嵌入式系統(tǒng)-浙江大學(xué)課件

嵌入式系統(tǒng)

什么是嵌入式計(jì)算機(jī)

——從產(chǎn)品的角度看嵌入式背景：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三大應(yīng)用領(lǐng)域服務(wù)器目標(biāo)：可用性可擴(kuò)展性有效帶寬利潤(rùn)最大的市場(chǎng)包括大型機(jī)、超級(jí)計(jì)算機(jī)等桌面辦公等用途最廣闊的市場(chǎng)包括臺(tái)式機(jī)，筆記本嵌入式非計(jì)算機(jī)形態(tài)潛力最大的市場(chǎng)以往計(jì)算機(jī)分類：大型計(jì)算機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微計(jì)算機(jī)目前計(jì)算機(jī)分類：超級(jí)計(jì)算機(jī)，大型計(jì)算機(jī)、工作站、微計(jì)算機(jī)、亞微計(jì)算機(jī)亞微計(jì)算機(jī)(嵌入式計(jì)算機(jī))是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的創(chuàng)新：多核2006年突然推出雙核，年底到四核2006年Q4英特爾內(nèi)部已有16核處理器2007年2月英特爾展示了80核計(jì)算機(jī)2008年10月，英特爾展示32硬核128邏輯核的larlabee市場(chǎng)對(duì)多核反應(yīng)冷淡技術(shù)準(zhǔn)備不足多處理器技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)針對(duì)服務(wù)區(qū)并行計(jì)算技術(shù)針對(duì)科學(xué)計(jì)算實(shí)際難點(diǎn)多應(yīng)用軟件，事務(wù)處理如何使用多核？系統(tǒng)軟件對(duì)多核的支持不足軟件開(kāi)發(fā)對(duì)多核支持不足機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)并存計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的創(chuàng)新：桌面計(jì)算機(jī)平板計(jì)算機(jī)個(gè)人電腦ModBook平板電腦Toshiba平板電腦ClickStartMyFirstComputerViewsonic無(wú)線遙控平板人人電腦計(jì)劃(OLPC)「雙屏幕」筆記本電腦計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的創(chuàng)新：UMPCUltra-MobilePC小巧的體積可以使UMPC輕松放到書(shū)包里面，隨身攜帶UMPC外形設(shè)計(jì)新潮，集成各種附加功能，一般有網(wǎng)絡(luò)、GPS、鍵盤或屏幕手寫(xiě)等模塊。netbookHTCAthena大同UMPCoQoSony嵌入式系統(tǒng)移動(dòng)終端UMPC，PDA，手機(jī)，移動(dòng)電子書(shū)以及電子詞典信息家電智能冰箱、洗衣機(jī)、智能空調(diào)、數(shù)字電視、微波爐、無(wú)線家庭網(wǎng)關(guān)、數(shù)碼相機(jī)與數(shù)碼攝像機(jī)、游戲機(jī)汽車電子車載、車控智能儀器儀表通訊設(shè)備其他嵌入式系統(tǒng)：手機(jī)普通手機(jī)智能手機(jī)與PDA結(jié)合網(wǎng)絡(luò)手機(jī)gphone韓國(guó)電信手機(jī)/電視遙控器二合一產(chǎn)品SonyEricsson超小型手機(jī)電腦手機(jī)放在底座上成為電腦Nokia手機(jī)戶外音響內(nèi)置DVB-H移動(dòng)電視手機(jī)嵌入式系統(tǒng)：辦公用品錄音筆FLY數(shù)字筆能“看懂”在專用紙上所寫(xiě)的內(nèi)容能“閱讀”寫(xiě)作和糾正語(yǔ)法錯(cuò)誤完成簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算將英文互相翻譯成西班牙文等Genius數(shù)字便箋存儲(chǔ)100頁(yè)便箋2000LPI分辨率32MB板載內(nèi)存可通過(guò)USB連接電腦筆跡識(shí)別軟件PolymerVision手機(jī)書(shū)使用可卷電子紙的電子書(shū)閱讀器嵌入式系統(tǒng)：運(yùn)動(dòng)玩具游戲GTX公司定位的運(yùn)動(dòng)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)Xbox360，WII，PS3GameCubeXboX360PS3Wii,手柄,手套,槍嵌入式系統(tǒng)：攝像器材數(shù)碼相機(jī)DV智能家電智能冰箱（有時(shí)稱為網(wǎng)絡(luò)冰箱）在冰箱內(nèi)部裝有攝像頭、RFID接收器或者條碼掃描器可以通過(guò)這些設(shè)備采集冰箱內(nèi)部存貨的信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸信息對(duì)冰箱的溫度控制韓國(guó)一家公司的“網(wǎng)絡(luò)冰箱”，門上有一個(gè)15英寸液晶顯示器，用戶可以通過(guò)冰箱上網(wǎng)、打可視電話和觀看影片網(wǎng)絡(luò)微波爐、網(wǎng)絡(luò)電飯煲、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)等家電功能現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)單，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載食譜，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制嵌入式系統(tǒng)：智能家居智能家具智能家電Roto-Rooter公司馬桶組合筆記本/ipod/冰箱/Xbox360/健身高科技的捕鼠器遮斷紅外線光束掉下籠子DangerBomb鬧鐘不起床就爆炸啰配備電子食譜的鍋鏟coo.boo智能型垃圾桶i.Master浙江大學(xué)顯示營(yíng)養(yǎng)智能果汁機(jī)浙江大學(xué)產(chǎn)品創(chuàng)新中心的智能割草機(jī)嵌入式系統(tǒng)：多媒體終端IP電話視頻會(huì)議可視電話基于視頻電話的小型視頻會(huì)議系統(tǒng)(MCU)語(yǔ)音識(shí)別電話基于H.323協(xié)議族的網(wǎng)絡(luò)視頻電話嵌入式系統(tǒng)：家庭音響引入計(jì)算機(jī)技術(shù)的音響配備B&O與Core2Duo的P.Guerra家庭影院SonosZP80無(wú)線音響LGHDDVD/藍(lán)光播放器Motorola支持M卡的HDDVR錄像機(jī)iPhone家庭相冊(cè)遠(yuǎn)程寵物喂養(yǎng)器遠(yuǎn)程觀看到寵物的行動(dòng)跟它對(duì)話遠(yuǎn)程喂養(yǎng)寵物嵌入式系統(tǒng)：通訊設(shè)備有計(jì)算機(jī)能力的各種通訊設(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

嵌入式系統(tǒng)：交通相關(guān)汽車電子處理器個(gè)數(shù)可達(dá)三位數(shù)車載娛樂(lè)，定位等車控ABS、EBD等其他中國(guó)版月球車汽車立體聲音響HDRadio擴(kuò)展包改裝遮陽(yáng)板DVD/TV/MP3嵌入式系統(tǒng)：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(dòng)和沖擊溫度和濕度21世紀(jì)部隊(duì)旅及旅以下作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)夜視掃描、全球定位、指揮通信嵌入式系統(tǒng)：新興硬件GPS/藍(lán)牙雙拼模塊芯片龍芯2號(hào)增強(qiáng)型處理器芯片Intel八十核心處理器2007年2月服用的RFID芯片IntelTolapai計(jì)劃要把南北橋做在芯片中AMDSwift已經(jīng)集成了北橋、CPU、顯卡嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用案例分析：智能家電集成數(shù)字化家庭嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用案例分析：網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品集成信息化社會(huì)CCID數(shù)據(jù)2000年嵌入式軟件市場(chǎng)規(guī)模為70.33億元2001年為95.43億元2002年118.56億元2002年中國(guó)軟件市場(chǎng)為345.0億元，嵌入式軟件約占軟件總市場(chǎng)的34.37％。2003年嵌入式軟件市場(chǎng)中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到188億元2004年，673.62億元軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為：套裝軟件共計(jì)478億元，為具有獨(dú)立產(chǎn)品形態(tài)的軟件。其中包括系統(tǒng)軟件89億元（操作系統(tǒng)44.19億元、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)20.06億元、支撐軟件25.71億元）、中間件軟件6.98億元、應(yīng)用軟件304.53億元（包括通用應(yīng)用軟件（安全軟件、辦公軟件、管理軟件、游戲軟件、教育軟件等）與行業(yè)應(yīng)用軟件（金融、電信、政府等））、嵌入式軟件（673.62億元）另外軟件服務(wù)（937.48億元）：除生產(chǎn)產(chǎn)品化軟件之外的所有的軟件研發(fā)及相關(guān)活動(dòng)，包括系統(tǒng)集成、軟件外包、咨詢、數(shù)據(jù)加工和處理等2005年，1061.4億元2005年，中國(guó)嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)在整個(gè)軟件產(chǎn)業(yè)中的比重已經(jīng)接近40%,占全球嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)的比重已經(jīng)提升到4.8%嵌入式系統(tǒng)是一種技術(shù)，應(yīng)用技術(shù)以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品為目的嵌入式產(chǎn)品任何包含一個(gè)或多個(gè)專用或者通用計(jì)算機(jī)部件的電子設(shè)備不以計(jì)算機(jī)形態(tài)出現(xiàn)將計(jì)算機(jī)”嵌入“在電子設(shè)備內(nèi)能執(zhí)行特定功能的計(jì)算機(jī)硬件和軟件的結(jié)合體廣義:任何一個(gè)非計(jì)算機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)必要條件有處理器計(jì)算機(jī)五大部件運(yùn)算器，控制器合稱處理器存儲(chǔ)器輸入輸出如果只有存儲(chǔ)器、輸入輸出，不能認(rèn)為是嵌入式系統(tǒng)不能執(zhí)行計(jì)算機(jī)最基礎(chǔ)的功能常用32位處理器價(jià)格與單片機(jī)接近性能高網(wǎng)絡(luò)支持能力強(qiáng)嵌入式產(chǎn)品硬件特征通常由嵌入式處理器、嵌入式外圍設(shè)備組成高集成度逐步形成單芯片解決方案系統(tǒng)芯片(SOC)定制性面向用戶面向產(chǎn)品面向應(yīng)用解決方案不唯一不可壟斷的高度分散的工業(yè)，候選器件太多而PC由WINTEL（window，intel）壟斷嵌入式系統(tǒng)硬件嵌入式產(chǎn)品軟件特征包括嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件、開(kāi)發(fā)工具軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)穩(wěn)定性要求高軟件代碼高質(zhì)量、高可靠性可能無(wú)系統(tǒng)軟件軟硬件緊密結(jié)合，協(xié)同開(kāi)發(fā)其他可能有的要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)功耗低支持升級(jí)軟件和硬件結(jié)合緊密由于定制，可能無(wú)硬盤，無(wú)通用操作系統(tǒng)產(chǎn)品升級(jí)換代困難和硬件同步升級(jí)具有較長(zhǎng)的生命周期定義微軟在2002年將嵌入式系統(tǒng)定義為完成某一特定功能、或是使用某一特定嵌入式應(yīng)用軟件的計(jì)算機(jī)或計(jì)算裝置。英國(guó)電機(jī)工程師學(xué)會(huì)的定義:“嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或甚至工廠操作的裝置”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(shí)序和穩(wěn)定性要求全自動(dòng)操作循環(huán)精確定義:以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)蠶食嵌入式Google手機(jī)發(fā)布T-MobileG1硬件高通MSM7201處理器，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航、300萬(wàn)像素?cái)z像頭,3.17英寸觸摸屏480x320分辨率，1~8GBMicroSD卡支持WCDMA/HSPA網(wǎng)絡(luò)，理論下載速率7.2Mbps；支持Wi-Fi軟件Android操作系統(tǒng)各種谷歌的服務(wù)Gmail、GoogleMaps、YouTube、Google日歷、GoogleTalkChrome精簡(jiǎn)版一鍵搜索AndroidMarket下載，全免費(fèi)基于圖片的導(dǎo)航軟件“BreadCrumbz”用手機(jī)唱卡拉OK的軟件“TuneWiki”179美元幾個(gè)問(wèn)題1、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)進(jìn)入手機(jī)領(lǐng)域2、手機(jī)未來(lái)是否就是計(jì)算機(jī)3、手機(jī)技術(shù)走勢(shì)如何處理器作為發(fā)動(dòng)機(jī)，讓手機(jī)飛起來(lái)處理器發(fā)展趨勢(shì)制造工藝發(fā)展到32nm，實(shí)現(xiàn)小尺寸、微功耗和低成本

