電子信息工程概論第六章計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)課件

1、第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)第一節(jié) 電子信息工程中的計算機技術(shù)計算機科學(xué)技術(shù)是研究計算機的設(shè)計與制造和利用計算機進行信息獲取、表示、存儲、處理、控制等的理論、原則、方法和技術(shù)的科學(xué)。它包括科學(xué)和技術(shù)兩個方面：科學(xué)側(cè)重研究現(xiàn)象和揭示本質(zhì)，技術(shù)側(cè)重研制計算機及使用計算機進行信息處理的方法與技術(shù)手段。 第一節(jié) 電子信息工程中的計算機技術(shù) 第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)根據(jù)計算機科學(xué)技術(shù)學(xué)科內(nèi)在聯(lián)系、相關(guān)程度與性質(zhì)特征，一般將其分為“計算機理論”、“計算機組織與體系結(jié)構(gòu)”、“計算機軟件”、“計算機應(yīng)用技術(shù)”和“計算機網(wǎng)絡(luò)”等分支。 第一節(jié) 電子信息工程中的計算機技術(shù) 第六章 計算機與

2、嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)電子信息類人才對計算機知識體系的基本要求集中在兩個方面：軟件開發(fā)和計算機應(yīng)用系統(tǒng)（包括嵌入式系統(tǒng)）應(yīng)用。所以其知識體系應(yīng)涵蓋一定的知識領(lǐng)域與知識點，并按電子信息類人才對計算機知識體系的特殊要求加以擴展或降低。第一節(jié) 電子信息工程中的計算機技術(shù) 第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)按電子信息類人才對計算機知識方面的基本要求，建議設(shè)置以下5門基礎(chǔ)或選修課程：軟件設(shè)計基礎(chǔ)、計算機原理、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。其核心是要跟上計算機學(xué)科的快速發(fā)展。 第一節(jié) 電子信息工程中的計算機技術(shù) 第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)第二

3、節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器可以說，二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機(personal computer，PC)。 第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)我們將基于嵌入式處理器的非個人計算機應(yīng)用系統(tǒng)稱之為嵌入式系統(tǒng)（Embedded system）?；谇度胧教幚砥鬟M行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)成為嵌入式技術(shù)。第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)在個人領(lǐng)域中，嵌入式產(chǎn)品將主要是個人商用，作為個人移動的數(shù)據(jù)處理和通訊軟件。由于嵌入式設(shè)備具有自然的人機交互界面，G

4、UI屏幕為中心的多媒體界面給人很大的親和力。手寫文字輸入、語音撥號上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像已取得初步成效。第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)對于何為嵌入式系統(tǒng)，什么樣的技術(shù)又可以稱之為嵌入式技術(shù)，仍在討論之中，一般認(rèn)為凡是帶有微處理器，且為控制核心的專用軟硬件系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)。 一、嵌入式系統(tǒng)定義及特點第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分組成，用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。因此，比較認(rèn)同的定義是：嵌入式系統(tǒng)就是“以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)

5、、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。 一、嵌入式系統(tǒng)定義及特點第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器嵌入式系統(tǒng)作為最廣泛的計算機應(yīng)用系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的通用計算機，數(shù)字產(chǎn)品相比，利用嵌入式技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品有其自己的特點： （1）嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的。（2）嵌入式系統(tǒng)是將計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，是一門綜合技術(shù)學(xué)科。 一、嵌入式系統(tǒng)定義及特點第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器（3）嵌入式系統(tǒng)是一個軟硬件高度結(jié)合的產(chǎn)物。 （4）為適應(yīng)嵌入式分布處理結(jié)構(gòu)和上網(wǎng)（Internet）需求，嵌入設(shè)備必需配有通信接口，如

6、IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth、Zigbee或IrDA等通信接口，同時也需要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動軟件。 一、嵌入式系統(tǒng)定義及特點第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器嵌入式系統(tǒng)工程是一門面向嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的綜合性系統(tǒng)工程，它涉及到嵌入式系統(tǒng)的通用技術(shù)和基本原理、嵌入式產(chǎn)品開發(fā)方法等內(nèi)容。包括嵌入式系統(tǒng)的基本概念、開發(fā)原理及原則、軟件和硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計、嵌入式操作系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的總體架構(gòu)。一、嵌入式系統(tǒng)定義及特點第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器嵌入式系統(tǒng)的組成軟硬兼施，有機配合，融為一體，成為產(chǎn)品。即，嵌入式系統(tǒng)由嵌入式處理器、嵌入式軟件和嵌入式操作系統(tǒng)（Emb

7、edded Operating System, EOS）及輔助外圍電路組成，但要開發(fā)工具輔助進行開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式處理器。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器作為系統(tǒng)核心的微處理器又包括單片機(Microcontroller Unit, MCU)、數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor, DSP)和微處理器(Microprocessor Unit, MPU)等。二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器嵌入式處理器是把中央處理器(Central Processing Uni

8、t, CPU)、隨機存儲器(RAM)、程序存儲器（PROM或Flash等）、輸入/輸出端口(I/O)等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的單片微型計算機。概括的講：嵌入式微處理是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，一塊芯片就成了一臺計算機。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器當(dāng)今嵌入式微處理產(chǎn)品琳瑯滿目，性能各異，但是8位內(nèi)核嵌入式微處理仍占主要市場，比較流行的8位內(nèi)核單片機有基于MCS51及改進系列單片機，Atmel的AVR單片機、Microchip公司的PIC單片機和Motorola公司的68HC系列等。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、D

