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)專用電路系統(tǒng)專用電路嵌入式系統(tǒng)硬件組成嵌入式系統(tǒng)硬件組成嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 222022-2-261.3 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域q社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了一些新的需求，同時(shí)促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了一些新的需求，同時(shí)促進(jìn)了嵌入式技術(shù)的廣泛應(yīng)用。了嵌入式技術(shù)的廣泛應(yīng)用。q中國(guó)正在成為世界制造大國(guó)，在消費(fèi)電子、工業(yè)中國(guó)正在成為世界制造大國(guó)，在消費(fèi)電子、工業(yè)應(yīng)用、軍事、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域都有嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用、軍事、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域都有嵌入式

14、系統(tǒng)的應(yīng)用。應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 232022-2-26q嵌入式技術(shù)刺激了許多新的應(yīng)用需求，如信息家嵌入式技術(shù)刺激了許多新的應(yīng)用需求，如信息家電、電子病歷、微小型智能武器等。電、電子病歷、微小型智能武器等。消費(fèi)電子消費(fèi)電子嵌入式應(yīng)用嵌入式應(yīng)用信息家電信息家電智能玩具智能玩具軍事電子軍事電子通信設(shè)備通信設(shè)備移動(dòng)存貯移動(dòng)存貯工控設(shè)備工控設(shè)備智能儀表智能儀表汽車電子汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工業(yè)工業(yè)軍事國(guó)防軍事國(guó)防電子商務(wù)電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 242022-2-26(1) 機(jī)電產(chǎn)品機(jī)電產(chǎn)品q過去在工業(yè)過程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電過去在工業(yè)過程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)

15、備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)等方面，網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)等方面，大部分低端型設(shè)備主要采用是位單片機(jī)。大部分低端型設(shè)備主要采用是位單片機(jī)。q隨著技術(shù)發(fā)展，目前許多設(shè)備除了進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，隨著技術(shù)發(fā)展，目前許多設(shè)備除了進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，還須將設(shè)備狀態(tài)，傳感器的信息等在顯示屏上實(shí)還須將設(shè)備狀態(tài)，傳感器的信息等在顯示屏上實(shí)時(shí)顯示。時(shí)顯示。 嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 252022-2-26嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 262022-2-26(2) 信息家電信息家電q信息家電將成為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域。信息家電將成為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域。q只有按鈕、開關(guān)的電器顯然已經(jīng)不能滿足人們的只有按鈕、開關(guān)的電器顯然已經(jīng)不能滿足

16、人們的日常需求。日常需求。q具有用戶界面，能遠(yuǎn)程控制，智能管理的電器是具有用戶界面，能遠(yuǎn)程控制，智能管理的電器是未來的發(fā)展趨勢(shì)，如冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智未來的發(fā)展趨勢(shì)，如冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化等。能化等。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 272022-2-26嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 282022-2-26嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 292022-2-26(3) 消費(fèi)類電子消費(fèi)類電子智能玩具智能玩具手持通訊手持通訊嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 302022-2-26機(jī)器人馬拉松機(jī)器人馬拉松嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 312022-2-26機(jī)器人馬拉松機(jī)器人馬拉松嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 322022-2-26機(jī)器人馬拉松機(jī)器人馬拉松嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用

17、 332022-2-26(4) 交通管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)交通管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)q交通管理在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)與汽交通管理在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)與汽車服務(wù)方面，目前車服務(wù)方面，目前GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入了普通百姓的家庭。了普通百姓的家庭。q水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測(cè)、水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測(cè)、堤壩安全，地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源堤壩安全，地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測(cè)。和空氣污染監(jiān)測(cè)。q加油站、停車場(chǎng)管理。加油站、停車場(chǎng)管理。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 342022-2-26(5) 嵌入式嵌入式Internet應(yīng)用應(yīng)用

18、嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 352022-2-26(6) 軍事領(lǐng)域軍事領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 362022-2-26(7) 航天領(lǐng)域航天領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 372022-2-261.4 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)q聯(lián)網(wǎng)成為必然趨勢(shì)聯(lián)網(wǎng)成為必然趨勢(shì)q小尺寸、微功耗和低成本小尺寸、微功耗和低成本q提供精巧的多媒體人機(jī)界面提供精巧的多媒體人機(jī)界面q“無所不在的智能無所不在的智能”（Ambient Intelligence，AmI）嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 382022-2-262 2 嵌入式處理器嵌入式處理器 嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)的分類 嵌入式處理器的分類和現(xiàn)狀嵌入式處理器的分類和現(xiàn)狀 ARM 微