需要計(jì)算能力，提供精巧的多媒體人機(jī)界面聯(lián)網(wǎng)成為必然的趨勢(shì)，芯片上集成Wifi、WiMax最新處理器ARM(16/32-bit),XScale(32-bit)VIANano?(64-bit,5-25w)IntelAtom?(32-bit,0.6-2.5w)★本地+遠(yuǎn)程本地提供相對(duì)充足的計(jì)算能力遠(yuǎn)程提供超級(jí)計(jì)算能力ScottMcNealy:Thenetworkisthecomputer.多核雙核->多核->千核能耗是風(fēng)阻，讓手機(jī)飛行時(shí)間變短能耗是手機(jī)等移動(dòng)終端所面臨的一個(gè)重要問(wèn)題解決方法硬件節(jié)能：低功耗設(shè)計(jì)、工藝軟件節(jié)能：解決內(nèi)存墻，動(dòng)態(tài)調(diào)頻，節(jié)能編譯，節(jié)能調(diào)度提高電池容量燃料電池可能從根本上解決能耗問(wèn)題其能量密度，理論上可為鋰離子電池的五至十倍以上補(bǔ)充供電燃料僅需數(shù)秒；最適合可攜式微小型系統(tǒng)質(zhì)子交換膜燃料電池和直接甲醇燃料電池在室溫下運(yùn)作、體積小、重量輕、方便電池堆設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：小型化；安全性聯(lián)網(wǎng)方式是飛行通道移動(dòng)通信2G、2.5G3GWCDMACDMA2000TD-SCDMA★中國(guó)造WiMAX☆挑戰(zhàn)巨大4G：…無(wú)線接入技術(shù)802.15(無(wú)線個(gè)域網(wǎng)，WPAN)802.11(無(wú)線局域網(wǎng)，WLAN)802.16a/d(無(wú)線固定接入，F(xiàn)WA)802.20(寬帶移動(dòng)接入，WBMA)發(fā)展方向帶寬更大，至少保證流暢視頻安全性更高多模手機(jī)存儲(chǔ)擴(kuò)容，資料豐富器件速度、容量增長(zhǎng)內(nèi)存基本可以運(yùn)行桌面上的軟件外存可以插拔網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)依托互聯(lián)網(wǎng)本地存儲(chǔ)基本的程序、數(shù)據(jù)；其他數(shù)據(jù)保存在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)中終端硬件手機(jī)終端計(jì)算能力強(qiáng)支持多種互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)接入待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)便攜小尺寸分類界限逐步模糊手機(jī)PDAMID/PMPUMPC筆記本電腦手機(jī)硬件與臺(tái)式機(jī)無(wú)差別X86，大存儲(chǔ)，大屏幕，人機(jī)設(shè)備手機(jī)嵌入式軟件的需求變化1、實(shí)時(shí)性需求到底哪些嵌入式設(shè)備需要實(shí)時(shí)？手機(jī)實(shí)時(shí)性要求不高2、內(nèi)核小小內(nèi)存vs大內(nèi)存3、處理器架構(gòu)不一樣ARM（RISC架構(gòu)）vsatom（X86架構(gòu)）4、軟件定制化定制化的軟件vs可以隨意安裝卸載軟件5、基帶芯片協(xié)議棧已經(jīng)非常完備手機(jī)軟件需要研究什么？手機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)： No.有足夠多的解決方案了手機(jī)支撐軟件與應(yīng)用軟件： 從桌面移植手機(jī)終端軟件架構(gòu)傳統(tǒng)手機(jī)軟件:層次化架構(gòu)↓BSP↓專業(yè)操作系統(tǒng)↓GUI↓定制應(yīng)用軟件手機(jī)軟件革命：平臺(tái)結(jié)構(gòu)↓平臺(tái)軟件封裝手機(jī)操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、GUI以API形式提供應(yīng)用開(kāi)發(fā)者↓應(yīng)用軟件基于開(kāi)放API開(kāi)發(fā)的軟件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取定制應(yīng)用，人機(jī)友好，用戶下載革了誰(shuí)的命?網(wǎng)絡(luò)化手機(jī)軟件計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化以前：?jiǎn)螜C(jī)為主現(xiàn)在：必須在網(wǎng)，大部分工作依賴于網(wǎng)絡(luò)手機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化開(kāi)機(jī)即在網(wǎng)連接移動(dòng)通訊網(wǎng)→啟動(dòng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)手機(jī)=移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)終端在網(wǎng)的終端與非在網(wǎng)終端，軟件上的差異性在哪里計(jì)算機(jī)單機(jī)操作系統(tǒng)→網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)手機(jī)支持移動(dòng)網(wǎng)的操作系統(tǒng) 普通手機(jī)→支持協(xié)議棧的操作系統(tǒng) 智能手機(jī)→網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)手機(jī)WebOS應(yīng)運(yùn)而生WebOS基于網(wǎng)絡(luò)（Web）的操作系統(tǒng)Weboperatingsystem或者Web-basedOperatingSystem內(nèi)涵運(yùn)行在瀏覽器中的虛擬OS，是基于Web的服務(wù)的開(kāi)放式集合提供了WebOSAPI，能夠根據(jù)WebOSAPI進(jìn)行編程能夠在WebOS中打開(kāi)應(yīng)用程序外延用戶通過(guò)瀏覽器運(yùn)行基于Web的在線應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)PC操作系統(tǒng)上的各種操作程序語(yǔ)言以PHP,XML,JS等Web語(yǔ)言為主，盡可能消滅高級(jí)語(yǔ)言Android是典型的WebOSWebOS是下一代手機(jī)軟件平臺(tái)嗎？?jī)?yōu)點(diǎn)基于Web的標(biāo)準(zhǔn)化程度很高，不同的程序和服務(wù)能夠方便的對(duì)接無(wú)需下載，維護(hù)方便，軟件升級(jí)擴(kuò)展性好免受病毒木馬的騷擾，容易解決盜版問(wèn)題，解決了收費(fèi)困難的問(wèn)題可在不同瀏覽器、不同的OS上運(yùn)行程序，甚至可以在其他的終端缺點(diǎn)執(zhí)行效率低機(jī)器碼運(yùn)行os→os運(yùn)行瀏覽器→瀏覽器運(yùn)行webos→webos運(yùn)行webservice傳統(tǒng)：機(jī)器碼運(yùn)行os→os運(yùn)行software網(wǎng)絡(luò)依賴性過(guò)強(qiáng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求高WebOS本身開(kāi)發(fā)難度大，js調(diào)試?yán)щy，瀏覽器的兼容性差隱私性：操作在網(wǎng)上，數(shù)據(jù)在服務(wù)器上個(gè)人觀點(diǎn)WebOS使得一切工作都在線WebOS是一種趨勢(shì)、一種方向Android/chrome都是一種WebOSAndroid:googlephoneChrome：googlebrowser屏蔽底層OS/驅(qū)動(dòng)/GUIOS可以是linux或其他驅(qū)動(dòng)程序支持各種BSPGUI可以是各類提供上層應(yīng)用以API非OS的API技術(shù)路線Linux內(nèi)核+apache運(yùn)行機(jī)制完全開(kāi)放開(kāi)源遵循Apachev2License免費(fèi)的商業(yè)性使用軟件服務(wù)提供商提供專業(yè)的Android平臺(tái)應(yīng)用服務(wù)手機(jī)開(kāi)發(fā)廠商可以方便的基于Android平臺(tái)添加個(gè)性化的應(yīng)用和服務(wù)收費(fèi)廣告引擎終端軟件單點(diǎn)技術(shù)的研究熱情逐步消退與臺(tái)式機(jī)逐步融合平臺(tái)化趨勢(shì)明顯在網(wǎng)要求越來(lái)越強(qiáng)嵌入式熱點(diǎn)領(lǐng)域日益增長(zhǎng)的功能密度更高的可靠性保障靈活的網(wǎng)絡(luò)連接分布式應(yīng)用和移動(dòng)應(yīng)用多媒體信息處理更便捷的信息共享適應(yīng)更加激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)