9、SP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器MOTOROLA是世界上最大的單片機廠商（現(xiàn)在其半導(dǎo)體部已經(jīng)分離出來，就是Freescale公司），該公司的嵌入式處理器品種全、選擇余地大、新產(chǎn)品多是其特點，在8位機方面有68HC系列， 32位單片機的683XX系列也有幾十個品種。二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器近年來，以PowerPC、Coldfire、M.CORE等為CPU，將DSP作為輔助模塊集成的嵌入式處理器也紛紛推出，占據(jù)嵌入式處理器的很多市場份額二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器目前，許多單片

10、機類課程教材都是以MCS51系列為基礎(chǔ)來講授單片機原理及其應(yīng)用的。這是因為MCS51系列單片機奠定了8位嵌入式處理器的基礎(chǔ)，形成了嵌入式處理器的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器Microchip公司的嵌入式處理器的市場份額增長最塊。它的主要產(chǎn)品是16C系列8位單片機，CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，僅33條指令，運行速度快，且以低價位著稱。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器PIC是RISC(Reduced Instruction Set CPU) 嵌入式處理器，具有強抗干擾能力，其引腳具有防

11、瞬態(tài)能力，通過限流電阻可以接至220V交流電源，可直接與繼電器控制電路相連，無須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。甚至內(nèi)部有上電復(fù)位電路，內(nèi)建RC振蕩器，看門狗定時器，A/D變換電路，功耗低等。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器16位嵌入式處理器dsPIC30和dsPIC33系列極具DSP特色。 AVR是ATMEL公司于1997年由A及V生共同研發(fā)的RISC單片機，AVR單片機吸取PIC及MCS51系列單片機的優(yōu)點，采用Harward結(jié)構(gòu)，工作于1MHz時性能高達1MIPS。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與

12、嵌入式處理器 ATmega系列片上集成可校準(zhǔn)RC時鐘和復(fù)位電路等，片上系統(tǒng)豐富，具有較高的性價比。TI公司的MSP430 系列嵌入式處理器是一個 16 位的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合型單片機，在 1996 年問世，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，已成為眾多單片機系列中一顆耀眼的新星。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器（一）單片機單片機作為最典型的嵌入式處理器，它的成功應(yīng)用推動了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。單片機具有性能高、速度快、體積小、價格低、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性強等突出優(yōu)點。單片機的設(shè)計目標(biāo)主要是增強“控制”能力

13、，滿足實時控制(就是快速反應(yīng))方面的需要。因此，它在硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、I/O端口、功率消耗及可靠性等方面均有其獨特之處，其最顯著的特點之一就是具有非常有效的控制功能。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器單片機又常常被人稱為微控制器(MCU或C)。單片機體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DS

14、P和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器（二）ARMARM公司的ARM（Advanced RISC Machines）架構(gòu)RISC微處理器，基本是32位單片機的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它提供一系列內(nèi)核、體系擴展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案。ARM將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商。利用這種合伙關(guān)系，ARM很快成為許多全球性RISC標(biāo)準(zhǔn)的締造者，四個功能模塊可供生產(chǎn)廠商根據(jù)不同用戶的要求來配置生產(chǎn)。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器目前，總共有幾十家半導(dǎo)體公司與ARM簽訂了硬件技術(shù)使用許可協(xié)議，其中包括Intel、IBM、LG、TI、SONY

15、和NXP這樣的大公司。至于軟件系統(tǒng)的合伙人，則包括微軟、SUN和MRI等一系列知名公司。尤其是進入21世紀(jì)之后，由于手機制造行業(yè)的快速發(fā)展，出貨量呈現(xiàn)爆炸式增長，ARM處理器占領(lǐng)了全球手機市場。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器（三）DSPDSP（digital signal processor）是一種獨特的嵌入式處理器，有自己的完整指令系統(tǒng)，尤其是具有專門針對數(shù)字信號處理算法優(yōu)化的指令體系，信號處理能力卓越。 信號與信息處理是電子信息工程專業(yè)的核心內(nèi)容，理所當(dāng)然，DSP也是單子信息工程專業(yè)的重要工具和技能。二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP

16、和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器（四）FPGAFPGA是英文Field Programmable Gate Array（現(xiàn)場可編程門陣列）的縮寫，它是在PAL、GAL、PLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物，并非是一種處理器。 用戶可對FPGA內(nèi)部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，以實現(xiàn)用戶的邏輯。它還具有靜態(tài)可重復(fù)編程和動態(tài)在系統(tǒng)重構(gòu)的特性，使得硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路，F(xiàn)PGA既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有

17、限的缺點?？梢院敛豢鋸埖闹v，F(xiàn)PGA能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能CPU，下至簡單的基本邏輯，都可以用FPGA來實現(xiàn)。 FPGA如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自由的設(shè)計一個數(shù)字系統(tǒng)。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器使用FPGA來開發(fā)數(shù)字電路，可以大大縮短設(shè)計時間，減少PCB面積，提高系統(tǒng)的可靠性。 FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此工作時需要對片內(nèi)的RAM進行編程。加電時，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)

18、PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當(dāng)需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可?？梢哉f，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。目前FPGA的品種很多，主要為XILINX和ALTERA公司的產(chǎn)品。 二、嵌入式處理器單片機、ARM、DSP和FPGA第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器隨著嵌入式處理器的發(fā)展，人們對事物的要求越來越高，嵌入式處理器的應(yīng)用軟件技術(shù)也發(fā)生了巨大的變化，從最初的匯編語言，開始演變到C

