嵌入式系統(tǒng)原理導(dǎo)論

1、黃恒一一、課程導(dǎo)言 1.嵌入式系統(tǒng)在生活中有哪些應(yīng)用？ 1.消費(fèi)類電子應(yīng)用數(shù)字電視、信息家電、智能玩具、手持通訊、存儲(chǔ)設(shè)備的核心。2.嵌入式Internet應(yīng)用3.信息家電數(shù)字機(jī)頂盒汽車電子產(chǎn)品（18個(gè)嵌入式控制模塊）CAN總線網(wǎng)絡(luò)VOLVO S80汽車的CAN總線網(wǎng)絡(luò)4.嵌入式應(yīng)用汽車電子5.智能玩具與機(jī)器人6.嵌入式技術(shù)應(yīng)用工業(yè)控制工業(yè)方面：機(jī)床、冶金、電子、交通、航空航天等行業(yè)技術(shù)升級(jí)的重要基礎(chǔ)阿富汗參加反恐作戰(zhàn)的“赫耳墨斯”價(jià)值4萬(wàn)美元，可攜帶2架攝像機(jī)，發(fā)揮了很好作用。7.軍事偵察 2002年11月28日，以色列一選舉投票點(diǎn)，發(fā)生槍擊事件，造成至少7人死亡，數(shù)十人受傷。以警方用機(jī)器人

2、在檢查一具巴勒斯坦槍手的尸體。8.反恐防暴微型飛行器微型飛行器-“-“黑寡婦黑寡婦”9.空中飛行器10.基于WinCE的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)11.基于RTLinux的仿人機(jī)器人 高 48 cm重: 6 kg靈活性：20 DOF操作系統(tǒng): RT-Linux接口形式: USB 1.0 (12Mbps)響應(yīng)周期: 1ms能源： DC24V x 6.2A (150W)制造：富士通 12.基于VXworks的火星探路者13.2004年“勇氣號(hào)”再次登陸火星二、理論教學(xué)目的 1.通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握嵌入式系統(tǒng)的組成和基本原理、ARM體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原理及方法、以及嵌入式操作系統(tǒng)的基本原理及應(yīng)

3、用等。二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的使學(xué)生掌握ARM嵌入式系統(tǒng)的基本原理及其項(xiàng)目設(shè)計(jì)的開發(fā)方法，了解各類ARM嵌入式芯片主要技術(shù)指標(biāo)和性能。掌握嵌入式系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)和開發(fā)技術(shù)，掌握實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在ARM上的移值，讓學(xué)生接觸與掌握當(dāng)今電子科技前沿的最新技術(shù)，進(jìn)而有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力三、教學(xué)方法，先修課程、后續(xù)課程及課程關(guān)聯(lián) 1. 采用學(xué)導(dǎo)式、角色扮演和案例式綜合教學(xué)方法. 教學(xué)過程 學(xué)生自學(xué) 回答問題 新的教學(xué)內(nèi)容 提出問題三、先修課程及后續(xù)課程 2. 學(xué)生結(jié)合自己所掌握計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的實(shí)際確定必須具備以下先修課程基礎(chǔ)： C C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、單片機(jī) 要求：要求：課后完成學(xué)

4、習(xí)心得，課堂參與討論課后完成學(xué)習(xí)心得，課堂參與討論. .三、后續(xù)課程 3. 結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)操作情況建議后續(xù)課程 嵌入式應(yīng)用開發(fā) 考核：期末考試（考核：期末考試（70%70%）, ,學(xué)習(xí)心得（學(xué)習(xí)心得（10%10%）, , 課堂討論（課堂討論（10%10%）, ,出勤（出勤（10%10%）. .三、課程關(guān)聯(lián) 1.先修課程單片機(jī)為嵌入式原理及應(yīng)用中項(xiàng)目的開發(fā)有幫助。 2.先修課程C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)為嵌入式原理及應(yīng)用中相關(guān)項(xiàng)目的編譯調(diào)試有幫助。 3.嵌入式原理及應(yīng)用為后續(xù)課程嵌入式開發(fā)中項(xiàng)目的設(shè)計(jì)有直接的關(guān)聯(lián)。 1.課程主要內(nèi)容以計(jì)算機(jī)各種專業(yè)知識(shí)綜合應(yīng)用為主要特色的課程，其指導(dǎo)思想是培養(yǎng)

