《ARM Cortex-A9多核嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)教程》課件第一章

嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介現(xiàn)實(shí)中的嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的概念和特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程概述1第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1976年，出現(xiàn)最早的單片機(jī)，它是由Intel公司推出。Motorola公司同時(shí)推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列。從20世紀(jì)80年代早期開(kāi)始，嵌入式系統(tǒng)的程序員開(kāi)始用商業(yè)級(jí)的“操作系統(tǒng)”編寫(xiě)嵌入式應(yīng)用軟件，此刻“嵌入式系統(tǒng)”才真正出現(xiàn)了。20世紀(jì)90年代以后，隨著對(duì)實(shí)時(shí)性要求的提高，軟件規(guī)模不斷上升，實(shí)時(shí)核逐漸發(fā)展為實(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。第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.2

現(xiàn)實(shí)中的嵌入式系統(tǒng)日常生活

手持媒體設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)、電飯煲等都是嵌入式系統(tǒng)的具體應(yīng)用。工業(yè)控制

工業(yè)過(guò)程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)的自動(dòng)化都需要嵌入式微控制器的參與。交通管理第1章嵌入式系統(tǒng)概述環(huán)境工程

水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測(cè)、堤壩安全、地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)、實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)、水源和空氣污染監(jiān)測(cè)都涉及大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理分析。國(guó)防與航天

神舟飛船和長(zhǎng)征火箭中有很多嵌入式系統(tǒng)，導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)也是一種嵌入式系統(tǒng)。第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.3

嵌入式系統(tǒng)的概念和特點(diǎn)概念：

按照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)即“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”(原文為devicesusedtocontrol，monitor，orassisttheoperationofequipment，machineryorplants)。這主要是從應(yīng)用上加以定義的，從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，并且涵蓋機(jī)械等附屬裝置。第1章嵌入式系統(tǒng)概述特點(diǎn)：軟硬件可裁剪；對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴(yán)格；代碼短小精悍，可固化；實(shí)時(shí)性；弱交互性；需要專門(mén)的開(kāi)發(fā)環(huán)境和開(kāi)發(fā)工具；第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.4

嵌入式系統(tǒng)的組成圖1.1嵌入式系統(tǒng)組成框圖第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.4.1

嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)備包括嵌入式處理器和外圍設(shè)備。其中，嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部分。它將通用處理器中許多由板卡完成的任務(wù)集成到芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)趨于小型化，同時(shí)還具有很高的效率和可靠性。

外圍設(shè)備是嵌入式系統(tǒng)中用于完成存儲(chǔ)、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其他部件。目前常用的嵌入式外圍設(shè)備按功能可以分為存儲(chǔ)設(shè)備(如RAM、SRAM、Flash等)、通信設(shè)備(如RS-232接口、SPI接口、以太網(wǎng)接口)和顯示設(shè)備(如LCD等)三類。第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.4.2

嵌入式系統(tǒng)的軟件組成圖1.2嵌入式系統(tǒng)軟件子系統(tǒng)組成框圖

嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，提供人機(jī)交互的信息等。在嵌入式系統(tǒng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和不同的發(fā)展階段，嵌入式系統(tǒng)軟件組成也不完全相同，但基本上可以分為應(yīng)用層、操作系統(tǒng)(OS)層和硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)層。如左圖所示。第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.5

嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng)(EmbeddedOperatingSystem，EOS)是指用于嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。目前常用的包括VxWorks、WindowsCE、μC/OS-Ⅱ、Linux等。VxWorks：

美國(guó)WindRiver公司開(kāi)發(fā)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。單就性能而言，它是非常優(yōu)秀的操作系統(tǒng)：具有可裁剪的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，高效的任務(wù)管理，靈活的任務(wù)間通信，微秒級(jí)的中斷處理，支持POSIX1003.1b實(shí)時(shí)擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)，支持多種物理介質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)、完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。第1章嵌入式系統(tǒng)概述WindowsCE：

微軟公司針對(duì)嵌入式設(shè)備開(kāi)發(fā)的32位、多任務(wù)、多線程的操作系統(tǒng)。它支持x86、ARM、MIPS、SH等架構(gòu)的CPU，硬件驅(qū)動(dòng)程序豐富，比如支持WiFi、USB2.0等新型設(shè)備，并具有強(qiáng)大的多媒體功能；可以靈活裁剪，以減小系統(tǒng)體積；但是，其源代碼沒(méi)有開(kāi)放(目前僅開(kāi)放了一小部分)，開(kāi)發(fā)人員難以進(jìn)行更細(xì)致的定制；占用的內(nèi)存較多，整個(gè)系統(tǒng)相對(duì)龐大；版權(quán)許可費(fèi)用也比較高。第1章嵌入式系統(tǒng)概述μC/OS-Ⅱ：

一個(gè)源碼公開(kāi)、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，可用于8位、16位和32位處理器。其特點(diǎn)包括：可裁剪，對(duì)硬件要求較低；可以運(yùn)行最多64個(gè)任務(wù)；調(diào)度方式為搶占式，即總是運(yùn)行最高優(yōu)先級(jí)的就緒任務(wù)。需要說(shuō)明的是，μC/OS-Ⅱ僅是一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核，用戶需要完成其他更多的工作，比如編寫(xiě)硬件驅(qū)動(dòng)程序、實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)操作(使用文件的話)等。第1章嵌入式系統(tǒng)概述Linux：遵循GPL協(xié)議的開(kāi)放源碼的操作系統(tǒng)，使用時(shí)無(wú)需交納許可費(fèi)用。內(nèi)核可任意裁剪，幾乎支持所有的32位、64位CPU；內(nèi)核中支持的硬件種類繁多，幾乎可以從網(wǎng)絡(luò)上找到所有硬件驅(qū)動(dòng)程序；支持幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；有大量的應(yīng)用程序可用，從編譯工具、調(diào)試工具到GUI程序。其缺點(diǎn)在于實(shí)時(shí)性，雖然2.6版本的Linux在實(shí)時(shí)性方面有較大改進(jìn)，但是仍無(wú)法稱為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。第1章嵌入式系統(tǒng)概述1.6

嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程用戶需求分析

系統(tǒng)的需求一般分為功能性需求和非功能性需求兩個(gè)方面。功能性需求就是系統(tǒng)的基本功能。②體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)描述系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)需求分析里面所述的功能性和非功能性需求。③軟/硬件設(shè)計(jì)

由于ARM硬件體系的一致性，因此嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作大部分都集中在軟件設(shè)計(jì)上。第1章嵌入式系統(tǒng)概述④系統(tǒng)集成

系統(tǒng)集成即把初步設(shè)計(jì)好的硬件、軟件和執(zhí)行裝置等集成在一起，進(jìn)行聯(lián)調(diào)；在聯(lián)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)單元設(shè)計(jì)過(guò)程中的不足或錯(cuò)誤；針對(duì)具體的問(wèn)題，對(duì)軟硬件進(jìn)行調(diào)整。⑤系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試即對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證其是否滿足規(guī)格說(shuō)明中規(guī)定的要求。針對(duì)不同復(fù)雜程度的系統(tǒng)，目前有一些常用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，如瀑布設(shè)計(jì)法、自頂向下設(shè)計(jì)法、自下向上設(shè)計(jì)法、螺旋設(shè)計(jì)法、逐步細(xì)化設(shè)計(jì)法和并行設(shè)計(jì)法等。第1章嵌入式