一 嵌入式系統(tǒng)概述

第一講嵌入式系統(tǒng)概述主講教師：王彬麗聯(lián)系方式主講教師:王彬麗辦公地址:

三教417聯(lián)系電話:0310-857939115203106032電子郵件:aiiwblwbl@隨堂練為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計？嵌入式課程是軟、硬結(jié)合、實踐性很強的課。越來越軟之后,學(xué)生不敢動硬件,敲鍵盤的人燒不了機器。同學(xué)們對硬件、軟件都要掌握了解,否則計算機越來越軟之后很危險?！睘槲磥砺殘龅陌l(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)前景非常好，現(xiàn)在這方面的人才短缺。而且做這方面的越有經(jīng)驗就越高薪，一般不存在程序員35歲失去優(yōu)勢的問題。不過相對來說，嵌入式需要的軟、硬件知識比較多，所以顯得門檻較高。嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）計算機系統(tǒng)的三大領(lǐng)域服務(wù)器市場功能強利潤最大的市場可用性強可擴展性桌面市場最廣闊的市場嵌入式市場潛力最大的市場嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）以往計算機分類：巨型機、大型計算機、中型機、小型機和微計算機目前計算機分類：超級計算機，大型計算機、工作站、微計算機、亞微計算機嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）電子計算機就其規(guī)?；蛳到y(tǒng)功能而言，可分為巨型、大型、中型、小型、微型計算機和單片機。綜合起來說，計算機的分類是這樣的：按照性能指標(biāo)分類①巨型機：高速度、大容量②大型機：速度快、應(yīng)用于軍事技術(shù)科研領(lǐng)域③小型機：結(jié)構(gòu)簡單、造價低、性能價格比突出④微型機：體積小、重量輕、價格低嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）超級計算機：通常是指由數(shù)百數(shù)千甚至更多的處理器（機）組成的、能計算普通PC機和服務(wù)器不能完成的大型復(fù)雜課題的計算機。工作站：是一種以個人計算機和分布式網(wǎng)絡(luò)計算為基礎(chǔ)，主要面向?qū)I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，具備強大的數(shù)據(jù)運算與圖形、圖像處理能力，為滿足工程設(shè)計、動畫制作、科學(xué)研究、軟件開發(fā)、金融管理、信息服務(wù)、模擬仿真等專業(yè)領(lǐng)域而設(shè)計開發(fā)的高性能計算機。亞微計算機(嵌入式計算機)是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中。嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）廣義地講，凡是不用于通用目的的可編程計算機設(shè)備，就可以算是嵌入式計算機系統(tǒng)。舉例來說，個人計算機（PC）不是一種嵌入式系統(tǒng)，因為它是用于通用目的的系統(tǒng)。而一些電話系統(tǒng)就是采用個人計算機技術(shù)建立的嵌入式計算機系統(tǒng)，最典型的嵌入式系統(tǒng)如手機、可視電話等；另外還有一些嵌入式系統(tǒng)采用特殊的微處理器，如傳真機、打印機等。狹義上而言，嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為核心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。一般嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計過程是：從產(chǎn)品定義開始，接著進行硬件設(shè)計，然后將軟件或操作系統(tǒng)移植到硬件上，并且進行應(yīng)用程序的開發(fā)，最后經(jīng)過測試與調(diào)試后即開始銷售或使用。嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）根據(jù)英國電機工程師協(xié)會所做的定義“嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或輔助某個設(shè)備、機器甚至工廠運行的設(shè)備”，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)該具備以下4個特性：執(zhí)行特定的功能；以微處理器與外圍設(shè)備構(gòu)成核心；需要嚴格的時序與穩(wěn)定性；全自動操作。嵌入式系統(tǒng)簡介(EmbeddedSystem）由上述可知，嵌入式系統(tǒng)是計算機軟件與硬件的綜合體，整個綜合體的設(shè)計目的在于滿足某種特殊功能，并應(yīng)用于各類具體的應(yīng)用系統(tǒng)中，例如，實驗儀器、辦公設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備甚至航天設(shè)備，等等。嵌入式系統(tǒng)是一個外延極廣的概念，凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的、具有嵌入式系統(tǒng)特點的系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)特點(EmbeddedSystem）專用性強由于嵌入式系統(tǒng)通常是面向某個特定應(yīng)用的，所以嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件，尤其是軟件，都是為特定用戶群來設(shè)計的，它通常都具有某種專用性的特點。

