嵌入式系統(tǒng)課件(一)

嵌入式系統(tǒng)第一講

嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介1西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院自我介紹單位：計(jì)算機(jī)學(xué)院多媒體研究所姓名：付少鋒主要研究工作：圖像輸入設(shè)備、嵌入式系統(tǒng)辦公地點(diǎn)：科技試驗(yàn)樓1301辦公電話：8820364388201029手機(jī)-Mail：fushaofeng@2西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院為什么要開這門課程簡(jiǎn)單的講嵌入式系統(tǒng)，就是嵌入到對(duì)象體中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。理性的分析它是一個(gè)系統(tǒng)涵蓋知識(shí)范圍廣對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程系統(tǒng)的總結(jié)感性的分析技術(shù)新市場(chǎng)大太火了3西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院本課程的目標(biāo)使學(xué)生能夠掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的基本方法。4西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院本課程的任務(wù)了解包括嵌入式微控制器、嵌入式程序設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、設(shè)計(jì)方法學(xué)、軟件硬件協(xié)同設(shè)計(jì)、硬件建模和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等知識(shí)，并完成必要的實(shí)踐。5西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院先修課程模擬電子技術(shù)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)微機(jī)系統(tǒng)及應(yīng)用編譯原理計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)匯編C6西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院課程內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式微處理器實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建7西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院考核方式平時(shí)成績(jī)：10％實(shí)驗(yàn)成績(jī)：20％筆試（閉卷）：70％8西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院參考書目《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程》馬洪連等編電子工業(yè)出版社《嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論》胡繼陽(yáng)等編中國(guó)鐵道出版社《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用》田澤編北京航空航天大學(xué)出版社《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ2》美Jean.Labrosse著邵貝貝等譯北航出《嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)μC/OS-Ⅱ和Linux》任哲等編北京航空航天大學(xué)出版社9西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.1引言由于信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展和后PC時(shí)代的到來(lái)，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事技術(shù)、各類產(chǎn)業(yè)和商業(yè)文化藝術(shù)以及人們的日常生活中。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的例子比比皆是?？梢哉f(shuō)，嵌入式系統(tǒng)無(wú)所不在、無(wú)處不在。10西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院應(yīng)用舉例（一）智能玩具11西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院應(yīng)用舉例（二）汽車電子12西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院應(yīng)用舉例（三）信息家電13西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院應(yīng)用舉例（四）消費(fèi)電子14西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院應(yīng)用舉例（五）工業(yè)國(guó)防15西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍如此之廣，涉及面如此之大，以至于有些學(xué)者斷言嵌入式技術(shù)將成為后PC時(shí)代的主宰。

前景16西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何為嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)單的講，就是嵌入到對(duì)象體中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)三要素：嵌入性：嵌入到對(duì)象體系中，有對(duì)象環(huán)境要求。專用性：軟、硬件按對(duì)象要求裁減。計(jì)算機(jī)：實(shí)現(xiàn)對(duì)象的智能化功能。17西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.2嵌入式系統(tǒng)定義IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）的定義： devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants（用于控制、監(jiān)視或者輔助操作設(shè)備和機(jī)器的裝置）目前國(guó)內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：

