嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程(緒論)課件

1、本課程簡介本科生選修課學(xué)分：3總課時：48課時授課：30課時實驗：16課時考試：2課時2008年2月19日1南京大學(xué)計算機(jī)系授課主教材介紹嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程俞建新 王健 宋健建機(jī)械工業(yè)出版社2008年3月第1版書號： ISBN 978-7-111-22944-5定價：42元要求修課同學(xué)人手一本2008年2月19日2南京大學(xué)計算機(jī)系主要參考書ARM Linux嵌入式系統(tǒng)教程馬忠梅. 等 編著北京航空航天大學(xué)出版社ISBN: 7-81077-526-X2004年9月第1版定價：32.00元簡評：圍繞最流行的32位ARM處理器和源碼開放的Linux操作系統(tǒng)，講述嵌入式系統(tǒng)的概念、軟硬件組成、開發(fā)過程

2、，以及嵌入式Linux的應(yīng)用程序和驅(qū)動程序的開發(fā)設(shè)計方法。借用為宜。2008年2月19日3南京大學(xué)計算機(jī)系前導(dǎo)課程知識基礎(chǔ)課程計算機(jī)組成原理，微機(jī)原理與接口軟件專業(yè)課程操作系統(tǒng)匯編語言，ANSI C（標(biāo)準(zhǔn) C）硬件專業(yè)課程模擬電路，數(shù)字電路2008年2月19日5南京大學(xué)計算機(jī)系本課程教學(xué)特點本課程屬于計算機(jī)技術(shù)課程注重實驗環(huán)節(jié)計算機(jī)硬件軟件知識結(jié)合偏重應(yīng)用，緊密結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行開發(fā)訓(xùn)練。課堂學(xué)習(xí)和上機(jī)實驗相結(jié)合2008年2月19日6南京大學(xué)計算機(jī)系本課程的實驗環(huán)節(jié)軟件仿真實驗基于Proteus+Keil RealViewMDK硬件實驗基于英貝特ARM實驗箱2008年2月19日7南京大學(xué)計算機(jī)系學(xué)習(xí)

3、成績評定實驗課成績占20%考勤占10%不定期抽查期末考試成績占70%2008年2月19日8南京大學(xué)計算機(jī)系1.1 什么是嵌入式系統(tǒng)？顧名思義：包含（安裝）在電子裝置（應(yīng)用對象）內(nèi)部的計算機(jī)系統(tǒng)稱為嵌入式系統(tǒng)?；久枋觯簩ｉT用途的計算機(jī)系統(tǒng)常常用于控制廣泛存在包含硬件和軟件2008年2月19日10南京大學(xué)計算機(jī)系民用嵌入式設(shè)備或產(chǎn)品1MOTOC350彩屏WAP移動電話彪騏數(shù)字機(jī)頂盒BlackBerry 7230移動電話DL7100/DL7200 數(shù)字式示波器嵌入式GIS暢視2000可視電話Palm Zire71型個人數(shù)字助理2008年2月19日12南京大學(xué)計算機(jī)系蘋果公司的媒體播放器和手機(jī)iPO

4、D和iPHONE2008年2月19日14南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式產(chǎn)品電子書閱讀器飛利浦Readius 亞馬遜Kindle2008年2月19日15南京大學(xué)計算機(jī)系手機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)-12008年2月19日16南京大學(xué)計算機(jī)系手機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)-22008年2月19日17南京大學(xué)計算機(jī)系手機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)-32008年2月19日18南京大學(xué)計算機(jī)系富士數(shù)碼相機(jī)FinePix F460富士公司2006年前后推出500萬像素中檔相機(jī)光學(xué)鏡頭：3倍變焦LCD ：2.5英寸電荷耦合器件(CCD)：索尼公司500萬像素的ICX505圖像處理芯片：ADI公司的AD9948A讀取CCD的輸出信號，圖像數(shù)據(jù)處理2008年2月1

