一 嵌入式系統(tǒng)概述

第一講嵌入式系統(tǒng)概述主講教師：王彬麗聯(lián)系方式主講教師:王彬麗辦公地址:

三教417聯(lián)系電話:0310-857939115203106032電子郵件:aiiwblwbl@隨堂練為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)？嵌入式課程是軟、硬結(jié)合、實(shí)踐性很強(qiáng)的課。越來越軟之后,學(xué)生不敢動硬件,敲鍵盤的人燒不了機(jī)器。同學(xué)們對硬件、軟件都要掌握了解,否則計(jì)算機(jī)越來越軟之后很危險(xiǎn)。”為未來職場的發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)前景非常好，現(xiàn)在這方面的人才短缺。而且做這方面的越有經(jīng)驗(yàn)就越高薪，一般不存在程序員35歲失去優(yōu)勢的問題。不過相對來說，嵌入式需要的軟、硬件知識比較多，所以顯得門檻較高。嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三大領(lǐng)域服務(wù)器市場功能強(qiáng)利潤最大的市場可用性強(qiáng)可擴(kuò)展性桌面市場最廣闊的市場嵌入式市場潛力最大的市場嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）以往計(jì)算機(jī)分類：巨型機(jī)、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)嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）電子計(jì)算機(jī)就其規(guī)?；蛳到y(tǒng)功能而言，可分為巨型、大型、中型、小型、微型計(jì)算機(jī)和單片機(jī)。綜合起來說，計(jì)算機(jī)的分類是這樣的：按照性能指標(biāo)分類①巨型機(jī)：高速度、大容量②大型機(jī)：速度快、應(yīng)用于軍事技術(shù)科研領(lǐng)域③小型機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、性能價(jià)格比突出④微型機(jī)：體積小、重量輕、價(jià)格低嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）超級計(jì)算機(jī)：通常是指由數(shù)百數(shù)千甚至更多的處理器（機(jī)）組成的、能計(jì)算普通PC機(jī)和服務(wù)器不能完成的大型復(fù)雜課題的計(jì)算機(jī)。工作站：是一種以個人計(jì)算機(jī)和分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算為基礎(chǔ)，主要面向?qū)I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算與圖形、圖像處理能力，為滿足工程設(shè)計(jì)、動畫制作、科學(xué)研究、軟件開發(fā)、金融管理、信息服務(wù)、模擬仿真等專業(yè)領(lǐng)域而設(shè)計(jì)開發(fā)的高性能計(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。嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）廣義地講，凡是不用于通用目的的可編程計(jì)算機(jī)設(shè)備，就可以算是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。舉例來說，個人計(jì)算機(jī)（PC）不是一種嵌入式系統(tǒng)，因?yàn)樗怯糜谕ㄓ媚康牡南到y(tǒng)。而一些電話系統(tǒng)就是采用個人計(jì)算機(jī)技術(shù)建立的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，最典型的嵌入式系統(tǒng)如手機(jī)、可視電話等；另外還有一些嵌入式系統(tǒng)采用特殊的微處理器，如傳真機(jī)、打印機(jī)等。狹義上而言，嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為核心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一般嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程是：從產(chǎn)品定義開始，接著進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，然后將軟件或操作系統(tǒng)移植到硬件上，并且進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)，最后經(jīng)過測試與調(diào)試后即開始銷售或使用。嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）根據(jù)英國電機(jī)工程師協(xié)會所做的定義“嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或輔助某個設(shè)備、機(jī)器甚至工廠運(yùn)行的設(shè)備”，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)該具備以下4個特性：執(zhí)行特定的功能；以微處理器與外圍設(shè)備構(gòu)成核心；需要嚴(yán)格的時序與穩(wěn)定性；全自動操作。嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）由上述可知，嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)軟件與硬件的綜合體，整個綜合體的設(shè)計(jì)目的在于滿足某種特殊功能，并應(yīng)用于各類具體的應(yīng)用系統(tǒng)中，例如，實(shí)驗(yàn)儀器、辦公設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備甚至航天設(shè)備，等等。嵌入式系統(tǒng)是一個外延極廣的概念，凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的、具有嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)的系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)(EmbeddedSystem）專用性強(qiáng)由于嵌入式系統(tǒng)通常是面向某個特定應(yīng)用的，所以嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件，尤其是軟件，都是為特定用戶群來設(shè)計(jì)的，它通常都具有某種專用性的特點(diǎn)。

