嵌入式系統(tǒng)概述.ppt

1、1,嵌入式系統(tǒng) An Introduction to Embedded System 第1課 嵌入式系統(tǒng)概述 陳文智 chenwz 浙江大學計算機學院 2009年4月,2,提綱, 嵌入式系統(tǒng)概念 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程 嵌入式系統(tǒng)構成要素 嵌入式系統(tǒng)應用領域 浙大嵌入式系統(tǒng)教學 浙大嵌入式系統(tǒng)科研,3,嵌入式系統(tǒng)定義,嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，采用可剪裁軟硬件，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)，用于實現(xiàn)對其他設備的控制、監(jiān)視或管理等功能,4,5,計算機應用領域的劃分,桌面通用型,高端服務型,小型專用型,6,嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(1/7

2、),嵌入式系統(tǒng)中運行的任務是專用而確定的 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 如要更改任務，需要對整個系統(tǒng)進行重新設計或在線維護,桌面通用系統(tǒng)需要支持大量的、需求多樣的應用程序 對系統(tǒng)中運行的程序不作假設 程序升級、更新等方便,7,嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)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)能夠在限定的響應時間內提供所需水平的服務。（POSIX 1003.b ） 嵌入式實時系統(tǒng)可分為： 強實時型：響應時間sms級； 一般實時：響應時間mss級； 弱實時型：響應時間s級以上。,8,嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(3/7),嵌入式系統(tǒng)中使用的

3、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，如： VxWorks Windows CE pSOS QNX 國產嵌入式實時操作系統(tǒng)，如： HOPEN DeltaOS 。OS,9,嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(4/7),嵌入式系統(tǒng)運行需要高可靠性保障，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,10,嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(5/7),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1分鐘采樣一次，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

4、耗，節(jié)省能量。,11,嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(6/7),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 調試：仿真器、虛擬機 更新：在線升級等,12,嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(7/7),嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一項綜合的計算機應用技術 系統(tǒng)結構：狀態(tài)控制器、中斷控制器處理 匯編語言：操縱外圍設備、端口 操作系統(tǒng)：設置運行任務、通訊、互斥 編譯原理：交叉編譯、bootloader加載,13,提綱, 嵌入式系統(tǒng)概念 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程 嵌入式系統(tǒng)構成要素 嵌入式系統(tǒng)應用領

5、域 浙大嵌入式系統(tǒng)教學 浙大嵌入式系統(tǒng)科研,14,嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程,嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀60年代，40多年來隨著計算機技術、電子信息技術的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的各項技術蓬勃發(fā)展，市場迅猛擴大，已深入生產和生活的各個角落。 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、硬件日臻完善（19711989） 嵌入式系統(tǒng)應用走向縱深化發(fā)展 （1990至今）,15,嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)和興起,第一代電子管計算機(19461957年)，無法滿足嵌入式計算所要求的體積小、重量輕、耗電少、可靠性高、實時性強等一系列要求。 60年代，第二代晶體管計算機系統(tǒng)開始應

6、用： 第一臺機載專用數(shù)字計算機是美國海軍艦載轟炸機“民團團員”號研制的多功能數(shù)字分析器(Verdan)。 1962年美國乙烯廠實現(xiàn)了工業(yè)裝置中的第一個直接數(shù)字控制。 19651970年，第三代集成電路化計算機系統(tǒng)應用： 第一次使用機載數(shù)字計算機控制：1965年發(fā)射的Gemini3號 第一次通過容錯來提高可靠性：1968年阿波羅4號、土星5號。,16,嵌入式系統(tǒng)走向繁榮，軟、硬件日臻完善,嵌入式系統(tǒng)的大發(fā)展是在微處理問世之后： 1971年11月，Intel公司推出了第一片微處理器Intel4004。 人們再也不必為設計一臺專用機而研制專用的電路、專用的運算器了，只需以微處理器為基礎進行設計。 1