5、學(xué)生從“整體”的角度認(rèn)識(shí)、研究和解決嵌入式系統(tǒng)工程問題的方法和能力，為學(xué)生在嵌入式領(lǐng)域研究和開發(fā)奠定相關(guān)基礎(chǔ)。 2.本課程共分三部分：理論部分：主要介紹嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的概念及開發(fā)方法；基礎(chǔ)部分：主要介紹ARM7體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)及ARM微控制器的結(jié)構(gòu)原理；應(yīng)用部分：主要介紹如何設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)。四、本課程理論主要內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容目標(biāo)平臺(tái)目標(biāo)平臺(tái)開發(fā)工具開發(fā)工具嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目PCPC虛擬機(jī)虛擬機(jī)armarm開發(fā)板開發(fā)板ADSLADSL集成開發(fā)環(huán)境集成開發(fā)環(huán)境H HLINUXLINUX（源代碼）（源代碼）四、本課程主要內(nèi)容（一） 理論教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容1. 緒論（嵌入式系

6、統(tǒng)特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢(shì)）2. 嵌入式硬件系統(tǒng)基礎(chǔ)（基本組成，嵌入式微處理器：ARM，總線、存儲(chǔ)系統(tǒng)、輸入/輸出接口等)3. 嵌入式軟件系統(tǒng)基礎(chǔ)4. 嵌入式軟件應(yīng)用開發(fā)基礎(chǔ)。（二） 實(shí)踐教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容1. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)模式2. 嵌入式軟件開發(fā)工具3. 軟件分析設(shè)計(jì)方法四、本課程主要內(nèi)容 第一部分 嵌入式系統(tǒng)概述 第二部分 ARM微處理器編程模型 第三部分 ARM9指令系統(tǒng) 第四部分 嵌入式程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第五部分 嵌入式內(nèi)部可編程模塊 第六部分 嵌入式接口技術(shù)及應(yīng)用五、嵌入式的拓展 1、嵌入式硬件的發(fā)展趨勢(shì) 2、嵌入式軟件的發(fā)展趨勢(shì) 3、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)典型過程及趨勢(shì) 4、無(wú)處不在的嵌入式系統(tǒng)嵌

7、入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì) 硬件1. 單核 多核（Freescale P4080 8 cores, Cavium 16 cores）2. FPGA容易越來越大，速度越來越快，可集成CPU3. 多核結(jié)合，如TI OMAP750集成DSP和ARM核（諾基亞手機(jī)，opod手機(jī)） 軟件 硬件邏輯 監(jiān)控程序 操作系統(tǒng) Linux在嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，發(fā)展速度快1、嵌入式硬件的發(fā)展趨勢(shì)2、嵌入式軟件的發(fā)展趨勢(shì)3.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)典型過程及趨勢(shì)開始第一階段：確定產(chǎn)品目標(biāo)第二階段：軟件/硬件任務(wù)劃分第三階段：反復(fù)細(xì)化任務(wù)劃分第四階段：軟件/硬件設(shè)計(jì)/開發(fā)產(chǎn)品發(fā)布第五階段：軟件/硬件整合第六階段：產(chǎn)品測(cè)試、發(fā)布第七階

8、段：產(chǎn)品維護(hù)、升級(jí)軟件設(shè)計(jì)比重越來越大硬件設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)發(fā)展的三大階段計(jì)算機(jī)發(fā)展的三大階段 無(wú)處不在的計(jì)算機(jī)無(wú)處不在的計(jì)算機(jī) 嵌入式系統(tǒng)無(wú)處不在4、無(wú)處不在的嵌入式系統(tǒng)1.計(jì)算機(jī)發(fā)展的三大階段計(jì)算機(jī)發(fā)展的三大階段 第一階段：始于五十年代的由第一階段：始于五十年代的由IBM, IBM, Burroughs, HoneywellBurroughs, Honeywell等公司率先研等公司率先研制的大型機(jī)。制的大型機(jī)。 第二階段第二階段：始于七十年代的個(gè)人計(jì)算始于七十年代的個(gè)人計(jì)算機(jī)。機(jī)。 第三階段第三階段：計(jì)算機(jī)正邁入下一個(gè)充滿計(jì)算機(jī)正邁入下一個(gè)充滿機(jī)遇的階段機(jī)遇的階段“后后PCPC時(shí)代時(shí)代”或或“無(wú)