5、9日20南京大學(xué)計算機(jī)系富士數(shù)碼相機(jī)FinePix F460（續(xù)）電機(jī)控制電路：三洋公司的ASIC(LB8659)用于控制鏡頭拉伸、縮放和聚焦微控制器：NEC公司的uPD78F0533處理按鍵，完成主要的系統(tǒng)控制功能內(nèi)存儲器：三星公司的SDRAM (K4M283233)提供圖像處理所需的工作內(nèi)存2008年2月19日21南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式系統(tǒng)高端應(yīng)用的產(chǎn)品美國AGM-86B戰(zhàn)略空射巡航導(dǎo)彈美國火星登陸車國產(chǎn)戰(zhàn)斗機(jī)F-7MG機(jī)器人國產(chǎn)88式坦克2002年型林肯黑木(Blackwood)汽車2008年2月19日23南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式系統(tǒng)的定義（1）根據(jù)IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定

6、義：嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運行的裝置?！庇⑽脑臑椋篸evices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants.2008年2月19日24南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式系統(tǒng)的定義（3）根據(jù)中國微機(jī)學(xué)會的定義：嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式應(yīng)用為目的的計算機(jī)系統(tǒng)，可以分為系統(tǒng)級，板級，片級。芯片級嵌入含程序或算法的處理器模塊級嵌入系統(tǒng)中的某個核心模塊板系統(tǒng)級嵌入主計算機(jī)系統(tǒng)2008年2月19日26南京大學(xué)計算機(jī)系專家觀點（1）嵌入式系統(tǒng)只是單板機(jī)在某種場合下的應(yīng)用

7、個體經(jīng)營的單片機(jī)公司經(jīng)理語我們的控制裝置產(chǎn)品都用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方案中科院自動化研究所工程師語單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的初級形態(tài)，SOC是嵌入式系統(tǒng)的高級形態(tài)南京市單片機(jī)協(xié)會理事資深專家語。2008年2月19日27南京大學(xué)計算機(jī)系專家觀點（2）要想成功地設(shè)計一個嵌入式系統(tǒng)，就必須尋找或開發(fā)一個合適的軟件和硬件平臺。電子工程專輯()主編語嵌入式系統(tǒng)是信息產(chǎn)業(yè)走向二十一世紀(jì)知識經(jīng)濟(jì)時代的最重要的經(jīng)濟(jì)增長點之一，對中國的信息產(chǎn)業(yè)來說充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。單片機(jī)實驗室高級工程師語國內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)市場是廣闊天地，嵌入式系統(tǒng)是新的經(jīng)濟(jì)增長點。北京計算機(jī)高級專家工控學(xué)會資深理事語。2008年2月19日28南京大學(xué)計算機(jī)

8、系參考資料微軟公司的網(wǎng)頁2008年2月19日30南京大學(xué)計算機(jī)系參考解釋（2）Embedded System Definition A specialized computer system that is part of a larger system or machine. Typically, an embedded system is housed on a single microprocessor board with the programs stored in ROM. Virtually all appliances that have a digital interface

9、 - watches, microwaves, VCRs, cars - utilize embedded systems. Some embedded systems include an operating system, but many are so specialized that the entire logic can be implemented as a single program. 2008年2月19日31南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域移動電話信息家電視聽設(shè)備飛機(jī)人造衛(wèi)星導(dǎo)彈魚雷車輛機(jī)器人掌上電腦醫(yī)療設(shè)備工業(yè)控制計算機(jī)外圍設(shè)備水面艦船潛艇坦克戰(zhàn)車自行火炮環(huán)境監(jiān)測其它

10、交通管理嵌入式系統(tǒng)2008年2月19日32南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式系統(tǒng)在汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用單芯片微電腦控制系統(tǒng)雨刷、車燈系統(tǒng)、儀表盤、電動門窗等MCU系統(tǒng)ABS系統(tǒng)、智慧安全氣囊、主動式懸吊系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)等SoC系統(tǒng)混合動力總成、底盤綜合控制、汽車定位導(dǎo)航、車輛狀態(tài)記錄與監(jiān)控等2008年2月19日33南京大學(xué)計算機(jī)系汽車上嵌入式系統(tǒng)的裝備情況據(jù)統(tǒng)計，從1989年至2000年，平均每輛車上電子裝置在整個汽車制造成本中所占的比例由16增至23以上。一些豪華轎車上，使用單片微型計算機(jī)的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到48個，電子產(chǎn)品占到整車成本的50以上。目前電子技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到汽車所有的系統(tǒng)。2008年2月1

