第1-2章-嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)-課件

1、主講教師：李猛辦公地點(diǎn)：自動化東樓209嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程目的圍繞基于ARM的微處理器和實(shí)時操作系統(tǒng)Linux，介紹嵌入式系統(tǒng)前沿發(fā)展趨勢，理解其設(shè)計(jì)方法，學(xué)會嵌入式編程技術(shù)。課程采用理論學(xué)習(xí)(講課)與實(shí)踐(實(shí)驗(yàn)課程)相結(jié)合的方式，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力，通過熟悉開發(fā)環(huán)境與開發(fā)流程、編程實(shí)踐等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。通過開放性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)和實(shí)踐?；A(chǔ)：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（Linux）、C語言、微機(jī)原理或單片機(jī)等學(xué)時分配課程屬性： 專業(yè)基礎(chǔ)課總學(xué)時數(shù)： 48 課內(nèi)學(xué)時： 48講課學(xué)時數(shù)：36實(shí)驗(yàn)學(xué)時數(shù)：12學(xué)分： 3課程內(nèi)容（3

2、6學(xué)時）嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)ARM系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)基于ARM S3C2410的嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式Linux軟件設(shè)計(jì)嵌入式圖形用戶接口Qt嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例分析專題實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（12學(xué)時）地點(diǎn)：電子學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心嵌入式實(shí)驗(yàn)室課次學(xué)時形式內(nèi)容第 6周2實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一：熟悉基本開發(fā)環(huán)境及軟硬件平臺第 8周2實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二：嵌入式裸機(jī)程序設(shè)計(jì)（A/D接口實(shí)驗(yàn)）第10周2實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三：嵌入式裸機(jī)程序設(shè)計(jì)(直流電機(jī)實(shí)驗(yàn))第12周2實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四：嵌入式Linux程序設(shè)計(jì)(集成開發(fā)環(huán)境實(shí)驗(yàn))第14周2實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五：嵌入式Linux程序設(shè)計(jì)(串口通信實(shí)驗(yàn))第16周2實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六：嵌入式圖形接口

3、實(shí)驗(yàn)?zāi)愕钠谕侠韱?？通過本門課程的學(xué)習(xí)，你將獲得以下知識：了解嵌入式軟件開發(fā)流程（期望值：）理解嵌入式操作系統(tǒng)基本概念，了解多任務(wù)（期望值：）提高C語言編程能力（期望值：）獨(dú)立或合作開發(fā)出嵌入式應(yīng)用軟件（期望值：）掌握硬件設(shè)計(jì)基本知識（期望值：）學(xué)會Linux驅(qū)動程序開發(fā)（期望值：）成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)高手（期望值：）考核方式平時作業(yè)和表現(xiàn)（占20%）+實(shí)驗(yàn)（占30%）+筆試（50%）考核方式和評分標(biāo)準(zhǔn)ARM嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)-從入門到精通，李亞峰等編著。清華大學(xué)出版社 2007.8 ARM9嵌入式Linux系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用 北京航空航天大學(xué)出版社 潘巨龍 黃寧 姚伏天 陳科杰 嵌入式Lin

4、ux系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)詳解基于ARM 人民郵電出版社張紀(jì)坤/ 張小全/ Qt及Linux操作系統(tǒng)窗口設(shè)計(jì) 電子工業(yè)出版社倪繼利嵌入式LINUX設(shè)計(jì)與應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 鄒思軼編嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)詳解機(jī)械工業(yè)出版社 劉崢嶸等參考資料ARMAdvanced RISC Machines ARM（Advanced RISC Machines），既可以認(rèn)為是一個公司的名字，也可以認(rèn)為是對一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。ARM公司成立于1990年11月12名員工，英國劍橋前身為Acorn計(jì)算機(jī)公司ARM公司的英文全稱為Advanced RISC Machines主要設(shè)計(jì)RISC系列處理器

5、內(nèi)核,出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)ARM公司在全球擁有超過1400員工本章提要14265為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)及組成嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC的區(qū)別嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域7嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程3嵌入式處理器及分類一、為什么要學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)市場需求中國具有世界最大嵌入式技術(shù)市場，將成為世界第一，手持儀器設(shè)備、信息家電、城市建設(shè)、工業(yè)控制、軍事應(yīng)用，嵌入式技術(shù)無處不在 。企業(yè)人才需求軟硬件設(shè)計(jì)人才，應(yīng)用開發(fā)人才，綜合性人才，技術(shù)發(fā)展趨勢需求8位、16位、32位，實(shí)時操作系統(tǒng)，在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在廣播電視領(lǐng)域，很多國家已開始由模擬電視向數(shù)字電視

