嵌入式系統(tǒng)1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介課件

嵌入式系統(tǒng)第一講

嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介——11.1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。2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3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5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6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7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。9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)。

10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)的內(nèi)涵從技術(shù)角度嵌入式系統(tǒng)是將應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)。從系統(tǒng)角度嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計(jì)完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。11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)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)，與通用計(jì)算機(jī)比起來(lái)其具有以下顯著特點(diǎn)：系統(tǒng)內(nèi)核?。ㄙY源有限）；專用性強(qiáng)；運(yùn)行環(huán)境差異大；可靠性要求高（無(wú)人值守）；通常要求有高實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng)；具有固化在非易失性存儲(chǔ)器中的代碼；嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需要專門的開(kāi)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；13西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.6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(xiě)嵌入式應(yīng)用軟件。

1981年，ReadySystem開(kāi)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。14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)組成硬件組成15西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.8硬件抽象層早期的嵌入式系統(tǒng)包含3個(gè)部分：硬件平臺(tái)、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序；經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，在硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)之間演化出了新的一層——硬件抽象層；硬件抽象層屏蔽了底層硬件的多樣性，操作系統(tǒng)不再直接面對(duì)具體的硬件環(huán)境，而是由硬件抽象層代表的、邏輯上的硬件環(huán)境。板級(jí)支持包是大多數(shù)商用嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可移植性所采用的一種方案，是硬件抽象層的一種實(shí)現(xiàn)。17西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.9嵌入式系統(tǒng)的分類按表現(xiàn)形式分（硬件范疇）：系統(tǒng)級(jí)：各種類型的工控機(jī)、PC104模塊。板級(jí)：各種類型的帶CPU的主板及OEM產(chǎn)品。片級(jí)：各種以單片機(jī)、DSP、微處理器為核心的產(chǎn)品。18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)）。19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。21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。22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位以上的總線，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。與嵌入式微控制器的區(qū)別（大體上）微控制器——存儲(chǔ)器在片內(nèi)微處理器——存儲(chǔ)器在片外23西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院Intel8085MicroprocessorIntroducedin19748-bitarchitectureStillusedinsomemicrocontrollerapplications!25西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院Intel8086MicroprocessorIntroducedin197929,000transistors33mm2Clock:5MHz16bitarchitecture26西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院IntelPentiumMicroprocessorIntroducedin19933,100,000transistors296mm2Clock:60MHz32bitarchitecture1stsuperscalarimplementationofIA3229西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院PentiumProcessorDetailsStateRegistersMemoryControlROMCombinationallogic30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）31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。32西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.11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，從實(shí)時(shí)性的角度來(lái)看，可分為：非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（如WinCE，Linux等）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。33西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.12軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立交叉開(kāi)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(jiàn)）34西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.13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…35西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1.14嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)嵌入式應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)需要強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)工具和操作系統(tǒng)的支持互聯(lián)網(wǎng)成為必然趨勢(shì)支持小型電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)小尺寸