11、9日34南京大學(xué)計算機(jī)系兩種汽車使用的嵌入式系統(tǒng)一類是汽車電子控制裝置它和車上機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行配合使用，即所謂“機(jī)電結(jié)合”的汽車電子裝置；它們包括發(fā)動機(jī)、底盤、車身電子控制。例如電子燃油噴射系統(tǒng)、制動防抱死控制、防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、電子控制自動變速器、電子動力轉(zhuǎn)向等。2008年2月19日35南京大學(xué)計算機(jī)系兩種汽車使用的嵌入式系統(tǒng)（續(xù)）另一類是車載汽車電子裝置車載汽車電子裝置是在汽車環(huán)境下能夠獨立使用的電子裝置，它和汽車本身的性能并無直接關(guān)系。它們包括汽車信息系統(tǒng)（行車電腦）、導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車音響及電視娛樂系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備等。2008年2月19日36南京大學(xué)計算機(jī)系汽車嵌

12、入式控制的發(fā)展方向向集中綜合控制發(fā)展：將發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)和自動變速器控制系統(tǒng)，集成為動力傳動系統(tǒng)的綜合控制（PCM）；將制動防抱死控制系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）和驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)（ASR）綜合在一起進(jìn)行制動控制；通過中央底盤控制器，將制動、懸架、轉(zhuǎn)向、動力傳動等控制系統(tǒng)通過總線進(jìn)行連接。控制器通過復(fù)雜的控制運算，對各子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，將車輛行駛性能控制到最佳水平，形成一體化底盤控制系統(tǒng)（UCC）。2008年2月19日37南京大學(xué)計算機(jī)系汽車電子系統(tǒng)模塊的布局2008年2月19日38南京大學(xué)計算機(jī)系汽車電子應(yīng)用：主被動集成方案Active Passive Integration App

13、roach APIAAPIA可利用網(wǎng)絡(luò)覆蓋汽車的所有主動及被動安全系統(tǒng)，并集成了環(huán)境傳感器。APIA系統(tǒng)復(fù)雜，包括自適應(yīng)巡航控制、組合傳感器、側(cè)面?zhèn)鞲衅?、?shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、相應(yīng)的控制單元等等。系統(tǒng)核心是危險控制模塊，它能意識到潛在的碰撞，并引入預(yù)先設(shè)定的措施。2008年2月19日39南京大學(xué)計算機(jī)系1.2 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展簡史第一階段以4到8位單片機(jī)為核心的可編程控制器系統(tǒng)第二階段以8到16位嵌入式處理器（CPU）為基礎(chǔ)第三階段32位RISC嵌入式中央處理器嵌入式操作系統(tǒng)第四階段基于Internt接入為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)2008年2月19日40南京大學(xué)計算機(jī)系從4個方面考察嵌入式系統(tǒng)歷史可從4個方面考察

14、嵌入式系統(tǒng)的歷史硬件軟件代表產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)近6年以來嵌入式系統(tǒng)成為計算機(jī)業(yè)界的熱點技術(shù)，全球大型IT企業(yè)無一不在進(jìn)軍嵌入式技術(shù)。2008年2月19日41南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式硬件歷史大事1971年11月微處理器誕生，代表產(chǎn)品Intel 4004微處理器1980年美國Intel公司推出MCS-51單片機(jī)1985年美國Xilinx公司推出FPGAFPGA現(xiàn)場可編程門陣列Field Programmable Gate Array1994年英國ARM公司推出ARM6101988年 DSP微處理器問世代表產(chǎn)品是美國德州公司TMS320C302008年2月19日42南京大學(xué)計算機(jī)系軍用嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展第

15、一階段 1970年代到1980年代軍用標(biāo)準(zhǔn)階段美國陸軍的NEBULA架構(gòu)美國海軍的UYK-43架構(gòu)和AYK架構(gòu)等使用的編程語言不統(tǒng)一陸軍使用NEBULA、空軍使用PASCAL、海軍使用CMS2第二階段 1980年代中期到1980年代末美軍在通用化標(biāo)準(zhǔn)化系列化上作了重大改進(jìn)軍內(nèi)統(tǒng)一使用ADA語言實時操作系統(tǒng)趨于完善2008年2月19日43南京大學(xué)計算機(jī)系軍用嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展（續(xù)）第三階段 1990年代初開始32位嵌入式處理器廣泛使用多種實時操作系統(tǒng)出現(xiàn)PSOS+ miRMX III2008年2月19日44南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式軟件歷史回顧早期的單片機(jī)執(zhí)行由專用的監(jiān)控程序控制，不含操作系統(tǒng)。目