6、轉(zhuǎn)變，歐洲的DVB（數(shù)字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數(shù)國家推廣。北京數(shù)字電視，鳳凰數(shù)字衛(wèi)視，高清晰、互動點(diǎn)播、機(jī)頂盒。尤其是在最近幾年，嵌入式設(shè)備不斷地進(jìn)入到新的應(yīng)用領(lǐng)域，比如PDA、手持設(shè)備、AutoPC、智能電話和機(jī)頂盒（STB）等。針對如此巨大的市場，嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)也給我國信息產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。（1）嵌入式技術(shù)正在形成一種產(chǎn)業(yè) 通訊行業(yè)：華為、中興、大唐、國內(nèi)IT業(yè)：聯(lián)想、同方、方正、外資企業(yè)：微軟、IBM、工業(yè)領(lǐng)域：Siemens、研華、國內(nèi)中小型高新技術(shù)企業(yè)（2）社會對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人才的迫切需求2012-2014嵌入式工程師調(diào)查報(bào)告1、工作經(jīng)驗(yàn)2、學(xué)歷要求3

7、、地域分布4、薪資水平嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一門綜合性的課程，涉及電子、計(jì)算機(jī)、自動控制等諸多專業(yè)知識，綜合性強(qiáng)，包括微機(jī)原理、單片機(jī)設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)等課程內(nèi)容。嵌入式系統(tǒng)是軟件、硬件設(shè)計(jì)的完美結(jié)合。通過嵌入式系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)，可提升嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專業(yè)知識和實(shí)際設(shè)計(jì)能力。知識的積累是與精力和時間的付出成正比的，要成為高手和專家，就需要不斷的努力。（3）對提高專業(yè)知識和實(shí)踐能力大有幫助本節(jié)提要14265為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)及組成嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC的區(qū)別嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域7嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程3嵌入式處理器及分類 根據(jù)IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的

8、定義嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”（原文為devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。二、嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)與組成 嵌入式系統(tǒng)無處不在，在移動電話、數(shù)碼照相機(jī)、MP4、數(shù)字電視的機(jī)頂盒、微波爐、汽車內(nèi)部的噴油控制系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)等裝置或設(shè)備都使用了嵌入式系統(tǒng)。嵌入式一般定義： “以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。”二、嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)與組成技

9、術(shù)角度定義:一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用程序等四個部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。系統(tǒng)角度定義:嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計(jì)完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。廣義定義：任何一個非通用計(jì)算機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)二、嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)與組成二、嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)與組成幾個術(shù)語的區(qū)別嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡稱為“嵌入式系統(tǒng)”有時還進(jìn)一步簡稱為“嵌入式”嵌入式設(shè)備包含嵌入式系統(tǒng)的專用設(shè)備嵌入式技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用過程中使用的硬件技術(shù)和軟件技術(shù)（電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)，自動控制技術(shù)）的統(tǒng)稱。iPhone是目前流行的嵌入式系統(tǒng)。典

10、型的嵌入式開發(fā)板帶顯示屏的嵌入式開發(fā)板幾種常見的嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的歷史1.無操作系統(tǒng)階段 單片機(jī)是最早應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)。單片機(jī)主要用來執(zhí)行一些單線程的程序，完成監(jiān)測、伺服和設(shè)備指示等多種功能，一般沒有操作系統(tǒng)的支持，程序設(shè)計(jì)采用匯編語言。由單片機(jī)構(gòu)成的這種嵌入式系統(tǒng)使用簡便、價格低廉，在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的歷史2.簡單操作系統(tǒng)階段20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了大量具有高可靠性、低功耗的嵌入式CPU（如Power PC等），芯片上集成有微處理器、I/O接口、串行接口及RAM、ROM等部件，面向I/O設(shè)計(jì)的微控制器在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用。此時的嵌入式操作系統(tǒng)雖然還比

11、較簡單，但已經(jīng)初步具有了一定的兼容性和擴(kuò)展性，內(nèi)核精巧且效率高，大大縮短了開發(fā)周期，提高了開發(fā)效率。嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀 3.實(shí)時操作系統(tǒng)階段 90年代，隨著硬件實(shí)時性要求的提高，嵌入式系統(tǒng)的軟件規(guī)模也不斷增強(qiáng)，逐漸形成了實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS），并開始成為嵌入式系統(tǒng)的主流。具有高度的模塊化和擴(kuò)展性，且已經(jīng)具備了文件和目錄管理、設(shè)備管理、多任務(wù)、圖形用戶界面（GUI）等功能，并提供了大量的應(yīng)用程序接口（API），從而使得應(yīng)用軟件的開發(fā)變得更加簡單。4.面向Internet階段 21世紀(jì)隨著Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)等的結(jié)合日益緊密，嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)

12、合已成為大勢所趨。通用計(jì)算機(jī)上使用的新技術(shù)逐步移植到嵌入式系統(tǒng)中。嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀 嵌入式系統(tǒng)的幾個重要特征（1）系統(tǒng)內(nèi)核小由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。比如ENEA公司的OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5K，而Windows的內(nèi)核則要大得多。（）專用性強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)的個性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植。即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。同時針對不同的任務(wù)，往往需要對系統(tǒng)進(jìn)行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合。 嵌入式系統(tǒng)的幾個重要特征（）

13、系統(tǒng)精簡嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。嵌入式系統(tǒng)的幾個重要特征（）高實(shí)時性O(shè)S這是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度。軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實(shí)時性。 嵌入式系統(tǒng)的幾個重要特征（5）嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運(yùn)行。為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配RTOS（RealTime Operating System）開發(fā)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時性、可靠性，并減少開發(fā)時間，保

