《ARM Cortex-A9多核嵌入式系統(tǒng)開發(fā)教程》課件第一章

嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)簡介現(xiàn)實中的嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的概念和特點嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程概述1第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.1嵌入式系統(tǒng)簡介

1976年，出現(xiàn)最早的單片機，它是由Intel公司推出。Motorola公司同時推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列。從20世紀80年代早期開始，嵌入式系統(tǒng)的程序員開始用商業(yè)級的“操作系統(tǒng)”編寫嵌入式應(yīng)用軟件，此刻“嵌入式系統(tǒng)”才真正出現(xiàn)了。20世紀90年代以后，隨著對實時性要求的提高，軟件規(guī)模不斷上升，實時核逐漸發(fā)展為實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)，并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統(tǒng)的主流。第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.2

現(xiàn)實中的嵌入式系統(tǒng)日常生活

手持媒體設(shè)備、數(shù)碼相機、打印機、全自動洗衣機、電飯煲等都是嵌入式系統(tǒng)的具體應(yīng)用。工業(yè)控制

工業(yè)過程控制、數(shù)字機床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測、石油化工系統(tǒng)的自動化都需要嵌入式微控制器的參與。交通管理第1章嵌入式系統(tǒng)概述環(huán)境工程

水文資料實時監(jiān)測、防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測、堤壩安全、地震監(jiān)測網(wǎng)、實時氣象信息網(wǎng)、水源和空氣污染監(jiān)測都涉及大量數(shù)據(jù)的實時處理分析。國防與航天

神舟飛船和長征火箭中有很多嵌入式系統(tǒng)，導彈的制導系統(tǒng)也是一種嵌入式系統(tǒng)。第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.3

嵌入式系統(tǒng)的概念和特點概念：

按照IEEE(國際電氣和電子工程師協(xié)會)的定義，嵌入式系統(tǒng)即“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設(shè)備運行的裝置”(原文為devicesusedtocontrol，monitor，orassisttheoperationofequipment，machineryorplants)。這主要是從應(yīng)用上加以定義的，從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，并且涵蓋機械等附屬裝置。第1章嵌入式系統(tǒng)概述特點：軟硬件可裁剪；對功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴格；代碼短小精悍，可固化；實時性；弱交互性；需要專門的開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具；第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.4

嵌入式系統(tǒng)的組成圖1.1嵌入式系統(tǒng)組成框圖第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.4.1

嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)備包括嵌入式處理器和外圍設(shè)備。其中，嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部分。它將通用處理器中許多由板卡完成的任務(wù)集成到芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計時趨于小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。

外圍設(shè)備是嵌入式系統(tǒng)中用于完成存儲、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其他部件。目前常用的嵌入式外圍設(shè)備按功能可以分為存儲設(shè)備(如RAM、SRAM、Flash等)、通信設(shè)備(如RS-232接口、SPI接口、以太網(wǎng)接口)和顯示設(shè)備(如LCD等)三類。第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.4.2

嵌入式系統(tǒng)的軟件組成圖1.2嵌入式系統(tǒng)軟件子系統(tǒng)組成框圖

嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件是整個系統(tǒng)的控制核心，控制整個系統(tǒng)的運行，提供人機交互的信息等。在嵌入式系統(tǒng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和不同的發(fā)展階段，嵌入式系統(tǒng)軟件組成也不完全相同，但基本上可以分為應(yīng)用層、操作系統(tǒng)(OS)層和硬件設(shè)備驅(qū)動層。如左圖所示。第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.5

嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng)(EmbeddedOperatingSystem，EOS)是指用于嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。目前常用的包括VxWorks、WindowsCE、μC/OS-Ⅱ、Linux等。VxWorks：

美國WindRiver公司開發(fā)的嵌入式實時操作系統(tǒng)。單就性能而言，它是非常優(yōu)秀的操作系統(tǒng)：具有可裁剪的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，高效的任務(wù)管理，靈活的任務(wù)間通信，微秒級的中斷處理，支持POSIX1003.1b實時擴展標準，支持多種物理介質(zhì)及標準、完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。第1章嵌入式系統(tǒng)概述WindowsCE：

微軟公司針對嵌入式設(shè)備開發(fā)的32位、多任務(wù)、多線程的操作系統(tǒng)。它支持x86、ARM、MIPS、SH等架構(gòu)的CPU，硬件驅(qū)動程序豐富，比如支持WiFi、USB2.0等新型設(shè)備，并具有強大的多媒體功能；可以靈活裁剪，以減小系統(tǒng)體積；但是，其源代碼沒有開放(目前僅開放了一小部分)，開發(fā)人員難以進行更細致的定制；占用的內(nèi)存較多，整個系統(tǒng)相對龐大；版權(quán)許可費用也比較高。第1章嵌入式系統(tǒng)概述μC/OS-Ⅱ：

一個源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，可用于8位、16位和32位處理器。其特點包括：可裁剪，對硬件要求較低；可以運行最多64個任務(wù)；調(diào)度方式為搶占式，即總是運行最高優(yōu)先級的就緒任務(wù)。需要說明的是，μC/OS-Ⅱ僅是一個實時內(nèi)核，用戶需要完成其他更多的工作，比如編寫硬件驅(qū)動程序、實現(xiàn)文件系統(tǒng)操作(使用文件的話)等。第1章嵌入式系統(tǒng)概述Linux：遵循GPL協(xié)議的開放源碼的操作系統(tǒng)，使用時無需交納許可費用。內(nèi)核可任意裁剪，幾乎支持所有的32位、64位CPU；內(nèi)核中支持的硬件種類繁多，幾乎可以從網(wǎng)絡(luò)上找到所有硬件驅(qū)動程序；支持幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；有大量的應(yīng)用程序可用，從編譯工具、調(diào)試工具到GUI程序。其缺點在于實時性，雖然2.6版本的Linux在實時性方面有較大改進，但是仍無法稱為實時操作系統(tǒng)。第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.6

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程用戶需求分析

系統(tǒng)的需求一般分為功能性需求和非功能性需求兩個方面。功能性需求就是系統(tǒng)的基本功能。②體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

體系結(jié)構(gòu)設(shè)計描述系統(tǒng)如何實現(xiàn)需求分析里面所述的功能性和非功能性需求。③軟/硬件設(shè)計

由于ARM硬件體系的一致性，因此嵌入式系統(tǒng)設(shè)計工作大部分都集中在軟件設(shè)計上。第1章嵌入式系統(tǒng)概述④系統(tǒng)集成

系統(tǒng)集成即把初步設(shè)計好的硬件、軟件和執(zhí)行裝置等集成在一起，進行聯(lián)調(diào)；在聯(lián)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)并改進單元設(shè)計過程中的不足或錯誤；針對具體的問題，對軟硬件進行調(diào)整。⑤系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試即對設(shè)計好的系統(tǒng)進行測試，驗證其是否滿足規(guī)格說明中規(guī)定的要求。針對不同復雜程度的系統(tǒng)，目前有一些常用的系統(tǒng)設(shè)計方法，如瀑布設(shè)計法、自頂向下設(shè)計法、自下向上設(shè)計法、螺旋設(shè)計法、逐步細化設(shè)計法和并行設(shè)計法等。第1章嵌入式