第一講嵌入式系統(tǒng)概述

1、 通信(tng xn)學(xué)院 代新冠 MobileE-mail:281250831嵌入式系統(tǒng)(xtng)第一章: 嵌入式系統(tǒng)概述共六十六頁提綱(tgng) 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的定義(dngy)與特點嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程及其與單片機(jī)系統(tǒng)之間的關(guān)系 嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成要素共六十六頁韓國(hn u)電信手機(jī)/電視遙控器二合一產(chǎn)品Sony Ericsson超小型手機(jī)電腦手機(jī)放在底座(dzu)上成為電腦Nokia手機(jī)戶外音響內(nèi)置 DVB-H 移動電視手機(jī)普通手機(jī)智能手機(jī)與PDA結(jié)合嵌入式技術(shù)的應(yīng)用手機(jī)共六十六頁嵌入式技術(shù)(jsh)的應(yīng)用PDA個人信息助理(zhl)掌上電腦

2、PDA 手機(jī) + GPS 導(dǎo)航 Dopod U1000，且支持SkyPEMap-Star的GPS定位設(shè)備華碩GPS導(dǎo)航器SONY GPS導(dǎo)航器Nokia 6110 四頻 HSDPA / GPS 導(dǎo)航器共六十六頁iLuv可即時將視頻錄制到iPod/閃存卡上，與以前技術(shù)(jsh)相反Sony家用影音綜合(zngh)設(shè)備XtremeMac開發(fā)的iPod音箱IPEVO支持Skype電話Nike的 iPod 帽Meizu M8Ipod nanoArchos帶Wifi的704Portable Media Player嵌入式技術(shù)的應(yīng)用PMP共六十六頁錄音筆FLY數(shù)字筆能“看懂”在專用紙上所寫的內(nèi)容能“閱讀”

3、寫作和糾正語法錯誤完成簡單的算術(shù)運算將英文互相(h xing)翻譯成西班牙文等Genius數(shù)字便箋存儲100頁便箋 2000LPI分辨率32MB板載內(nèi)存可通過USB連接電腦筆跡識別軟件Polymer Vision手機(jī)書嵌入式技術(shù)(jsh)的應(yīng)用辦公用品共六十六頁嵌入式技術(shù)(jsh)的應(yīng)用手表Martin Frey手表日程表和手機(jī)聯(lián)動獲取網(wǎng)絡(luò)連接和GPS定位信息手表手機(jī)：M3001英寸(yngcn)的顯示屏USB接口可播放音樂支持藍(lán)牙Nike的Speed+手表結(jié)合 iPod 和運動計測韓國防性罪犯的電子手鐲可追蹤罪犯的定位和坐標(biāo)愛國者視頻MP4手表共六十六頁嵌入式技術(shù)的應(yīng)用(yngyng)運動玩

4、具游戲GTX公司定位(dngwi)的運動跑鞋內(nèi)置的GPS接收器和可充電電池遙控蜻蜓次世代三大主流三款主機(jī)Xbox 360，WII，PS3GameCube XboX360PS3Wii, 手柄, 手套, 槍共六十六頁嵌入式技術(shù)的應(yīng)用(yngyng)攝像器材數(shù)碼相機(jī)(sh m xin j)DV共六十六頁嵌入式技術(shù)(jsh)的應(yīng)用多媒體終端IP電話(dinhu)視頻會議可視電話基于視頻電話的小型視頻會議系統(tǒng)(MCU) 語音識別電話基于H.323協(xié)議族的網(wǎng)絡(luò)視頻電話共六十六頁嵌入式技術(shù)的應(yīng)用(yngyng)電視高清電視(dinsh)數(shù)字電視立體顯示技術(shù)LG內(nèi)置數(shù)字錄像機(jī)的 LCD TVAppleTV:I