14、障軟件質(zhì)量。嵌入式系統(tǒng)的幾個重要特征（6）嵌入式系統(tǒng)需要開發(fā)工具和環(huán)境由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后，用戶通常也是不能對其中的程序功能進(jìn)行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。這些工具和環(huán)境一般是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發(fā)時往往有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念，主機(jī)用于程序的開發(fā)，目標(biāo)機(jī)作為最后的執(zhí)行機(jī)，開發(fā)時需要交替結(jié)合進(jìn)行。 嵌入式系統(tǒng)的幾個重要特征嵌入式系統(tǒng)的基本組成嵌入式系統(tǒng)組成：(1)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：嵌入式處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件和外圍設(shè)備接口。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：是整個嵌入式系統(tǒng)的核心，可以分為硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層

15、和應(yīng)用軟件層。(2)執(zhí)行裝置（被控對象）：接受嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。典型的嵌入式系統(tǒng)組成應(yīng)用程序?qū)崟r操作系統(tǒng)（RTOS）輸入輸出接口處理器/ARM核MMU/CacheSOC/SOPCUSBGPIOIISLCDUART和IrDAADC/DACFPGA/CPLDDSP/浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器DMA電源管理人機(jī)交互接口LCD/觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)設(shè)備驅(qū)動程序、HAL、BSP文件系統(tǒng)/圖形用戶應(yīng)用程序接口中間層OS層應(yīng)用層軟件硬件以太網(wǎng)看門狗及復(fù)位電路Timer/RTCCANFlashEEPROMDRAMSRAM內(nèi)存嵌入式組成的基本要素1.嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件層 硬件層中包

16、含嵌入式微處理器、存儲器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用設(shè)備接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。硬件層通常是一個以嵌入式處理器為中心的，包含有電源電路、時鐘電路和存儲器電路的電路模塊，其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都固化在模塊的ROM中。（1）嵌入式微處理器 嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心，嵌入式微處理器將通用PC機(jī)中的CPU和各種接口集成到芯片內(nèi)部，有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于微型化、高效率和高可靠性。為特定用途專門設(shè)計(jì)。 嵌入式微處理器的體系結(jié)構(gòu)可采用馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)或哈佛體系結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)可選用精簡指令系統(tǒng)（RISC）或復(fù)雜指令集系統(tǒng)（CISC）。 嵌入式微處理器有各種不同的體

17、系，目前全世界嵌入式微處理器已經(jīng)超過1000多種，體系結(jié)構(gòu)有30多個系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。即使在同一體系中，也可以具有不同的時鐘頻率、數(shù)據(jù)總線寬度、接口和外設(shè)。嵌入式微處理器的選擇是根據(jù)具體的應(yīng)用而決定的。（2）存儲器 嵌入式系統(tǒng)的存儲器包含Cache、主存儲器和輔助存儲器。 Cache是一種位于主存儲器和嵌入式微處理器內(nèi)核之間的快速存儲器陣列，存放的是最近一段時間微處理器使用最多的程序代碼和數(shù)據(jù)。使處理速度更快，實(shí)時性更強(qiáng)。Cache集成在嵌入式微處理器內(nèi)，可分?jǐn)?shù)據(jù)Cache、指令Cache或混合Cache。 主存儲器存放系統(tǒng)、用戶程序和數(shù)據(jù)

18、。主存儲器有ROM和RAM類，位于微處理器的內(nèi)部或外部。常用的ROM類存儲器有NOR Flash、EEPROM等，RAM類存儲器有SRAM、DRAM和SDRAM等，容量為256KB1GB。 輔助存儲器指硬盤、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等，存放大容量的程序代碼或信息，容量較大，但讀取速度較慢。（3）通用設(shè)備接口和I/O接口 嵌入式系統(tǒng)通常具有與外界交互所需要的各種通用設(shè)備接口，如GPIO（通用I/O接口）、A/D（模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口）、D/A（數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口）、RS-232接口（串行通信接口）、Ethernet（以太網(wǎng)接口）、USB（通用串行總線接口）、I2C、IIS（音頻接口）、

19、VGA視頻輸出接口、CAN（現(xiàn)場總線）、SPI（串行外圍設(shè)備接口）和IrDA（紅外線接口）等。 2中間層 中間層也稱為硬件抽象層（HAL）或板級支持包（BSP），位于硬件層和軟件層之間，將系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開。 BSP作為上層軟件與硬件平臺之間的接口，需要為操作系統(tǒng)提供操作和控制具體硬件的方法。不同的操作系統(tǒng)具有各自的軟件層次結(jié)構(gòu)，BSP需要為不同的操作系統(tǒng)提供特定的硬件接口形式。BSP使上層軟件開發(fā)人員無需關(guān)心底層硬件的具體情況，根據(jù)BSP層提供的接口即可進(jìn)行開發(fā)。 BSP是一個介于操作系統(tǒng)和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)中大部分與硬件聯(lián)系緊密的軟件模塊。BSP一般包含相關(guān)底層硬