19、處理器微處理器嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 392022-2-26q按表現(xiàn)形式分（硬件范疇）：按表現(xiàn)形式分（硬件范疇）： 芯片級(jí)嵌入（含程序或算法的處理器）芯片級(jí)嵌入（含程序或算法的處理器） 模塊級(jí)嵌入（系統(tǒng)中的某個(gè)核心模塊）模塊級(jí)嵌入（系統(tǒng)中的某個(gè)核心模塊） 系統(tǒng)級(jí)嵌入系統(tǒng)級(jí)嵌入q按實(shí)時(shí)性要求分（軟件范疇）：按實(shí)時(shí)性要求分（軟件范疇）： 非實(shí)時(shí)系統(tǒng)（非實(shí)時(shí)系統(tǒng)（PDA） 軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)（消費(fèi)類產(chǎn)品）軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)（消費(fèi)類產(chǎn)品） 硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（工業(yè)和軍工系統(tǒng)）硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（工業(yè)和軍工系統(tǒng)）2.1 嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 402022-2-262.2 嵌入式處理器的分類和現(xiàn)狀嵌入式處理器的分類

20、和現(xiàn)狀q微控制器（微控制器（MCU）q數(shù)字信號(hào)處理器（數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）q片上系統(tǒng)（片上系統(tǒng)（SOC）q可編程片上系統(tǒng)（可編程片上系統(tǒng)（SOPC）嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 412022-2-26MCUq嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)，這種位嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)，這種位的電子器件，目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其的電子器件，目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用。q單片機(jī)芯片內(nèi)部集成單片機(jī)芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總總線邏輯、定時(shí)線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門狗、計(jì)數(shù)器、看門狗、I/O、串行口、串行口、脈寬調(diào)制輸出、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Flash、EE

21、PROM等等各種必要功能和外設(shè)。各種必要功能和外設(shè)。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 422022-2-26qMCU處理能力非常有限。處理能力非常有限。qMCU微控制器總線寬度一般為微控制器總線寬度一般為4位、位、8位或位或16位，處理速度有限，一般在幾個(gè)位，處理速度有限，一般在幾個(gè)MIPS，進(jìn)行進(jìn)行一些復(fù)雜的應(yīng)用很困難，運(yùn)行操作系統(tǒng)就更難。一些復(fù)雜的應(yīng)用很困難，運(yùn)行操作系統(tǒng)就更難。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 432022-2-26q嵌入式微處理器（嵌入式微處理器（Micro Processor Unit)qMPU嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU演演變而來的，變而來的，80386/

22、80387q與計(jì)算機(jī)處理器不同的是，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，與計(jì)算機(jī)處理器不同的是，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。MPU嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 442022-2-26qDSP處理器是專門用于信號(hào)處理方面的處理器，處理器是專門用于信號(hào)處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，在數(shù)字濾波、在數(shù)字濾波、FFT、頻譜分析等各種儀器上頻譜分析等

23、各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。qDSP是運(yùn)算密集處理器，一般用在快速執(zhí)行算法，是運(yùn)算密集處理器，一般用在快速執(zhí)行算法，做控制比較困難。為了追求高執(zhí)行效率，不適合做控制比較困難。為了追求高執(zhí)行效率，不適合運(yùn)行操作系統(tǒng)，核心代碼使用匯編。運(yùn)行操作系統(tǒng)，核心代碼使用匯編。DSP嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 452022-2-26qSOC（片上系統(tǒng)）是片上系統(tǒng)）是IC設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。采用設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。采用SOC設(shè)計(jì)技術(shù)，可以大幅度地提高系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計(jì)技術(shù)，可以大幅度地提高系統(tǒng)的可靠性，減少系統(tǒng)的面積和功耗，降低系統(tǒng)成本，極大地減少系統(tǒng)的面積和功耗，降低系統(tǒng)成本，極大地提高系統(tǒng)的性能