5、ntel Pentium M 1.0 GHz 2MB of L2 高速緩存nVidia G72M 顯示卡 64MB DDR2 內(nèi)存內(nèi)置的 40GB 硬盤播放 iTunes能輸出 1080p 高畫質(zhì)影像的 iPod Dock數(shù)字電視機(jī)頂盒共六十六頁嵌入式技術(shù)(jsh)的應(yīng)用通訊設(shè)備有計算機(jī)能力(nngl)的各種通訊設(shè)備路由器/交換機(jī)/防火墻等Buffalo 路由器 / USB 網(wǎng)卡套裝VPN產(chǎn)品千兆網(wǎng)關(guān)防火墻 共六十六頁DCG (動態(tài)心電圖儀)便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀中醫(yī)指套傳感器脈象虛擬儀器推拿手法測試儀電動機(jī)故障狀態(tài)監(jiān)測(jin c)保護(hù)系統(tǒng) 監(jiān)控(jin kn)儀手持儀嵌入式技術(shù)的應(yīng)用儀器儀表共

6、六十六頁嵌入式技術(shù)的應(yīng)用(yngyng)交通相關(guān)汽車電子(dinz)處理器個數(shù)可達(dá)三位數(shù)車載娛樂，定位等車控ABS、EBD等其他中國版月球車汽車立體聲音響HD Radio擴(kuò)展包 改裝遮陽板 DVD / TV / MP3共六十六頁嵌入式技術(shù)的應(yīng)用(yngyng)軍工武器控制系統(tǒng)數(shù)字化單兵系統(tǒng)有苛刻要求尺寸和重量功率消耗震動(zhndng)和沖擊溫度和濕度21世紀(jì)部隊旅及旅以下作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)夜視掃描、全球定位、指揮通信共六十六頁提綱(tgng) 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的定義與特點(tdin)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程及其與單片機(jī)系統(tǒng)之間的關(guān)系 嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成要素共六十六頁IEEE（國際電氣和電子工

7、程師協(xié)會） 給出的定義： 嵌入式系統(tǒng)是用于控制(kngzh)、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器或者設(shè)備運行的裝置。 Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants.通常執(zhí)行特定功能以微電腦和外圍構(gòu)成核心嚴(yán)格的時序和穩(wěn)定性要求全自動操作循環(huán)嵌入式系統(tǒng)(xtng)的定義（1）共六十六頁嵌入式系統(tǒng)(xtng)的定義（2）按照歷史性、本質(zhì)性、普遍性要求(yoqi)，嵌入式系統(tǒng)可以定義為：“嵌入到對象體系中的專用計算機(jī)系統(tǒng)”?！扒度胄浴?、“專用性”與“計算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三

8、個基本要素。對象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。共六十六頁嵌入式系統(tǒng)(xtng)的特點“嵌入到對象體系中的專用計算機(jī)系統(tǒng)”：“嵌入性”的相關(guān)特點：由于是嵌入到對象系統(tǒng)中，必須滿足對象系統(tǒng)的環(huán)境要求，如物理環(huán)境（小型）、電氣/氣氛環(huán)境（可靠）、成本（價廉）等要求。“專用性”的相關(guān)特點：軟、硬件的裁剪性；滿足對象要求的最小軟、硬件配置等?！坝嬎銠C(jī)系統(tǒng)”的相關(guān)特點：嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對象系統(tǒng)控制要求的計算機(jī)系統(tǒng)。與上兩個特點相呼應(yīng)，這樣(zhyng)的計算機(jī)必須配置有與對象系統(tǒng)相適應(yīng)的接口電路。 共六十六頁計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的劃分(hu fn)桌面(zhumin)通用型高端服務(wù)型小型專用型共六