20、件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作和硬件設(shè)備的配置等功能。（1）嵌入式系統(tǒng)硬件初始化 系統(tǒng)初始化過程按照自底向上、從硬件到軟件的次序依次可分為片級初始化、板級初始化和系統(tǒng)級初始化3個主要環(huán)節(jié)。 片級初始化是一個純硬件的初始化過程，包括設(shè)置微處理器的核心寄存器和控制寄存器、工作模式、局部總線模式等，把微處理器設(shè)置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)； 板級初始化包含軟、硬件的初始化過程，完成微處理器以外硬件設(shè)備的初始化，設(shè)置軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，為系統(tǒng)級初始化和應(yīng)用程序的運(yùn)行建立硬件和軟件環(huán)境； 系統(tǒng)級初始化主要是操作系統(tǒng)初始化。BSP將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給嵌入式操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)完成余下的初始化，包含加載和初始化與

21、硬件無關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序，建立系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)，加載并初始化如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、文件系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件模塊。最后，操作系統(tǒng)創(chuàng)建應(yīng)用程序環(huán)境，并將控制權(quán)交給應(yīng)用程序的入口。（2）硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序 BSP中包含硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序，但是這些設(shè)備驅(qū)動程序通常不直接由BSP使用，而是在系統(tǒng)初始化過程中由BSP將他們與操作系統(tǒng)中通用的設(shè)備驅(qū)動程序關(guān)聯(lián)起來，并在隨后的應(yīng)用中由通用的設(shè)備驅(qū)動程序調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對硬件設(shè)備的操作。3.系統(tǒng)軟件層 系統(tǒng)軟件層通常包含有實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)（Real-time Operation System，RTOS）、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口（Graphic User Interface，GUI）

22、、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。（1）嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operating System，EOS）負(fù)責(zé)系統(tǒng)的軟、硬件資源分配、任務(wù)調(diào)度，控制協(xié)調(diào)。 EOS除具備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能外，還具有：實(shí)時性；支持開放性和可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)，可裁減性；提供設(shè)備驅(qū)動接口；操作方便、簡單的圖形GUI和界面；支持TCP/IP協(xié)議及其他協(xié)議，提供統(tǒng)一的MAC訪問層接口，提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能；嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接口通過系統(tǒng)的調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù)；嵌入式系統(tǒng)一旦開始運(yùn)行就不需要用戶過多的干預(yù)；嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式系

23、統(tǒng)ROM中；具有良好的硬件適應(yīng)性（可移植性）。（2）文件系統(tǒng) 嵌入式文件系統(tǒng)與通用操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)不完全相同，主要提供文件存儲、檢索和更新等功能，一般不提供保護(hù)和加密等安全機(jī)制。嵌入式文件系統(tǒng)通常支持FAT32、JFFS2、YAFFS等幾種標(biāo)準(zhǔn)的文件系統(tǒng)，一些嵌入式文件系統(tǒng)還支持自定義的實(shí)時文件系統(tǒng)，可根據(jù)要求選擇所需的文件系統(tǒng)、存儲介質(zhì)和配置同時打開的最大文件數(shù)等。嵌入式文件系統(tǒng)可方便的掛接不同存儲設(shè)備的驅(qū)動程序，支持多種存儲設(shè)備。 嵌入式文件系統(tǒng)以系統(tǒng)調(diào)用和命令方式提供文件的各種操作，如設(shè)置、修改對文件和目錄的存取權(quán)限，提供建立、修改、改變和刪除目錄等服務(wù)，提供創(chuàng)建、打開、讀寫、關(guān)閉和撤

24、銷文件等服務(wù)。（3）圖形用戶接口（GUI） GUI使用戶可通過窗口、菜單、按鍵等方式來方便地操作計(jì)算機(jī)或嵌入式系統(tǒng)。嵌入式GUI與PC機(jī)的GUI不同，嵌入式GUI具有輕型、占用資源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特點(diǎn)。 實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)中的圖形界面一般采用下面的幾種方法： 1)針對特定的圖形設(shè)備輸出接口,自行開發(fā)相應(yīng)的功能函數(shù)； 2)購買針對特定嵌入式系統(tǒng)的圖形中間軟件包； 3)采用源碼開放的嵌入式GUI系統(tǒng)； 4)使用獨(dú)立軟件開發(fā)商提供的嵌入式GUI產(chǎn)品。常見的嵌入式操作系統(tǒng) 實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)的種類繁多，大體上可分為兩種，商用型和免費(fèi)型。商用型的實(shí)時操作系統(tǒng)功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技

25、術(shù)支持和售后服務(wù)，但往往價格昂貴。免費(fèi)型的實(shí)時操作系統(tǒng)在價格方面具有優(yōu)勢，目前主要有Linux和C/OS，穩(wěn)定性與服務(wù)性存在挑戰(zhàn)。VxWorksVxWorks操作系統(tǒng)是美國WinDriver公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS），具有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)領(lǐng)域牢牢占據(jù)著一席之地。VxWorks所具有的顯著特點(diǎn)是： 可靠性、實(shí)時性和可裁減性。 它支持多種處理器，如x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS 、POWER PC等等。Windows EmbeddedWindows CE