可靠性高

由于有些嵌入式系統(tǒng)所承擔(dān)的計(jì)算任務(wù)涉及產(chǎn)品質(zhì)量、人身設(shè)備安全、國家機(jī)密等重大事務(wù)，加之有些嵌入式系統(tǒng)的宿主對象要工作在無人值守的場合，例如危險(xiǎn)性高的工業(yè)環(huán)境中、內(nèi)嵌有嵌入式系統(tǒng)的儀器儀表中、在人際罕至的氣象檢測系統(tǒng)中以及為偵察敵方行動的小型智能裝置中等。所以與普通系統(tǒng)相比較，對嵌入式系統(tǒng)可靠性的要求極高。嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)(EmbeddedSystem）實(shí)時性好目前，嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制、數(shù)據(jù)采集、傳輸通信等場合，主要用來對宿主對象進(jìn)行控制，所以都對嵌入式系統(tǒng)有或多或少的實(shí)時性。可裁剪性好目前的做法是，把嵌人式系統(tǒng)硬件和操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可裁剪的，以便使嵌入式系統(tǒng)開發(fā)入員根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要來量體裁衣，去除冗余，從而使系統(tǒng)在滿足應(yīng)用要求的前提下達(dá)到最精簡的配置。嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)(EmbeddedSystem）功耗低有很多嵌入式系統(tǒng)的宿主對象都是一些小型應(yīng)用系統(tǒng)，例如移動電話、pda、mp3、飛機(jī)、艦船、數(shù)碼相機(jī)等，這些設(shè)各不可能配各容量較大的電源，因此低功耗一直是嵌入式系統(tǒng)最求的目標(biāo)。不可壟斷性PC有Win系列壟斷嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的基礎(chǔ)是以應(yīng)用為中心的“芯片”設(shè)計(jì)和面向應(yīng)用的軟件產(chǎn)品開發(fā)。產(chǎn)品相對穩(wěn)定性普通處理器18月嵌入式處理器8－10年嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)至今已經(jīng)有30多年的歷史，近幾年來，計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)電子的一體化趨勢日益明顯，嵌入式技術(shù)已成為一個研究熱點(diǎn)。縱觀嵌入式技術(shù)的發(fā)展過程，大致經(jīng)歷四個階段。一、以單片機(jī)為核心低級嵌入式系統(tǒng)系統(tǒng)以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)，具有與監(jiān)測、伺服、指示設(shè)備相配合的功能。這類系統(tǒng)大部分應(yīng)用于一些專業(yè)性強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般沒有操作系統(tǒng)的支持，通過匯編語言編程對系統(tǒng)進(jìn)行直接控制。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展二、以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。主要特點(diǎn)是：CPU種類繁多，通用性比較弱；系統(tǒng)開銷小，效率高；操作系統(tǒng)達(dá)到一定的兼容性和擴(kuò)展性；應(yīng)用軟件較專業(yè)化，用戶界面不夠友好。三、以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。主要特點(diǎn)是：嵌入式操作系統(tǒng)能運(yùn)行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴(kuò)展性；具備文件和目錄管理、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口以及用戶界面等功能；具有大量的應(yīng)用程序接口API，開發(fā)應(yīng)用程序較簡單；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展四、以Internet為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。這是一個正在迅速發(fā)展的階段。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外，但隨著Internet的發(fā)展以及Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)結(jié)合日益密切，嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合將代表嵌入式系統(tǒng)的未來。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式應(yīng)用信息家電智能玩具軍事電子通信設(shè)備移動存貯工控設(shè)備智能儀表汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軍事國防電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)控制消費(fèi)電子一些典型的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例goReaderInterneteBookSamsungAnyWebInternetScreenPhoneeRemoteIntelligentHomeControllerTektronixTDS7000DigitalOscilloscopesNixvueDigitalAlbumDigitalPhotoAlbum嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用家用方面：數(shù)字電視、信息家電、智能玩具、手持通訊、存儲設(shè)備的核心。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式視頻服務(wù)器嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)代化家庭嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式Internet應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用工業(yè)方面：機(jī)床、冶金、電子、交通、航空航天等行業(yè)技術(shù)升級的重要基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軍事偵察阿富汗參加反恐作戰(zhàn)的“赫耳墨斯”價(jià)值4萬美元，可攜帶2架攝像機(jī)，發(fā)揮了很好作用。主要內(nèi)容1324這門課該如何學(xué)？ARM是什么？嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？如何構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境？5如何開發(fā)設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)？推薦的教材推薦的開發(fā)板TQ2440開發(fā)板

大家關(guān)心的問題課程屬性：專業(yè)方向課學(xué)時數(shù)：40=20+20考核性質(zhì)：考查課程成績：平時成績＋實(shí)驗(yàn)成績