9、十六頁嵌入式系統(tǒng)(xtng)與桌面通用系統(tǒng)(xtng)的區(qū)別(1/7)嵌入式系統(tǒng)(xtng)中運行的任務(wù)是專用而確定的心臟監(jiān)視器只需運行信號輸入、信號處理、心電圖顯示任務(wù)如要更改任務(wù)，需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計或在線維護(hù)桌面通用系統(tǒng)需要支持大量的、需求多樣的應(yīng)用程序?qū)ο到y(tǒng)中運行的程序不作假設(shè)程序升級、更新等方便共六十六頁嵌入式系統(tǒng)(xtng)與桌面通用系統(tǒng)(xtng)的區(qū)別(2/7)嵌入式系統(tǒng)往往對實時性提出較高的要求。實時系統(tǒng)：指系統(tǒng)能夠在限定的響應(yīng)時間(shjin)內(nèi)提供所需水平的服務(wù)。（POSIX 1003.b）嵌入式實時系統(tǒng)可分為：強(qiáng)實時型：響應(yīng)時間sms級；一般實時：響應(yīng)時間mss級

10、；弱實時型：響應(yīng)時間s級以上。共六十六頁嵌入式系統(tǒng)中使用的操作系統(tǒng)一般是實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)數(shù)量眾多(zhngdu)，如：VxWorksWindows CEpSOSQNX國產(chǎn)嵌入式實時操作系統(tǒng)，如：HOPENDeltaOS。OS嵌入式系統(tǒng)與桌面通用(tngyng)系統(tǒng)的區(qū)別(3/7)共六十六頁嵌入式系統(tǒng)運行需要高可靠性保障(bozhng)，比桌面系統(tǒng)的故障容忍能力弱很多嵌入式系統(tǒng)需要忍受長時間、無人值守條件下的運行嵌入式系統(tǒng)運行的環(huán)境惡劣嵌入式系統(tǒng)與桌面(zhumin)通用系統(tǒng)的區(qū)別(4/7)共六十六頁嵌入式系統(tǒng)大都有功耗約束。如：珍貴文物微氣象環(huán)境監(jiān)測要求(yoqi)1分鐘采樣一次

11、，每個采樣節(jié)點采用電池供電，1年更新一次。采用常規(guī)的方法，能量只能持續(xù)工作5天！引入間歇工作方式，從而降低功耗，節(jié)省能量。嵌入式系統(tǒng)與桌面通用(tngyng)系統(tǒng)的區(qū)別(5/7)共六十六頁嵌入式系統(tǒng)比桌面通用系統(tǒng)可用資源少得多為降低系統(tǒng)成本，降低功耗，嵌入式系統(tǒng)的資源配置(z yun pi zh)遵循夠用就行！嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)需要專用工具和特殊方法：開發(fā)：交叉編譯、交叉鏈接調(diào)試：仿真器、虛擬機(jī)更新：在線升級等嵌入式系統(tǒng)(xtng)與桌面通用系統(tǒng)(xtng)的區(qū)別(6/7)共六十六頁 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一項綜合的計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：狀態(tài)控制器、中斷控制器處理匯編語言(hu bin y yn)：

12、操縱外圍設(shè)備、端口操作系統(tǒng)：設(shè)置運行任務(wù)、通訊、互斥編譯原理：交叉編譯、bootloader加載嵌入式系統(tǒng)(xtng)與桌面通用系統(tǒng)(xtng)的區(qū)別(7/7)共六十六頁提綱(tgng) 嵌入式系統(tǒng)(xtng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的定義與特點嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程及其與單片機(jī)系統(tǒng)之間的關(guān)系 嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成要素共六十六頁嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，40多年來隨著計算機(jī)技術(shù)(jsh)、電子信息技術(shù)(jsh)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的各項技術(shù)(jsh)蓬勃發(fā)展，市場迅猛擴(kuò)大，已深入生產(chǎn)和生活的各個角落。嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的三個階段嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)和興起 （19601970）嵌入式系統(tǒng)走向繁榮，軟件、硬件日

13、臻完善（19711989）-MCS51嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深化發(fā)展-ARM處理器 （1990至今）嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展(fzhn)歷程共六十六頁現(xiàn)代(xindi)計算機(jī)技術(shù)的兩大分支由于嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)要嵌入到對象體系中，實現(xiàn)的是對象的智能化控制，因此，它有著與通用計算機(jī)系統(tǒng)完全不同的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向：通用計算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計算；技術(shù)發(fā)展方向是總線速度的無限提升(tshng)，存儲容量的無限擴(kuò)大。嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求則是對象的智能化控制能力；技術(shù)發(fā)展方向是與對象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。 共六十六頁單片機(jī)開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展(fzhn)道路