26、6.0：一種針對小容量、移動式、智能化、32位、連接設(shè)備的模塊化實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)。針對掌上設(shè)備、無線設(shè)備的動態(tài)應(yīng)用程序和服務(wù)提供了一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺， WindowsCE嵌入但不夠?qū)崟r，屬于軟實(shí)時操作系統(tǒng)，由于其Windows背景，界面比較統(tǒng)一認(rèn)可。操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少200K的ROM。 Palm OSPalm OS是著名的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商3COM旗下的Palm Computing掌上電腦公司的產(chǎn)品。Palm OS在PDA市場上占有很大的市場份額， Palm OS的市場份額占到將近90%，最近下降70，目前主要與WIN CE進(jìn)行激烈競爭。 QNX 加拿大QNX公司的產(chǎn)品。 QNX

27、是在X86體系上面開發(fā)出來的，這和別的RTOS不一樣，別的好多RTOS都是從68K的CPU上面開發(fā)成熟，然后再移植到X86體系上面來的。 QNX是一個實(shí)時的、可擴(kuò)充的操作系統(tǒng)，由于QNX具有強(qiáng)大的圖形界面功能，因此很適合作為機(jī)頂盒、手持設(shè)備（手掌電腦、手機(jī)）、GPS設(shè)備的實(shí)時操作系統(tǒng)使用。嵌入式Linux嵌入式系統(tǒng)越來越追求數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。因此原來在某些設(shè)備或領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的軟件系統(tǒng)越來越難以為繼，整個系統(tǒng)必須是開放的、提供標(biāo)準(zhǔn)的API，并且能夠方便地與眾多第三方的軟硬件溝通。Linux是開放源碼的，不存在黑箱技術(shù)，遍布全球的眾多Linux愛好者又是Linux開發(fā)的強(qiáng)大技術(shù)后盾。Li

28、nux的內(nèi)核小、功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、系統(tǒng)健壯、效率高，易于定制剪裁，在價格上極具競爭力。Linux不僅支持x86 CPU，還可以支持其他數(shù)十種CPU芯片。 嵌入式Linux(Embedded Linux)是指對Linux經(jīng)過小型化裁剪后，能夠固化在容量只有幾百K字節(jié)或幾兆字節(jié)的存儲器芯片或單片機(jī)中，應(yīng)用于特定嵌入式場合的專用Linux操作系統(tǒng)。嵌入式Linux的開發(fā)和研究是目前操作系統(tǒng)領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)。主要有RTLinux和CLinux。嵌入式Linux Linux在嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用越來越多，越來越多的用戶決定開始使用Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)的開發(fā)原型。 嵌入式Linux本節(jié)提要14265為什

29、么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)及組成嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC的區(qū)別嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域7嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程3嵌入式處理器及分類嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下4個特點(diǎn)：對實(shí)時多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時內(nèi)核的執(zhí)行時間減少到最低限度。嵌入式處理器具有功能很強(qiáng)的存儲區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲區(qū)保護(hù)功能，同時也有利于軟件診斷?？蓴U(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。

30、嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有mW甚至W級。 嵌入式處理器嵌入式微處理器分類（1）嵌入式微控制器嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)，這種位的電子器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計(jì)數(shù)器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。嵌入式微控制器具有單片化、體積小、功耗和成本低，可靠性高等特點(diǎn)，約占嵌入式系統(tǒng)市場份額的70。嵌入式微控制器品種和數(shù)量很多，典型產(chǎn)品有80

31、51、MCS-51、MCS-96/196/296、 C166/167、68K系列，TI公司的MSP430系列和Motorola公司的68H12系列，以及MCU8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-BUS、 LCD及眾多專用嵌入式微控制器和兼容系列。（1）嵌入式微控制器（2）嵌入式DSP處理器嵌入式DSP處理器（Digital Signal Processor，DSP）是專門用于信號處理方面的處理器，芯片內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開存儲和傳輸?shù)墓鸾Y(jié)構(gòu)，具有專門硬件乘法器，采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可用來快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法，使其處理速度比最快的CP

32、U還快1050倍。目前最為廣泛應(yīng)用的嵌入式DSP處理器是TI的TMS320C2000/C5000/C6000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應(yīng)用范圍。（2）嵌入式DSP處理器在DSP處理器上是乘法與加法運(yùn)算最基本的運(yùn)算功能，除此之外，DSP處理器還用于如有限脈沖響應(yīng)濾波器（Finite Impulse Responsefilter，F(xiàn)IR）、無限脈沖響應(yīng)濾波器（Infinite Impulse Responsefilter，IIR）、離散傅利葉（Discrete Fourier Transforms）及離散余弦轉(zhuǎn)換（Discrete Cosine

33、 Transforms）等一些常見算法的實(shí)現(xiàn)。MPU嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU演變而來的。與計(jì)算機(jī)處理器不同的是，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。（3）嵌入式微處理器（MPU)通常嵌入式微處理器把CPU、ROM、RAM及I/O等做到同一個芯片上。目前主流的32位嵌入式微處理器系列主要有ARM系列、MIPS系列、PowerPC系列等。屬于這些系列的嵌入式微處理器產(chǎn)品很多，有千種以上。和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。（3）嵌入式微處理器（M