可靠性高

由于有些嵌入式系統(tǒng)所承擔(dān)的計算任務(wù)涉及產(chǎn)品質(zhì)量、人身設(shè)備安全、國家機密等重大事務(wù)，加之有些嵌入式系統(tǒng)的宿主對象要工作在無人值守的場合，例如危險性高的工業(yè)環(huán)境中、內(nèi)嵌有嵌入式系統(tǒng)的儀器儀表中、在人際罕至的氣象檢測系統(tǒng)中以及為偵察敵方行動的小型智能裝置中等。所以與普通系統(tǒng)相比較，對嵌入式系統(tǒng)可靠性的要求極高。嵌入式系統(tǒng)特點(EmbeddedSystem）實時性好目前，嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制、數(shù)據(jù)采集、傳輸通信等場合，主要用來對宿主對象進行控制，所以都對嵌入式系統(tǒng)有或多或少的實時性。可裁剪性好目前的做法是，把嵌人式系統(tǒng)硬件和操作系統(tǒng)設(shè)計成可裁剪的，以便使嵌入式系統(tǒng)開發(fā)入員根據(jù)實際應(yīng)用需要來量體裁衣，去除冗余，從而使系統(tǒng)在滿足應(yīng)用要求的前提下達到最精簡的配置。嵌入式系統(tǒng)特點(EmbeddedSystem）功耗低有很多嵌入式系統(tǒng)的宿主對象都是一些小型應(yīng)用系統(tǒng)，例如移動電話、pda、mp3、飛機、艦船、數(shù)碼相機等，這些設(shè)各不可能配各容量較大的電源，因此低功耗一直是嵌入式系統(tǒng)最求的目標(biāo)。不可壟斷性PC有Win系列壟斷嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的基礎(chǔ)是以應(yīng)用為中心的“芯片”設(shè)計和面向應(yīng)用的軟件產(chǎn)品開發(fā)。產(chǎn)品相對穩(wěn)定性普通處理器18月嵌入式處理器8－10年嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)至今已經(jīng)有30多年的歷史，近幾年來，計算機、通信、消費電子的一體化趨勢日益明顯，嵌入式技術(shù)已成為一個研究熱點?？v觀嵌入式技術(shù)的發(fā)展過程，大致經(jīng)歷四個階段。一、以單片機為核心低級嵌入式系統(tǒng)系統(tǒng)以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)，具有與監(jiān)測、伺服、指示設(shè)備相配合的功能。這類系統(tǒng)大部分應(yīng)用于一些專業(yè)性強的工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般沒有操作系統(tǒng)的支持，通過匯編語言編程對系統(tǒng)進行直接控制。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展二、以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。主要特點是：CPU種類繁多，通用性比較弱；系統(tǒng)開銷小，效率高；操作系統(tǒng)達到一定的兼容性和擴展性；應(yīng)用軟件較專業(yè)化，用戶界面不夠友好。三、以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。主要特點是：嵌入式操作系統(tǒng)能運行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴展性；具備文件和目錄管理、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口以及用戶界面等功能；具有大量的應(yīng)用程序接口API，開發(fā)應(yīng)用程序較簡單；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展四、以Internet為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。這是一個正在迅速發(fā)展的階段。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Internet之外，但隨著Internet的發(fā)展以及Internet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)結(jié)合日益密切，嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合將代表嵌入式系統(tǒng)的未來。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式應(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)備軍事國防電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)控制消費電子一些典型的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實例goReaderInterneteBookSamsungAnyWebInternetScreenPhoneeRemoteIntelligentHomeControllerTektronixTDS7000DigitalOscilloscopesNixvueDigitalAlbumDigitalPhotoAlbum嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用家用方面：數(shù)字電視、信息家電、智能玩具、手持通訊、存儲設(shè)備的核心。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式視頻服務(wù)器嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)代化家庭嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式Internet應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用工業(yè)方面：機床、冶金、電子、交通、航空航天等行業(yè)技術(shù)升級的重要基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軍事偵察阿富汗參加反恐作戰(zhàn)的“赫耳墨斯”價值4萬美元，可攜帶2架攝像機，發(fā)揮了很好作用。主要內(nèi)容1324這門課該如何學(xué)？ARM是什么？嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？如何構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境？5如何開發(fā)設(shè)計嵌入式系統(tǒng)？推薦的教材推薦的開發(fā)板TQ2440開發(fā)板

大家關(guān)心的問題課程屬性：專業(yè)方向課學(xué)時數(shù)：40=20+20考核性質(zhì)：考查課程成績：平時成績＋實驗成績

主要內(nèi)容1324這門課該如何學(xué)？ARM是什么？嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？如何構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境？5如何開發(fā)設(shè)計嵌入式系統(tǒng)？ARM是什么？ARM處理器是Acorn計算機有限公司面向低預(yù)算市場設(shè)計的第一款RISC微處理器；如今ARM是該公司的簡稱；

