嵌入式系統(tǒng)概述

1、什么是嵌入式系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)q嵌入式系統(tǒng)是 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。理性的分析理性的分析它是一個(gè)系統(tǒng)它是一個(gè)系統(tǒng)涵蓋知識(shí)范圍極廣涵蓋知識(shí)范圍極廣對(duì)計(jì)算機(jī)根底課程的系統(tǒng)總結(jié)對(duì)計(jì)算機(jī)根底課程的系統(tǒng)總結(jié)感性的分析感性的分析技術(shù)新技術(shù)新市場(chǎng)大市場(chǎng)大好就業(yè)好就業(yè)學(xué)嵌入式有前途嗎學(xué)嵌入式有前途嗎?因?yàn)榍度胧焦こ處熉殬I(yè)開展好，薪資待遇因?yàn)榍度胧焦こ處熉殬I(yè)開展好，薪資待遇高，所以是二十一世界最熱門的行業(yè)之一。高，所以是二十一世界最熱門的行業(yè)之一。參加嵌入式開發(fā)培訓(xùn)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)：高薪木參加嵌入式開發(fā)培訓(xùn)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)：高薪木有問(wèn)題！升職木有問(wèn)題！跳槽木有問(wèn)題！有問(wèn)題！升職木有問(wèn)題！跳槽木有問(wèn)題！來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)嵌入

2、式系統(tǒng)可說(shuō)是麻雀雖小五臟俱全，雖然沒(méi)嵌入式系統(tǒng)可說(shuō)是麻雀雖小五臟俱全，雖然沒(méi)有有PC和效勞器那么復(fù)雜，但計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種和效勞器那么復(fù)雜，但計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種組成一樣也不缺。組成一樣也不缺。來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng) 使學(xué)生可以掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的根本方使學(xué)生可以掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的根本方法。法。理解包括嵌入式微控制理解包括嵌入式微控制/微處理器、嵌入式程序微處理器、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)，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)，并完成必要的理論。并完成必要的理論。來(lái)自大綱模擬

3、電子技術(shù)模擬電子技術(shù)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)接口技術(shù)計(jì)算機(jī)接口技術(shù)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)q匯編qC嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式微處理器嵌入式微處理器(ARM)嵌入式程序設(shè)計(jì)嵌入式程序設(shè)計(jì)(ARM)嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建(ARM)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(uC/OS)平時(shí)成績(jī)：平時(shí)成績(jī)：10實(shí)驗(yàn)成績(jī)：實(shí)驗(yàn)成績(jī)：20筆試閉卷：筆試閉卷：70?嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程?馬洪連馬洪連 等編等編 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社?嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用?田澤田澤 編編 北京航空航天大學(xué)出版社北京航空

4、航天大學(xué)出版社?ARM體系構(gòu)造與編程體系構(gòu)造與編程?杜春雷杜春雷 編編 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社?ARM嵌入式系統(tǒng)教程嵌入式系統(tǒng)教程?張石張石 等編等編 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社?嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-2?美著美著 邵貝貝邵貝貝 等譯等譯 北航出北航出?嵌入式操作系統(tǒng)根底嵌入式操作系統(tǒng)根底C/OS-和和Linux?任哲任哲 等編等編 北京航空航天大學(xué)出版社北京航空航天大學(xué)出版社 聽課聽課 看參考設(shè)計(jì)看參考設(shè)計(jì) 讀例如代碼讀例如代碼 嘗試制作評(píng)估板嘗試制作評(píng)估板 參加產(chǎn)品設(shè)計(jì)參加產(chǎn)品設(shè)計(jì) 請(qǐng)教、討論、交流請(qǐng)教、討論、交流 循序漸進(jìn)、系統(tǒng)深化循序漸進(jìn)、系統(tǒng)深化由于信

5、息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速開展和后由于信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速開展和后PC時(shí)代的到來(lái)，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛浸透時(shí)代的到來(lái)，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛浸透到科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事技術(shù)、各類產(chǎn)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。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)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。嵌入式系統(tǒng)無(wú)所不在、無(wú)處不在。消費(fèi)電子消費(fèi)電子信息家電信息家電汽車電子汽車電子機(jī)器人機(jī)器人q智能玩具q工業(yè)機(jī)器人q軍用機(jī)器人工業(yè)國(guó)防工業(yè)國(guó)防嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍如此之廣，涉及面如嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍如此之