主要內(nèi)容1324這門課該如何學(xué)？ARM是什么？嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？如何構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境？5如何開發(fā)設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)？ARM是什么？ARM處理器是Acorn計(jì)算機(jī)有限公司面向低預(yù)算市場設(shè)計(jì)的第一款RISC微處理器；如今ARM是該公司的簡稱；

如今ARM是32位嵌入式微處理器的行業(yè)領(lǐng)先芯片，也作為嵌入式微處理器的簡稱。

ARM分類ARM7系列ARM9系列ARM9E系列ARM10E系列4款通用嵌入式微處理器

SecurCore系列（專用于安全性要求較高的場合）IntelXscale(性價(jià)比高，用于數(shù)字移動電話等場合)IntelStrongARM（多用于通信和消費(fèi)產(chǎn)品）嵌入式處理器舉例1典型的8位微處理器MCS-51系列的單片機(jī)是低端嵌入式系統(tǒng)中用得最多的微處理器。嵌入式處理器舉例2典型的16位微處理系統(tǒng)TI公司的16位定點(diǎn)DSP芯片幾種嵌入式處理器3典型的32位微處理器ARM系列是應(yīng)用較廣泛的32位微處理器。ARM微處理器主要包括以下四個部分：1、ARMCortex應(yīng)用程序處理器；2、ARMCortex嵌入式處理器；3、經(jīng)典ARM處理器；4、ARM專家處理器。ARM簡介11978年12月5日，物理學(xué)家赫爾曼·豪澤（HermannHauser）和工程師ChrisCurry，在英國劍橋創(chuàng)辦了CPU公司（CambridgeProcessingUnit），主要業(yè)務(wù)是為當(dāng)?shù)厥袌龉?yīng)電子設(shè)備。1979年，CPU公司改名為Acorn計(jì)算機(jī)公司。起初，Acorn公司打算使用摩托羅拉公司的16位芯片，但是發(fā)現(xiàn)這種芯片太慢也太貴。"一臺售價(jià)500英鎊的機(jī)器，不可能使用價(jià)格100英鎊的CPU！"他們轉(zhuǎn)而向Intel公司索要80286芯片的設(shè)計(jì)資料，但是遭到拒絕，于是被迫自行研發(fā)。1985年，RogerWilson和SteveFurber設(shè)計(jì)了他們自己的第一代32位、6MHz的處理器，RogerWilson和SteveFurber用它做出了一臺RISC指令集的計(jì)算機(jī)，簡稱ARM（AcornRISCMachine）。這就是ARM這個名字的由來。1990年11月27日，Acorn公司正式改組為ARM計(jì)算機(jī)公司。蘋果公司出資150萬英鎊，芯片廠商VLSI出資25萬英鎊，Acorn本身則以150萬英鎊的知識產(chǎn)權(quán)和12名工程師入股。20世紀(jì)90年代，ARM32位嵌入式RISC(ReducedlnstructionSetComputer)處理器擴(kuò)展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。ARM公司既不生產(chǎn)芯片也不銷售芯片，它只出售芯片技術(shù)授權(quán)。ARM簡介2ARM簡介3將技術(shù)授權(quán)給其它芯片廠商形成各具特色的ARM芯片...ARM處理器的應(yīng)用當(dāng)前主要應(yīng)用于消費(fèi)類電子領(lǐng)域；到目前為止，基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位嵌入式微處理器75％以上的市場份額全球80%的GSM/3G手機(jī)、99%的CDMA手機(jī)以及絕大多數(shù)PDA產(chǎn)品均采用ARM體系的嵌入式處理器，“掌上計(jì)算”相關(guān)的所有領(lǐng)域皆為其所主宰。ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個方面。ARM簡介4主要內(nèi)容1324這門課該如何學(xué)？ARM是什么？嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？如何構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境？5如何開發(fā)設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)？嵌入式系統(tǒng)使根據(jù)應(yīng)用的要求，將操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之中，實(shí)現(xiàn)軟件與硬件一體化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。簡單的嵌入式系統(tǒng)通常沒有操作系統(tǒng)。復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)需要一個操作系統(tǒng)（OS）來管理和控制內(nèi)存、多任務(wù)、周邊資源等?？梢院喕瘧?yīng)用程序的設(shè)計(jì)，縮短開發(fā)周期，保障軟件質(zhì)量。由于嵌入式硬件平臺的局限性，嵌入式操作系統(tǒng)一般具有軟件代碼小，高度自動化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。嵌入式操作系統(tǒng)簡介美國WindRiver公司（已被Intel收購）于1983年開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)。已被廣泛應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時性要求極高的領(lǐng)域中。如美國的F-16、FA-18戰(zhàn)斗機(jī)、B-2隱形轟炸機(jī)、愛國者導(dǎo)彈、NASA火星探測器等。特點(diǎn)：高可靠性、實(shí)時性、可裁減性（最小內(nèi)核8KB）VxWorks操作系統(tǒng)基于VXworks的火星探路者美國微軟公司嵌入式、移動計(jì)算平臺的基礎(chǔ)，是一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)。1996年發(fā)布1.0版本，2004年5.0版本，目前WinCE.NET，Win8，最新Win10移動版。特點(diǎn)：界面源自Win95/98，具有模塊化、結(jié)構(gòu)化、基于Win32應(yīng)用程序接口與處理器無關(guān)等特點(diǎn)。繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，可使用VisualStudio編程平臺，絕大多數(shù)軟件只需簡單的修改和移植就可使用。WinCE操作系統(tǒng)基于WinCE的移動機(jī)器人平臺前身是μC/OS，最早出自1992年美國嵌入式系統(tǒng)專家JeanJ.Labrosse在《嵌入式系統(tǒng)編程》雜志上刊登的文章連載。用ANSIC編寫，包含一部分匯編語言代碼。嚴(yán)格來說只是一個實(shí)時操作系統(tǒng)內(nèi)核，僅包含任務(wù)調(diào)度、時間管理、內(nèi)存管理、任務(wù)間通信和同步等基本功能。沒有提供輸入/輸出管理、文件管理、網(wǎng)絡(luò)等額外的服務(wù)。特點(diǎn)：良好的可擴(kuò)展性和源碼開發(fā)μC/OS-II操作系統(tǒng)內(nèi)核前身是英國國寶意昂（Psion）公司的EPOC操作系統(tǒng)。是一個實(shí)時性、多任務(wù)的32位操作系統(tǒng)。具有低功耗、內(nèi)存占用少等優(yōu)點(diǎn)，適合手機(jī)等移動設(shè)備。特點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)化開放式平臺，內(nèi)核與圖形用戶界面技術(shù)分開，可開發(fā)各種不同的操作系統(tǒng)界面。Symbian操作系統(tǒng)是將Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪修改，使之能在嵌入式設(shè)備上運(yùn)行的一種操作系統(tǒng)。是一種成熟、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。特點(diǎn)：開放源碼、內(nèi)核?。ㄗ钚?34KB)、可定制、網(wǎng)絡(luò)支持完整、跨平臺、開發(fā)工具鏈完善。不是實(shí)時操作系統(tǒng)，需添加實(shí)時軟件模塊。Linux操作系統(tǒng)基于RTLinux的仿人機(jī)器人高48cm