嵌入式系統(tǒng)中的處理器1嵌入式系統(tǒng)中的處理器嵌入式系統(tǒng)的核心部件

品種總量已經(jīng)超過(guò)1000多種每個(gè)月都有新產(chǎn)品出現(xiàn)流行體系結(jié)構(gòu)有三十幾個(gè)系列8051體系的占有多半32,64位微處理器是目前嵌入式系統(tǒng)的核心主要硬件廠商包括Intel，Motorola，Philip，AMD等2001年嵌入式系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議年會(huì)JimTurley的報(bào)告中，統(tǒng)計(jì)得到PC的數(shù)量只占CPU總耗量的0.1%。

數(shù)字化產(chǎn)品上游嵌入式系統(tǒng)軟件平臺(tái)下游芯片、硬件嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式應(yīng)用組件嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境2嵌入式計(jì)算機(jī)內(nèi)核分類與綜述嵌入式微處理器(EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU)嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip)嵌入式微處理器(EMPU)通用計(jì)算機(jī)中的CPU專門設(shè)計(jì)的電路板

只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能

增強(qiáng)工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面功能與和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相似嵌入式處理器主要類型Am186/88386EXSC-400PowerPC68000MIPSARM系列嵌入式微控制器(MCU)又稱單片機(jī)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、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)特點(diǎn)單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高代表性的通用系列8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。半通用系列支持USB接口的MCU8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列占嵌入式系統(tǒng)約70％的市場(chǎng)份額嵌入式DSP處理器(EDSP)DSP應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理限時(shí)完成DSP處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，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，DSP應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)DSP功能，過(guò)渡到采用嵌入式DSP處理器。代表性的產(chǎn)品TexasInstruments的TMS320系列TMS320系列處理器包括用于控制的C2000系列，移動(dòng)通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。Motorola的DSP56000系列DSP56000目前已經(jīng)發(fā)展成為DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等幾個(gè)不同系列的處理器嵌入式片上系統(tǒng)(SOC)在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)

整個(gè)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(jiǎn)潔

SOC可以分為通用和專用兩類。通用系列Infineon(Siemens)的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專用SOC一般專用于某個(gè)或某類系統(tǒng)中代表性的產(chǎn)品:Philips的SmartXA處理器位數(shù)4位8位163264單片機(jī)型TMS1000COPS8048/49/508051/526801/04/05Z88096/9768200ARMRISCCOREMIPS32COREMIPS64CORE一般用途型4004404080856809Z806502680280868028680186Z8000803868048668000/10/20/30/40PentiumII/III/IV/?

/Core2duo嵌入式處理器應(yīng)用產(chǎn)品4位遙控器相機(jī)防盜器玩具簡(jiǎn)易計(jì)量表等8位電視游戲機(jī)空調(diào)傳真機(jī)電話錄音16位手機(jī)攝象機(jī)錄象機(jī)各種多媒體應(yīng)用32位MODEM掌上電腦路由器數(shù)碼相機(jī)GPRS網(wǎng)絡(luò)家庭64位高級(jí)工作站新型電腦游戲機(jī)各種多媒體應(yīng)用嵌入式CPU特點(diǎn)處理速度快或者相當(dāng)I/O功能強(qiáng)功率損耗低實(shí)時(shí)響應(yīng)快3維處理器發(fā)展前沿微處理器成為處理器的主流研究熱點(diǎn)進(jìn)一步提高單個(gè)微處理器的性能全面提高計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)性能：可用性，可維護(hù)性，可縮放性?；谖⑻幚砥鞯亩嗵幚砥黧w系結(jié)構(gòu)。多核三維器件背包SOC三維VLSI光速極限問(wèn)題IC電路有極限：線寬不能無(wú)限縮?。恍阅軆r(jià)格+低功耗新型器件光計(jì)算機(jī)分子計(jì)算機(jī)DNA計(jì)算機(jī)Multicore3DChip主流處理器迅速在嵌入式領(lǐng)域得到使用CISCEIA:EmbeddedIA,工業(yè)控制Multicore:ViiV歡躍雙核,用于數(shù)字電視RISCARMMIPSPPCPA-RISC等嵌入式中的主流數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)乘法與加法運(yùn)算離散傅立葉變換(DFT)離散余弦變換(DCT)FiniteImpluseResponesFilterRISC主流的理由指令使用頻度較均衡控制邏輯規(guī)整，適于VLSI工藝軟硬功能分配合理利于指令級(jí)并行技術(shù)芯片代碼公開(kāi)可定制性強(qiáng)桌面市場(chǎng)被CISC積壓,需要尋找出路性能強(qiáng)IA架構(gòu)的挑戰(zhàn)EIA通用性太強(qiáng)開(kāi)放環(huán)境成熟度高嵌入式處理器五大類體系結(jié)構(gòu)ARMMIPSPOWERPCX86SH系列4主流嵌入式處理器ARM屬于RISC體系工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ARM:AdvancedRISCMachines只設(shè)計(jì)內(nèi)核的英國(guó)公司85年英國(guó)劍橋ARM原型90年成立ARMltd.不制造VLSI設(shè)備，只提供授權(quán)2001年，市場(chǎng)占有率75％ARM內(nèi)核被授權(quán)給數(shù)百家廠商ARM主要應(yīng)用于無(wú)線局域網(wǎng)、3G、手機(jī)、手持設(shè)備、有線網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用形式：集成到專用芯片中作控制器集成ARM內(nèi)核的芯片英特爾、德洲儀器、三星半導(dǎo)體、摩托羅拉、飛利浦半導(dǎo)體、意法半導(dǎo)體、億恒半導(dǎo)體、科勝訊、ADI公司、安捷倫、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、Altera、CirrusLogic、Linkup、Parthus、LSILogic、Micronas,SiliconWave、Virata、Portalplayerinc.、NetSilicon，ParthusARM體系結(jié)構(gòu)ARM7采用馮.諾依曼體系A(chǔ)RM9采用哈佛體系對(duì)匯編程序員透明ARM架構(gòu)V1版架構(gòu)V2版架構(gòu)V3版架構(gòu)V4版架構(gòu)V5版架構(gòu)ARM流水線ARM7的三級(jí)流水線ARM9的五級(jí)流水線ARM系列產(chǎn)品表示ARM系列產(chǎn)品很多,以ARM7系列為例,其內(nèi)核ARM7TDMI表示為：·ARM7：ARM系列具有32位整數(shù)運(yùn)算核·T：內(nèi)含16位壓縮指令集Thumb·D：支持片內(nèi)Debug調(diào)試,·M：采用增強(qiáng)型乘法器(Multiplier),·I：內(nèi)含嵌入式ICE宏單元另外,各產(chǎn)品的后綴提供了各種形式與功能的選擇：·-S：可綜合的軟核Softcore·-E：具有DSP的功能·-J：Jazeller,允許直接執(zhí)行Java字節(jié)碼系列ARM7系列產(chǎn)品ARM7TDMI/ARM7TDMI/ARM720TARM7EJ－最低功耗具有：嵌入式ICE-RT邏輯－硬件上提供片上斷點(diǎn)與調(diào)試點(diǎn)支持非常低的功耗提供0.9MIPS/MHz的三級(jí)流水線和馮.諾依曼體系A(chǔ)RM9系列產(chǎn)品ARM920T與ARM922TARM940T具有：5級(jí)流水線1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)ARM9E系列產(chǎn)品ARM966E-SARM946E-SARM926EJ-S提供DSP擴(kuò)充嵌入式ICE-RT調(diào)試邏輯1.1MIPS/MHz的5級(jí)流水線和哈佛結(jié)構(gòu)緊耦合存儲(chǔ)器（TCM）接口，可使存儲(chǔ)器以最高處理器速度運(yùn)轉(zhuǎn)，可直接連到內(nèi)核上ARM10E產(chǎn)品系列ARM1022Erev0/ARM1020Erev1提供DSP擴(kuò)展嵌入式ICE-RT全性能MMUCache對(duì)于指令與數(shù)據(jù)，64位AHB接口6級(jí)流水線內(nèi)部64位數(shù)據(jù)通道1.25MIPS/MHz比同等ARM9器件，同樣時(shí)鐘下，性能提高50％Securcore專為安全設(shè)計(jì)抗竄改（resisttampering）逆向工程（reverseengineering）保護(hù)機(jī)構(gòu)－確保操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)安全采用ARM7內(nèi)核最多最典型為ARM7TDMI、ARM720TARM特定功能的變種T變種(Thumb指令集)：Thumb指令集嚴(yán)格控制產(chǎn)品成本比采用ARM指令更多的指令，不適合對(duì)時(shí)間要求苛刻的場(chǎng)合M變種(長(zhǎng)乘法指令)：增加了兩條用于進(jìn)行長(zhǎng)乘法操作的ARM指令首先在ARM體系版本3引入，在ARM體系版本4之后，M變種成為系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)功能；E變種(增強(qiáng)型DSP指令)：包含附加指令用于增強(qiáng)處理器對(duì)一些典型DSP算法的處理性能E變種首先在ARM體系版本5T中使用J變種(Java加速器Jazelle)：提供Java加速功能D變種(片內(nèi)Debug)：支持片內(nèi)Debug調(diào)試；I變種(嵌入式ICE)：集成嵌入式ICE宏單元；SIMD變種(ARM媒體功能擴(kuò)展)：高性能的音頻/視頻處理技術(shù)ARM體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)11）16/32位指令集并存Thumb指令集的16位指令集32ARM指令集的子集代碼密度高，性能高狀態(tài)ARM狀態(tài)，Thumb狀態(tài)每指令集都有切換狀態(tài)的指令A(yù)RM指令集32位長(zhǎng)度字對(duì)準(zhǔn)可以傳送8bit，16bit，32bit符號(hào)/無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù)Thumb指令集16位長(zhǎng)度半字對(duì)準(zhǔn)操作寄存器中是32bit數(shù)據(jù)訪問(wèn)和取指使用全32bit地址條件分支指令是唯一一句CPSR的Thumb指令大多數(shù)指令訪問(wèn)R0－R7ARM體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)22）寄存器37個(gè)寄存器31個(gè)32bit通用寄存器6個(gè)32bit狀態(tài)寄存器（實(shí)際只用12bit）R13堆棧R14返回地址R15=PC寄存器分成可以重疊的組Thumb狀態(tài)的寄存器集可訪問(wèn)的寄存器集是ARM的子集8個(gè)通用寄存器R0－R7PC(R15)SP（R13）LR(R14)CPSRThumb指令集與ARM指令集的區(qū)別分支語(yǔ)句向后轉(zhuǎn)移條件下向前轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)向子程序從Thumb狀態(tài)切換到ARM狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送指令操作的結(jié)果放第一個(gè)寄存器eg:R1=R1+R2數(shù)據(jù)處理操作少訪問(wèn)R8－R15受到限制單寄存器加載與存儲(chǔ)指令只訪問(wèn)R1－R7多寄存器加載與存儲(chǔ)指令LDMIAR3!,{R0-R7}STMIAR0!,{R6,R7}PUSH{R3,R5-R7}POP{R2,R5}沒(méi)有協(xié)處理器指令沒(méi)有信號(hào)量指令沒(méi)有訪問(wèn)CPSR指令A(yù)RM特點(diǎn)內(nèi)核耗電少成本低功能強(qiáng)特有16/32位雙指令集部分軟件功能硬件化硬件支持調(diào)試開(kāi)發(fā)5ARM系列高端處理器XScale基于ARMV5TE體系結(jié)構(gòu)兼容ARMV5TEISA指令集（不支持浮點(diǎn)指令集）在處理器內(nèi)核周圍提供了指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器管理單元指令、數(shù)據(jù)和微小數(shù)據(jù)緩存寫(xiě)緩沖、掛起緩沖和分支目標(biāo)緩沖器電源管理性能監(jiān)控調(diào)試JTAG單元以及協(xié)處理器接口MAC協(xié)處理器內(nèi)核存儲(chǔ)總線XScale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