以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

18西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.3嵌入式系統(tǒng)歷史20世紀(jì)70年代單片機(jī)的出現(xiàn)，這時(shí)的應(yīng)用只是使用8位的芯片執(zhí)行一些單線程的程序，還談不上“系統(tǒng)”的概念。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)商業(yè)級(jí)的嵌入式“操作系統(tǒng)”，并在其上編寫嵌入式應(yīng)用軟件。 1981年，ReadySystem開發(fā)出世界上第一個(gè)商業(yè)嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核（VTRX32）。20世紀(jì)90年代以后，出現(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS），并作為一種軟件平臺(tái)逐步成為目前國(guó)際嵌入式系統(tǒng)的主流。19西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.4嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用于特定環(huán)境下執(zhí)行面對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)，其特點(diǎn)為：系統(tǒng)內(nèi)核小，可裁剪；專用性強(qiáng)；系統(tǒng)精簡(jiǎn)；通常要求有高實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng)；嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要專門的開發(fā)工具和環(huán)境；一旦進(jìn)入市場(chǎng)，就具有較長(zhǎng)的生命周期；20西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.5嵌入式系統(tǒng)組成硬件組成21西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)組成軟件組成22西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.6軟件層次結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)層程序硬件抽象層（HAL）板級(jí)支持包（BSP）設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序操作系統(tǒng)API應(yīng)用程序23西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.7嵌入式系統(tǒng)的分類按表現(xiàn)形式分（硬件范疇）：芯片級(jí)嵌入（含程序或算法的處理器）。模塊級(jí)嵌入（系統(tǒng)中的某個(gè)核心模塊）。系統(tǒng)級(jí)嵌入。24西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)的分類按實(shí)時(shí)性要求分（軟件范疇）：非實(shí)時(shí)系統(tǒng)（PDA）。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)（消費(fèi)類產(chǎn)品）。硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（工業(yè)和軍工系統(tǒng)）。25西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.8處理器的分類和現(xiàn)狀 嵌入式系統(tǒng)硬件的核心部件是嵌入式處理器，按嵌入式處理器用途可分為：嵌入式微控制器（MicroControllerUnitMCU）嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor）嵌入式微處理器（MicroProcessorUnitMPU）SOC（SystemOnChip）SOPC（SystemOnProgrammableChip）26西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院嵌入式微控制器嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)。單片機(jī)芯片內(nèi)部集成了ROM/EPROM，RAM，總線，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，看門狗，I/O，串行口，脈寬調(diào)制輸出，A/D，D/A,FLASH,E2PROM等。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源豐富，適合用于控制，因此稱為微控制器。27西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院嵌入式DSP

DSP處理器是專門用于信號(hào)處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，具有很高的編譯效率和指令執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、FFT、頻譜分析等儀器上，DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。28西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院嵌入式微處理器 嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU演變而來(lái)。具有32位以上的處理器，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，它只保留與嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件以實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。目前主要的嵌入式處理器類型有ARM、MIPS、POWERPC等。29西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院SOC 將通用處理器的IP核和功能模塊的IP核按用戶要求組成系統(tǒng)，仿真后提交芯片廠商生產(chǎn)。（也可下載到FPGA中。百萬(wàn)門）絕大部分系統(tǒng)構(gòu)件都在系統(tǒng)內(nèi)部。（SOC技術(shù)與前三種嵌入式處理器是不一樣的）30西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院SOPC用可編程邏輯技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊硅片上，稱作SOPC?？删幊唐舷到y(tǒng)（SOPC）是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)：首先它是片上系統(tǒng)（SOC），即由單個(gè)芯片完成整個(gè)系統(tǒng)的主要邏輯功能；其次，它是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁減、可擴(kuò)充、可升級(jí)，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。31西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.9嵌入式操作系統(tǒng)分類嵌入式系統(tǒng)軟件一般由嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件組成；操作系統(tǒng)是連接計(jì)算機(jī)硬件與應(yīng)用程序的系統(tǒng)程序，可分為：順序執(zhí)行系統(tǒng)（單任務(wù)系統(tǒng)，如DOS）。分時(shí)操作系統(tǒng)：其特點(diǎn)包括多路性、交互性、“獨(dú)占性”和及時(shí)性（UNIX）。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）：計(jì)算的正確性不僅取決于程序的邏輯正確性，更取決于結(jié)果產(chǎn)生的時(shí)間。 根據(jù)對(duì)產(chǎn)生時(shí)間要求的嚴(yán)格程度又可分為：硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)32西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.10軟件開發(fā)環(huán)境的建立交叉開發(fā)環(huán)境在線調(diào)試在線仿真ROM監(jiān)控器軟件模擬環(huán)境評(píng)估電路板（最為常見）33西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.11嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用工業(yè)控制交通管理信息家電家庭智能管理系統(tǒng)POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)，電子政務(wù)環(huán)境檢測(cè)機(jī)器人…34西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.12嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)嵌入