6、廣，涉及面如此之大，以致于有些學(xué)者斷言嵌入式技術(shù)將此之大，以致于有些學(xué)者斷言嵌入式技術(shù)將成為后成為后PC時(shí)代的主宰。時(shí)代的主宰。 簡(jiǎn)單的講，就是嵌入到對(duì)象體中的專用計(jì)算機(jī)系簡(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)。統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)三要素三要素 ：q嵌入性：嵌入性：嵌入到對(duì)象體系中，有對(duì)象環(huán)境要求嵌入到對(duì)象體系中，有對(duì)象環(huán)境要求 。q專用性：專用性：軟、硬件按對(duì)象要求裁減。軟、硬件按對(duì)象要求裁減。q計(jì)算機(jī)：計(jì)算機(jī)：實(shí)現(xiàn)對(duì)象的智能化功能實(shí)現(xiàn)對(duì)象的智能化功能 。IEEEInstitute of Electrical and Electronics Engineers的定義的定義 ：dev

7、ices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants 用于控制、監(jiān)視或者用于控制、監(jiān)視或者輔助操作設(shè)備和機(jī)器的裝置輔助操作設(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：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，以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根底，軟、硬軟、硬 件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、本錢、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)性、本錢、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)。 從技術(shù)角度從技術(shù)角度嵌

8、入式系統(tǒng)是將應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)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)。硬件集成在一起的系統(tǒng)。從系統(tǒng)角度從系統(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，嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計(jì)完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其嚴(yán)密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。并使其嚴(yán)密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。注：軟件注：軟件+硬件硬件廣義的講，但凡帶有智能處理器的專用軟硬件廣義的講，但凡帶有智能處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可稱為嵌入式系統(tǒng)。系統(tǒng)都可稱為嵌入式系統(tǒng)。早期的嵌入式系統(tǒng)包含早期的嵌入式系統(tǒng)包含3個(gè)部分：硬件平臺(tái)、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；嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序；經(jīng)過(guò)不斷開展，

9、在硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)之間演化經(jīng)過(guò)不斷開展，在硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)之間演化出了新的一層出了新的一層硬件抽象層；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)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)詳細(xì)的硬件環(huán)境，而是由硬件抽象不再直接面對(duì)詳細(xì)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。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)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)。層的一種實(shí)現(xiàn)。專用性專用性采用專門的處理器采用專門的處理器功能算法的專用性功能算法的專用性系

10、統(tǒng)對(duì)用戶是透明的，用戶無(wú)需理解內(nèi)部設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)系統(tǒng)對(duì)用戶是透明的，用戶無(wú)需理解內(nèi)部設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)小型化資源有限小型化資源有限構(gòu)造緊湊、鞏固可靠、計(jì)算資源有限構(gòu)造緊湊、鞏固可靠、計(jì)算資源有限軟硬件設(shè)計(jì)一體化軟硬件設(shè)計(jì)一體化硬件與軟件的依賴性強(qiáng)，一般需要協(xié)同設(shè)計(jì)硬件與軟件的依賴性強(qiáng)，一般需要協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件與操作系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件與操作系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)需要穿插開發(fā)環(huán)境需要穿插開發(fā)環(huán)境本身資源受限，開發(fā)由宿主機(jī)完成本身資源受限，開發(fā)由宿主機(jī)完成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)一個(gè)實(shí)時(shí)核，并在

11、其上編寫嵌入式應(yīng)用軟件。獲取更短的開發(fā)周期 更高的開發(fā)效率“嵌入式系統(tǒng)真正出現(xiàn)20世紀(jì)90年代以后，隨著對(duì)實(shí)時(shí)性要求的進(jìn)步，軟件規(guī)模不斷上升，實(shí)時(shí)核逐漸開展為實(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。商業(yè)化的嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核開場(chǎng)出現(xiàn)，如VTRX32，PSOS，VxWorks等按表現(xiàn)形式分硬件范疇按表現(xiàn)形式分硬件范疇 ：系統(tǒng)級(jí)：各種類型的工控機(jī)、系統(tǒng)級(jí)：各種類型的工控機(jī)、PC104模塊。模塊。板級(jí)：各種類型的帶板級(jí)：各種類型的帶CPU的主板及的主板及OEM產(chǎn)產(chǎn)品。品。片級(jí)：各種以單片機(jī)、片級(jí)：各種以單片機(jī)、DSP、微處理器為核心的、微處理器為核心的產(chǎn)品。產(chǎn)品。

