嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

1、嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識提 要1324嵌入式系統(tǒng)的定義及體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)的基本組成嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程什么是單片機(jī)5單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用定義嵌入式系統(tǒng)是嵌入到對象體系內(nèi)部的專用計算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的架構(gòu)處理器存儲器輸入輸出操作系統(tǒng)應(yīng)用程序軟件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)一般由四個部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。 嵌入式處理器 外圍硬件設(shè)備 嵌入式操作系統(tǒng) 用戶應(yīng)用程序在設(shè)計簡單的應(yīng)用程序時,可以不使用操作系統(tǒng),但在設(shè)計較復(fù)雜的程序時,可能就需要一個操作系統(tǒng)來管理和控制存儲器、多任務(wù)和各種資源等.實(shí)時嵌入式系統(tǒng)其最大特點(diǎn)就是程序的執(zhí)行具有確定性。C/OS和C Linux是廣泛

2、應(yīng)用的實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)，而WindowsCE2.0就是一個多任務(wù)分時系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)軟件平臺1324嵌入式系統(tǒng)的定義及體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)的基本組成嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程什么是單片機(jī)5Lecture2 Page 7微控制器開發(fā)技術(shù)Freescale and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc. All other product or service names are the property of their respective owners. Freescale Semicond

3、uctor, Inc. 2005汽車電子消費(fèi)電子工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無線通訊應(yīng)用場合Lecture2 Page 8微控制器開發(fā)技術(shù)汽車電子車身電子產(chǎn)品：接入與遠(yuǎn)程控制，車身控制，載荷控制安全：氣囊，ABS，半主動懸掛，電子助力，輪胎壓力監(jiān)控，電能轉(zhuǎn)向DIS：音響，語音控制，DIS車輛網(wǎng)絡(luò)：LIN，CAN，藍(lán)牙電話，聲控傳動控制：發(fā)動機(jī)，傳動控制，燃油噴射Lecture2 Page 9微控制器開發(fā)技術(shù)工業(yè)控制樓宇控制：三表，電力線載波，語音控制，電梯照明系統(tǒng)：熒光照明，固態(tài)照明制造：機(jī)械手，現(xiàn)場總線，不間斷電源醫(yī)療器械：心電監(jiān)護(hù)器械零售終端： 磁卡讀卡器，ATM安全：指紋識別，OCR，語音識別Lec

4、ture2 Page 10微控制器開發(fā)技術(shù)消費(fèi)類電子家用電器：洗碗機(jī)，洗衣機(jī)，電視。手持電子：藍(lán)牙耳機(jī)，游戲機(jī)，PDA娛樂產(chǎn)品：數(shù)碼音樂，CD，DC，DV計算機(jī)外圍：LCD，Mouse，KeyboardLecture2 Page 11微控制器開發(fā)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用路由器，IP電話，DSL調(diào)制解調(diào)器，無線網(wǎng)關(guān)，接入設(shè)備，ATM交換機(jī)，光纖路由產(chǎn)品，Lecture2 Page 12微控制器開發(fā)技術(shù)無線通訊BluetoothWiFiZigbeeRFGSM+CDMA+3GLecture2 Page 13微控制器開發(fā)技術(shù)Microcontroller Manufactures1324嵌入式系統(tǒng)的定義及體系結(jié)構(gòu)

5、嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)的基本組成嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程什么是單片機(jī)5運(yùn)算器輸入設(shè)備輸出設(shè)備控制器存儲器微型計算機(jī)系統(tǒng)經(jīng)典結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)系統(tǒng)的硬件部分通常由五部分組成:微型計算機(jī)的應(yīng)用形態(tài)可以分為：多板機(jī)（系統(tǒng)機(jī)） 單板機(jī) 單片機(jī)這種計算機(jī)系統(tǒng)通常由多塊印刷電路板制成： 主板顯卡聲卡存儲器接口網(wǎng)卡輸入輸出接口內(nèi)存條CPU多板機(jī)CPUCPU芯片內(nèi)存條存儲器接口存儲器芯片輸入輸出接口輸入輸出接口芯片定時計數(shù)器芯片A/D、D/A芯片 印刷電路板單板機(jī) 單 硅 晶 片 CPU存儲器控制電路定時器時鐘電路I / O口一塊芯片體上集成了中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、程序存儲器ROM或EPROM、定時器