24、價(jià)格比。提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比。qSOC芯片已經(jīng)成為提高移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)、信息家芯片已經(jīng)成為提高移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)、信息家電、高速計(jì)算、多媒體應(yīng)用及軍用電子系統(tǒng)性能電、高速計(jì)算、多媒體應(yīng)用及軍用電子系統(tǒng)性能的核心器件。的核心器件。SOC嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 462022-2-26q用可編程邏輯技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊硅片上，用可編程邏輯技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊硅片上，稱作稱作SOPC。可編程片上系統(tǒng)（可編程片上系統(tǒng)（SOPC）是一種特是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)：殊的嵌入式系統(tǒng)： 首先它是片上系統(tǒng)（首先它是片上系統(tǒng)（SOC），），即由單個(gè)芯片完成整個(gè)即由單個(gè)芯片完成整個(gè)系統(tǒng)的主要邏輯功能；系統(tǒng)的主要邏輯功能； 其次

25、，它是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁其次，它是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁減、可擴(kuò)充、可升級(jí)，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的減、可擴(kuò)充、可升級(jí)，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。功能。SOPC嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 472022-2-26qARM（Advanced RISC Machines），既可以），既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。字。q1991年年ARM公司成立于英國(guó)劍橋，主要出售公司成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。2

26、.3 ARM 處理器處理器 嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 482022-2-26ARM公司的公司的Chip less模式模式q世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARM公司購買其設(shè)計(jì)公司購買其設(shè)計(jì)的的ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐罚瑥亩纬勺约旱募尤脒m當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的ARM微微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。q基于基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位位RISC微處理器微處理器75以上的市場(chǎng)份額，以上的市場(chǎng)份額，ARM技術(shù)技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。正在逐步滲入到我們生活的

27、各個(gè)方面。q我國(guó)的中興集成電路、大唐電訊、中芯國(guó)際和上我國(guó)的中興集成電路、大唐電訊、中芯國(guó)際和上海華虹，以及國(guó)外的一些公司如德州儀器、意法海華虹，以及國(guó)外的一些公司如德州儀器、意法半導(dǎo)體、半導(dǎo)體、Philips、Intel、Samsung等都推出了自等都推出了自己設(shè)計(jì)的基于己設(shè)計(jì)的基于ARM核的處理器。核的處理器。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 492022-2-26q低功耗、低成本、高性能低功耗、低成本、高性能 采用采用RISC指令集指令集 使用大量的寄存器使用大量的寄存器 ARM/Thumb指令支持指令支持 三三/五級(jí)流水線五級(jí)流水線ARM微處理器的特點(diǎn)微處理器的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 502022-2-

28、26ARM微處理器系列微處理器系列q通用處理器系列通用處理器系列 ARM7、 ARM9、 ARM9E、ARM10E、ARM11qSecurCore系列系列安全產(chǎn)品應(yīng)用安全產(chǎn)品應(yīng)用qIntel的的StrongARMARMv4；消費(fèi)類電子；消費(fèi)類電子qIntel的的XscaleARMv5TE；DSP嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 512022-2-26采用采用RISC體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)q采用采用RISC架構(gòu)的架構(gòu)的ARM處理器一般具有如下特點(diǎn)：處理器一般具有如下特點(diǎn)： 固定長(zhǎng)度的指令格式，指令歸整、簡(jiǎn)單、基本尋址方式固定長(zhǎng)度的指令格式，指令歸整、簡(jiǎn)單、基本尋址方式有有23種；種； 使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)

29、行；使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行； 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，只有加載只有加載/存儲(chǔ)指令可以訪問存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行存儲(chǔ)指令可以訪問存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行效率。效率。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 522022-2-26大量使用寄存器大量使用寄存器qARM 處理器共有處理器共有37個(gè)寄存器，被分為若干個(gè)組，個(gè)寄存器，被分為若干個(gè)組，這些寄存器包括：這些寄存器包括： 31個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器（個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器（PC 指針），均指針），均為為32位的寄存器；位的寄存器； 6個(gè)狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識(shí)個(gè)狀態(tài)寄存器，用

30、以標(biāo)識(shí)CPU的工作狀態(tài)及程序的的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)行狀態(tài)，均為運(yùn)行狀態(tài)，均為32位。位。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 532022-2-26高效的指令系統(tǒng)高效的指令系統(tǒng)qARM微處理器支持兩種指令集：微處理器支持兩種指令集：ARM指令集和指令集和Thumb指令集。指令集。qARM指令為指令為32位的長(zhǎng)度，位的長(zhǎng)度，Thumb指令為指令為16位長(zhǎng)位長(zhǎng)度。度。Thumb指令集為指令集為ARM指令集的功能子集，指令集的功能子集，但與等價(jià)的但與等價(jià)的ARM代碼相比較，可節(jié)省代碼相比較，可節(jié)省3040以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備32位代碼的所有優(yōu)位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 54202