9、處無(wú)處不在的計(jì)算機(jī)不在的計(jì)算機(jī)”階段。階段。2.無(wú)處不在的計(jì)算機(jī)無(wú)處不在的計(jì)算機(jī) 施樂公司施樂公司Palo AltoPalo Alto研究中心主任研究中心主任Mark Mark WeiserWeiser認(rèn)為：認(rèn)為： “從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，PCPC機(jī)和計(jì)算機(jī)工作站將機(jī)和計(jì)算機(jī)工作站將衰落，因?yàn)橛?jì)算機(jī)變得無(wú)處不在：例如衰落，因?yàn)橛?jì)算機(jī)變得無(wú)處不在：例如在墻里、在手腕上、在手寫電腦中在墻里、在手腕上、在手寫電腦中( (象手象手寫紙一樣寫紙一樣) )等等，隨用隨取、伸手可及等等，隨用隨取、伸手可及”。2.無(wú)處不在的計(jì)算機(jī)無(wú)處不在的計(jì)算機(jī) 全世界的計(jì)算機(jī)科學(xué)家正在形成一種共全世界的計(jì)算機(jī)科學(xué)家正在形

10、成一種共識(shí)識(shí): : 計(jì)算機(jī)不會(huì)成為科幻電影中的那種貪婪計(jì)算機(jī)不會(huì)成為科幻電影中的那種貪婪的怪物的怪物, , 而是將變得小巧玲瓏而是將變得小巧玲瓏, , 無(wú)處不無(wú)處不在在. . 他們藏身在任何地方他們藏身在任何地方, , 又消失在所又消失在所有地方有地方, , 功能強(qiáng)大功能強(qiáng)大, , 確有無(wú)影無(wú)蹤確有無(wú)影無(wú)蹤. . 人人們將這種思想命名為們將這種思想命名為: : “無(wú)所不在的計(jì)無(wú)所不在的計(jì)算機(jī)算機(jī)”。 3.嵌入式系統(tǒng)無(wú)處不在彼此互連即使遠(yuǎn)在火星面對(duì)面對(duì)6 6萬(wàn)年才有一次的機(jī)萬(wàn)年才有一次的機(jī)會(huì)，科學(xué)家們積極行動(dòng)會(huì)，科學(xué)家們積極行動(dòng)起來起來從從6 6月開始，月開始，先后有歐洲的先后有歐洲的“火星快火

11、星快車車”、美國(guó)、美國(guó)“勇氣號(hào)勇氣號(hào)”和和“機(jī)遇號(hào)機(jī)遇號(hào)”等三顆火等三顆火星探測(cè)器飛往火星，而星探測(cè)器飛往火星，而日本一顆本已在太空日本一顆本已在太空“迷失方向迷失方向”的火星探的火星探測(cè)器也在關(guān)鍵時(shí)刻及時(shí)測(cè)器也在關(guān)鍵時(shí)刻及時(shí)“醒醒”來，開始了久違來，開始了久違的火星之旅。的火星之旅。火星與地球，這一對(duì)在星空中遙火星與地球，這一對(duì)在星空中遙遙相望的遙相望的“兄弟兄弟”，迎來，迎來6 6萬(wàn)年來萬(wàn)年來“最親密的接觸最親密的接觸”，在，在20032003年年8 8月月2727日這一天，火星距離地球最近日這一天，火星距離地球最近達(dá)到達(dá)到55756622(555756622(5千多萬(wàn)千多萬(wàn)) )公里。公里。勇氣號(hào)勇氣號(hào)“哥倫比亞哥倫比亞”號(hào)，整個(gè)系統(tǒng)的起飛號(hào)，整個(gè)系統(tǒng)的起飛重量達(dá)重量達(dá)20002000噸，高噸，高5656米。米。 “小鷹小鷹”號(hào)標(biāo)準(zhǔn)排水量為號(hào)標(biāo)準(zhǔn)排水量為6010060100噸，滿載排水量達(dá)噸，滿載排水量達(dá)8112381123噸，艦長(zhǎng)噸，艦長(zhǎng)323.6323.6米，艦米，艦寬寬39.639.6米，吃水米，吃水11.411.4米，是世界上最大的常規(guī)動(dòng)力航空母艦。艦員米，是世界上最大的常規(guī)動(dòng)力航空母艦。艦員29302930名，名，其中軍官其中軍官155155名；航空人員名；航空人員24802480名，其中軍官名，其中軍官320320名。飛