34、PU)SoC 就是System on Chip ，SoC嵌入式系統(tǒng)微處理器就是一種電路系統(tǒng)。它結(jié)合了許多功能模塊，將功能做在一個芯片上，像是ARM RISC、MIPS RISC、DSP或是其他的微處理器核心，加上通信的接口單元，如通用串行端口（USB）、TCP/IP通信單元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、藍(lán)牙模塊接口等等，這些單元以往都是依照各單元的功能做成一個個獨(dú)立的處理芯片。（4）嵌入式片上系統(tǒng)(SoC) SoC是追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件，SoC最大的特點(diǎn)是成功實(shí)現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。運(yùn)用VHDL等硬件描述語言不需要再像傳統(tǒng)

35、的系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣，繪制龐大復(fù)雜的電路板，一點(diǎn)點(diǎn)的連接焊制，只需要使用精確的語言，綜合時序設(shè)計(jì)直接在器件庫中調(diào)用各種通用處理器的標(biāo)準(zhǔn)，然后通過仿真之后就可以直接交付芯片廠商進(jìn)行生產(chǎn)。 （4）嵌入式片上系統(tǒng)(SoC) 新的發(fā)展方向：SOCASIC CoreMemoryEmbedded ProcessorCoreAnalogFunctionsCommunicationSensorInterface按嵌入式處理器的位數(shù)來分類4位嵌入式系統(tǒng)8位嵌入式系統(tǒng)16位嵌入式系統(tǒng)32位嵌入式系統(tǒng)64位嵌入式系統(tǒng)正成為主流發(fā)展趨勢高度復(fù)雜的、高速的嵌入式系統(tǒng)已開始采用目前已大量應(yīng)用典型的嵌入式微處理器目前主流的32位

36、嵌入式微處理器系列主要有ARM系列、MIPS系列、PowerPC系列等。屬于這些系列的嵌入式微處理器產(chǎn)品很多，有千種以上。(1) ARM系列：目前，70%的移動電話、大量的游戲機(jī)、手持PC和機(jī)頂盒等都已采用了ARM處理器，許多一流的芯片廠商都是ARM的授權(quán)用戶，如Intel、Samsung、TI、Freescale、ST等公司。(2) MIPS系列：美國斯坦福大學(xué)的Hennessy教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研制的MIPS（Microprocessor without Interlocked Piped Stages，無互鎖流水級的微處理器）是世界上很流行的一種RISC處理器，其機(jī)制是盡量利用軟件辦法避

37、免流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題。從20世紀(jì)80年代初期MIPS處理器發(fā)明到現(xiàn)在的這20多年里，MIPS處理器以其高性能的處理能力被廣泛應(yīng)用于寬帶接入、路由器、調(diào)制解調(diào)設(shè)備、電視、游戲、打印機(jī)、辦公用品、DVD播放等廣泛的領(lǐng)域。(3) PowerPC系列：PowerPC是Freescale（原Motorola）公司的產(chǎn)品。PowerPC RISC處理器采用了超標(biāo)量處理器設(shè)計(jì)和調(diào)整內(nèi)存緩沖器，修改了指令處理設(shè)計(jì)，完成一個操作所需的指令數(shù)比CISC處理器要多，但總時間卻減少了。本節(jié)提要14265為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)及架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC的區(qū)別嵌入式系統(tǒng)的

38、應(yīng)用領(lǐng)域7嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程3嵌入式處理器及分類嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC機(jī)的區(qū)別嵌入式系統(tǒng) 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)屬于嵌入式系統(tǒng)，故嵌入式系統(tǒng)的歷史已經(jīng)有幾十年單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)有區(qū)別，只有嵌入式系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)和部分功能單片機(jī)數(shù)據(jù)處理能力有限、處理速度有限，不能夠用于所有的嵌入式系統(tǒng)單片機(jī)不使用操作系統(tǒng)單片機(jī)無網(wǎng)絡(luò)功能目前嵌入式系統(tǒng)的主流是以32位嵌入式微處理器為核心的硬件設(shè)計(jì)和基于實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS）的軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)多為4位、8位、16位機(jī)，不適合運(yùn)行操作系統(tǒng)，難以進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算及處理功能嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)基于平臺的設(shè)計(jì)、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，單片機(jī)大多采用軟硬件流水設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是軟件

39、設(shè)計(jì)（占70%左右的工作量），單片機(jī)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)所占比例基本相同嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC機(jī)的區(qū)別嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)在學(xué)習(xí)方法上不同單片機(jī)學(xué)習(xí)一般從硬件入手，從硬件體系結(jié)構(gòu)、匯編語言到硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)可以從軟件入手，從應(yīng)用層編程到操作系統(tǒng)移植。硬件平臺設(shè)計(jì)較好，按單片機(jī)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)流程較難掌握通用計(jì)算機(jī)看得見的計(jì)算機(jī)如：PC機(jī)、服務(wù)器、大型計(jì)算機(jī)等。顯示器主 機(jī)鼠 標(biāo)鍵 盤硬 件諸如主機(jī)、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等看得見部件軟件通用計(jì)算機(jī)看得見的計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng) PC機(jī)嵌入式系統(tǒng)一般是專用系統(tǒng)，而PC是通用計(jì)算平臺嵌入式系統(tǒng)的資源比PC少得多嵌入式系統(tǒng)軟件故障帶來的后果比PC機(jī)大得多嵌