7、976年，第一個單片機Intel 8048出現(xiàn)。 1982年，第一個DSP出現(xiàn)，比同期的CPU快1050倍。 80年代后期，第三代DSP芯片出現(xiàn)。 軟件技術的進步使嵌入式系統(tǒng)日臻完善： 早期嵌入式系統(tǒng)：采用匯編語言，基本不采用操作系統(tǒng) 硬件的提升 軟件技術發(fā)展,17,嵌入式系統(tǒng)應用走向縱深化發(fā)展,應用充分普及：工業(yè)控制、數(shù)字化通訊、數(shù)字化家電 汽車：50個以上嵌入式微處理器 飛機：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)產業(yè)鏈形成,18,嵌入式系統(tǒng)產業(yè)鏈,19,

8、嵌入式系統(tǒng)市場規(guī)模及平均增長率（20032006）,20,嵌入式軟件系統(tǒng)生命周期發(fā)展,21,提綱, 嵌入式系統(tǒng)概念 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程 嵌入式系統(tǒng)構成要素 嵌入式系統(tǒng)應用領域 浙大嵌入式系統(tǒng)教學 浙大嵌入式系統(tǒng)科研,22,嵌入式系統(tǒng)結構,嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)（可選），以及用戶的應用軟件系統(tǒng)等四個部分組成,23,一個典型的嵌入式系統(tǒng)應用,24,嵌入式微處理器,1000多種硬件處理器，分為MCU、DSP、MPU、SOC ARM RISC （ARM） TMS320 DSP（TI） Trimedia （Philips） StrongARM （Intel） Xsc

9、ale （Intel） MIPS RISC （MIPS） DragonBall（Motorola）,25,外圍硬件設備 （1/2）,片外總線：連接系統(tǒng)各個部件，進行互連和傳輸信息的信號線。 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：汽車電子總線 1553B總線：航空工業(yè)總線 電子盤：采用flash芯片存儲數(shù)據(jù)，體積小、功耗低、抗震 DOC：Disk on Chip DOM：IDE電子盤 CF：CompactFlash SM：Smart Media MS：Memory Stick,26,外圍硬件設備 （2

10、/2）,I/O設備 A/D、D/A 中斷控制器 UART LCD 通訊設備 有線通訊：IEEE1394、USB 無線通訊：IrDA、Bluetooth、802.11b/g,27,嵌入式實時操作系統(tǒng),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 內核大?。簬譑幾百K； 調度時間片：1ms； 實時任務響應時間：2040微妙 一般任務響應時間：20微妙幾百毫秒,2

11、8,提綱, 嵌入式系統(tǒng)概念 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程 嵌入式系統(tǒng)構成要素 嵌入式系統(tǒng)應用領域 浙大嵌入式系統(tǒng)教學 浙大嵌入式系統(tǒng)科研,29,嵌入式技術的應用手機,韓國電信手機/電視遙 控器二合一產品,Sony Ericsson超小型手機電 腦手機放在底座上成為電腦,Nokia手機戶外音響,內置 DVB-H 移動電視手機,普通手機 智能手機 與PDA結合,30,智能家居 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.

12、Master,浙江大學智能割草機,浙江大學顯示營養(yǎng)智能果汁機,嵌入式技術的應用智能家居,31,嵌入式技術的應用PDA,個人信息助理 掌上電腦,PDA 手機 + GPS 導航 Dopod U1000，且支持SkyPE,Map-Star的GPS定位設備,華碩GPS導航器,SONY GPS導航器,Nokia 6110 四頻 HSDPA / GPS 導航器,32,嵌入式技術的應用PMP,iLuv可即時將視頻錄制到iPod/ 閃存卡上，與以前技術相反,Sony家用影音綜合設備,XtremeMac開發(fā)的iPod音箱,IPEVO支持Skype電話,Nike的 iPod 帽,Meizu M8,Ipod nan

13、o,Archos帶 Wifi的704,Portable Media Player,33,錄音筆 FLY數(shù)字筆 能“看懂”在專用紙上所寫的內容 能“閱讀”寫作和糾正語法錯誤 完成簡單的算術運算 將英文互相翻譯成西班牙文等 Genius數(shù)字便箋 存儲100頁便箋 2000LPI分辨率 32MB板載內存 可通過USB連接電腦 筆跡識別軟件 Polymer Vision手機書,嵌入式技術的應用辦公用品,34,嵌入式技術的應用手表,Martin Frey手表 日程表 和手機聯(lián)動 獲取網絡連接和GPS定位信息 手表手機：M300 1英寸的顯示屏 USB接口 可播放音樂 支持藍牙 Nike的Speed+手表