XScale架構(gòu)特點(diǎn)（一）采用7/8級(jí)超級(jí)流水線動(dòng)態(tài)跳轉(zhuǎn)預(yù)測(cè)、分支目標(biāo)緩沖器BTB(BranchTargetBaffer)支持多媒體處理技術(shù)新增乘/加器MAC、40位累加器、兼容ARMV5TE指令、特定DSP型協(xié)處理器CP0指令快存(I-Cache)：32K字節(jié)數(shù)據(jù)快存(D-Cache)：32K字節(jié)可以重構(gòu)為28K字節(jié)片內(nèi)RAM微小數(shù)據(jù)快存(Mini-DCache)：2K字節(jié)指令存儲(chǔ)器管理單元IMMU32路變換后備緩沖器TLB(快表)動(dòng)態(tài)電源管理XScale架構(gòu)特點(diǎn)（二）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器管理單元DMMU32路變換后備緩沖器TLB(快表)中斷控制器總線控制器1G字節(jié)/秒、ECC協(xié)議調(diào)試(Debug)接口：性能監(jiān)控：協(xié)處理器CP14、硬件斷點(diǎn)、硬件觀察點(diǎn)、BKPT指令、異常中斷、JTAG接口、跡緩沖器6主流x86處理器，嵌入式IA架構(gòu)EmbeddedIA，嵌入式IA架構(gòu)芯片組（Chipset）技術(shù)“支持電路”和“接口電路”簡(jiǎn)化硬件部分的設(shè)計(jì)，減少主板上芯片的數(shù)量，增加可靠性用少量幾片VLSI芯片的組合稱為“控制芯片組”，簡(jiǎn)稱“芯片組”“整合型芯片組”1999年開(kāi)始將板卡（I/O卡）或其它部件的功能，如顯示卡、聲卡、MODEM、ATA－66/33硬盤接口等支持功能集成于芯片組19751980198519901995200010,0001,0001010010.1MIPS8086Pentium

?IV

80286i386i486Pentium?