重:6kg

靈活性：20DOF操作系統(tǒng):RT-Linux

接口形式:USB1.0(12Mbps)響應(yīng)周期:1ms

能源：DC24Vx6.2A(150W)制造：富士通主要內(nèi)容1324這門課該如何學(xué)？ARM是什么？嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？如何構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境？5如何開發(fā)設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)？開發(fā)環(huán)境Windows7操作系統(tǒng)筆記本電腦TQ2440嵌入式開發(fā)板軟件平臺－KEILMDKKeil公司開發(fā)的ARM開發(fā)工具M(jìn)DK(MicrocontrollerDevelopmentKit)，是用來開發(fā)基于ARM核的系列微控制器的嵌入式應(yīng)用程序。它適合不同層次的開發(fā)者使用，包括專業(yè)的應(yīng)用程序開發(fā)工程師和嵌入式軟件開發(fā)的入門者。MDK包含了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的KeilC編譯器、宏匯編器、調(diào)試器、實(shí)時內(nèi)核等組件，支持所有基于ARM的設(shè)備，能幫助工程師按照計(jì)劃完成項(xiàng)目。KEILMDK-μVisionIDEforARM軟件平臺－ADSARM公司2001年推出的ARM集成開發(fā)工具。全稱為ARMDeveloperSuite。由命令行開發(fā)工具，ARM運(yùn)行時庫，GUI開發(fā)環(huán)境，實(shí)用程序和支持軟件組成。使用ADS，用戶就可以為ARM系列的RISC處理器編寫和調(diào)試自己的開發(fā)程序。目前常用的版本為ADS1.2。ADS1.2串口工具SecureCRT下載軟件DNW仿真軟件Jlink-Flasher硬件平臺——TQ2440硬件平臺——J-linkv8仿真器硬件平臺——多功能轉(zhuǎn)接板實(shí)驗(yàn)室EMB9G453G移動互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺主要內(nèi)容1324這門課該如何學(xué)？ARM是什么？嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？如何構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境？5如何開發(fā)設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)？嵌入式系統(tǒng)的組成處理器存儲器