14、在探索單片機(jī)的發(fā)展道路上的“模式”與“創(chuàng)新模式”：“模式”本質(zhì)上是通用計算機(jī)直接芯片(xn pin)化的模式，它將通用計算機(jī)系統(tǒng)中的基本單元進(jìn)行裁剪后，集成在一個芯片(xn pin)上，構(gòu)成單片微型計算機(jī)；“創(chuàng)新模式”則完全按嵌入式應(yīng)用要求設(shè)計全新的，滿足嵌入式應(yīng)用要求的體系結(jié)構(gòu)、微處理器、指令系統(tǒng)、總線方式、管理模式等。Intel公司的MCS-48、MCS-51就是按照創(chuàng)新模式發(fā)展起來的單片形態(tài)的嵌入式系統(tǒng)（單片微型計算機(jī)）。MCS-51是在MCS-48探索基礎(chǔ)上，進(jìn)行全面完善的嵌入式系統(tǒng)。歷史證明，“創(chuàng)新模式”是嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展的正確道路，MCS-51的體系結(jié)構(gòu)也因此成為單片嵌入式系統(tǒng)的

15、典型結(jié)構(gòu)體系。共六十六頁單片機(jī)的技術(shù)(jsh)發(fā)展史 單片機(jī)誕生于20世紀(jì)(shj)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段： SCM即單片微型計算機(jī)（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。“創(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。 MCU即微控制器（Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(tǒng)

16、相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。 共六十六頁單片機(jī)的技術(shù)(jsh)發(fā)展史 單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段： SCM即單片微型計算機(jī)（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求(xnqi)最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。 MCU即微控制器（Micro Contr

17、oller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。 共六十六頁單片機(jī)的技術(shù)(jsh)發(fā)展史（續(xù)） 單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段： 單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要(zhngyo)因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的

18、發(fā)展自然形成了SoC（System on Chip）化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。因此，對單片機(jī)的理解可以從單片微型計算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。 共六十六頁嵌入式系統(tǒng)的兩種應(yīng)用(yngyng)模式嵌入式系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用特點，決定了它的多學(xué)科交叉特點。作為計算機(jī)的內(nèi)含(ni hn)，要求計算機(jī)領(lǐng)域人員介入其體系結(jié)構(gòu)、軟件技術(shù)、工程應(yīng)用方面的研究。然而，了解對象系統(tǒng)的控制要求，實現(xiàn)系統(tǒng)控制模式必須具備對象領(lǐng)域的專業(yè)知識。因此，從嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的歷史過程，以及嵌入式應(yīng)用的多樣性中，可以了解到客觀上形成的兩種應(yīng)用模式:電子

19、系統(tǒng)應(yīng)用模式計算機(jī)應(yīng)用設(shè)計模式共六十六頁嵌入式系統(tǒng)的兩種應(yīng)用(yngyng)模式嵌入式系統(tǒng)的兩種應(yīng)用模式:電子系統(tǒng)應(yīng)用模式- 嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)起源于微型機(jī)時代，但很快就進(jìn)入到獨立發(fā)展的單片機(jī)時代。在單片機(jī)時代，嵌入式系統(tǒng)以器件形態(tài)迅速進(jìn)入到傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域中，以電子技術(shù)應(yīng)用工程師為主體，實現(xiàn)傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的智能化，而計算機(jī)專業(yè)隊伍并沒有(mi yu)真正進(jìn)入單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。因此，電子技術(shù)應(yīng)用工程師以自己習(xí)慣性的電子技術(shù)應(yīng)用模式，從事單片機(jī)的應(yīng)用開發(fā)。這種應(yīng)用模式最重要的特點是：軟、硬件的底層性和隨意性；對象系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)的密切相關(guān)性；缺少計算機(jī)工程設(shè)計方法。 計算機(jī)應(yīng)用設(shè)計模式共六十六頁嵌入式系統(tǒng)