16、前許多簡單的單片機(jī)應(yīng)用仍然使用監(jiān)控程序作為控制軟件。1980年代，開始在單片機(jī)上使用基于操作系統(tǒng)的控制程序。現(xiàn)在高端嵌入式系統(tǒng)軟件都在操作系統(tǒng)的支持下運行2008年2月19日45南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式操作系統(tǒng)簡況1981年Ready System開發(fā)了世界上第1個商業(yè)嵌入式實時內(nèi)核（VRTX32），它包含了許多傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征，包括任務(wù)管理、任務(wù)間通訊、同步與相互排斥、中斷支持、內(nèi)存管理等功能。后來，出現(xiàn)了如WRS公司的VxWorks、QNX公司的QNX、Symbian公司的Symbian、Integrated System Incorporation (ISI)的PSOS。此外，還有Pal

17、m OS、WinCE、嵌入式Linux、LynxOS、uCOS、Nucleus、以及國內(nèi)的Hopen、Delta OS等嵌入式操作系統(tǒng)。2008年2月19日46南京大學(xué)計算機(jī)系1.3 嵌入式系統(tǒng)的特點專門用于特定任務(wù)嵌入式系統(tǒng)一般是專用系統(tǒng)，而PC是通用計算平臺。技術(shù)融合集計算機(jī)，通信及其它高新技術(shù)于一體。有實時約束一般采用實時操作系統(tǒng)有功耗約束軟件沒有系統(tǒng)和應(yīng)用的區(qū)別，軟件固化。系統(tǒng)內(nèi)核小軟硬件可裁剪高可靠性資源比PC少得多嵌入式系統(tǒng)需要專用的開發(fā)工具非壟斷市場2008年2月19日47南京大學(xué)計算機(jī)系軟件硬件基本要素硬件嵌入式處理器各種類型存儲器模擬電路及電源接口控制器及接插件軟件實時操作系

18、統(tǒng)（RTOS）板級支持包（BSP）設(shè)備驅(qū)動（Device Driver）協(xié)議棧（Protocol Stack）應(yīng)用程序（Application）2008年2月19日48南京大學(xué)計算機(jī)系1.4 嵌入式系統(tǒng)的分類 有多種對嵌入式系統(tǒng)的分類方法，以下是部分分類方法：按用途分類：軍用/民用按載體分類：宇航/車載 按通信性質(zhì)分類：無線/有線按網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)分類：聯(lián)網(wǎng)/單機(jī)按環(huán)境分類：普通/惡劣按功耗分類：低功耗/普通功耗主要分類方法按硬件軟件性質(zhì)2008年2月19日49南京大學(xué)計算機(jī)系1.4.1 按照技術(shù)復(fù)雜度分類根據(jù)控制技術(shù)的復(fù)雜度可以把嵌入式系統(tǒng)分為三類：無操作系統(tǒng)控制的嵌入式系統(tǒng)NOSES，Non-OS

19、 control Embedded System；小型操作系統(tǒng)控制的嵌入式系統(tǒng)SOSES，Small OS control Embedded System；大型操作系統(tǒng)控制的嵌入式系統(tǒng)LOSES，Large OS control Embedded System。2008年2月19日50南京大學(xué)計算機(jī)系1.4.2 按照用途分類按照用途可以把嵌入式系統(tǒng)分成以下三類：工業(yè)用軍用民用2008年2月19日51南京大學(xué)計算機(jī)系1.5 嵌入式系統(tǒng)基本組成嵌入式系統(tǒng)的硬件由嵌入式處理器、外圍電路和外部設(shè)備三大部分所組成。嵌入式處理器包括：嵌入式微處理器（MPU）、微控制器（MCU）、數(shù)字信號處理器（DSP）。

20、外圍電路包括：各式存儲器（RAM、ROM、FLASH），時鐘電路，各種I/O接口電路，調(diào)試接口（JTAG、BDM等）。外部設(shè)備包括：存儲卡（CF、SD卡）、LCD屏、觸摸屏、手寫筆、鍵盤等。2008年2月19日52南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式系統(tǒng)常用硬件器件嵌入式處理器MCU, DSP, MPU可編程邏輯器件FPGA, CPLD存儲器芯片電源模塊周邊元件和接插件2008年2月19日53南京大學(xué)計算機(jī)系典型嵌入式系統(tǒng)硬件組成（1）2008年2月19日54南京大學(xué)計算機(jī)系典型嵌入式系統(tǒng)硬件組成（2）2008年2月19日55南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式系統(tǒng)的軟件基本構(gòu)成2008年2月19日56南京大學(xué)計算機(jī)系基