19、語言開發(fā)，不但增加了語言的可讀性，結(jié)構(gòu)性，而且對于跨平臺的移植也提供了方便，另外一些復(fù)雜的系統(tǒng)開始在嵌入式處理器上采用操作系統(tǒng)，一些小的EOS等，一方面加速了開發(fā)人員的開發(fā)速度，節(jié)約開發(fā)成本，另外也為更復(fù)雜的實現(xiàn)提供了可能。 三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器 現(xiàn)在可以說單片機是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的嵌入式處理器產(chǎn)品，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應(yīng)用提供廣闊的天地?？v觀嵌入式處理器的發(fā)展過程，可以預(yù)示嵌入式處理器的發(fā)展趨勢。 三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處

20、理器（一）低電壓與低功耗CMOS化作為嵌入式微處理器的生產(chǎn)工藝，CMOS工藝具有低功耗特點。尤其是，幾乎所有的嵌入式處理器都有Wait、Stop等省電運行方式。允許使用的電源電壓范圍也越來越寬。一般單片機都能在36V范圍內(nèi)工作，對電池供電的單片機不再需要對電源采取穩(wěn)壓措施。低電壓供電的嵌入式處理器電源下限已降至1.8V。0.9V供電的單片機已經(jīng)問世。 三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的場合應(yīng)用。這種工藝將是今后一段時期嵌入式處理器

21、發(fā)展的主要途徑。 三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器（二）高度集成單片化現(xiàn)在常規(guī)的嵌入式處理器普遍都是將CPU、隨機數(shù)據(jù)存儲(RAM)、程序存儲器、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時計數(shù)器、A/D轉(zhuǎn)換器、PMW、WDT(看門狗)、時鐘電路等集成在一塊單一的芯片上。現(xiàn)在的許多嵌入式處理器都具有多種封裝形式，其中SMD（表面封裝）越來越受歡迎，使得由嵌入式處理器構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器（三）主流與多品種共存 現(xiàn)在雖然嵌入式處理器的品種繁多，各具特色，但仍以MCS51為核心的嵌入式處理器占主流，以32位ARM為

22、核的嵌入式處理器正在吞噬嵌入式應(yīng)用市場。另一方面，例如Microchip公司的PIC精簡指令集嵌入式處理器，中國臺灣的嵌入式產(chǎn)品，與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場分額。 三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器（四）8位、16位、32位單片機共同發(fā)展這是單片機技術(shù)發(fā)展的另一個動向。長期以來，單片機技術(shù)的發(fā)展是以8位機為主的。隨著移動通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進入家庭，32位單片機應(yīng)用得到了長足的發(fā)展。尤其是以32位ARM為核的嵌入式處理器發(fā)展勢頭強勁。 三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器（五）單片機的速度越來越快 MPU發(fā)展中表現(xiàn)出來的速

23、度越來越快是以時鐘頻率越來越高為標(biāo)志的。而單片機則有所不同，為提高單片機抗干擾能力，降低噪聲，降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術(shù)發(fā)展之追求。 三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器一些8051單片機兼容廠商改善了單片機的內(nèi)部時序，在不提高時鐘頻率的條件下，使運算速度提高了許多。有些嵌入式處理器則使用了鎖相環(huán)技術(shù)或內(nèi)部倍頻技術(shù)使內(nèi)部總線速度大大高于時鐘頻率。 三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器（六）低噪聲與高可靠性技術(shù)為提高單片機系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片機商家在單片機內(nèi)部電路中采取

24、了一些新的技術(shù)措施。 如美國國家半導(dǎo)體NS的COP8單片機內(nèi)部增加了抗EMI電路，增強了“看門狗”的性能。MOTOROLA也推出了低噪聲的LN系列單片機。 三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器（七）OTP與掩膜OTP是一次性寫入的單片機。過去認(rèn)為一個單片機產(chǎn)品的成熟是以投產(chǎn)掩膜型單片機為標(biāo)志的。由于掩膜需要一定的生產(chǎn)周期，而OTP型單片機價格不斷下降，使得近年來直接使用OTP完成最終產(chǎn)品制造更為流行。它較之掩膜具有生產(chǎn)周期短、風(fēng)險小的特點。 三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器未編程的OTP芯片可采用裸片Bonding技術(shù)或表面貼裝技術(shù)，先焊在印刷板

25、上，然后通過單片機上的編程線、串行數(shù)據(jù)、時鐘線等對單片機編程，解決了批量寫OTP芯片時容易出現(xiàn)的芯片與寫入器接觸不好的問題，使OTP的裸片得以廣泛應(yīng)用，降低了產(chǎn)品的成本。三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器（八）MTP向OTP挑戰(zhàn) MTP是可多次編程的意思。一些單片機廠商以MTP的性能、OTP的價位推出他們的單片機，如ATMEL AVR單片機，片內(nèi)采用FLASH，可多次編程。 華幫公司生產(chǎn)的8051兼容的單片機也采用了MTP性能，OTP的價位。這些單片機都使用了ISP技術(shù)，等安裝到印刷板線路板上以后再下載程序。三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器目前

26、低端定位的單片機仍然走俏，但高端的單片機(微處理器)卻是風(fēng)起云涌，單片機應(yīng)用技術(shù)高速發(fā)展，已經(jīng)步人人類社會的各個領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)是這個后PC時代的擎天之柱。我們有理由相信，未來的電子技術(shù)發(fā)展定與嵌入式系統(tǒng)技術(shù)相隨相伴。三、嵌入式處理器的發(fā)展趨勢第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器嵌入式技術(shù)是實踐性很強的一門技術(shù)，有人說“嵌入式是玩出來的”，只有多“玩”，也就是多練習(xí)、多實際操作，才能真正掌握它。在沒有學(xué)會嵌入式處理器之前應(yīng)該只去研究一種單片機，不要觀望，防止徘徊不前，一事無成。 四、如何成為嵌入式高手 第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器以單片機開發(fā)為例，堅定信念后：首先，掌握單片機的應(yīng)用開發(fā)需要一個

