嵌入式系統(tǒng)概述

第1章嵌入式系統(tǒng)概述內(nèi)容介紹1.1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.2嵌入式系統(tǒng)的組成1.3嵌入式處理器1.4嵌入式操作系統(tǒng)1.5ARM處理器簡(jiǎn)介1.6嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法END1.1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1.1嵌入式系統(tǒng)的定義1.1.2嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)1.1.3嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域END1.1.1嵌入式系統(tǒng)的定義END1.1.1嵌入式系統(tǒng)的定義根據(jù)IEEE〔國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)〕的定義：嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置〞devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplantsEND1.1.1嵌入式系統(tǒng)的定義用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置包含可編程計(jì)算機(jī)的設(shè)備計(jì)算機(jī)隱藏、嵌入在系統(tǒng)中隱藏在任一產(chǎn)品中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)緊密相關(guān)，卻不是普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)END1.1.1嵌入式系統(tǒng)的定義目前國(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)為根底，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、本錢、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。END1.1.2嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的。嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持具有較長(zhǎng)的生命周期嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不存儲(chǔ)于磁盤等載體中專門開發(fā)工具支持END1.1.2嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)的區(qū)別實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)的區(qū)別專用性、體積、功耗、固化的程序END1.1.3嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域消費(fèi)電子嵌入式應(yīng)用信息家電智能玩具軍事電子通信設(shè)備移動(dòng)存貯工控設(shè)備智能儀表汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工業(yè)軍事國(guó)防電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)END1.2嵌入式系統(tǒng)的組成硬件處理器是系統(tǒng)的運(yùn)算核心；存儲(chǔ)器(ROM、RAM)用來(lái)保存可執(zhí)行代碼，以及中間結(jié)果；輸入輸出設(shè)備完成與系統(tǒng)外部的信息交換；其他局部輔助系統(tǒng)完成功能。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)該系統(tǒng)用來(lái)管理硬件資源和應(yīng)用軟件，并提供一種機(jī)制，使得處理器分時(shí)地執(zhí)行各個(gè)任務(wù)并完成一定的時(shí)限要求。應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是完成系統(tǒng)功能的主要軟件，它可以由單獨(dú)的一個(gè)任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以由多個(gè)并行的任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。END1.2嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)中的最小系統(tǒng)處理器電源電路復(fù)位電路晶振電路存儲(chǔ)器其他功能電路END實(shí)例—硬盤MP3最小系統(tǒng)電路END1.2嵌入式系統(tǒng)的組成END各種應(yīng)用程序應(yīng)用編程接口和組件庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序文件系統(tǒng)GUI通信及其他軟件模塊嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核板級(jí)支持包1.3嵌入式處理器1.3.1嵌入式處理器的分類1.3.2嵌入式處理器的選型原那么END1.3.1嵌入式處理器的分類嵌入式處理器應(yīng)用產(chǎn)品4位遙控器相機(jī)防盜器玩具簡(jiǎn)易計(jì)量表等8位電視游戲機(jī)空調(diào)傳真機(jī)電話錄音16位手機(jī)攝象機(jī)錄象機(jī)各種多媒體應(yīng)用32位MODEM掌上電腦路由器數(shù)碼相機(jī)GPRS網(wǎng)絡(luò)家庭64位高級(jí)工作站新型電腦游戲機(jī)各種多媒體應(yīng)用END1.3.1嵌入式處理器的分類

但是從應(yīng)用的角度來(lái)劃分，嵌入式處理器包含了下面幾種類型嵌入式微處理器嵌入式微控制器嵌入式DSP嵌入式片上系統(tǒng)END1.3.1嵌入式處理器的分類

嵌入式微處理器(EmbeddedMicroprocessorUnit，EMPU)嵌入式微處理器的根底是通用計(jì)算機(jī)中的CPU。僅具有最根本的計(jì)算功能。嵌入式處理器目前主要有PowerPC、68000、MIPS、ARM系列等。END1.3.1嵌入式處理器的分類

嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit，MCU)嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM、RAM、總線邏輯、定時(shí)器等各種必要的功能模塊。END1.3.1嵌入式處理器的分類

嵌入式DSP(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)DSP對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、FFT、頻譜分析等方面，DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域。END1.3.1嵌入式處理器的分類

嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip)隨著VLSI設(shè)計(jì)的普及和半導(dǎo)體工藝的迅速開展，可以在一塊硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)，這就是SOC。整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大局部都可以集成到一塊芯片中去．應(yīng)用系統(tǒng)的電路板將變得很簡(jiǎn)潔，這將有利于減小體積和功耗，提高系統(tǒng)的可靠性。END1.3.2嵌入式處理器的選型原那么CPU的處理速度技術(shù)指標(biāo)〔存放器，集成模塊等〕處理器的功耗處理器的軟件支持工具處理器是否內(nèi)置調(diào)試工具處理器供給商是否提供評(píng)估板END1.4嵌入式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的根本思想是隱藏底層不同硬件的差異，向在其上運(yùn)行的應(yīng)用程序提供一個(gè)統(tǒng)一的調(diào)用接口。應(yīng)用程序通過這一接口實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的使用和控制，不必考慮不同硬件操作方式的差異。操作系統(tǒng)主要完成三項(xiàng)任務(wù)：內(nèi)存管理、多任務(wù)管理和外圍設(shè)備管理END1.4嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性：嵌入式系統(tǒng)一旦開始運(yùn)行就不需要用戶過多的干預(yù)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的嵌入式操作系統(tǒng)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性；較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性；嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性一般較強(qiáng)，可用于各種設(shè)備的控制當(dāng)中；可伸縮性：開放、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)；外設(shè)接口的統(tǒng)一性：提供各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口。END1.4嵌入式操作系統(tǒng)VxWorksuC/OSII嵌入式LinuxWindowsCEAndroidENDVxWorksWindRiverSystem1983年開發(fā)。實(shí)時(shí)性非常好。內(nèi)核非常?。鹤钚〗Y(jié)構(gòu)<8KB高效的任務(wù)管理微秒級(jí)中斷處理Tornado圖形化開發(fā)環(huán)境用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的軍事、航天、工業(yè)領(lǐng)域。ENDuC/OSII硬實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)源代碼開放功能簡(jiǎn)單，易學(xué)，易用不具有很高的性能主要用于高校教學(xué)END嵌入式Linux軟實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)開放的源代碼功能強(qiáng)大的內(nèi)核功能豐富的模塊內(nèi)核較大缺少易用的開發(fā)環(huán)境廣泛應(yīng)用于對(duì)實(shí)時(shí)性需求不高的各種行業(yè)。ENDWindowsCE微軟出品軟實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)功能強(qiáng)大、界面漂亮價(jià)格較高易用的開發(fā)環(huán)境廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品。ENDAndroid基于Linux平臺(tái)的開源操作系統(tǒng)Google提供了功能強(qiáng)大的中間件和接口功能強(qiáng)大、界面漂亮集成Java虛擬機(jī)，只能使用Java開發(fā)應(yīng)用易用的開發(fā)環(huán)境廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品。END1.5ARM處理器簡(jiǎn)介1.5.1ARM處理器的進(jìn)化過程1.5.2ARM處理器的開發(fā)工具ENDARM：AdvancedRISCMachines公司：處理器設(shè)計(jì)、提供技術(shù)和軟件技術(shù)：處理器核心，指令系統(tǒng)，開發(fā)環(huán)境等等。處理器：由半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的基于ARM技術(shù)的處理器。如三星，飛利浦，Intel，ST，TI，F(xiàn)reeScale等。END1.5.1ARM處理器的進(jìn)化過程

END1.5.1ARM處理器的進(jìn)化過程

7種版本，V1～V7每種版本定義了ARM指令集體系結(jié)構(gòu)V1，V2使用26位尋址空間V3使用32位尋址空間V4T，V5E，V6，V7使用32位尋址空間，不與26位體系結(jié)構(gòu)兼容目前常用的ARM7,局部ARM9處理器使用V4T版本局部ARM9使用V5E版本，ARM11使用V6版本V7版本用于CortexEND1.5.1ARM處理器的進(jìn)化過程

ARM7ARM9,ARM9EARM10ARM11Cortex-A,Cortex-R,Cortex-MSecurCore,XscaleEND1.5.1ARM處理器的進(jìn)化過程

1.6嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法1.6.1嵌入式系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)1.6.2嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程1.6.3嵌入式系統(tǒng)的硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)〔閱讀〕END1.6.1嵌入式系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)硬件層：硬件層由嵌入式微處理器、外圍電路和外部設(shè)備組成中間層：硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為BSP(板級(jí)支持包)軟件層：軟件層主要是操作系統(tǒng)，有的還包括文件系統(tǒng)、圖形用戶接口和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等功能層：功能層由基于操作系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用程序組成，用來(lái)完成對(duì)被控對(duì)象的控制功能

END1.6.2嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程(1)需求分析；(2)軟硬件分別設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試、測(cè)試；(3)系統(tǒng)集成；軟硬件集成；(4)集成測(cè)試；(5)假設(shè)系統(tǒng)正確，那么結(jié)束，否那么繼續(xù)進(jìn)行；(6)假設(shè)出現(xiàn)錯(cuò)誤，需要對(duì)軟、硬件分別驗(yàn)證和修改；返回