31、2-2-26ARM微處理器的其他技術(shù)微處理器的其他技術(shù)q除此以外，除此以外，ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗：低功耗： 所有的所有的ARM指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率。行，從而提高指令的執(zhí)行效率。 可用加載可用加載/存儲(chǔ)指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效存儲(chǔ)指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。率。 可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時(shí)完成邏輯處理和移位處理?？稍谝粭l數(shù)據(jù)處理指令中同時(shí)完成邏輯處理

32、和移位處理。 在循環(huán)處理中使用地址的自動(dòng)增減來提高運(yùn)行效率。在循環(huán)處理中使用地址的自動(dòng)增減來提高運(yùn)行效率。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 552022-2-263 3 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)Linux C/OS Windows CE Symbian VxWorks QNX 部分遵循部分遵循POSIX標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 562022-2-26q操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（OS，Operating System）：是隱藏底層）：是隱藏底層不同硬件的差異，向在其上運(yùn)行的應(yīng)用程序提供一不同硬件的差異，向在其上運(yùn)行的應(yīng)用程序提供一個(gè)統(tǒng)一的調(diào)用接口。個(gè)統(tǒng)一的調(diào)用接口。q操作系統(tǒng)主要完成三項(xiàng)任務(wù)：內(nèi)存管理、多任務(wù)管操

33、作系統(tǒng)主要完成三項(xiàng)任務(wù)：內(nèi)存管理、多任務(wù)管理和外圍設(shè)備管理。理和外圍設(shè)備管理。應(yīng)用程序應(yīng)用程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)系統(tǒng)界面系統(tǒng)界面驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序硬件硬件硬件硬件操作系統(tǒng)的概念和分類操作系統(tǒng)的概念和分類嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 572022-2-26q嵌入式操作系統(tǒng)（嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded OS，EOS）負(fù)責(zé)嵌入）負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度、控制、式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度、控制、協(xié)調(diào)；能夠通過加載協(xié)調(diào)；能夠通過加載/卸載某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)所要卸載某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。求的功能。qEOS是相對(duì)于一般操作系統(tǒng)而言的，它除具備了一是相對(duì)于一般操作系統(tǒng)而言的，它除

34、具備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理、文件處理等外，還有以下特點(diǎn)中斷處理、文件處理等外，還有以下特點(diǎn): 強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性：具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性；強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性：具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性； 較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性：較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性： 可伸縮性：開放、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)；可伸縮性：開放、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)； 外設(shè)接口的統(tǒng)一性：提供各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口。外設(shè)接口的統(tǒng)一性：提供各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 582022-2-26q操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)服務(wù)供應(yīng)用程序調(diào)用，包操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)服務(wù)供應(yīng)用程序調(diào)用，包括：文件系統(tǒng)、內(nèi)存分配、括：文件系統(tǒng)、內(nèi)

35、存分配、I/O存取服務(wù)、中存取服務(wù)、中斷服務(wù)、任務(wù)（斷服務(wù)、任務(wù)（Task）服務(wù)、時(shí)間（）服務(wù)、時(shí)間（Timer）服務(wù)等，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（服務(wù)等，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（Device Driver）則是）則是要建立在要建立在I/O存取和中斷服務(wù)上的。存取和中斷服務(wù)上的。q有些嵌入式操作系統(tǒng)也會(huì)提供多種通信協(xié)議，有些嵌入式操作系統(tǒng)也會(huì)提供多種通信協(xié)議，以及用戶接口函數(shù)庫等。以及用戶接口函數(shù)庫等。 嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 592022-2-26q實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real-Time Operating System，RTOS），是指操作系統(tǒng)本身要能在一個(gè)固定時(shí)限），是指操作系統(tǒng)本身要能在一個(gè)固定時(shí)限內(nèi)對(duì)程

36、序調(diào)用（或外部事件）做出正確的反應(yīng)，亦內(nèi)對(duì)程序調(diào)用（或外部事件）做出正確的反應(yīng)，亦即對(duì)時(shí)序與穩(wěn)定性的要求十分嚴(yán)格。即對(duì)時(shí)序與穩(wěn)定性的要求十分嚴(yán)格。q目前國(guó)際較為知名的有：目前國(guó)際較為知名的有：VxWorks(Wind River)、NeutrinoRTOS(QNX)、Nucleus Plus(ATI)、 Microware OS-9(RadiSys) 、VRTX、LinuxOS，RTLinux、BlueCat RT等。等。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 602022-2-26q通用型操作系統(tǒng)：執(zhí)行性能與反應(yīng)速度比起實(shí)時(shí)操通用型操作系統(tǒng)：執(zhí)行性能與反應(yīng)速度比起實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，相對(duì)沒有那么嚴(yán)格。作系統(tǒng)，相對(duì)沒有那