27、過程。其次，單片機的開發(fā)應(yīng)用還涉及到硬件擴展接口和各類傳感器，更重要的是必須盡可能地了解各學(xué)科中適應(yīng)單片機完成的控制項目以及控制過程。 再次，C語言既有高級語言的各種特點，又可對硬件進行操作，并可進行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，用C語言編寫的程序較容易移植，它們可生成簡潔可靠的目標(biāo)代碼。 四、如何成為嵌入式高手 第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與嵌入式處理器還有，軟件的開發(fā)是建立在硬件之上，軟硬件設(shè)計的巧妙結(jié)合是項目開發(fā)質(zhì)量保證的關(guān)鍵。最后，請不要做浮躁的單片機工程師。把時髦的技術(shù)掛在嘴邊，還不如把基本的技術(shù)記在心里；不要被一些專用詞匯所迷惑，最根本的是先了解最基礎(chǔ)的知識。 四、如何成為嵌入式高手 第二節(jié) 嵌入式系統(tǒng)與

28、嵌入式處理器第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing， DSP）是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興交叉性前沿學(xué)科。 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)雖然數(shù)字信號處理的理論發(fā)展迅速，但在20世紀(jì)80年代以前，由于實現(xiàn)方法的限制，數(shù)字信號處理的理論還得不到廣泛的應(yīng)用。直到20世紀(jì)70年代末80年代初世界上第一片單片可編程DSP芯片的誕生，才將理論研究結(jié)果廣泛應(yīng)用到低成本的實際系統(tǒng)中，并且推動了新的理論和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)

29、域?qū)I(yè)基礎(chǔ)可以毫不夸張地說，DSP芯片的誕生及發(fā)展對近20年來通信、計算機、控制等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展起到十分重要的作用。第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法一般有以下幾種：(1) 在通用的計算機（如PC機）上用軟件（如C語言）實現(xiàn)；(2) FPGA上實現(xiàn)；(3) 用通用的單片機（如MCS-51、ARM系列等）實現(xiàn)，這種方法可用于一些不太復(fù)雜的數(shù)字信號處理，如數(shù)字控制等；一、DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法一般有以下幾種：(4) 用通用的可編程DSP芯片實現(xiàn)。與單片機相比，DSP芯片具有更加適合于數(shù)字信號處理的軟件和硬

30、件資源，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號處理算法，如FFT、數(shù)字濾波、卷積、相關(guān)等算法。 一、DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用在上述幾種方法中，第1種方法的缺點是速度較慢，一般可用于DSP算法的模擬；第2種方法存硬件實現(xiàn)，是數(shù)字信號處理實時應(yīng)用的最理想載體；第3種方法只適用于實現(xiàn)簡單的DSP算法；只有第4種方法才使數(shù)字信號處理的應(yīng)用打開了新的局面。一、DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用在設(shè)計 DSP 系統(tǒng)之前，首先必須根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的目標(biāo)確定系統(tǒng)的性能指標(biāo)、信號處理的要求，通?？捎脭?shù)據(jù)流程圖、數(shù)學(xué)運算序列、正式的符號或自然語言來描述。一、DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用第二

31、步是根據(jù)系統(tǒng)的要求進行算法模擬。 一般來說，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的最終目標(biāo)，需要對輸入的信號進行適當(dāng)?shù)奶幚?，而處理方法的不同會?dǎo)致不同的系統(tǒng)性能，要得到最佳的系統(tǒng)性能，就必須在這一步確定最佳的處理方法，即數(shù)字信號處理的算法。 一、DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用在完成第二步之后，接下來就可以設(shè)計實時DSP系統(tǒng)，實時DSP系統(tǒng)的設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面。硬件設(shè)計首先要根據(jù)系統(tǒng)運算量的大小、對運算精度的要求、系統(tǒng)成本限制以及體積、功耗等要求選擇合適的DSP芯片。然后設(shè)計DSP芯片的外圍電路及其他電路。軟件設(shè)計和編程主要根據(jù)系統(tǒng)要求和所選的DSP芯片編寫相應(yīng)的DSP匯編程序，若系統(tǒng)運算

32、量不大且有高級語言編譯器支持，也可用高級語言（如C語言）編程。 一、DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用DSP硬件和軟件設(shè)計完成后，就需要進行硬件和軟件的調(diào)試。軟件的調(diào)試一般借助于DSP開發(fā)工具，如軟件模擬器、DSP開發(fā)系統(tǒng)或仿真器等。系統(tǒng)的軟件和硬件分別調(diào)試完成后，就可以將軟件脫離開發(fā)系統(tǒng)而直接在應(yīng)用系統(tǒng)上運行。 一、DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用1. DSP型處理器概述DSP型嵌入式處理器概述，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，其主要應(yīng)用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。 二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用根據(jù)數(shù)字

33、信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點：(1) 在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法； (2) 程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)； (3) 片內(nèi)具有快速 RAM，通?？赏ㄟ^獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問； 二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點：(4) 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持； (5) 快速的中斷處理和硬件I/O支持； (6) 具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器； 二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點：(7) 可以并行執(zhí)