Pentium

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IIPentium

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III凌動(dòng)ATOM采用45nmHigh-KCMOS工藝制造集成4700萬(wàn)個(gè)晶體管DIE核心面積均為7.8×3.1毫米＝24.2平方毫米封裝硅片體積13×14×1.6毫米統(tǒng)一配備512KB二級(jí)緩存支持SSE3指令集、VT虛擬化技術(shù)、EDB防毒技術(shù)、高級(jí)散熱管理技術(shù)功耗在800MHz頻率下的Silverthorne只有不到0.65瓦的功耗7嵌入式DSP案例：SHARC處理器哈佛結(jié)構(gòu)的DSP支持浮點(diǎn)操作與并行執(zhí)行位數(shù)SHARC指令48位基本數(shù)據(jù)字32位地址位32位主要設(shè)計(jì)為浮點(diǎn)密集型運(yùn)算32位IEEE單精度浮點(diǎn)40位IEEE擴(kuò)展精度浮點(diǎn)32位整數(shù)片上帶大量的存儲(chǔ)器系列中的21061有1Mbit片上存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器包括PM：程序存儲(chǔ)器DM：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩個(gè)數(shù)據(jù)地址發(fā)生器（DAG)數(shù)據(jù)可以并行取出芯片外還能夠加更多的存儲(chǔ)器指令并行性允許幾個(gè)操作同時(shí)執(zhí)行允許一條指令進(jìn)行多數(shù)據(jù)提取以下操作可以在單指令完成：定點(diǎn)累加和加、減或平均浮點(diǎn)乘法和ALU操作乘法與雙加減限制：操作數(shù)的來(lái)源來(lái)自不同輸入口8其他嵌入式微處理器IntelStrongARM停產(chǎn)TI的OMAP智能手機(jī)MIPSRISC32位和64位MotorolaDragonBall龍珠AMDAlchemyPPC系列日立SH體系結(jié)構(gòu)PhilipsTrimedia9FPGAFieldProgrammableGateArray現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA與CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)可編程邏輯器件CPLD是基于與或陣列的FPGA是基于查找表（Look-up-Table）可重構(gòu)的計(jì)算嵌入式處理器，片內(nèi)可編程FPGA特點(diǎn)靜態(tài)可重復(fù)編程動(dòng)態(tài)在系統(tǒng)重構(gòu)硬件的功能可以像軟件一樣通過(guò)編程來(lái)修改極大地提高了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性和通用性縮短了產(chǎn)品的上市時(shí)間降低了電子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本基于FPGA的數(shù)字設(shè)計(jì)將在軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)中介紹FPGA發(fā)展歷史FPGA–FieldProgrammableGateArraysFPGA起源于可編程邏輯最早的可編程器件——PROM:PROM(mask)EPROM—可擦寫(xiě)PROM(field)EEPROM—電可擦寫(xiě)PROM(field)PLD—ProgrammableLogicDevicePLD由一堆與門陣列和或門陣列連接而成，原理就是根據(jù)邏輯電路可以變換成SOP表達(dá)式,PLD是FieldProgrammablePAL–ProgrammableArrayLogic，由可編程的與門陣列和固定（不可編程）或陣列構(gòu)成PLA–ProgrammableLogicArray,與門陣列和或門陣列都可編程FPGA發(fā)展歷史PROM雖然可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯電路，但它的特點(diǎn)更適合作存儲(chǔ)器。PLD采用SOP方式，冗余內(nèi)容較多。FPGA由一系列基本單元構(gòu)成的邏輯陣列，單元之間的連接可以由用戶定義。1985年，F(xiàn)PGA由Xilinx公司發(fā)明FPGA的架構(gòu)基于SRAM結(jié)構(gòu)的FPGA（Xilinx）PLD結(jié)構(gòu)（Altera）基于多路選擇器結(jié)構(gòu)（Actel）其他目前主流是SRAM和PLD結(jié)構(gòu)各個(gè)公司都有自己的專利技術(shù)結(jié)構(gòu)和CAD技術(shù)密切相關(guān)SSSSLLLLLLLLLCLB可配置邏輯塊SwitchBox交換布線盒基于SRAM結(jié)構(gòu)FPGAXilinx系列FPGA多采用SRAM技術(shù)層次化的結(jié)構(gòu)由可配置的可配置邏輯塊（CLB）和可編程的互聯(lián)資源（布線資源）構(gòu)成。頂層結(jié)構(gòu)如下圖所示：島式結(jié)構(gòu)(islandstyle)CPLD結(jié)構(gòu)CPLD:ComplexProgrammableLogicDevices復(fù)雜可編程邏輯器件層次化的結(jié)構(gòu)由PIA（ProgrammableInterconnectArray，可編程互聯(lián)陣列－作布線資源）和LAB（LogicArrayBlock，邏輯陣列塊－作邏輯功能單元）組成Altera公司專利結(jié)構(gòu)，基于EPROM編程技術(shù)（與RAM不同）頂層示意圖如下：CPLD結(jié)構(gòu)LAB實(shí)現(xiàn)類似PLD功能。Altera對(duì)PLD機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，形成了由宏單元Macrocell和擴(kuò)展乘積項(xiàng)ExpanderProductTerms構(gòu)成的LAB這里不詳細(xì)介紹LAB功能，只介紹一下PLD的原理，CPLD是基于類似的原理。PLD一般基于與或陣列實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)槿魏我粋€(gè)邏輯表達(dá)式可以化成SOP模式（SumofProduction）即積之和。例：F=A+BC⊕D列出真值表：AB\CD00011110000110010101111111101111找出所有令F＝1的項(xiàng)，然后根據(jù)變量值建立表達(dá)式，如果變量值為1，則不變，為0取反，將各個(gè)令F=1的項(xiàng)用“或”操作連接起來(lái)，化成SOP格式如下：F=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD顯然，上式完全可以用與或陣列實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然，冗余很多。FPGA和CPLD的區(qū)別FPGA的邏輯塊CLB，扇入（Fan-in）?。籆PLD的邏輯塊扇入大互聯(lián)方式：FPGA是分布式的，延時(shí)與系統(tǒng)布局有關(guān)；CPLD是集總式的開(kāi)關(guān)元件，等延時(shí)CPLD邏輯能力強(qiáng)而寄存器少控制密集型；FPGA邏輯能力較弱但寄存器多—數(shù)據(jù)密集型。大規(guī)模的設(shè)計(jì)還是選用FPGA。嵌入式外設(shè)1總線總線是連接I/O設(shè)備、CPU、存儲(chǔ)器各子系統(tǒng)間的共享通信線路優(yōu)點(diǎn)價(jià)格低、通用性、靈活性好缺點(diǎn)通信瓶頸（帶寬）總線的主要參數(shù)有總線的帶寬總線的位寬總線的工作時(shí)鐘頻率傳輸方向單向雙向（半雙工、全雙工）通常采用用法專用：流量高、無(wú)爭(zhēng)用現(xiàn)象、控制簡(jiǎn)單；總線數(shù)目多，時(shí)間利用率低，難小型化。非專用：共享性。造價(jià)低、模塊性強(qiáng)，易擴(kuò)充，會(huì)出現(xiàn)爭(zhēng)用現(xiàn)象、對(duì)失效敏感。常用系統(tǒng)總線PC總線：IBM公司1981年基于8位機(jī)PC/XT的總線AT總線：IBM公司于1984年推出了16位PC機(jī)PC/ATISA總線：Intel公司IEEE和EISA集團(tuán)，與IBM/AT相近的8/16位的“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)”(IndustryStandardArchitecture)PCI總線：1991年，Intel、IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI集團(tuán)，PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup(外圍部件互連專業(yè)組)，簡(jiǎn)稱PCISIGCPCI、ATCA、PCIEXPRESSESIA總線：IBM-PC的ISA發(fā)展而來(lái)，32,33MSCSI總線:來(lái)源于數(shù)組多路通道IPI總線I2C(interIC總線)PHILIPS用于內(nèi)部IC控制簡(jiǎn)單的雙向兩線串行總線PC104為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線緊湊型的IEEE-P996有兩個(gè)版本8位和16位，分別與PC和PC/AT相對(duì)應(yīng)PC104PLUS則與PCI總線相對(duì)應(yīng)嵌入式系統(tǒng)中的總線嵌入式系統(tǒng)總線定制性非擴(kuò)展性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單雙向?qū)Ｓ门c通用并存專用:適用于器件固定,運(yùn)行模式固定通用:通用,需要擴(kuò)展CPU總線傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)：CPU－內(nèi)存總線，I/O總線商用事務(wù)處理系統(tǒng)：I/O頻繁科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)：I/O速度要與處理機(jī)速度相匹配嵌入式系統(tǒng)：CPU，存儲(chǔ)器加上設(shè)備無(wú)需通用性無(wú)需PNPCAN總線控制器局域網(wǎng)ControllerAreaNetwork被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置總結(jié)嵌入式系統(tǒng)中總線針對(duì)設(shè)備無(wú)通用性功耗低2高速輸入與輸出接口IrDA/FastIrDA紅外線發(fā)光二極管發(fā)射硅晶PIN光檢二極管接受控制電路距離小于一尺低速9.6~115Kbps高速1~4Mbps更高速16Mbps藍(lán)牙模塊（bluetooth)無(wú)線傳輸收發(fā)單元基頻處理單元數(shù)據(jù)傳輸接口通信頻率在1.2GHZ以內(nèi)。USBIBM、Compaq、Nortel、NEC、 Intel及Microsoft12Mbps距離<5米樹(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，127個(gè)點(diǎn)低速1.5MbpsUSB2.0速率高達(dá)480MbpsEthernet/FastEthernet802.3/802.3n10MEthernet100MEthernet采用什么協(xié)議?CSMA/CDIEEE139420~400Mbps起源于APPLE的FireWire支持63個(gè)器件長(zhǎng)度幾米使用1394的數(shù)字機(jī)頂盒架構(gòu)圖通訊現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)基本都有通訊有線無(wú)線使用什么協(xié)議?netbios嵌入式TCP/IP協(xié)議棧嵌入式TCP/IP協(xié)議棧嵌入式TCP/IP協(xié)議棧連接在互聯(lián)網(wǎng)上意味著提高智能化管理水平TCP/IP是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛的標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)TCP/IP與基礎(chǔ)設(shè)施連接十分簡(jiǎn)單最大優(yōu)越性也許在于使得嵌入式裝置支持WWW主要用途是進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),還可以遠(yuǎn)程配置嵌入式TCP/IP協(xié)議棧局限性首先嵌入式棧是建在專用的軟插座API之上的提供可靠傳輸，占用了大量的資源體積太大，許多場(chǎng)合不適用實(shí)現(xiàn)方式1采用軟件的方式2硬件方法采用iReady的芯片或芯核，雖然使用的是4位微處理器也能夠和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)直接連接3DSP方法也可以選用DSP為基礎(chǔ)的TCP／IP協(xié)議棧采用方法選擇根據(jù)設(shè)計(jì)的電子裝置的實(shí)際情況來(lái)決定使用硬件功能如何？打算如何來(lái)實(shí)現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)的連接？需要發(fā)送和接收那些種類的信息？將軟件或硬件芯片整合到所設(shè)計(jì)的電子裝置中去，有沒(méi)有困難？增加一個(gè)協(xié)議棧，是否需要對(duì)所設(shè)計(jì)的電子裝置進(jìn)行重大更改等等無(wú)線通訊介紹嵌入式系統(tǒng)中無(wú)線通訊更是隨處可見(jiàn)。無(wú)線通訊都是基于無(wú)限傳輸媒介是電磁波，信號(hào)都以電磁波的方式被發(fā)送和接收無(wú)線傳輸?shù)碾姶挪úㄗV一般從無(wú)線電波(radio)開(kāi)始到可見(jiàn)光部分無(wú)線電波因?yàn)轭l率不是很高，較容易產(chǎn)生，可以遠(yuǎn)距離傳輸，并能夠較容易地穿透和繞過(guò)障礙物線電波的傳播是如水波似的擴(kuò)散型的無(wú)線電波的特性跟它的頻率有關(guān)無(wú)線局域網(wǎng)WirelessLocalAreaNetworks無(wú)線局域網(wǎng)可以有兩種組織方式：一種是以一個(gè)基站（basestation）為中心，所有的移動(dòng)設(shè)備都連接到這個(gè)基站上去，因此基站也稱為接入點(diǎn)（accesspoint）；另一種是沒(méi)有基站，移動(dòng)設(shè)備之間相互連接組成局域網(wǎng)802.11由IEEE制定第一個(gè)高速無(wú)限局域網(wǎng)是802.11a,1999年1999年，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到54Mbps/72Mbps(Turbo)，傳輸距離控制在10～100米1999年9月IEEE802.11b數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到11Mbps2003年6月，IEEE推出最新版本IEEE802.11g認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)擁有IEEE802.11a的傳輸速率，安全性較IEEE802.11b好IEEE802.11e標(biāo)準(zhǔn)對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)MAC層協(xié)議提出改進(jìn)支持多媒體傳輸支持所有無(wú)線局域網(wǎng)無(wú)線廣播接口的服務(wù)質(zhì)量保證QoS機(jī)制IEEE802.11f定義訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)之間的通信支持IEEE802.11的接入點(diǎn)互操作協(xié)議（IAPP）IEEE802.11h用于802.11a的頻譜管理技術(shù)IEEE802.11i標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合IEEE802.1x中的用戶端口身份驗(yàn)證和設(shè)備驗(yàn)證對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)MAC層進(jìn)行修改與整合定義了嚴(yán)格的加密格式和鑒權(quán)機(jī)制改善無(wú)線局域網(wǎng)的安全性個(gè)人無(wú)線局域網(wǎng)wirelesspersonalareanetworks標(biāo)準(zhǔn)802.15，這就是藍(lán)牙的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)zigbee無(wú)線移動(dòng)通訊無(wú)線通訊分為兩類無(wú)線局域網(wǎng)無(wú)線移動(dòng)通訊無(wú)線設(shè)備可以是單向的，也可以是雙向的單向通信包括只接收信號(hào)的BP機(jī)雙向通信系統(tǒng)包括分組無(wú)線電通信（Packet－RadioCommunication）蜂窩數(shù)字分組通信（CellularDigitalPacketCommunication）三種無(wú)線移動(dòng)通訊復(fù)用方式頻分多址時(shí)分多址碼分多址GSM&GPRS全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GlobalSystemforMobilecommunications蜂窩概念即所謂小區(qū)制實(shí)現(xiàn)頻率再用，大大提高了系統(tǒng)容量GSM使用時(shí)分多址方法為了話音業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的GSM移動(dòng)臺(tái)分為兩部分一部分包含無(wú)線接口特有的軟件和硬件另一部分是用戶數(shù)據(jù)——用戶識(shí)別卡（SIM）GeneralPacketRadioService以分組的形式傳送數(shù)據(jù)基于包轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的171.2kbps訪問(wèn)速度支持了移動(dòng)Internet的功能GPRS的缺點(diǎn)一個(gè)蜂窩小區(qū)內(nèi)用于容量有限實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速度遠(yuǎn)低于理論值CDMA碼分多址接入技術(shù)（CodeDivisionMultipleAccess）建立在正交編碼、相關(guān)接收的理論基礎(chǔ)上運(yùn)用擴(kuò)頻通信技術(shù)解決無(wú)線通信的選址問(wèn)題的多址接入方式先用一個(gè)擴(kuò)頻碼（spreadingcode）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制然后傳輸優(yōu)點(diǎn)能充分利用多路衰減現(xiàn)象CDMA與GSM/GPRS比較GSM/GPRS系統(tǒng)有一個(gè)缺點(diǎn)先斷后連的轉(zhuǎn)臺(tái)（handover），又稱為硬轉(zhuǎn)臺(tái)（hardhandover）移動(dòng)臺(tái)在跨越兩個(gè)蜂窩小區(qū)的時(shí)候先跟原來(lái)所在的小區(qū)的基站斷開(kāi)連接然后跟后來(lái)所在的小區(qū)的基站進(jìn)行連接這種情況下，正在進(jìn)行的通話就要被斷開(kāi)在CDMA技術(shù)中不存在硬轉(zhuǎn)臺(tái)所有的基站都使用相同的頻道可以在斷開(kāi)之前先跟下一個(gè)基站連接好稱為先連后斷的轉(zhuǎn)臺(tái)，又稱為軟轉(zhuǎn)臺(tái)（softhandover）CDMA信號(hào)功率遠(yuǎn)小于GSM等系統(tǒng)的功率CDMA輻射也很小從1G到4G大容量、高速率、全方位的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）1G網(wǎng)絡(luò)NMT,C-Nets,AMPS,TACS最早的模擬蜂窩系統(tǒng)2G網(wǎng)絡(luò)GSM,cdmaOne,DAMPS最早的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)UMTSFDDandTDD，cdma20001xEVDO，cdma20003x，TD-SCDMA，AribWCDMA,EDGE，IMT-2000DECT目前已投入商用的帶寬最高的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)4G固定狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到1Gbps移動(dòng)狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到100Mbps在以60公里時(shí)速行駛的汽車內(nèi)進(jìn)行100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸和超高速移動(dòng)通信服務(wù)的無(wú)縫切換多個(gè)用戶同時(shí)以1Gbps的速度下載32個(gè)頻道的HD廣播同時(shí)使用超高速互聯(lián)網(wǎng)上傳下載、可視電話、論壇直播等服務(wù)3G的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)范圍移動(dòng)音頻業(yè)務(wù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議傳送聲音靜態(tài)圖像移動(dòng)圖像虛擬本地環(huán)境電子代理未來(lái)的移動(dòng)手持設(shè)備將不僅是現(xiàn)在的移動(dòng)電話一樣以通話作為主要功能，而將是一種移動(dòng)通訊設(shè)備跟移動(dòng)計(jì)算設(shè)備的結(jié)合，也就是智能手機(jī)（IntelligentCellPhone）3輸入輸出裝置觸控面板電阻式，最常用電容式音波式紅外線式近場(chǎng)感應(yīng)式XGT式防水、防火、防刮、抗菌語(yǔ)音輸入輸出技術(shù)可以軟件實(shí)現(xiàn)前提：處理器功能足夠強(qiáng)大可用專用芯片加硬件模塊Keypad6個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)的5×5按鍵矩陣的示意圖電阻式觸控面板結(jié)構(gòu)LCD顯示器LiquidCrystalDisplay液晶介于固態(tài)和液態(tài)用于顯示GUI環(huán)境下的文字和圖象數(shù)據(jù)適用于低壓、微功耗電路段式液晶常見(jiàn)段式液晶的每字為8段組成，即8字和一點(diǎn)，只能顯示數(shù)字和部分字母。字符型液晶字符型液晶是用于顯示字符和數(shù)字的，對(duì)于圖形和漢字的顯示方式與段式液晶無(wú)異圖形點(diǎn)陣式液晶又將其分為TN、STN（DSTN）、TFT等幾類彩色LCD分：主動(dòng)式LCD(有源,active)高端產(chǎn)品使用,如TFT被動(dòng)式LCD(無(wú)源,passive)中低端產(chǎn)品，如STN手機(jī)等4存儲(chǔ)器RAMSRAM、DRAMROMROM、EPROM、EEPROM、FLASHROMCFCompactFlashSDSecureDigitalMemoryStickSonySpringboardPalm的Visor專用SSDFlash閃速存儲(chǔ)器(FLASH)相對(duì)EEPROM，flash可以用電氣的方法快速地擦寫(xiě)Flash快擦寫(xiě)存儲(chǔ)器不需要存儲(chǔ)電容器集成度更高制造成本低于DRAM特點(diǎn)使用方便與SRAM類似，讀寫(xiě)的靈活性和較快的訪問(wèn)速度與ROM類似，在斷電后可不丟失信息快擦寫(xiě)存儲(chǔ)器技術(shù)發(fā)展迅速NORflashNOR技術(shù)，亦稱為L(zhǎng)inear技術(shù)源于傳統(tǒng)的EPROM器件最早出現(xiàn)，多數(shù)廠家支持特點(diǎn)程序和數(shù)據(jù)可存放在同一芯片上，有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和地址總線，能快速隨機(jī)讀取XIP（eXecuteInPlace）：允許直接從Flash中讀取代碼執(zhí)行，無(wú)需先將代碼載至RAM中執(zhí)行可以單字節(jié)或單字編程，但不能單字節(jié)擦除，必須以塊為單位或?qū)φ瑘?zhí)行擦除操作對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行重新編程之前需要對(duì)塊或整片進(jìn)行預(yù)編程和擦除操作缺點(diǎn)擦除和編程操作所花費(fèi)的時(shí)間很長(zhǎng)NOR的擦除和編程速度較慢塊尺寸又較大適用范圍擦除和編程操作較少直接執(zhí)行代碼尤其是純代碼存儲(chǔ)的應(yīng)用如PC的BIOS固件、移動(dòng)電話、硬盤驅(qū)動(dòng)器的控存不適用純數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和文件存儲(chǔ)的應(yīng)用NANDflash三星1999年底第一顆1GbNANDNAND的存儲(chǔ)器可以取代硬盤以頁(yè)為單位進(jìn)行讀和編程操作，1頁(yè)為256或512B（字節(jié)）以塊為單位進(jìn)行擦除操作，1塊為4K、8K或16KB具有塊編程和塊擦除的功能nand塊擦除時(shí)間是2msNOR技術(shù)塊擦除時(shí)間達(dá)到幾百ms數(shù)據(jù)、地址采用同一總線，串行讀取隨機(jī)讀取速度慢且不能按字節(jié)隨機(jī)編程位成本(bitcost)最低的固態(tài)存儲(chǔ)器芯片尺寸小，引腳少嵌入式操作系統(tǒng)1嵌入式操作系統(tǒng)概述嵌入式操作系統(tǒng)－基本概念嵌入式系統(tǒng)軟硬件資源的控制中心以盡量合理有效的方法組織多個(gè)用戶共享嵌入式系統(tǒng)的各種資源通常復(fù)雜的操作系統(tǒng)支持文件系統(tǒng)用戶系統(tǒng)程序之上的所有軟件。合理有效的方法操作系統(tǒng)如何協(xié)調(diào)并充分利用硬件資源來(lái)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)概述－發(fā)展階段嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下四個(gè)階段：1無(wú)操作系統(tǒng)的嵌入式算法階段單芯片為核心具有與一些監(jiān)測(cè)、伺服、指示設(shè)備相配合的功能一般沒(méi)有明顯的操作系統(tǒng)支持通過(guò)匯編語(yǔ)言編程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接控制。主要特點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相對(duì)單一，針對(duì)性強(qiáng)無(wú)操作系統(tǒng)支持幾乎沒(méi)有用戶接口嵌入式操作系統(tǒng)概述－發(fā)展階段簡(jiǎn)單監(jiān)控式的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段以嵌入式處理器為基礎(chǔ)以簡(jiǎn)單監(jiān)控式操作系統(tǒng)為核心主要特點(diǎn)：處理器種類繁多，通用性比較弱；開(kāi)銷小，效率高；一般配備系統(tǒng)仿真器，具有一定的兼容性和擴(kuò)展性；用戶界面不夠友好，主要用來(lái)控制系統(tǒng)負(fù)載以及監(jiān)控應(yīng)用程序運(yùn)行。嵌入式操作系統(tǒng)概述－發(fā)展階段通用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段以通用型嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)典型代表有：VxWorks、pSos、WindowsCE等主要特點(diǎn)：運(yùn)行在不同的微處理器具有強(qiáng)大的能用型操作系統(tǒng)的功能文件和目錄管理多任務(wù)設(shè)備驅(qū)動(dòng)支持網(wǎng)絡(luò)支持圖形窗口用戶界面具有豐富的API和嵌入式應(yīng)用軟件嵌入式操作系統(tǒng)概述－發(fā)展階段以Internet為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)與Internet的真正結(jié)合嵌入式操作系統(tǒng)與應(yīng)用設(shè)備的無(wú)縫結(jié)合代表著嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展的未來(lái)嵌入式操作系統(tǒng)概述－特點(diǎn)實(shí)時(shí)性基于優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)內(nèi)核可搶占實(shí)時(shí)相關(guān)函數(shù)可重入小內(nèi)核存儲(chǔ)資源小可配置硬件要求不同應(yīng)用需求變化多端對(duì)操作系統(tǒng)功能的選擇性易移植大量嵌入式處理器高可靠性運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)出錯(cuò)不可能人工重啟低功耗：微電量及省電的管理2常見(jiàn)的商品EOS－WindowsCE(1/3)微軟開(kāi)放的、可升級(jí)的32位嵌入式操作系統(tǒng)基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作精簡(jiǎn)的Windows95繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面可以使用Windows平臺(tái)上的編程工具（如VB、VC等）應(yīng)用范圍手掌型小型設(shè)備,移動(dòng)電話,小型終端設(shè)備,汽車,私用電器常見(jiàn)的商品EOS－WindowsCE(2/3)WindowsCE主要具有以下特點(diǎn)：靈活的電源管理功能。包括瞬眠/喚醒模式。對(duì)象存儲(chǔ)（objectstore）技術(shù)。包括文件系統(tǒng)、注冊(cè)表及數(shù)據(jù)庫(kù)。它還具有很多高性能、高效率的操作系統(tǒng)特性，包括按需換頁(yè)、共享存儲(chǔ)、交叉處理同步、支持大容量堆（heap）等。良好的通信能力。廣泛支持各種通信硬件，亦支持直接的局域連接以及撥號(hào)連接，并提供與PC、內(nèi)部網(wǎng)以及Internet的連接，還提供與Windows9x/NT的最佳集成和通信。支持嵌套中斷。允許更高優(yōu)先級(jí)別的中斷首先得到響應(yīng)，而不是等待低級(jí)別的ISR完成。具備實(shí)時(shí)性。常見(jiàn)的商品EOS－WindowsCE(3/3)更好的線程響應(yīng)能力。對(duì)高級(jí)別IST(中斷服務(wù)線程)的響應(yīng)時(shí)間上限的要求更加嚴(yán)格，在線程響應(yīng)能力方面的改進(jìn)，幫助開(kāi)發(fā)人員掌握線程轉(zhuǎn)換的具體時(shí)間，并通過(guò)增強(qiáng)的監(jiān)控能力和對(duì)硬件的控制能力幫助他們創(chuàng)建新的嵌入式應(yīng)用程序。256個(gè)優(yōu)先級(jí)?？梢允归_(kāi)發(fā)人員在控制嵌入式系統(tǒng)的時(shí)序安排方面有更大的靈活性。支持大量API。WindowsCE的API是Win32API的一個(gè)子集，支持近1500個(gè)Win32API。常見(jiàn)的商品EOS－PalmOS(1/2)PalmOS是3Com公司的產(chǎn)品，專用于掌上電腦。主要特點(diǎn)：良好的節(jié)能功能。由掌上電腦要求使用電源盡可能小，因此在PalmOS的應(yīng)用程序中，如果沒(méi)有事件運(yùn)行，則系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)入半休眠（doze）的狀態(tài)；如果應(yīng)用程序停止活動(dòng)一段時(shí)間，則系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入休眠（sleep）狀態(tài)。合理的內(nèi)存管理。Palm的存儲(chǔ)器全部是可讀寫(xiě)的快速RAM為全局變量和其它不需永久保存的數(shù)據(jù)提供臨時(shí)的存儲(chǔ)空間；存儲(chǔ)RAM永久保存應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)。PalmOS占有非常小的內(nèi)存。常見(jiàn)的商品EOS－PalmOS(2/2)數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)的格式存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)庫(kù)由一組記錄（records）和一些數(shù)據(jù)庫(kù)頭信息組成。為保證程序處理速度和存儲(chǔ)器空間，在處理數(shù)據(jù)的時(shí)候，PalmOS不是把數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)堆（StorageHeap）拷貝到動(dòng)態(tài)堆（DynamicHeap）后再進(jìn)行處理，而是在存儲(chǔ)堆中直接處理。為避免錯(cuò)誤調(diào)用存儲(chǔ)器地址，PalmOS規(guī)定，這一切都必須調(diào)用其內(nèi)存管理器里的API來(lái)實(shí)現(xiàn)。常見(jiàn)的開(kāi)源EOS－EmbeddedLinux(1/3)目前正在開(kāi)發(fā)的嵌入式系統(tǒng)中，49%的項(xiàng)目選擇Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)。Linux現(xiàn)已成為嵌入式操作的理想選擇。所有基于Linux的EOS大多數(shù)具有以下特點(diǎn)：精簡(jiǎn)的內(nèi)核。性能高、穩(wěn)定，多任務(wù)。持多種體系結(jié)構(gòu)。如X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC等。提供良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。能夠提供完善的嵌入式GUI以及嵌入式X-Windows。常見(jiàn)的開(kāi)源EOS－EmbeddedLinux(2/3)支持大量嵌入式應(yīng)用程序。提供嵌入式瀏覽器、郵件程序、MP3播放器、MPEG播放器、記事本等應(yīng)用程序。具有良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。提供完整的開(kāi)發(fā)工具和SDK，同時(shí)提供PC上的開(kāi)發(fā)版本。用戶可定制。可提供圖形化的定制和配置工具。豐富的硬件驅(qū)動(dòng)。常用嵌入式芯片的驅(qū)動(dòng)集，支持大量的周邊硬件設(shè)備，驅(qū)動(dòng)豐富。常見(jiàn)的開(kāi)源EOS－EmbeddedLinux(3/3)提供完善的解決方案。針對(duì)嵌入式的存儲(chǔ)方案，提供實(shí)時(shí)版本和完善的嵌入式解決方案。完善的中文支持。特別部分國(guó)產(chǎn)基于Linux的EOS，具有強(qiáng)大的技術(shù)支持，完整的文檔。開(kāi)放源碼。豐富的軟件資源，廣泛的軟件開(kāi)發(fā)者的支持，價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)靈活，適用面廣。常見(jiàn)的開(kāi)源EOS－C/OS(1/3)μC/OS是一個(gè)基于搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，可固化、可剪裁、具有高穩(wěn)定性和可靠性，其最鮮明的特點(diǎn)就是源碼公開(kāi)，便于移植和維護(hù)。主要特點(diǎn)：可移植性（Portable）絕大部分C/OS的源碼是用移植性很強(qiáng)的ANSIC寫(xiě)的。和微處理器硬件相關(guān)的那部分是用匯編語(yǔ)言寫(xiě)的。匯編語(yǔ)言寫(xiě)的部分已經(jīng)壓到最低限度，使得C/OS便于移植到其他微處理器上。C/OS可以在絕大多數(shù)8位、16位、32位甚至64位微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）上運(yùn)行。可固化（ROMable）C/OS是為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，這就意味著，開(kāi)發(fā)人員可以利用固化手段（C編譯、連接、下載和固化）將系統(tǒng)嵌入到產(chǎn)品中。常見(jiàn)的開(kāi)源EOS－C/OS(2/3)可裁剪（Scalable）可以只使用C/OS中應(yīng)用程序需要的那些系統(tǒng)服務(wù)。也就是說(shuō)某產(chǎn)品可以只使用很少幾個(gè)C/OS調(diào)用，而另一個(gè)產(chǎn)品則使用了幾乎所有C/OS-II的功能，這樣可以減少產(chǎn)品中的C/OS-II所需的存儲(chǔ)器空間（RAM和ROM）。這種可剪裁性是靠條件編譯實(shí)現(xiàn)的。搶占式（Preemptive）基于優(yōu)先級(jí)的可搶占調(diào)度。多任務(wù)C/OS可以管理64個(gè)任務(wù)，其中系統(tǒng)預(yù)留8個(gè)。應(yīng)用程序最多可以有56個(gè)任務(wù)。可確定性全部C/OS的函數(shù)調(diào)用與服務(wù)的執(zhí)行時(shí)間具有可確定性。常見(jiàn)的開(kāi)源EOS－C/OS(3/3)任務(wù)棧每個(gè)任務(wù)有自己?jiǎn)为?dú)的棧，C/OS允許每個(gè)任務(wù)有不同的空間，以便壓低應(yīng)用程序?qū)AM的需求。系統(tǒng)服務(wù)