21、于VxWorks操作系統(tǒng)的嵌入式軟件層次結(jié)構(gòu)2008年2月19日57南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演變硬件系統(tǒng)4位單片機(jī)8位單片機(jī)/ 16位單片機(jī)32位專用微處理器32位DSP微處理器SoCSoPC軟件系統(tǒng)實時監(jiān)控程序?qū)Ｓ孟到y(tǒng)通用系統(tǒng)2008年2月19日58南京大學(xué)計算機(jī)系1.5.1 實時性能分類依據(jù)操作系統(tǒng)的實時性能類型劃分，有以下幾種類型。參看下圖：嵌入式系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)軟實時系統(tǒng)硬實時系統(tǒng)2008年2月19日59南京大學(xué)計算機(jī)系1.5.2 按照電路板分類中國計算機(jī)協(xié)會微機(jī)專業(yè)委員會對嵌入式系統(tǒng)給出以下分類：單硅片嵌入式系統(tǒng)Single-Silicon Embedded System單

22、板嵌入式系統(tǒng)Single-Board Embedded System多板嵌入式系統(tǒng)Multi-Board Embedded System2008年2月19日60南京大學(xué)計算機(jī)系高端嵌入式產(chǎn)品中各種CPU所占市場份額2008年2月19日61南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具高級語言編譯器Compiler Tools源程序模擬器Source Simulator目標(biāo)監(jiān)控器Object Monitor實時在線仿真系統(tǒng)ICEIn-Circuit Emulator2008年2月19日62南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)區(qū)別從歷史的角度來看，這兩個名詞術(shù)語沒有本質(zhì)的區(qū)別。但是，它們都是專用的計算機(jī)系統(tǒng)，與

23、通用型的微機(jī)系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別?，F(xiàn)在的一般說法：嵌入式系統(tǒng)在含有操作系統(tǒng)的軟件的控制下運行，而單片機(jī)系統(tǒng)不含操作系統(tǒng)，只在控制程序下運行。低端嵌入式系統(tǒng)：單片機(jī)+印刷線路板高端嵌入式系統(tǒng)： SoC2008年2月19日63南京大學(xué)計算機(jī)系1.6 嵌入式處理器分類嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件中的最核心的部分，嵌入式處理器有多種功能。按照處理器功能分類，主要如下五種：通用型嵌入式微處理器（簡稱：MPU）微控制器（MCU）數(shù)字信號處理器（DSP）混合處理器和片上系統(tǒng)（SOC）嵌入式雙核或者多核處理器2008年2月19日64南京大學(xué)計算機(jī)系通用型嵌入式微處理器英文全稱General Purpose Em

24、bedded Micro Processor也稱為嵌入式微處理單元Embedded Micro Processor Unit縮略語：EMPU，或者M(jìn)PU2008年2月19日65南京大學(xué)計算機(jī)系通用型嵌入式微處理器有兩種類型一類是嵌入式系統(tǒng)中使用的通用處理器x86處理器（從80186、80386到Pentium M）就是這一類處理器的典型代表。另一類是專門為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的處理器屬于這一類的通用型嵌入式微處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、ColdFire、68000、MIPS、ARM系列等。使用通用型嵌入式微處理器時都要在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等

25、方面采取各種措施。2008年2月19日66南京大學(xué)計算機(jī)系微控制器又稱單片機(jī)（SCM，Single Chip Microcomputer）它將整個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中，體積減小，功耗和成本下降，可靠性提高，速度更快，性能更好，電磁輻射更少。它通常以某種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各種必要功能部件和外設(shè)。有代表性的通用微控制器系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/1

