模板課件系列之-chapter1嵌入式系統(tǒng)設計基礎

1、chapter1嵌入式系統(tǒng)設計基礎2016春季學期 第一章 緒 論1.1 嵌入式系統(tǒng)的定義和組成1.2 嵌入式處理器1.3 嵌入式操作系統(tǒng)1.4 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展與應用chapter1了解嵌入式系統(tǒng)的組成以及應用領域。重點掌握嵌入式系統(tǒng)的定義、嵌入式系統(tǒng)的性能特點。chapter1超級計算機2015年世界排名：1、中國國防科技大學研制的“天河二號超級計算機，以每秒33.86千萬億次的浮點運算速度獲得四連冠。2、美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室的“泰坦”則連續(xù)4次屈居亞軍，其浮點運算速度為每秒17.59千萬億次。 超級計算機、大型機、小型機、服務器、PC機、專用機、微型計算機嵌入式系統(tǒng)定義通俗：嵌

2、入對象體系中的專用計算機系統(tǒng)。國際電氣和電子工程師協(xié)會IEEE：devices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants 。國內(nèi)較權(quán)威的定義：“以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可剪裁，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。chapter1chapter1chapter1chapter1嵌入式系統(tǒng)特點1體積小、功耗低、專用性：成本、便攜、功能和功耗（2）高可靠性和實時性：運行環(huán)境差異大 （3）高效率地設計：量體裁衣、去除冗余，在有限資源

3、上實現(xiàn)高性能 （4）需要開發(fā)環(huán)境和調(diào)試工具：采用宿主機-目標機的開發(fā)模式 chapter1嵌入式系統(tǒng)的組成chapter1嵌入式系統(tǒng)的組成1、硬件處理器：嵌入式微處理器MPU、嵌入式微控制器（MCU）、嵌入式數(shù)字信號處理器（DSP）、嵌入式片上系統(tǒng)（SOC）。 存儲系統(tǒng)：RAM、ROM、FLASH。操作系統(tǒng)和應用程序都可以固化在ROM中。外圍電路：時鐘及系統(tǒng)復位電路。外部設備：實現(xiàn)人機接口的鍵盤、顯示器等設備及接口電路。接口： I2C、SPI、UART和USB等。在設計系統(tǒng)的時候，通常只要把處理器和外設進行物理連接就可以實現(xiàn)外圍接口擴展了。chapter1嵌入式系統(tǒng)的組成2、軟件一般由嵌入式操

4、作系統(tǒng)和應用軟件組成。應用軟件是嵌入式系統(tǒng)中的上層軟件，它定義了嵌入式設備的主要功能和用途。chapter1嵌入式微處理器 MPU保留了和嵌入式系統(tǒng)應用緊密相關的功能硬件，添加了必要的擴展電路與接口電路。MPU具有小體積、高性能、低功耗特點， 對實時和多任務有很強的支持能力； 具有功能很強的存儲區(qū)保護功能； 可擴展的處理器結(jié)構(gòu)。MPU一般為32位。目前主要的類型有ARM公司的ARM系列和Cortex系列、IBM公司的Power PC、MIPS公司的MIPS系列等。在我國ARM內(nèi)核的MPU占主導地位。chapter1嵌入式微控制器 MCUMCU又稱為單片機：將中央處理單元、存儲器及其外圍電路、外

5、設接口集成在一個芯片中，用于構(gòu)成各種工業(yè)控制單元、實現(xiàn)嵌入式應用的智能化微控制器。MCU具有集成度高、體積小、可靠性高、性價比高、低功耗特點，chapter1DSPDSP是專門用于數(shù)字信號處理方面的處理器。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析、語音合成和處理、編碼解碼器、圖像處理等領域獲得了大規(guī)模的應用。比較有代表性的產(chǎn)品是TI的TMS320系列、ADI公司的ADSP21XX系列、Motorola公司的DSP56000系列以及Siemens的TriCore等。chapter1SoCSoC技術是一種高度集成化、固件化的系統(tǒng)集成技術。使用SoC技術設計系統(tǒng)的核心思想，就是要把整個應用電子系統(tǒng)全部集成在一個芯

6、片中。SoC設計的關鍵技術主要包括總線架構(gòu)技術、IP核可復用技術、軟硬件協(xié)同設計技術、SoC驗證技術、可測性設計技術、低功耗設計技術、超深亞微米電路實現(xiàn)技術等，此外還要做嵌入式軟件移植、開發(fā)研究，是一門跨學科的新興研究領域。chapter1蘋果SoC片上系統(tǒng)Apple A4基于ARM處理器架構(gòu)，內(nèi)部集成基于45納米制程的一顆ARM Cortex-A8處理器內(nèi)核以及一顆PowerVR SGX 535圖形處理內(nèi)核。chapter1Apple A4核心顯微拍照圖早期的嵌入式系統(tǒng)大多采用8或16位單片機作為核心控制器，無操作系統(tǒng)，程序員直接對硬件設備進行編程。當嵌入式系統(tǒng)規(guī)模增大、功能加強，在嵌入式操

7、作系統(tǒng)環(huán)境下開發(fā)應用軟件，程序員不必直接面對嵌入式硬件設備，而是采用嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境，可大大提高效率，降低成本，縮短周期。chapter1嵌入式操作系統(tǒng)EOS相對于一般操作系統(tǒng)而言，僅指操作系統(tǒng)的內(nèi)核（或者微內(nèi)核），其他的諸如窗口系統(tǒng)界面或是通訊協(xié)議等模塊，可以另外選擇。EOS具有多任務管理、存儲管理、周邊資源管理與中斷管理功能。常用的EOS有VxWorks、嵌入式Linux、Windows CE、C/OS-II和PalmOS等。國產(chǎn)的開源嵌入式操作系統(tǒng)有RT-Thread、DeltaOS等。chapter1發(fā)展從單片機的出現(xiàn)到今天各種嵌入式微處理器、微控制器的廣泛應用，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程，大致經(jīng)歷了以下4個階段。1無操作系統(tǒng)階段（2）簡單操作系統(tǒng)階段（3）實時操作系統(tǒng)階段（4）面向Internet階段chapter1應用chapter1消費電子嵌入式應用信息家電智能玩具軍事電子通信設備移動存貯工控設備智能儀表汽車電子網(wǎng)絡設備工業(yè)