C/OS提供很多系統(tǒng)服務(wù)，例如郵箱、消息隊(duì)列、信號(hào)量、塊大小固定的內(nèi)存的申請(qǐng)與釋放、時(shí)間相關(guān)函數(shù)等。中斷管理中斷可以使正在執(zhí)行的任務(wù)暫時(shí)掛起，如果優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)被該中斷喚醒，則高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)在中斷嵌套全部退出后立即執(zhí)行，中斷嵌套層數(shù)可達(dá)255層。穩(wěn)定性與可靠性幾種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks、mC/OS-II、RT-Linux、QNX都是優(yōu)秀的強(qiáng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，各有特色：VxWorks的衡量指標(biāo)值最好；uC/OS-II最短小精悍；RT-Linux支持調(diào)度策略的改寫(xiě)；QNX支持分布式應(yīng)用。LynxOS操作系統(tǒng)就是一種符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)的類UNIX硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),它的中斷處理、線程調(diào)度、優(yōu)先級(jí)倒置問(wèn)題的解決都有自己獨(dú)特的特點(diǎn)。VxWorks操作系統(tǒng)概述VxWorks由美國(guó)WindRiver系統(tǒng)公司出品，在嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域中頗具優(yōu)勢(shì)。目前該操作系統(tǒng)的版本為VxWorks5.4，其核心功能主要有微內(nèi)核wind，任務(wù)間的通信機(jī)制，高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)支持，功能強(qiáng)大的文件系統(tǒng)（VxWorks支持4種文件系統(tǒng)：dosFs、rt11Fs、rawFs、tapeFs）和I/O管理，POSIX標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)擴(kuò)展，C++和其他標(biāo)準(zhǔn)支持等核心功能。VxWorks系統(tǒng)結(jié)構(gòu)VxWorks是現(xiàn)在所有獨(dú)立于處理器的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中最具特色的操作系統(tǒng)。VxWork系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境支持的CPU包括PowerPC、68K、SPARC、i960、x86等，同時(shí)支持RISC、DSP技術(shù)。它的微內(nèi)核Wind是一個(gè)具有較高性能的標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，其主要特點(diǎn)包括快速多任務(wù)切換、搶占式任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間通信手段多樣化等。從Linux到RTLinuxLinux當(dāng)前主流通用操作系統(tǒng)之一,在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、集群技術(shù)和pc桌面領(lǐng)域都取得了引人注目的成就。Linux操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是取得最優(yōu)平均性能,因此有很多方面無(wú)法滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求。在Linux系統(tǒng)中,基于最大吞吐量標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)度算法、不可中斷的系統(tǒng)調(diào)用、中斷屏蔽,以及虛擬內(nèi)存的使用等因素,都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)在時(shí)間上的不可預(yù)測(cè)性,決定了Linux系統(tǒng)不能處理硬實(shí)時(shí)任務(wù)。RTlinux是建立在Linux之上的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),不僅具有硬實(shí)時(shí)的機(jī)制,同時(shí)又能極大地發(fā)揮Linux自身的各種優(yōu)點(diǎn)。LynxOS美國(guó)LynuxWorks公司的LynxOS操作系統(tǒng)就是一種符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)的類UNIX硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),它的中斷處理、線程調(diào)度、優(yōu)先級(jí)倒置問(wèn)題的解決都有自己獨(dú)特的特點(diǎn)。硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)LynxOS能夠創(chuàng)建精確運(yùn)行的符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)進(jìn)程,它提供一套功能強(qiáng)大、易于使用的開(kāi)發(fā)工具,具有Linux/UNIX開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的程序員可以很快地熟悉并開(kāi)發(fā)出LynxOS下的實(shí)時(shí)應(yīng)用,并且有很強(qiáng)的通用性,適合于高端網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、自動(dòng)控制、航空航天等對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的領(lǐng)域。http:∥LynxOS相關(guān)資料BootLoader嵌入式系統(tǒng)中的OS啟動(dòng)加載程序引導(dǎo)加載程序包括固化在固件(firmware)中的boot代碼(可選)，和BootLoader兩大部分是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段軟件代碼相對(duì)于操作系統(tǒng)內(nèi)核來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)硬件抽象層PC機(jī)中的引導(dǎo)加載程序兩部分組成BIOS(其本質(zhì)就是一段固件程序)位于硬盤MBR中的OSBootLoader（如LILO和GRUB等）流程BIOS在完成硬件檢測(cè)和資源分配后，將硬盤MBR中的BootLoader讀到系統(tǒng)的RAM中，然后將控制權(quán)交給OSBootLoaderBootLoader的主要運(yùn)行任務(wù)就是將內(nèi)核映象從硬盤上讀到RAM中，然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的入口點(diǎn)去運(yùn)行，即開(kāi)始啟動(dòng)操作系統(tǒng)。開(kāi)放環(huán)境如ARMADT/ADS等嵌入式系統(tǒng)中引導(dǎo)加載程序沒(méi)BIOS那樣的固件程序有的嵌入式CPU也會(huì)內(nèi)嵌一段短小的啟動(dòng)程序系統(tǒng)的加載啟動(dòng)任務(wù)就完全由BootLoader來(lái)完成ARM7TDMI中，系統(tǒng)在上電或復(fù)位時(shí)從地址0x00000000處開(kāi)始執(zhí)行這個(gè)地址是BootLoader程序BootLoader的概念在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序功能初始化硬件設(shè)備建立內(nèi)存空間的映射圖調(diào)整系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境，以便操作系統(tǒng)內(nèi)核啟動(dòng)不通用依賴于硬件依賴于具體的板級(jí)配置不同的CPU有不同的BootLoader有些BootLoader支持多CPU，如U-Boot支持ARM和MIPSBootLoader的安裝媒介第一條指令eg：地址0x00000000嵌入式系統(tǒng)通常有固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備(比如：ROM、EEPRO