20、的兩種應(yīng)用(yngyng)模式嵌入式系統(tǒng)(xtng)的兩種應(yīng)用模式:電子系統(tǒng)應(yīng)用模式計算機(jī)應(yīng)用設(shè)計模式-雖然在單片機(jī)時代，計算機(jī)專業(yè)淡出了嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，但隨著后PC時代的到來，網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)得以發(fā)展；同時，嵌入式系統(tǒng)軟、硬件技術(shù)有了很大的提升，為計算機(jī)專業(yè)人士介入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開辟了廣闊天地。計算機(jī)專業(yè)人士的介入，形成的計算機(jī)應(yīng)用模式帶有明顯的計算機(jī)的工程應(yīng)用特點，即基于嵌入式系統(tǒng)軟、硬件平臺，以網(wǎng)絡(luò)、通信為主的非嵌入式底層應(yīng)用。 共六十六頁兩種應(yīng)用模式(msh)的并存與互補由于嵌入式系統(tǒng)最大、最廣、最底層的應(yīng)用是傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域的智能化改造，因此，以通曉對象專業(yè)的電子技術(shù)隊伍為主，用最少的

21、嵌入式系統(tǒng)軟、硬件開銷，以8位機(jī)為主，帶有濃重的電子系統(tǒng)設(shè)計色彩的電子系統(tǒng)應(yīng)用模式會長期存在下去。 計算機(jī)專業(yè)人士會愈來愈多地介入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，但囿于對象專業(yè)知識的隔閡，其應(yīng)用領(lǐng)域會集中在網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體、商務(wù)電子等方面，不可能替代原來電子工程師在控制、儀器儀表、機(jī)械電子等方面的嵌入式應(yīng)用?？陀^存在的兩種應(yīng)用模式會長期并存下去，在不同的領(lǐng)域中相互補充。電子系統(tǒng)設(shè)計模式應(yīng)從計算機(jī)應(yīng)用設(shè)計模式中，學(xué)習(xí)計算機(jī)工程方法(fngf)和嵌入式系統(tǒng)軟件技術(shù)；計算機(jī)應(yīng)用設(shè)計模式應(yīng)從電子系統(tǒng)設(shè)計模式中，了解嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的電路系統(tǒng)特性、基本的外圍電路設(shè)計方法(fngf)和對象系統(tǒng)的基本要求等。 共六十六頁嵌

22、入式系統(tǒng)(xtng)應(yīng)用的高低端不少從事單片機(jī)應(yīng)用的人，不了解單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系，在談到“嵌入式系統(tǒng)”領(lǐng)域時，往往理解成計算機(jī)專業(yè)領(lǐng)域的，基于32位嵌入式處理器，從事網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體等的應(yīng)用。這樣，“單片機(jī)”與“嵌入式系統(tǒng)”形成了嵌入式系統(tǒng)中常見的兩個獨立的名詞(mng c)。“單片機(jī)”是典型的、獨立發(fā)展起來的嵌入式系統(tǒng)，從學(xué)科建設(shè)的角度出發(fā)，應(yīng)該把它統(tǒng)一成“嵌入式系統(tǒng)”。考慮到原來單片機(jī)的電子系統(tǒng)底層應(yīng)用特點，可以把嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用分成高端與低端，把原來的單片機(jī)應(yīng)用理解成嵌入式系統(tǒng)的低端應(yīng)用，含義為它的底層性以及與對象系統(tǒng)的緊耦合。共六十六頁應(yīng)用充分普及：工業(yè)控制、數(shù)字化通訊、數(shù)字化家