40、入式系統(tǒng)一般采用實(shí)時操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)大都有成本、功耗的要求嵌入式系統(tǒng)得到多種微處理體系的支持嵌入式系統(tǒng)需要專用的開發(fā)工具本節(jié)提要14265為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)及架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC的區(qū)別嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域7嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程3嵌入式處理器及分類嵌入式應(yīng)用信息家電智能玩具軍事電子通信設(shè)備移動存貯工控設(shè)備智能儀表汽車電子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備消費(fèi)電子軍事國防電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)控制嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)代化家庭汽車電子系統(tǒng)模塊的布局嵌入式Internet應(yīng)用巨大的市場計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)用以及納米微電子技術(shù)的突破，正有力推動著21 世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)，

41、商業(yè)活動科學(xué)試驗(yàn)和家庭生活等領(lǐng)域自動化和信息化進(jìn)程。嵌入式產(chǎn)品的巨大商機(jī)全過程自動化產(chǎn)品制造、大范圍電子商務(wù)活動、高度協(xié)同科學(xué)實(shí)驗(yàn)以及現(xiàn)代化家庭起居。你接觸的每一樣?xùn)|西將裝有芯片和嵌入式軟件。創(chuàng)新的機(jī)遇通用計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)是壟斷的。嵌入式系統(tǒng)與技術(shù)是一個分散的工業(yè)，充滿競爭、機(jī)遇與創(chuàng)新。沒有哪一個系列的處理器和操作系統(tǒng)能夠壟斷全部市場即便在體系結(jié)構(gòu)上存在著主流，但各不相同的應(yīng)用領(lǐng)域決定了不可能有少數(shù)公司，少數(shù)產(chǎn)品壟斷全部市場。因此嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的產(chǎn)品和技術(shù)，必然是高度分散的，留給各個行業(yè)的中小規(guī)模高技術(shù)公司的創(chuàng)新余地很大。本節(jié)提要14265為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)及架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)

42、的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC的區(qū)別嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域7嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程3嵌入式處理器及分類嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢軟件設(shè)計(jì)比重日益突出組件設(shè)計(jì)技術(shù)SOC硬件軟件化 經(jīng)濟(jì)性要很便宜，讓更多的人能買得起； 小型化（筆記本、PDA）人們攜帶方便； 可靠性（汽車VCD，跳動問題）能夠在一般環(huán)境條件下或者是苛刻的環(huán)境條件下運(yùn)行；宏觀方面發(fā)展趨勢 高速度（飛機(jī)剎車系統(tǒng)）能夠迅速地完成數(shù)據(jù)計(jì)算或數(shù)據(jù)傳輸； 智能性（知識推理、模糊查詢、識別、感知運(yùn)動）使人們用起來更習(xí)慣，對人們更有使用價值。宏觀方面發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢新的挑戰(zhàn)：支持日趨增長的功能密度靈活的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接輕便的移動應(yīng)用多媒體的信息處

43、理、低功耗、人機(jī)界面友好互動支持二次開發(fā)和動態(tài)升級等嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢形成行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)：行業(yè)性嵌入式軟硬件平臺嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心的系統(tǒng)，不會象PC一樣只有一種平臺。吸取PC的成功經(jīng)驗(yàn)，形成不同行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)具有開放、設(shè)計(jì)技術(shù)共享、軟硬件重用、構(gòu)件兼容、維護(hù)方便和合作生產(chǎn)的特點(diǎn)，是增強(qiáng)行業(yè)性產(chǎn)品競爭能力的有效手段。 如歐共體汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟規(guī)定以O(shè)SEK標(biāo)準(zhǔn)作為開發(fā)汽車嵌入式系統(tǒng)的公用平臺和應(yīng)用編程接口嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢面向應(yīng)用領(lǐng)域的、高度集成的、以32位嵌入式微處理器為核心的SoC（System On Chip）將成為應(yīng)用主流SoC給系統(tǒng)帶來高性能之外更多更重要的好處穩(wěn)定性、體

44、積、散熱、功耗 處理器外設(shè)存儲器I/O“System on board”“System on chip”USB以太網(wǎng)memory嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)成為必然趨勢，驅(qū)動了大量新的應(yīng)用針對外部聯(lián)網(wǎng)要求，嵌入系統(tǒng)必需配有通信接口，需要TCP/IP協(xié)議簇軟件支持。針對內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)要求，新一代嵌入式系統(tǒng)還需具備IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA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。為了支持網(wǎng)絡(luò)交互的應(yīng)用，還需內(nèi)置XML瀏覽器和Web Server。嵌入式系統(tǒng)向新的嵌入式計(jì)算模型方向發(fā)展 支持自然的人機(jī)交互和互動的、圖形化、多媒體的嵌入式人機(jī)