14、 結合 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 愛國者視頻MP4手表,35,嵌入式技術的應用運動玩具游戲,GTX公司定位的運動跑鞋 內置的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Xbox 360，WII，PS3,GameCube,XboX360,PS3,Wii, 手柄, 手套, 槍,36,嵌入式技術的應用攝像器材,數(shù)碼相機 DV,37,嵌入式技術的應用多媒體終端,IP電話 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 的網絡視頻電話,38,嵌入式技術的應用家庭音響,引入計算機技術的音響,配

15、備B&O與Core 2 Duo的P.Guerra家庭影院,Sonos ZP80無線音響,LG HD DVD/藍光播放器,Motorola支持M卡的 HD DVR 錄像機,iPhone,39,嵌入式技術的應用電視,高清電視 數(shù)字電視 立體顯示技術,LG內置數(shù)字錄像機的 LCD TV,AppleTV: Intel Pentium M 1.0 GHz 2MB of L2 高速緩存 nVidia G72M 顯示卡 64MB DDR2 內存 內置的 40GB 硬盤 播放 iTunes,能輸出 1080p 高畫質 影像的 iPod Dock,數(shù)字電視機頂盒,40,嵌入式技術的應用通訊設備,有計算機能力的各

16、種通訊設備 路由器/交換機/防火墻等,Buffalo 路由器 / USB 網卡套裝,VPN產品,千兆網關防火墻,41,嵌入式技術的應用儀器儀表,DCG (動態(tài)心電圖儀) 便攜式多參數(shù)監(jiān)護儀 中醫(yī)指套傳感器脈象虛擬儀器 推拿手法測試儀 電動機故障狀態(tài)監(jiān)測保護系統(tǒng),監(jiān)控儀,手持儀,42,嵌入式技術的應用交通相關,汽車電子 處理器個數(shù)可達三位數(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擴展包,改裝遮陽板 DVD / TV / MP3,43,嵌入式技術的應用軍工,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 震動和沖擊 溫度和濕

17、度,21世紀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,44,嵌入式技術的應用新興硬件,GPS/藍牙雙拼模塊芯片,龍芯2號增強型處理器芯片,Intel進入 二十倍數(shù) 時代，五 年后給我 們八十核 心處理器,服用的 RFID 芯片,Intel Tolapai計劃要把南北橋做在芯片中,45,提綱, 嵌入式系統(tǒng)概念 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程 嵌入式系統(tǒng)構成要素 嵌入式系統(tǒng)應用領域 浙大嵌入式系統(tǒng)教學 浙大嵌入式系統(tǒng)科研,46,課程 應該扮演 什么角色 ？,領域多樣性,教學多樣性,實現(xiàn)多樣性,通訊 汽車電子 信息家電 消費產品 其它,控制 電子工程 計算機 信電 儀器儀表,硬件 系統(tǒng)軟件 應用

18、軟件 綜合,47,嵌入式系統(tǒng)課程的地位,嵌入式系統(tǒng)理論 嵌入式體系結構 嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式軟件開發(fā),計算機組成,操作系統(tǒng)原理,計算體系結構,信號與系統(tǒng),程序設計,實時系統(tǒng),分布式實時系統(tǒng),軟件硬件協(xié)同,機器人,其它研究熱點,文獻閱讀,項目,實驗,。,競賽,48,2002年,2003年,浙江大學計算機系開始開設微機課程,在軟件學院開設嵌入式系統(tǒng)課程,教學組成員多次參加INTEL全國高校嵌入式教學研討會,2004年,與IBM展開嵌入式，操作系統(tǒng)等相關課程聯(lián)合教學,2004-2006,自編講義和實驗指導書,陸續(xù)出版相關的教材,2007年,不斷豐富和改革實驗平臺、建立了實驗室環(huán)境,開設歷史,微軟教育部精品課程”和“教育部英特爾精品課程”,國家精品課程,49,教材與教學內容,自編教材為主、國內優(yōu)秀教材和規(guī)劃