26、2/16、68300等。2008年2月19日67南京大學(xué)計算機(jī)系數(shù)字信號處理器本教材中討論的嵌入式DSP處理器（簡稱為DSP處理器或者DSP）是專門用于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字信號處理器。它是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令集做了特殊設(shè)計的處理器，使其適合執(zhí)行DSP算法程序。嵌入式DSP處理器有兩個發(fā)展來源，一是DSP處理器經(jīng)過單片化、EMC（電磁兼容）改造、增加片上外設(shè)成為嵌入式DSP處理器；二是在通用單片機(jī)或SoC中增加DSP協(xié)處理器。DSP處理器可分為兩大類：定點DSP和浮點DSP。嵌入式DSP處理器中比較有代表性的產(chǎn)品是德州儀器公司的TMS320系列和Motorola公司的DSP56000系列。 2008年2月

27、19日68南京大學(xué)計算機(jī)系片上系統(tǒng)把一個或多個CPU單元以及功能部件集成在單個芯片上。這種芯片就是所謂的片上系統(tǒng)SoC。為了解決SoC設(shè)計中遇到的難題，設(shè)計方法必須進(jìn)一步優(yōu)化。因此，人們提出了基于FPGA的SoC設(shè)計方案可編程片上系統(tǒng)（System On a Programmable Chip，稱為SOPC）。隨著百萬門級的FPGA芯片、功能復(fù)雜的IP 核（知識產(chǎn)權(quán)核）和可重構(gòu)的嵌入式處理器軟核的出現(xiàn)，作為未來電子系統(tǒng)設(shè)計新領(lǐng)域的SoPC技術(shù)已經(jīng)成為了國際上電子系統(tǒng)設(shè)計新技術(shù)的熱點，具有廣闊的應(yīng)用前景。Altera公司、Xilinx公司、Lattice公司、QuickLogic公司等全球最重要

28、的FPGA及EDA公司都分別推出了SoPC系統(tǒng)解決方案。 2008年2月19日69南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式雙核處理器雙核（Dual Core）處理器就是基于單個半導(dǎo)體的一個處理器芯片上擁有兩顆一樣功能的處理器核心，即將兩顆物理處理器核心整合入一個內(nèi)核中通過協(xié)同運算來提升性能。其優(yōu)勢在于克服了傳統(tǒng)處理器通過提升工作頻率來提升處理器性能而導(dǎo)致耗電量和發(fā)熱量越來越大的缺點。2008年2月19日70南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式多核處理器嵌入式多核處理器往往用于音頻或者視頻處理。這些DSP處理器的主要結(jié)構(gòu)是一個或多個的微控制器（MCU）核外加一個DSP核。例如，美國AD公司生產(chǎn)的Blackfin系列產(chǎn)品是適用于

29、多格式音頻、視頻、語音和圖像處理的嵌入式DSP處理器系列。采用Blackfin芯片的最終產(chǎn)品可以是便攜式媒體播放器(PMP)、VoIP（通過IP傳輸話音）電話機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（IP Network.Camera）以及移動電視設(shè)備等。2008年2月19日71南京大學(xué)計算機(jī)系Blackfin系列多核處理器Blackfin系列中的ADSP-BF561處理器是一款雙內(nèi)核的具有對稱多處理（SMP）架構(gòu)的DSP處理器，時鐘頻率為750MHz，它能夠以兩種工作方式執(zhí)行。下圖是第1種工作模式。在該模式下，可以讓Core A運行操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和控制任務(wù)，讓Core B運行信號處理的RISC/DSP任務(wù)。20

30、08年2月19日72南京大學(xué)計算機(jī)系BF561處理器的第1種工作模式2008年2月19日73南京大學(xué)計算機(jī)系BF561處理器的第2種工作模式2008年2月19日74南京大學(xué)計算機(jī)系1.7 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢196019701980199020002010年代11/100100每人使用計算機(jī)數(shù)量時代特點2020MFPCCE2008年2月19日75南京大學(xué)計算機(jī)系如何描述當(dāng)前的IT時代？后PC時代？Post PC era信息電器（信息家電）時代？Information Appliance3C時代?Consumer Electronics、Computer、Communication普適計算時代？P

31、ervasive Computing無所不在的計算時代？Ubiquitous Computing2008年2月19日76南京大學(xué)計算機(jī)系后PC時代IA時代若干年前未來學(xué)家的語言正在變成現(xiàn)實，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了后PC時代 。美國著名未來學(xué)家尼葛洛龐帝(Nicholas Negroponte) 1999年初來華訪問時說過：嵌入式智能工具將是繼PC和Internet之后最偉大的發(fā)明。MIT的David Clark于1999年首次提出“后PC時代（post-PC era）”的概念，他認(rèn)為：在后PC時代，具有聯(lián)網(wǎng)功能的信息電器（IA）和手持設(shè)備（handheld device）將逐步取代PC。2008年2月