23、電汽車：50個以上(yshng)嵌入式微處理器飛機(jī)：70個以上嵌入式系統(tǒng)嵌入式微處理器32位、64位嵌入式實時操作系統(tǒng)使用比率越來越高早期：10；90年代初：30；目前：8090嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具越來越豐富嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈形成嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向(zuxing)縱深化發(fā)展 共六十六頁提綱(tgng) 嵌入式系統(tǒng)(xtng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的定義與特點嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程及其與單片機(jī)系統(tǒng)之間的關(guān)系 嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成要素共六十六頁嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)(xtng)一般由嵌入式處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)（可選），以及用戶的應(yīng)用軟件系統(tǒng)等四個部分組成。共六十六頁嵌入式處理器嵌入式處理器是嵌

24、入式系統(tǒng)的核心。嵌入式處理器一般都具有較高的集成度。1000多種硬件(yn jin)處理器，分為MPU 、 MCU、DSP、SOCARM RISC （ARM）TMS320 DSP（TI）Trimedia （Philips）StrongARM （Intel）Xscale （Intel）MIPS RISC （MIPS）DragonBall（Motorola）共六十六頁嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計算機(jī)中的CPU。在應(yīng)用中，將微處理器裝配在專門設(shè)計的電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積(tj)和功耗。和工業(yè)控制計算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠

25、性高的優(yōu)點，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差。CPUROMRAM外設(shè)1外設(shè)2單板計算機(jī)嵌入式微處理器（MPU）共六十六頁嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，它是將整個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線等各種必要功能和外設(shè)。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高(t go)。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微控制器。 嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)

26、的主流，占嵌入式系統(tǒng)約70的市場份額。嵌入式微控制器（MCU）復(fù)位部件看門狗部件晶振部件I/O部件中斷部件ROM部件SRAM部件定時器部件CPU核共六十六頁DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域。 嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是TI的TMS320系列和Freescale的DSP56000 系列。另外PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP結(jié)構(gòu)低成本、低功耗技術(shù)上制造的R. E. A. L DSP處理器，特點(tdin)是具備雙Harvard結(jié)構(gòu)和

27、雙乘/累加單元，應(yīng)用目標(biāo)是大批量消費類產(chǎn)品。嵌入式DSP處理器（DSP）共六十六頁嵌入式片上系統(tǒng)(xtng)（SOC）隨著EDA的推廣和VLSI設(shè)計的普及化及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個硅片上實現(xiàn)一個更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時代已來臨，這就是System On Chip(SOC)。這樣除個別無法集成的器件以外，整個嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔，對于減小體積和功耗、提高可靠性非常(fichng)有利。 SoC可以分為通用和專用兩類。通用系列包括Infineon的TriCore、Freescale的M-Core、某些ARM系列器件、Echelon和Freesca

28、le聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專用SoC一般專用于某個或某類系統(tǒng)中，不為一般用戶所知。共六十六頁外圍(wiwi)硬件外圍硬件是嵌入式系統(tǒng)處理器以外的硬件，它為系統(tǒng)提供了運行條件和部分功能。在運行條件方面，最基礎(chǔ)的是時鐘和電源部件，它們不可能集成到處理器內(nèi)部，但它們對于處理器運轉(zhuǎn)是必需的。外圍硬件也將提供在系統(tǒng)中需要(xyo)，但是微處理器內(nèi)部不具有的功能，如：內(nèi)存、各種通訊端口、AD/DA等。共六十六頁片外總線：連接系統(tǒng)各個部件，進(jìn)行互連和傳輸信息(xnx)的信號線。ESIA總線、SCSI總線、PCI總線AMBA總線：ARM研發(fā)的總線規(guī)范專用總線CompactPCI總線：工業(yè)控制CAN總線

29、：汽車電子總線1553B總線：航空工業(yè)總線外圍硬件(yn jin)設(shè)備（1/3）共六十六頁電子盤：采用flash芯片存儲數(shù)據(jù)，體積小、功耗(n ho)低、抗震DOC：Disk on ChipDOM：IDE電子盤CF：CompactFlashSM：Smart MediaMS：Memory Stick外圍硬件(yn jin)設(shè)備（2/3）共六十六頁I/O設(shè)備(shbi)A/D、D/A中斷控制器UARTLCD通訊設(shè)備有線通訊：IEEE1394、USB無線通訊：IrDA、Bluetooth、802.11b/g外圍(wiwi)硬件設(shè)備（3/3）共六十六頁嵌入式操作系統(tǒng)的作用(zuyng)一般只是為了應(yīng)用