6、計數(shù)器、中斷控制器以及串行和并行IO接口等功能部件，構(gòu)成一個完整的微型計算機(jī)。單片機(jī)單片機(jī)就是單片微型計算機(jī)(Single-Chip Microcomputer)。它從外觀上看，與普通的集成電路或芯片毫無差別。與普通芯片不同的是，單片機(jī)芯片內(nèi)集成了一般微機(jī)系統(tǒng)所具有的主要組成部件。概括的講：一塊芯片就是一臺計算機(jī)。 三種應(yīng)用形態(tài)的比較 ：單板機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)機(jī)（多板機(jī)）1)系統(tǒng)機(jī)（桌面應(yīng)用）屬于通用計算機(jī)，主要用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動化及輔助設(shè)計。2)單片機(jī)（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計算機(jī)，主要用于智能儀表及傳感器、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車及軍事電子設(shè)備等系統(tǒng)。（1）體積小，重量輕；（2）可靠性高，

7、運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)；（3）控制功能強(qiáng)，使用靈活，性價比高；（4）易擴(kuò)展，易于開發(fā)；（5）受集成度限制，片內(nèi)存儲器容量較小。單片機(jī)是應(yīng)工業(yè)測控的需要而誕生的,它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計的,故又稱單片微控制器。MCU (Microcontroller Unit)。單片機(jī)特點(diǎn)：1324嵌入式系統(tǒng)的定義及體系結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域單片機(jī)的基本組成嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程什么是單片機(jī)5CPU（中央處理單元） 運(yùn)算器輸入設(shè)備輸出設(shè)備控制器存儲器CPU（Central Processing Unit）它是單片機(jī)的核心部件運(yùn)算器控制器運(yùn)算器既是算術(shù)邏輯單元ALU（Arithmetic log

8、ic Unit)，其功能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。主要負(fù)責(zé)對信息的加工處理。運(yùn)算器不斷地從存儲器中得到要加工的數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行加、減、乘、除及各種邏輯運(yùn)算，并將最后的結(jié)果送回存儲器中，整個過程在控制器的指揮下有條不紊地進(jìn)行。 控制器是CPU的神經(jīng)中樞用于對指令進(jìn)行解釋，控制邏輯運(yùn)算單元的運(yùn)行，同時控制計算機(jī)的各個部件有條不紊地工作。單片機(jī)工作支撐模塊電壓調(diào)整器時鐘復(fù)位發(fā)生模塊看門狗時鐘監(jiān)視器等?數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器（RAM：Random Access Memory ） 在單片機(jī)中，用隨機(jī)存取的存儲器（RAM）來存儲數(shù)據(jù)，暫存運(yùn)行期間的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、緩沖和標(biāo)志位等，所以稱之為數(shù)據(jù)存儲

9、器。程序存儲器（ROM：Read Only Memory ） 單片機(jī)的應(yīng)用中常常將開發(fā)調(diào)試成功后的應(yīng)用程序存儲在程序存儲器中，因?yàn)椴辉俑淖?，所以這種存儲器都采用只讀存儲器ROM的形式。 RAM的特點(diǎn)是可讀也可寫，但是斷電后立即消失，所以，它只是用來暫存數(shù)據(jù)。ROM在單片機(jī)正常運(yùn)行模式下，存儲器是只能讀不能寫的。只有在特殊模式下，才能將程序?qū)懙絉OM中。目前單片機(jī)中使用的只讀存儲器是Flash閃速存儲器，簡稱閃存。與其他存儲器相比，F(xiàn)lash具有以下特點(diǎn)：非易失。不同于SRAM和DRAM，F(xiàn)lash不需要任何數(shù)據(jù)刷新機(jī)制，也不需要維持工作電壓?？筛隆Ｔ诟鞣N溫度條件下，可擦寫次數(shù)在10萬次以上，

10、存儲數(shù)據(jù)可以保持10年以上。支持在線編程。允許單片機(jī)內(nèi)部的程序去改寫Flash。這一技術(shù)大大增加了單片機(jī)的應(yīng)用范圍和使用的方便性。?通用I/O模塊所謂普通的I/O，即Input/Output基本的輸入輸出。作為普通輸入引腳，MCU內(nèi)部程序可以讀取該引腳，知道該引腳是“1”（高電平）還是“0”（低電平），即開關(guān)量輸入。作為普通輸出引腳，MCU內(nèi)部程序向該引腳輸出“1”或“0”，即開關(guān)量輸出。單片機(jī)上一般集成了多個I/O（Input/Output）接口其中有通用并行I/O口（一般每口8個外部引腳）以及SCI、PWM、I2C、CAN等專用子系統(tǒng)。復(fù)位后一般所有I/O引腳默認(rèn)設(shè)置為通用I/O輸入，當(dāng)專