12、按實(shí)時(shí)性要求分軟件范疇按實(shí)時(shí)性要求分軟件范疇 ：非實(shí)時(shí)系統(tǒng)非實(shí)時(shí)系統(tǒng)PDA軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)消費(fèi)類產(chǎn)品軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)消費(fèi)類產(chǎn)品超時(shí)會(huì)導(dǎo)致性能下降超時(shí)會(huì)導(dǎo)致性能下降硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)工業(yè)和軍工系統(tǒng)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)工業(yè)和軍工系統(tǒng)超時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失敗超時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失敗 嵌入式系統(tǒng)硬件的核心部件是嵌入式處理嵌入式系統(tǒng)硬件的核心部件是嵌入式處理器，按嵌入式處理器用處可分為：器，按嵌入式處理器用處可分為：嵌入式微控制器嵌入式微控制器Micro Controller Unit MCU嵌入式嵌入式DSPDigital Signal Processor嵌入式微處理器嵌入式微處理器Micro Processor Unit MPUSOCSys

13、tem On ChipSOPCSystem On Programmable Chip嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)。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)部集成了單片機(jī)芯片內(nèi)部集成了ROM/EPROM，RAM，總線，總線，定時(shí)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，看門狗，計(jì)數(shù)器，看門狗，I/O，串行口，脈寬調(diào)制輸，串行口，脈寬調(diào)制輸出，出，A/D，D/A,FLASH,E2PROM 等。等。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。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，合適用于控制，因此微控制器的片上外設(shè)資源豐富，合適用于控制，因此稱為微控制器。稱為微控制器。又如：又如：ARM Cor

14、tex-M3DSP處理器是專門用于信號(hào)處理方面的處理器，其在系統(tǒng)構(gòu)造和指令算法方面進(jìn)展了特殊設(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。特點(diǎn)：配有專用的硬件乘法-累加器 具有特殊的DSP指令 等等嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU演變而來(lái)。具有演變而來(lái)。具有32位以上的總線，在位以上的總線，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，它只保存與嵌入式應(yīng)用實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，它只保存與嵌入式應(yīng)用嚴(yán)密相關(guān)的功能硬件以實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特嚴(yán)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殊要求。目前主要的嵌入

15、式處理器類型有ARM、MIPS、POWER PC等。等。與嵌入式微控制器的區(qū)別大體上與嵌入式微控制器的區(qū)別大體上微控制器微控制器存儲(chǔ)器在片內(nèi)存儲(chǔ)器在片內(nèi)微處理器微處理器存儲(chǔ)器在片外存儲(chǔ)器在片外Intel 4004 MicroprocessorqIntroduced in 1970First microprocessor4 bit architecture !q2,250 transistorsq12 mm2qClock: 108 kHzIntroduced in 19748-bit architectureStill used in some microcontroller applicati

16、ons !Introduced in 197929,000 transistors33 mm2Clock: 5 MHz16 bit architectureIntroduced in 1985275,000 transistors43 mm2Clock: 16 MHz32 bit architectureIntroduced in 19891,200,000 transistors81 mm2Clock: 25 MHz32 bit architectureq1st pipelined implementation of IA32Introduced in 19933,100,000 trans

17、istors296 mm2Clock: 60 MHz32 bit architectureq1st superscalar implementation of IA32StateqRegistersqMemoryControl ROMCombinational logic將通用處理器的將通用處理器的IP核和功能模塊的核和功能模塊的IP核按核按用戶要求組成系統(tǒng)，仿真后提交芯片廠商消費(fèi)。用戶要求組成系統(tǒng)，仿真后提交芯片廠商消費(fèi)。也可下載到也可下載到FPGA中。百萬(wàn)門絕大部分系中。百萬(wàn)門絕大部分系統(tǒng)構(gòu)件都在系統(tǒng)內(nèi)部。統(tǒng)構(gòu)件都在系統(tǒng)內(nèi)部。SOC技術(shù)與前三種技術(shù)與前三種嵌入式處理器是不一樣的嵌入式處理器

18、是不一樣的用可編程邏輯技術(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)?？删幊唐舷到y(tǒng)SOPC是一種特殊的嵌入是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)：式系統(tǒng)：首先它是片上系統(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)，即由單個(gè)芯片完成整個(gè)系統(tǒng)的主要邏輯功能；的主要邏輯功能；其次，它是可編程系統(tǒng)，具有靈敏的設(shè)計(jì)方式，可裁減、其次，它是可編程系統(tǒng)，具有靈敏的設(shè)計(jì)方式，可裁減、可擴(kuò)大、可晉級(jí)，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能?？蓴U(kuò)大、可晉級(jí)，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。嵌入式系統(tǒng)軟件一般由嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)軟件一般由嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件組成軟件組成 ；操作系統(tǒng)是連接計(jì)算機(jī)硬件與應(yīng)；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，可用程序的系統(tǒng)程序，從實(shí)時(shí)性的角度來(lái)看，可分為：分為：非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)如非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)如Linux等等實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS：計(jì)算的正確性不僅?。河?jì)算的正確