嵌入式計(jì)算專題

1、計(jì)算機(jī)科學(xué)概論湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院1http:/ 10.1 嵌入式系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的概念概念（a）電信（b）智能卡（c）導(dǎo)航（e）數(shù)字消費(fèi)電子（f）汽車驅(qū)動(dòng) 駕駛系統(tǒng)（d）計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng) 系統(tǒng)和外設(shè) 嵌入式系統(tǒng)的概念湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院5http:/ 國(guó)際電工與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）給出的定義：控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置該定義具有突出的應(yīng)用色彩，不過(guò)現(xiàn)在看來(lái)，似乎并未充分體現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)今的學(xué)術(shù)內(nèi)涵。嵌入式系統(tǒng)的概念湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院6http:/ Large Scale Integration）技術(shù)的發(fā)展，可以將整個(gè)中央計(jì)算單元集成到一塊芯片上，這樣的芯

2、片也被稱作微處理器。微處理器被廣泛“嵌入”到各類產(chǎn)品中，并通過(guò)嵌入式軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)某些特定的功能。為“嵌入式”應(yīng)用而設(shè)計(jì)的微處理器也被稱為嵌入式微處理器。應(yīng)用實(shí)例：用于計(jì)算器產(chǎn)品中的第一臺(tái)商用微處理器Intel 4004以及被廣泛應(yīng)用的汽車制造業(yè)領(lǐng)域。汽車上的嵌入式系統(tǒng)嵌入式微處理器的優(yōu)勢(shì)湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院9http:/ 10.2 嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成嵌入式硬件嵌入式軟件10.2.1 嵌入式硬件湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院12http:/ 湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院13http:/ 嵌入式處理器通用微處理器/微控制器（MPU/MCU）專用集成電路（ASIC）高性能數(shù)字信號(hào)處理器（

3、DSP）現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）多采用32位的精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)（RISC），取其特有的高速度、低功耗、小尺寸、價(jià)位低的特點(diǎn)常用來(lái)協(xié)助解決網(wǎng)絡(luò)與多媒體所需實(shí)時(shí)處理的高速運(yùn)算問(wèn)題常用來(lái)滿足特定應(yīng)用的動(dòng)態(tài)可編程特性等主流嵌入式微處理器嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心組成部分，其作用相當(dāng)于系統(tǒng)的大腦。湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院14http:/ 嵌入式處理器MPU-DSP雙核片上系統(tǒng)MPU-FPGA可編程片上系統(tǒng)MPU-DSP-FPGA三核結(jié)構(gòu)的可編程片上系統(tǒng)常見架構(gòu)湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院15http:/ 嵌入式處理器選擇處理器時(shí)的考慮因素市場(chǎng)上已有CPU 供應(yīng)商處理速度功耗技術(shù)指標(biāo)支持工具供應(yīng)商

4、是否提供評(píng)估版湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院16 嵌入式處理器實(shí)例數(shù)字電視機(jī)頂盒硬件結(jié)構(gòu)湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院17http:/ 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)硬件的重要組成部分，它主要用于存儲(chǔ)程序指令、數(shù)據(jù)以及其他重要的系統(tǒng)配置細(xì)節(jié)，是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的記憶設(shè)備。只讀存儲(chǔ)單元ROM隨機(jī)存儲(chǔ)單元RAM內(nèi)部存儲(chǔ)器閃存Flash Memory硬盤外部存儲(chǔ)器湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院18 輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備常用于系統(tǒng)與外界交互鍵盤各種傳感器觸摸屏輸入設(shè)備顯示器發(fā)光二極管喇叭輸出設(shè)備實(shí)例：自動(dòng)售賣機(jī)中的系統(tǒng)、移動(dòng)電話中的系統(tǒng)10.2.2 嵌入式軟件湖南大學(xué)信息科學(xué)與

5、工程學(xué)院19http:/ 嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)：在指定的時(shí)間內(nèi)未能實(shí)現(xiàn)一個(gè)確定的任務(wù)將會(huì)崩潰的系統(tǒng)，往往需要添加專門用于時(shí)間和優(yōu)先級(jí)管理的控制芯片軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)：雖然對(duì)時(shí)間要求同樣重要，但出現(xiàn)超時(shí)情況時(shí)不會(huì)導(dǎo)致致命錯(cuò)誤，主要通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)限的管理嵌入式操作系統(tǒng)特點(diǎn)在于多任務(wù)的管理湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院21http:/ 嵌入式操作系統(tǒng)Palm OSWindows CE常用嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式LinuxVxWorkspSOS湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院22http:/ 嵌入式軟件開發(fā)特點(diǎn)：交叉編譯模式 嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)流程湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院23http:/ 嵌入

6、式軟件開發(fā)實(shí)例：嵌入式系統(tǒng)編程框架之“Hello World”湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院24http:/ 10.3 嵌入式計(jì)算的特點(diǎn)嵌入式計(jì)算的特點(diǎn)面向特定應(yīng)用對(duì)象和任務(wù)設(shè)計(jì)的，具有很強(qiáng)的專用性，對(duì)成本、體積、功耗有一定的限制。大多有實(shí)時(shí)要求，需要有對(duì)外部事件迅速做出反應(yīng)的能力。大多需要長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，對(duì)計(jì)算的可靠性和穩(wěn)定性有很高要求。許多嵌入式系統(tǒng)的人機(jī)交互界面也有其特殊性。實(shí)例：數(shù)碼相機(jī)湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院25http:/ 10.4 嵌入式計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)與新挑戰(zhàn)嵌入式計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)與新挑戰(zhàn)10.4.1 嵌入式計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)高性能低成本信息化網(wǎng)絡(luò)化低功耗智能化便捷化湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院26http:/ 嵌入式計(jì)算所面臨的挑戰(zhàn)1.性能與內(nèi)核速度之間的矛盾 系統(tǒng)性能受限于慢速系統(tǒng)組件 連線長(zhǎng)度限制了能以內(nèi)核速度訪問(wèn)片上內(nèi)存的大小湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院27http:/ 嵌入式計(jì)算所面臨的挑戰(zhàn)2.嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)具有的特點(diǎn)可靠性高實(shí)時(shí)性強(qiáng)面向應(yīng)用可裁剪和移植編程體積小功耗低湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院28http:/ 嵌入式計(jì)算所面臨的挑戰(zhàn)3.復(fù)雜的系統(tǒng)帶來(lái)