32、19日77南京大學(xué)計算機(jī)系計算機(jī)產(chǎn)品發(fā)展路線圖摩爾定律仍然適用大型機(jī): 60年代 小型機(jī): 70年代 PC: 80-90年代 后PC: 2000年VLSILSIMSISoC2008年2月19日78南京大學(xué)計算機(jī)系嵌入式產(chǎn)品和臺式計算機(jī)處理器芯片使用量比較2008年2月19日79南京大學(xué)計算機(jī)系后PC時代的新秀-信息電器信息電器 (Information Appliance，IA)1998年HP公司的一名資深專家Don Norman給出了IA的定義：An appliance specializing in information : Knowledge, facts, graphics, ima

33、ges, video, or sound. An information appliance is designed to perform activity, such as music, photography, or writing. A distinguishing feature of information appliance is the ability to share information among themselves.2008年2月19日80南京大學(xué)計算機(jī)系后PC時代當(dāng)前業(yè)界特征后PC時代特征表現(xiàn)在以下幾個方面：產(chǎn)品發(fā)展趨勢國民產(chǎn)值研究和開發(fā)方向社會物質(zhì)和精神需要人才需

34、求2008年2月19日81南京大學(xué)計算機(jī)系信息電器與嵌入式系統(tǒng)信息電器的核心就是嵌入式系統(tǒng)信息電器的成本取決于嵌入式系統(tǒng)的成本信息電器使用性能取決于嵌入式系統(tǒng)的軟件信息電器的發(fā)展方向決定著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向討論題：哪些是信息電器？2008年2月19日82南京大學(xué)計算機(jī)系普適計算基本特征普適計算是指無所不在的、隨時隨地可以進(jìn)行計算的一種方式。普適計算主要通過移動設(shè)備，如信息家電或各種嵌入式設(shè)備實現(xiàn)。包括：如掌上電腦、BP機(jī)、車載智能設(shè)備、筆記本計算機(jī)、手表、智能卡、智能手機(jī)、機(jī)頂盒、POS銷售機(jī)、屏幕電話（除了普通話機(jī)的功能還可以瀏覽因特網(wǎng)）等新一代智能設(shè)備。普適計算設(shè)備可以一直或間斷地連接著

35、網(wǎng)絡(luò)。與Internet、Intranet及Extranet連接，使用戶能夠隨時隨地獲取相關(guān)的各種信息，并做出回應(yīng)。2008年2月19日83南京大學(xué)計算機(jī)系無所不在計算無所不在計算(ubiquitous computing)強(qiáng)調(diào)人與計算環(huán)境的緊密聯(lián)系，使計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)更有效地融入人們的生活，讓人們在任何時間、任何地點都能方便快捷地獲得網(wǎng)絡(luò)計算提供的各種服務(wù)。無所不在計算研究的兩個關(guān)鍵技術(shù)：自然人機(jī)交互網(wǎng)絡(luò)計算2008年2月19日84南京大學(xué)計算機(jī)系普適計算大事記1988年，Mark Weiser提出了普適計算的思想，并預(yù)測計算模式會發(fā)展為普適計算。1990年代末，普適計算這一概念得到廣泛關(guān)注，逐漸升溫。 1999年，IBM正式提出普適計算的概念。 同年，召開第一屆Ubicomp國際會議。 /2000年，第一屆Pervasive Computing國際會議。 2002年，IEEE Pervasive Computing期刊創(chuàng)刊。2008年2月19日85南京大學(xué)計算機(jī)系普適計算知識領(lǐng)域包括以下計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)知識領(lǐng)域分布式計算多媒體技術(shù)移動計算人工智能人機(jī)交互嵌入式系統(tǒng)信息融合感知網(wǎng)絡(luò)2008年2月19日86南京大學(xué)計算機(jī)系普適計算的科研動向現(xiàn)在和未來的計算機(jī)科學(xué)技術(shù)研究熱點美國排名前10位的大學(xué)無一例外地投巨資設(shè)立了以“普及計算”為主要方向的研究計劃