34、行多個操作； (8) 支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。 二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用2.DSP芯片的分類DSP芯片可以按照下列兩種方式進行分類：（1）按數(shù)據(jù)格式分。（2）按用途分。二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用（1）按數(shù)據(jù)格式分。這是根據(jù)DSP芯片工作的數(shù)據(jù)格式來分類的。數(shù)據(jù)以定點格式工作的DSP芯片稱為定點DSP芯片，以浮點格式工作的稱為浮點DSP芯片。不同浮點DSP芯片所采用的浮點格式不完全一樣，有的DSP芯片采用自定義的浮點格式，而有的DSP芯片則采用IEEE的標(biāo)準(zhǔn)浮點格式。 二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)

35、用（2）按用途分。按照DSP的用途來分，可分為通用型DSP芯片和專用型DSP芯片。通用型DSP芯片適合普通的DSP應(yīng)用。專用DSP芯片是為特定的DSP運算而設(shè)計的，更適合特殊的運算，如數(shù)字濾波、卷積和FFT。二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用3. DSP芯片的選擇設(shè)計DSP應(yīng)用系統(tǒng)，選擇DSP芯片是非常重要的一個環(huán)節(jié)。只有選定了DSP芯片，才能進一步設(shè)計其外圍電路及系統(tǒng)的其他電路?？偟膩碚f，DSP芯片的選擇應(yīng)根據(jù)實際的應(yīng)用系統(tǒng)需要而確定。 二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用（1）DSP芯片的運算速度。運算速度是DSP芯片的一個最重要的性能指標(biāo)，也是選擇DSP芯片

36、時所需要考慮的一個主要因素。 二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用DSP芯片的運算速度可以用以下幾種性能指標(biāo)來衡量：1）指令周期：即執(zhí)行一條指令所需的時間，通常以ns（納秒）為單位；2）MAC時間：即一次乘法加上一次加法的時間。大部分DSP芯片可在一個指令周期內(nèi)完成一次乘法和加法操作；二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用DSP芯片的運算速度可以用以下幾種性能指標(biāo)來衡量：3）FFT執(zhí)行時間：即運行一個N點FFT程序所需的時間。由于FFT運算涉及的運算在數(shù)字信號處理中很有代表性，因此FFT運算時間常作為衡量DSP芯片運算能力的一個指標(biāo)；4）MIPS：即每秒執(zhí)行百萬條指令

37、。二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用DSP芯片的運算速度可以用以下幾種性能指標(biāo)來衡量：5）MOPS：即每秒執(zhí)行百萬次操作；6）MFLOPS：即每秒執(zhí)行百萬次浮點操作；7）BOPS：即每秒執(zhí)行十億次操作。二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用（2）DSP芯片的價格。DSP芯片的價格也是選擇DSP芯片所需考慮的一個重要因素。如果采用價格昂貴的DSP芯片，即使性能再高，其應(yīng)用范圍肯定會受到一定的限制，尤其是民用產(chǎn)品。 二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用（3）DSP芯片的硬件資源。不同的DSP芯片所提供的硬件資源是不相同的，如片內(nèi)RAM、ROM的數(shù)量，外部可

38、擴展的程序和數(shù)據(jù)空間，總線接口，I/O接口等。 二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用（4）DSP芯片的運算精度。一般的定點DSP芯片的字長為16位，如TMS320系列。但有的公司的定點芯片為24位，如Motorola公司的MC56001等。浮點芯片的字長一般為32位，累加器為40位。二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用（5）DSP芯片的開發(fā)工具。在DSP系統(tǒng)的開發(fā)過程中，開發(fā)工具是必不可少的。如果沒有開發(fā)工具的支持，要想開發(fā)一個復(fù)雜的DSP系統(tǒng)幾乎是不可能的。在選擇DSP芯片的同時必須注意其開發(fā)工具的支持情況，包括軟件和硬件的開發(fā)工具。 二、DSP型嵌入式處理器 第

39、三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用（6）DSP芯片的功耗。在某些DSP應(yīng)用場合，功耗也是一個需要特別注意的問題。如便攜式的DSP設(shè)備、手持設(shè)備、野外應(yīng)用的DSP設(shè)備等都對功耗有特殊的要求。目前，3.3V供電的低功耗高速DSP芯片已大量使用。二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用（7）其他。除了上述因素外，選擇DSP芯片還應(yīng)考慮到封裝的形式、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、供貨情況、生命周期等。有些DSP系統(tǒng)可能最終要求的是工業(yè)級或軍用級標(biāo)準(zhǔn)，在選擇時就需要注意到所選的芯片是否有工業(yè)級或軍用級的同類產(chǎn)品。如果所設(shè)計的DSP系統(tǒng)不僅僅是一個實驗系統(tǒng)，而是需要批量生產(chǎn)并可能有幾年甚至十幾年的生命周期，那么需要考慮所選的D

40、SP芯片供貨情況如何，是否也有同樣甚至更長的生命周期等。二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用在上述諸多因素中，一般而言，定點DSP芯片的價格較便宜，功耗較低，但運算精度稍低。而浮點DSP芯片的優(yōu)點是運算精度高，且C語言編程調(diào)試方便，但價格稍貴，功耗也較大。 二、DSP型嵌入式處理器 第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用單片機（MCU）和數(shù)字信號處理器（DSP）曾各自為營，但現(xiàn)在卻呈現(xiàn)出融合式的發(fā)展，為以最低成本完成各種消費類和工業(yè)類任務(wù)提供最佳解決方案。單片機適合于執(zhí)行基本的開關(guān)操作、定時和控制功能的消費類產(chǎn)品，但是，為了增加連通性、語音識別或者其它一些涉及信號處理的操作，可能就需要進行升級