M或FLASH等)被映射到這個(gè)預(yù)先安排的地址上系統(tǒng)加電后，CPU將首先執(zhí)行BootLoader程序用來(lái)控制BootLoader的設(shè)備或機(jī)制主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間一般通過(guò)串口建立連接BootLoader執(zhí)行時(shí)通常會(huì)通過(guò)串口進(jìn)行I/O如輸出打印信息到串口，從串口讀取用戶控制字符等BootLoader的啟動(dòng)過(guò)程是單階段（SingleStage）還是多階段（Multi-Stage）多階段的BootLoader提供更為復(fù)雜的功能，以及更好的可移植性從固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備上啟動(dòng)的BootLoader大多都是2階段的啟動(dòng)過(guò)程啟動(dòng)過(guò)程可以分為stage1和stage2兩部分BOOTLOADER一般分為2部分匯編部分執(zhí)行簡(jiǎn)單的硬件初始化C語(yǔ)言部分負(fù)責(zé)復(fù)制數(shù)據(jù),設(shè)置啟動(dòng)參數(shù),串口通信等功能.BOOTLOADER的生命周期1.初始化硬件,如設(shè)置UART(至少設(shè)置一個(gè)),檢測(cè)存儲(chǔ)器等2.設(shè)置啟動(dòng)參數(shù),告訴內(nèi)核硬件的信息,如用哪個(gè)啟動(dòng)界面,波特率.3.跳轉(zhuǎn)到操作系統(tǒng)的首地址.4.消亡嵌入式調(diào)試開(kāi)發(fā)環(huán)境1嵌入式集成開(kāi)發(fā)環(huán)境嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境，是以開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)為目的的工程開(kāi)發(fā)環(huán)境。包括辦公環(huán)境支持、軟件支持、硬件設(shè)備支持。軟件支持，指集成開(kāi)發(fā)環(huán)境與軟件模擬器等。硬件支持，指仿真器、目標(biāo)板、示波器、燒錄器等。集成開(kāi)發(fā)系統(tǒng)包括一整套完備的面向嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具。一般包括編輯器、編譯器、連接器、調(diào)試器、工程管理器和底層調(diào)試接口設(shè)備（BDM/JTAG仿真器）嵌入式軟件嵌入式應(yīng)用軟件嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式硬件嵌入式硬件模塊嵌入式處理器嵌入式開(kāi)發(fā)工具2編譯器嵌入式語(yǔ)言：ASM/Ada/C/C++/EC/Java/OP/STAPLEC++標(biāo)準(zhǔn)95年初在日本成立的EmbeddedC++技術(shù)委員嵌入式c/c++編譯器交叉編譯能力：能夠在pc/unix平臺(tái)上生成其他cpu平臺(tái)目標(biāo)代碼連接/定址器：因?yàn)闊o(wú)法提供dos/windows的動(dòng)態(tài)定位執(zhí)行能力。嵌入式一般需要目標(biāo)代碼靜態(tài)定位到具體地址，定址器完成這一工作。啟動(dòng)代碼：初始化處理器和c語(yǔ)言堆棧區(qū)等環(huán)境的匯編碼。EC++:針對(duì)嵌入式的一些實(shí)時(shí)要求等特點(diǎn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)C++語(yǔ)言規(guī)范的修改擴(kuò)充。提供目標(biāo)調(diào)試(remote/rommonitor)能力.另外還有其他一些地方需要注意，如I/O庫(kù)，大小尾段等主流嵌入式編譯器：GNU、CADUL、CodeWarrior、GreenHill、Diab/SDS、IAR、BC/VC+Toolkit….等3調(diào)試器原理遠(yuǎn)程調(diào)試調(diào)試器運(yùn)行于通用桌面操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序被調(diào)試的程序則運(yùn)行于嵌入式系統(tǒng)（目標(biāo)系統(tǒng)）兩種遠(yuǎn)程調(diào)試的方案一插樁（stub）二片上調(diào)試（OnChipDebugging）三代理插樁（stub）在目標(biāo)操作系統(tǒng)和調(diào)試器內(nèi)分別加入某些功能模塊，二者互通信息來(lái)進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試器與被調(diào)試程序的通信被調(diào)試程序產(chǎn)生異常及時(shí)通知調(diào)試器調(diào)試器控制、訪問(wèn)被調(diào)試程序調(diào)試器識(shí)別有關(guān)被調(diào)試程序的多任務(wù)信息并控制某一特定任務(wù)調(diào)試器處理與目標(biāo)硬件平臺(tái)相關(guān)的信息目標(biāo)操作系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程調(diào)試協(xié)議的通信模塊（包括簡(jiǎn)單的設(shè)備驅(qū)動(dòng)）多任務(wù)調(diào)試接口改寫(xiě)異常處理的有關(guān)部分定義一個(gè)設(shè)置斷點(diǎn)的函數(shù)例如：LINUX內(nèi)核時(shí)若將kgdb駐留于ROM中則稱為ROMmonitor片上調(diào)試（OnChipDebugging）在處理器內(nèi)部嵌入額外的控制模塊當(dāng)滿足了一定的觸發(fā)條件時(shí)進(jìn)入某種特殊狀態(tài)，在該狀態(tài)下被調(diào)試程序停止運(yùn)行主機(jī)的調(diào)試器可以通過(guò)處理器外部特設(shè)的通信接口訪問(wèn)各種資源（寄存器、存儲(chǔ)器等）并執(zhí)行指令主機(jī)通信端口與目標(biāo)板調(diào)試通信接口信號(hào)轉(zhuǎn)換電路板連接內(nèi)嵌的控制模塊以基于微碼的監(jiān)控器（microcodemonitor）或純硬件資源的形式存在包括一些提供給用戶的接口（如斷點(diǎn)寄存器等）代理（agent）代理（agent）針對(duì):實(shí)時(shí)系統(tǒng)，延時(shí)，監(jiān)視點(diǎn)tracepoint處理方法：監(jiān)視點(diǎn)緩沖命中監(jiān)視點(diǎn)，自動(dòng)喚醒代理，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到緩沖代理無(wú)需通訊實(shí)時(shí)監(jiān)視的可行方案CPU支持串行工作針對(duì)指令緩沖4常用的調(diào)試方法調(diào)試工作需要配合其他的模塊或者產(chǎn)品方可完成目前常用的調(diào)試方法有以下幾種：指令集模擬器駐留監(jiān)控軟件JTAG仿真器在線仿真器1)指令集模擬器源程序模擬器(Simulator)通過(guò)指令解釋方式逐條