37、么嚴(yán)格。q目前較知名的有：目前較知名的有：Windows CE、Palm OS、TimeSys Linux/GPL、Blue Cat Linux等。等。q嵌入式操作系統(tǒng)的性能通常取決于核心程序，而核嵌入式操作系統(tǒng)的性能通常取決于核心程序，而核心的工作主要在任務(wù)管理（心的工作主要在任務(wù)管理（Task Management）、）、任務(wù)調(diào)度（任務(wù)調(diào)度（Task Scheduling）、進(jìn)程間的通信）、進(jìn)程間的通信（IPC）、內(nèi)存管理（）、內(nèi)存管理（Memory Management）。）。嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 612022-2-26q嵌入式嵌入式Linux具有適合于嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)具有適合于嵌入式系統(tǒng)的

38、特點(diǎn): 內(nèi)核精簡(jiǎn)，高性能、穩(wěn)定；內(nèi)核精簡(jiǎn)，高性能、穩(wěn)定； 良好的多任務(wù)支持；良好的多任務(wù)支持； 適用于不同的適用于不同的CPU體系架構(gòu)：支持多種體系架構(gòu)，如體系架構(gòu)：支持多種體系架構(gòu)，如X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC等；等； 可伸縮的結(jié)構(gòu)：可伸縮的結(jié)構(gòu)使可伸縮的結(jié)構(gòu)：可伸縮的結(jié)構(gòu)使Linux適合于從簡(jiǎn)單到適合于從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種嵌入式應(yīng)用；復(fù)雜的各種嵌入式應(yīng)用； 外設(shè)接口統(tǒng)一：以設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的方式為應(yīng)用提供統(tǒng)外設(shè)接口統(tǒng)一：以設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的方式為應(yīng)用提供統(tǒng)一的外設(shè)接口；一的外設(shè)接口； 開放源碼，軟件資源豐富：廣泛的軟件開發(fā)者的支持，開放源碼，軟件資源豐富：廣泛的軟件開發(fā)者的支持

39、，價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)靈活，適用面廣；價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)靈活，適用面廣； 完整的技術(shù)文檔，便于用戶的二次開發(fā)。完整的技術(shù)文檔，便于用戶的二次開發(fā)。Linux嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 622022-2-26q C/OS-是是Jean J. Labrosse在在1990年前后編寫的年前后編寫的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核。名稱一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核。名稱 C/OS-II來源于術(shù)來源于術(shù)語語Micro-Controller Operating System（微控制器（微控制器操作系統(tǒng)）。它通常也稱為操作系統(tǒng)）。它通常也稱為MUCOS或者或者UCOS。q C/OS-只是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，其特點(diǎn)：只是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，其特

40、點(diǎn)： 提供提供任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時(shí)間管理、內(nèi)存管理和任任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時(shí)間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)間通信和同步等基本功能；務(wù)間通信和同步等基本功能； 沒有提供輸入輸出管理、文件管理、網(wǎng)絡(luò)等額外的服沒有提供輸入輸出管理、文件管理、網(wǎng)絡(luò)等額外的服務(wù)；務(wù)； 源碼開放及可擴(kuò)展。源碼開放及可擴(kuò)展。 C/OS-嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用 632022-2-26q基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的搶占式實(shí)時(shí)內(nèi)核，在內(nèi)核之上基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的搶占式實(shí)時(shí)內(nèi)核，在內(nèi)核之上提供最基本的系統(tǒng)服務(wù)，例如：信號(hào)量、郵箱、提供最基本的系統(tǒng)服務(wù)，例如：信號(hào)量、郵箱、消息隊(duì)列、內(nèi)存管理、中斷管理等。消息隊(duì)列、內(nèi)存管理、中斷管理等。q應(yīng)用領(lǐng)域包括便攜式電話、運(yùn)動(dòng)控制卡、自動(dòng)支應(yīng)用領(lǐng)域包括便攜式電話、運(yùn)動(dòng)控制卡、自動(dòng)支付終端、交換機(jī)等。付終端、交換機(jī)等。q C/OS-具有良好的