41、。 三、DSP和MCU的深度融合第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用在常規(guī)的單片機上進行信號處理功能編碼通常是可能的，但是需要相當(dāng)?shù)募记?，還可能需要使用功能更加強大、價格也更貴的器件。 額外功能所需的處理能力也可能大大超過基本產(chǎn)品所需的資源。三、DSP和MCU的深度融合第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用雖然一塊很小的DSP芯片可以執(zhí)行信號處理，但是增加一塊獨立的DSP不可避免地會增加產(chǎn)品的制造成本，而且對最終銷售價格的影響也比增加功能還大。相反地，在信號處理量很大的系統(tǒng)中，一塊適中的DSP可能非常適合于處理信號通道，但卻可能提出一個真正的編程難題，即要在同一器件中同時處理鍵盤和接口功能。 三、DSP和MCU的深度融

42、合第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用混合型產(chǎn)品的應(yīng)用可以分為不同的兩類，一類側(cè)重于DSP功能對完成主要任務(wù)極為重要的特殊應(yīng)用領(lǐng)域；第二類是為8位和16位單片機用戶提供向上發(fā)展途徑的通用應(yīng)用領(lǐng)域。 三、DSP和MCU的深度融合第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用基于此，半導(dǎo)體制造商推出了兼有常規(guī)器件和DSP器件兩者功能的混合處理器。Microchip公司的16位dsPIC30系列和dsPIC33系列是具有DSP指令的高性能單片機，均具有30 MIPS的性能，并可以在工業(yè)溫度范圍和擴展的溫度范圍內(nèi)工作。TI公司的TMS320系列中的C2000系列也是典型混合型產(chǎn)品。其中，TMS320F2407和TMS320F2812為

43、最典型產(chǎn)品，用戶廣泛。 三、DSP和MCU的深度融合第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用還有Freescale公司的56800系列混合處理器和Analog Devices公司的Blackfin處理器等等。值得說明的是，ARM Cortex-M系列在該領(lǐng)域發(fā)展勢頭強勁。其中的ARM Cortex-M4產(chǎn)品是最典型的MCU與DSP結(jié)合產(chǎn)物。加之ARM的市場戰(zhàn)略，是每位電子信息工程專業(yè)學(xué)子必須考慮的學(xué)習(xí)對象。三、DSP和MCU的深度融合第三節(jié) DSP技術(shù)及應(yīng)用第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用計算機是由硬件和軟件組成的，缺了任何一樣都無法運行。最初的計算機人們通過各種操作

44、按鈕來控制計算機，后來出現(xiàn)了匯編語言，并將它的編譯器內(nèi)置到電腦中，操作人員通過有孔的紙帶將程序輸入電腦進行編譯。 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)這些將語言內(nèi)置的電腦只能由操作人員自己編寫程序來運行，不利于設(shè)備、程序的共用。為了解決這種問題，就出現(xiàn)了操作系統(tǒng)，這樣就很好實現(xiàn)了程序的共用，以及對計算機硬件資源的管理，使人們可以從更高層次對電腦進行操作，而不用關(guān)心其底層的運作。 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ) 現(xiàn)代的計算機高級應(yīng)用都是通過操作系統(tǒng)（Operating System）來解釋人們的命令，從而達到控制電

45、腦的目的。操作系統(tǒng)的理論是計算機科學(xué)中一個古老而又活躍的分支，而操作系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)則是軟件工業(yè)的基礎(chǔ)與核心。 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用第六章 計算機與嵌入式知識領(lǐng)域?qū)I(yè)基礎(chǔ)隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴大和嵌入式實時操作系統(tǒng)RTOS（Real Time Operating System）的廣泛使用，高級語言編程已是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的必然趨勢。 一、嵌入式系統(tǒng)高級編程語言第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用因為匯編語言和具體的微處理器的硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，移植性較差，既不宜在復(fù)雜系統(tǒng)中使用，又不便于實現(xiàn)軟件重用；而高級語言具有良好的通用性和豐富的軟件支持，便于推廣，易于維護。 一、嵌入

46、式系統(tǒng)高級編程語言第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用目前，在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中使用的語言種類很多，但僅有少數(shù)幾種語言得到了比較廣泛的應(yīng)用如C/C+和Java等。首先指出，考察一門語言是否適用，需要從多個方面進行考慮。不同語言，都有自己的特色。很難將其全面進行比較。另外，任何一門語言的運行特性都與運行環(huán)境密切相關(guān)，因此，選擇語言時，應(yīng)綜合考慮。 一、嵌入式系統(tǒng)高級編程語言第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用C語言是由Dennis Richie于1972年在AT&Bell實驗室研究成功并投入使用的系統(tǒng)編程語言。其設(shè)計目標(biāo)是使C既具有匯編語言的效率，又具有高級語言的易編程性。其最具代表性的應(yīng)用是

47、UNIX操作系統(tǒng)。 一、嵌入式系統(tǒng)高級編程語言第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用C+是由Bjarne Stroustrup 于1995年在Bell實驗室研制成功并投入使用的。C+在支持現(xiàn)代軟件工程、OOP、結(jié)構(gòu)化等方面對C進行了卓有成效的改進，但在程序代碼容量、執(zhí)行速度、程序復(fù)雜程度等方面比C語言程序性能差一些。 一、嵌入式系統(tǒng)高級編程語言第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用Java語言是Sun Microsystems公司于1995年在Internet上發(fā)布的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言。其主要研制人是Gosling。他的目標(biāo)是設(shè)計一個能夠運行于規(guī)模巨大、地域分布、體系異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的語言系統(tǒng)