30、程序提供必要運行環(huán)境（任務(wù)調(diào)度），附加任務(wù)通訊、內(nèi)存管理等功能。嵌入式系統(tǒng)和系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)關(guān)系緊密，一般都需要移植和配置才可以使用。嵌入式操作系統(tǒng)讓嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)利用通用的功能模塊，這可以讓開發(fā)更加高效。 嵌入式操作系統(tǒng) 共六十六頁典型的嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）近200種操作系統(tǒng)，VxWorks、QNX、WinCE、PalmOS面向SOC的操作系統(tǒng)：Symbian的Epoc、Express Logic的ThreadX、ATI的Nucleus開放源碼的操作系統(tǒng)：Linux系列、uC/OS典型性能指標(biāo)內(nèi)核大?。簬譑幾百K；調(diào)度(diod)時間片：1ms；實時任務(wù)響應(yīng)時間：2040 s一般任

31、務(wù)響應(yīng)時間：20 s 幾百ms嵌入式實時操作系統(tǒng) 共六十六頁Clinux是一個完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開放代碼。Clinux從Linux2.0/2.4內(nèi)核派生而來，沿襲了主流Linux的絕大部分特性。它是專門針對沒有MMU的CPU，并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適用于沒有虛擬內(nèi)存或內(nèi)存管理單元(MMU)的處理器，例如ARM7TDMI。它通常用于具有很少內(nèi)存或Flash的嵌入式系統(tǒng)。它保留了Linux的大部分優(yōu)點：穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀(yuxi)的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對各種文件系統(tǒng)的支持、以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等。 嵌入式Linux常見(chn jin)的嵌入式操作系統(tǒng)（

32、1/4） 共六十六頁Windows CE是微軟開發(fā)(kif)的一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作，它是精簡的Windows 95。Windows CE的圖形用戶界面相當(dāng)出色。Win CE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)用程序接口以及與處理器無關(guān)等特點。Win CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在Win CE平臺上可以使用Windows 95/98上的編程工具（如Visual Basic、Visual C+等）、使絕大多數(shù)的應(yīng)用軟件只需簡單的修改和移植就可以在Windows CE平臺上繼續(xù)使用。 常見(chn jin)的嵌入式操作系統(tǒng)（2

33、/4） Win CE共六十六頁VxWorks操作系統(tǒng)是美國 公司(n s)于1983年設(shè)計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS)，是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實時操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等，甚至在1997年4月登陸火星表面的火星探測器上也使用到了VxWorks。 常見(chn jin)的嵌入式操作系統(tǒng)（3/4） VxWorks共六十六頁C/OS-II是一個源碼公開、可移植、可固化

34、、可裁剪、占先式的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。其絕大部分源碼是用ANSI C寫的，使其可以方便的移植并支持大多數(shù)類型的處理器。C/OS-II通過了聯(lián)邦航空局（FAA）商用航行器認(rèn)證。自1992年問世以來，C/OS-II已經(jīng)被應(yīng)用到數(shù)以百計的產(chǎn)品中。C/OS-II占用(zhn yn)很少的系統(tǒng)資源，并且在高校教學(xué)使用是不需要申請許可證。常見(chn jin)的嵌入式操作系統(tǒng)（3/4） C/OS-II共六十六頁嵌入式應(yīng)用程序(chngx) 在嵌入式系統(tǒng)中，應(yīng)用程序的層級遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于通用計算機(jī)。由于控制硬件是嵌入式系統(tǒng)基本的操作，因此嵌入式應(yīng)用程序依然與系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)關(guān)系密切。尤其在沒有操作系統(tǒng)的情況(qngkung)下，嵌入式的應(yīng)用程序需