11、用子系統(tǒng)激活后，自動變更為專用功能。 ?A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊單片機(jī)可處理的信息均是數(shù)字量1和0。單片機(jī)應(yīng)用中，有時需處理的信息不是數(shù)字量，而是一些隨時間連續(xù)變化的模擬量（時間連續(xù)、幅值連續(xù)），甚至是一些非電量，如溫度、壓力等。首先將非電的模擬信號變成模擬的電信號，這要通過各種傳感器來完成。把要處理的模擬電量轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的電信號，這需要模擬(Analog)與數(shù)字(Digital)轉(zhuǎn)換電路。將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。（A/D轉(zhuǎn)換器或ADC，Analog to DigitalConverter）A/D轉(zhuǎn)換的作用是將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時間離散、幅值也離散的數(shù)字信

12、號，因此，A/D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼4個過程。將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A轉(zhuǎn)換器或DAC，Digital toAnalog Converter）D/A轉(zhuǎn)換是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬量的器件。D/A轉(zhuǎn)換器基本上由4個部分組成，即權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電源和模擬開關(guān)。DA轉(zhuǎn)換器AD轉(zhuǎn)換器被控對象執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控參數(shù)CPU?串行通訊模塊在計算機(jī)系統(tǒng)中，CPU和外部通信有兩種通信方式：并行通信和串行通信。 計算機(jī)1 GND 計算機(jī)2 GND并行通信 計算機(jī)1 GND 計算機(jī)2 GND發(fā)送接收串行通信并行通信，即數(shù)據(jù)的各位同時傳送；串行通信，即數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。

13、串行通訊：一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。并 行 數(shù) 據(jù) 傳 送串 行 數(shù) 據(jù) 傳 送原 理各數(shù)據(jù)位同時傳送數(shù)據(jù)位按位順序進(jìn)行優(yōu) 點(diǎn)傳送速度快、效率高最少只需一根傳輸線即可完成：成本低缺 點(diǎn)數(shù)據(jù)位數(shù)傳輸線根數(shù)：成本高速度慢應(yīng) 用傳送距離30米，用于計算機(jī)內(nèi)部幾米幾千公里，用于計算機(jī)與外設(shè)之間?定時器/計數(shù)器模塊在測量控制系統(tǒng)中，常需要有實(shí)時時鐘和計數(shù)器，實(shí)現(xiàn)定時（或延時）控制對外界事件進(jìn)行計數(shù)。生活中計數(shù)的例程處處可見。例：錄音機(jī)上的計數(shù)器、家里面用的電度表、汽車上的里程表等。定時器計數(shù)器簡稱定時器，其作用主要包括產(chǎn)生各種時標(biāo)間隔、記錄外部事件的數(shù)量等，是單片機(jī)中最常

14、用、最基本的部件之一。 單片機(jī)中的定時器和計數(shù)器是一個東西，只不過計數(shù)器是記錄的外界發(fā)生的事情，而定時器則是由單片機(jī)供給一個非常穩(wěn)定的計數(shù)源。對外部輸入信號的計數(shù)功能。定時功能。定時器/計數(shù)器的定時功能也是通過計數(shù)實(shí)現(xiàn)的，它的計數(shù)脈沖是由單片機(jī)的片內(nèi)振蕩器，即為對機(jī)器周期計數(shù)。脈寬調(diào)制（PWM ）模塊PWM（Pulse Width Modulate）即脈寬調(diào)制，脈寬調(diào)制波是一種可用程序來控制波形占空比、周期、相位的波形。它在電動機(jī)驅(qū)動、D/A 變換等場合有著廣泛的應(yīng)用。周期指上圖中的，占空比為t/，相位指高低電平。通（on）的時候即是直流供電被加載到負(fù)載上，斷（off）的時候即是供電被斷開的時

15、候。許多類型的單片機(jī)包含PWM控制器在智能車控制中，便利用PWM來控制電機(jī) 1. 機(jī)器語言用機(jī)器能夠直接識別的二進(jìn)制指令代碼（即機(jī)器碼或可執(zhí)行的目標(biāo)代碼）編寫的程序稱為機(jī)器語言。 執(zhí)行速度快不易記憶，十分繁瑣。用機(jī)器語言編寫程序是極其困難的。 特點(diǎn)：程序設(shè)計$86 $112. 匯編語言用機(jī)器指令系統(tǒng)的助記符（能反映指令特征和操作性質(zhì)的英文單詞或英文縮寫），用符號代替操作數(shù)來編寫的程序稱為匯編語言程序。 用匯編語言編寫的程序不僅執(zhí)行速度快，又可以有效地利用機(jī)器本身的專有特性，從而提高機(jī)器的工作效率。 用匯編語言編寫的程序由于面向機(jī)器，在一種機(jī)型上不能運(yùn)行另一種機(jī)型的匯編程序，通用性差 。特點(diǎn)：LDAA #$11 3. 高級