45、界面。操作簡便、直觀、無須學(xué)習(xí)。如司機(jī)操縱高度自動化的汽車主要還是通過習(xí)慣的方向盤、腳踏板和操縱桿。 可編程的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)可支持二次開發(fā)如采用嵌入式Java技術(shù)，可動態(tài)加載和升級軟件，增強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)功能。 支持分布式計(jì)算。與其他嵌入式系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)構(gòu)成分布式計(jì)算環(huán)境。 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢本節(jié)提要14265為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)及架構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC的區(qū)別嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域7嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程3嵌入式處理器及分類2.1 嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的差別：人機(jī)交互界面有限的功能時間關(guān)鍵性和穩(wěn)定性 嵌入式

46、軟件開發(fā)的特點(diǎn)：需要交叉開發(fā)環(huán)境：交叉開發(fā)環(huán)境是指實(shí)現(xiàn)編譯、鏈接和調(diào)試應(yīng)用程序代碼的環(huán)境。與運(yùn)行應(yīng)用程序的環(huán)境不同，它分散在有通信連接的宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)環(huán)境之中。 宿主機(jī)(Host)是一臺通用計(jì)算機(jī)，一般是PC機(jī)。它通過串口或網(wǎng)絡(luò)連接與目標(biāo)機(jī)通信。 目標(biāo)機(jī)(Target) 可以是嵌入式應(yīng)用軟件的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，也可以是能替代實(shí)際環(huán)境的仿真系統(tǒng)。2.1 嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)圖1 GCC模式交叉編譯調(diào)試模型交叉編譯：在宿主機(jī)上交叉編譯得到可執(zhí)行文件，通過調(diào)試器下載到目標(biāo)系統(tǒng)中調(diào)試運(yùn)行，這種調(diào)試模型如圖1所示。嵌入式系統(tǒng)的交叉編譯 嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)：引入任務(wù)設(shè)計(jì)方法 需要固化程序 軟件開發(fā)難度大 嵌

47、入式應(yīng)用軟件對實(shí)時性、穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾性等性能的要求都比通用軟件的要求更為嚴(yán)格和苛刻。2.1 嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)2.2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的流程 嵌入式軟件的開發(fā)流程與通用軟件的開發(fā)流程大同小異，但開發(fā)所使用的設(shè)計(jì)方法具有嵌入式開發(fā)的特點(diǎn)。整個開發(fā)流程可分為：需求分析階段設(shè)計(jì)階段生成代碼階段固化階段 1.需求分析階段 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需求中最為突出的是注重應(yīng)用的時效性，需求分析階段的主要任務(wù)是：(1)對問題的識別和分析 對用戶提出的問題進(jìn)行抽象識別用以產(chǎn)生以下的需求：功能需求、性能需求、環(huán)境需求、可靠性需求、安全需求、用戶界面需求、資源使用需求、軟件成本與開發(fā)進(jìn)度需求。 1.需求分析階段(2

48、)制訂規(guī)格說明文檔 經(jīng)過對問題的識別，產(chǎn)生了系統(tǒng)各方面的需求。通過對規(guī)格的說明，文檔得以清晰、準(zhǔn)確地描述。這些說明文檔包括需求規(guī)格說明書和初級的用戶手冊等。(3)需求評審 需求評審作為系統(tǒng)進(jìn)入下一階段前最后的需求分析復(fù)查手段，在需求分析的最后階段對各項(xiàng)需求進(jìn)行評估，以保證軟件需求的質(zhì)量。需求評審的內(nèi)容包括正確性、無歧義性、安全性、可驗(yàn)證性、一致性、可理解性、可修改性、可追蹤性等多個方面。 2.設(shè)計(jì)階段 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、任務(wù)設(shè)計(jì)和任務(wù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。由于嵌入式系統(tǒng)中任務(wù)的并發(fā)性，嵌入式軟件開發(fā)中引入了DARTS(Design Approach for Real-Time System)

49、DARTS設(shè)計(jì)方法：是結(jié)構(gòu)化分析/結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的擴(kuò)展。它給出劃分任務(wù)的方法，并提供定義任務(wù)間接口的機(jī)制。 DARTS設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)步驟如下：(1)數(shù)據(jù)流分析 (2)劃分任務(wù) (3)定義任務(wù)間的接口 3.生成代碼階段 生成代碼階段需要完成的工作包括代碼編程、交叉編譯和鏈接、交叉調(diào)試和測試等。(1)代碼編程 3.生成代碼階段 在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中，一般采用的方法是先在通用PC上編程，然后通過交叉編譯鏈接，將程序做成目標(biāo)平臺上可以運(yùn)行的二進(jìn)制代碼格式。最后將程序下載到目標(biāo)平臺上的特定位置，在目標(biāo)板上啟動運(yùn)行這段二進(jìn)制代碼。 3.生成代碼階段(2)交叉編譯和鏈接 嵌入式軟件開發(fā)編碼完成后，要進(jìn)行編譯和鏈接以生成可執(zhí)行代碼。但是，在開發(fā)過程中設(shè)計(jì)人員普遍使用Intel的x86系列CPU的計(jì)算機(jī)進(jìn)行開發(fā)，而目標(biāo)環(huán)境的處理芯片卻是多種多樣的，如ARM，DSP，PowerPC，DragonBall系列等，這就要求開發(fā)機(jī)上的編譯器能支持交叉編譯。 嵌入式集成開發(fā)環(huán)境都支持交叉編譯、鏈接，如W