48、，完成多個電子設(shè)備之間的通訊與協(xié)同工作。 一、嵌入式系統(tǒng)高級編程語言第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用Java是網(wǎng)絡(luò)語言，而嵌入式系統(tǒng)則在功能、價格、體積、功耗、上市時間等方面有特殊要求。因此Java語言受速度和代碼容量的限制，本身并不適合于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。 一、嵌入式系統(tǒng)高級編程語言第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用但Sun公司并不愿意放棄這個發(fā)展?jié)摿薮蟮膽?yīng)用市場，對Java進行改進后發(fā)表了J2ME（Java2 Micro Edition）。它是Java API的一個子集，只包含了Java的關(guān)鍵特性，是專門針對對內(nèi)存具有苛刻要求的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的。 一、嵌入式系統(tǒng)高級編程語言第四節(jié)

49、 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用在控制系統(tǒng)中，Java可以使所有操作在由標(biāo)準(zhǔn)Web瀏覽器提供的面板上完成。這些控制面板就是Java Applet。Web瀏覽器可以用來監(jiān)視或設(shè)置系統(tǒng)。 一、嵌入式系統(tǒng)高級編程語言第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用Java不僅是一門語言，更是一種思想。它將使軟件開發(fā)在設(shè)計風(fēng)格、設(shè)計方法、設(shè)計目標(biāo)、設(shè)計過程等方面發(fā)生根本性變化。它將成為軟件再實現(xiàn)的基礎(chǔ)，未來OS的核心，各種應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺和實現(xiàn)環(huán)境。 一、嵌入式系統(tǒng)高級編程語言第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用但Java并不是萬能的，它有自己的應(yīng)用范圍，在網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、面向?qū)ο蟮膽?yīng)用、可視化操作、交互式應(yīng)

50、用領(lǐng)域Java是優(yōu)秀的；但在實時控制領(lǐng)域，如火箭控制、傳感器控制、宇宙飛行器的方位控制等方面C或匯編語言依然是最佳選擇。 一、嵌入式系統(tǒng)高級編程語言第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用 操作系統(tǒng)是用戶和計算機之間的界面。一方面操作系統(tǒng)管理著所有計算機系統(tǒng)資源，另一方面操作系統(tǒng)為用戶提供了一個抽象概念上的計算機。嵌入式操作系統(tǒng)并不是簡單嵌入的操作系統(tǒng)，它與通常意義上的操作系統(tǒng)有一定的區(qū)別。 二、嵌入式操作系統(tǒng)概述 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)負責(zé)嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制并協(xié)調(diào)并發(fā)活動，具有一般操作的基本功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機制、中斷處理，同時它必

51、須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達到系統(tǒng)所要求的功能。二、嵌入式操作系統(tǒng)概述 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用1. 嵌入式操作系統(tǒng)基本功能（1） 任務(wù)調(diào)度就是決定該輪到哪個任務(wù)運行了。多數(shù)實時內(nèi)核是基于優(yōu)先級調(diào)度的，每個任務(wù)根據(jù)其重要程度的不同被賦予一定的優(yōu)先級；（2） 任務(wù)管理建立任務(wù)、刪除任務(wù)、改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級、掛起和恢復(fù)任務(wù)，以及獲得有關(guān)任務(wù)的信息；二、嵌入式操作系統(tǒng)概述 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用（3） 時間管理用戶提供定時中斷，也叫時鐘節(jié)拍來實現(xiàn)延時與超時控制等功能，它是特定的周期性中斷。 （4） 任務(wù)間的通信與同步在實際系統(tǒng)的應(yīng)用中有時需要任務(wù)間的或中斷

52、服務(wù)與任務(wù)間的信息傳遞，這種信息傳遞被稱為任務(wù)間的通信。 二、嵌入式操作系統(tǒng)概述 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用（5） 內(nèi)存管理在嵌入式系統(tǒng)中，內(nèi)存配置一般都不大，為了有效利用有限的內(nèi)存資源，應(yīng)盡量避免內(nèi)存碎片的產(chǎn)生，嵌入式操作系統(tǒng)把連續(xù)的大塊內(nèi)存按分區(qū)來管理，每個分區(qū)中包含有整數(shù)個大小相同的內(nèi)存塊，在一個系統(tǒng)中可以有多個內(nèi)存分區(qū)，用戶的應(yīng)用程序可以從不同的內(nèi)存分區(qū)中得到不同大小的內(nèi)存塊。 二、嵌入式操作系統(tǒng)概述 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用2. 嵌入式操作系統(tǒng)特點嵌入式操作系統(tǒng)是在嵌入式系統(tǒng)啟動后首先執(zhí)行的一段背景程序，一般而言，它不同于一般意義的計算機操作系統(tǒng)，嵌入式操作系統(tǒng)

53、具有占用空間小、執(zhí)行效率高、方便進行個性化定制和軟件要求固化存儲等特點。 二、嵌入式操作系統(tǒng)概述 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用（1）可裁減性嵌入式系統(tǒng)是針對宿主系統(tǒng)特定功能而設(shè)計的，一般不需要操作系統(tǒng)的所有功能，且其硬件資源非常有限，這就要求操作系統(tǒng)可定制、可裁減，以有效減少操作系統(tǒng)所需的存儲空間，它一般固化在存儲器或者嵌入式處理器中；二、嵌入式操作系統(tǒng)概述 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用（2）高可靠性可靠性主要有兩個方面含義。一是硬件本身要連續(xù)穩(wěn)定運行；二是系統(tǒng)檢查出故障后要有保持安全狀態(tài)的能力。 （3）實時性實時性指系統(tǒng)對響應(yīng)時間的嚴(yán)格要求，指能在確定的時間內(nèi)執(zhí)行其功能，能對

54、外部的異步事件做出快速正確的響應(yīng)。 二、嵌入式操作系統(tǒng)概述 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用（4）多任務(wù)操作系統(tǒng)一個任務(wù)，也稱為一個線程，是一個簡單的程序。嵌入式應(yīng)用程序的設(shè)計過程包括如何把問題分割成多個任務(wù)，多任務(wù)的操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的必然要求；（5）可移植性所謂移植，就是使一個操作系統(tǒng)內(nèi)核能在其它的微處理器或微控制器上運行，嵌入式操作系統(tǒng)是針對嵌入式系統(tǒng)特點而設(shè)計開發(fā)的。 二、嵌入式操作系統(tǒng)概述 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用1. VxWorksVxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS），是Tornado嵌入式

55、開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。 三、幾種嵌入式操作系統(tǒng)比較 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用VxWorks以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機導(dǎo)航等。 三、幾種嵌入式操作系統(tǒng)比較 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用 VxWorks具有可裁剪微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，高效的任務(wù)管理，靈活的任務(wù)間通訊，微秒級的中斷處理，支持POSIX 1003.1b實時擴展標(biāo)準(zhǔn)，支持多種物理介質(zhì)及完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。三、幾種嵌入式操作系統(tǒng)比較 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用然而其價格昂貴，由于其操作系統(tǒng)本身以

56、及開發(fā)環(huán)境都是專有的，價格一般都比較高，通常需花費10萬元人民幣以上才能建起一個可用的開發(fā)環(huán)境，對每一個應(yīng)用一般還要另外收取版稅。一般不通供源代碼，只提供二進制代碼。 三、幾種嵌入式操作系統(tǒng)比較 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用2.嵌入式Linux這是嵌入式操作系統(tǒng)的一個新成員，其最大的特點是源代碼公開并且遵循GPL協(xié)議。 由于其源代碼公開，可以任意修改，以滿足自己的應(yīng)用，并且查錯也很容易；遵從GPL，無須為每例應(yīng)用交納許可證費，有大量的應(yīng)用軟件可用；有大量的免費的優(yōu)秀的開發(fā)工具，且都遵從GPL，是開放源代碼的；軟件的開發(fā)和維護成本很低；優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能，這在Internet時代尤其重要；穩(wěn)

57、定是Linux本身具備的一個很大優(yōu)點；內(nèi)核精悍，運行所需資源少，十分適合嵌入式應(yīng)用。三、幾種嵌入式操作系統(tǒng)比較 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用支持的硬件數(shù)量龐大，嵌入式Linux和普通Linux并無本質(zhì)區(qū)別，PC上用到的硬件嵌入式Linux幾乎都支持，而且各種硬件的驅(qū)動程序源代碼都可以得到，為用戶編寫自己專有硬件的驅(qū)動程序帶來很大方便。 三、幾種嵌入式操作系統(tǒng)比較 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)上運行Linux的一個缺點是Linux體系提供實時性能需要添加實時軟件模塊，而這些模塊運行的內(nèi)核空間正是操作系統(tǒng)實現(xiàn)調(diào)度策略、硬件中斷異常和執(zhí)行程序的部分。 三、幾種嵌入式操作系

58、統(tǒng)比較 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用3AndroidAndroid是一種以Linux為基礎(chǔ)的開放源碼操作系統(tǒng)，主要使用于便攜設(shè)備。Android 是運行于 Linux kernel之上，但并不是GNU/Linux。因為在一般GNU/Linux 里支持的功能，Android 大都沒有支持，包括Cairo、X11、Alsa、FFmpeg、GTK、Pango及Glibc等都被移除掉了。Android又以bionic 取代Glibc、以Skia 取代Cairo、再以opencore 取代FFmpeg 等等。 三、幾種嵌入式操作系統(tǒng)比較 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用目前Android 的

59、 Linux kernel控制包括安全（Security），存儲器管理（Memory Management），程序管理（Process Management），網(wǎng)絡(luò)堆棧（Network Stack），驅(qū)動程序模型（Driver Model）等。 三、幾種嵌入式操作系統(tǒng)比較 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用4. C/OS-IIC/OS-II是著名的源代碼公開的實時內(nèi)核，是專為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的，可用于8位、16位和32位單片機或DSP。它是在原版本C/OS的基礎(chǔ)上做了重大改進與升級，并有了近十年的使用實踐，有許多成功應(yīng)用該實時內(nèi)核的實例。 三、幾種嵌入式操作系統(tǒng)比較 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電

60、子設(shè)計應(yīng)用它的主要特點如下：（1）公開源代碼，很容易就能把操作系統(tǒng)移植到各個不同的硬件平臺上；（2）可移植性，絕大部分源代碼是用C語言寫的，便于移植到其他微處理器上；（3）可裁剪性，有選擇的使用需要的系統(tǒng)服務(wù)，以減少所需的存儲空間；三、幾種嵌入式操作系統(tǒng)比較 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與電子設(shè)計應(yīng)用它的主要特點如下：（4）占先式，完全是占先式的實時內(nèi)核，即總是運行就緒條件下優(yōu)先級最高的任務(wù)；（5）多任務(wù)，可管理64個任務(wù)，任務(wù)的優(yōu)先級必須是不同的，不支持時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法；（6）可確定性，函數(shù)調(diào)用與服務(wù)的執(zhí)行時間具有其可確定性，不依賴于任務(wù)的多少；三、幾種嵌入式操作系統(tǒng)比較 第四節(jié) 嵌入式操作系統(tǒng)與