如今ARM是32位嵌入式微處理器的行業(yè)領(lǐng)先芯片，也作為嵌入式微處理器的簡稱。

ARM分類ARM7系列ARM9系列ARM9E系列ARM10E系列4款通用嵌入式微處理器

SecurCore系列（專用于安全性要求較高的場合）IntelXscale(性價比高，用于數(shù)字移動電話等場合)IntelStrongARM（多用于通信和消費產(chǎn)品）嵌入式處理器舉例1典型的8位微處理器MCS-51系列的單片機是低端嵌入式系統(tǒng)中用得最多的微處理器。嵌入式處理器舉例2典型的16位微處理系統(tǒng)TI公司的16位定點DSP芯片幾種嵌入式處理器3典型的32位微處理器ARM系列是應(yīng)用較廣泛的32位微處理器。ARM微處理器主要包括以下四個部分：1、ARMCortex應(yīng)用程序處理器；2、ARMCortex嵌入式處理器；3、經(jīng)典ARM處理器；4、ARM專家處理器。ARM簡介11978年12月5日，物理學(xué)家赫爾曼·豪澤（HermannHauser）和工程師ChrisCurry，在英國劍橋創(chuàng)辦了CPU公司（CambridgeProcessingUnit），主要業(yè)務(wù)是為當(dāng)?shù)厥袌龉?yīng)電子設(shè)備。1979年，CPU公司改名為Acorn計算機公司。起初，Acorn公司打算使用摩托羅拉公司的16位芯片，但是發(fā)現(xiàn)這種芯片太慢也太貴。"一臺售價500英鎊的機器，不可能使用價格100英鎊的CPU！"他們轉(zhuǎn)而向Intel公司索要80286芯片的設(shè)計資料，但是遭到拒絕，于是被迫自行研發(fā)。1985年，RogerWilson和SteveFurber設(shè)計了他們自己的第一代32位、6MHz的處理器，RogerWilson和SteveFurber用它做出了一臺RISC指令集的計算機，簡稱ARM（AcornRISCMachine）。這就是ARM這個名字的由來。1990年11月27日，Acorn公司正式改組為ARM計算機公司。蘋果公司出資150萬英鎊，芯片廠商VLSI出資25萬英鎊，Acorn本身則以150萬英鎊的知識產(chǎn)權(quán)和12名工程師入股。20世紀(jì)90年代，ARM32位嵌入式RISC(ReducedlnstructionSetComputer)處理器擴展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。ARM公司既不生產(chǎn)芯片也不銷售芯片，它只出售芯片技術(shù)授權(quán)。ARM簡介2ARM簡介3將技術(shù)授權(quán)給其它芯片廠商形成各具特色的ARM芯片...ARM處理器的應(yīng)用當(dāng)前主要應(yīng)用于消費類電子領(lǐng)域；到目前為止，基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位嵌入式微處理器75％以上的市場份額全球80%的GSM/3G手機、99%的CDMA手機以及絕大多數(shù)PDA產(chǎn)品均采用ARM體系的嵌入式處理器，“掌上計算”相關(guān)的所有領(lǐng)域皆為其所主宰。ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個方面。ARM簡介4主要內(nèi)容1324這門課該如何學(xué)？ARM是什么？嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？如何構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境？5如何開發(fā)設(shè)計嵌入式系統(tǒng)？嵌入式系統(tǒng)使根據(jù)應(yīng)用的要求，將操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計算機硬件系統(tǒng)之中，實現(xiàn)軟件與硬件一體化的計算機系統(tǒng)。簡單的嵌入式系統(tǒng)通常沒有操作系統(tǒng)。復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)需要一個操作系統(tǒng)（OS）來管理和控制內(nèi)存、多任務(wù)、周邊資源等。可以簡化應(yīng)用程序的設(shè)計，縮短開發(fā)周期，保障軟件質(zhì)量。由于嵌入式硬件平臺的局限性，嵌入式操作系統(tǒng)一般具有軟件代碼小，高度自動化、響應(yīng)速度快等特點。嵌入式操作系統(tǒng)簡介美國WindRiver公司（已被Intel收購）于1983年開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)。已被廣泛應(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。如美國的F-16、FA-18戰(zhàn)斗機、B-2隱形轟炸機、愛國者導(dǎo)彈、NASA火星探測器等。特點：高可靠性、實時性、可裁減性（最小內(nèi)核8KB）VxWorks操作系統(tǒng)基于VXworks的火星探路者美國微軟公司嵌入式、移動計算平臺的基礎(chǔ)，是一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)。1996年發(fā)布1.0版本，2004年5.0版本，目前WinCE.NET，Win8，最新Win10移動版。特點：界面源自Win95/98，具有模塊化、結(jié)構(gòu)化、基于Win32應(yīng)用程序接口與處理器無關(guān)等特點。繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，可使用VisualStudio編程平臺，絕大多數(shù)軟件只需簡單的修改和移植就可使用。WinCE操作系統(tǒng)基于WinCE的移動機器人平臺前身是μC/OS，最早出自1992年美國嵌入式系統(tǒng)專家JeanJ.Labrosse在《嵌入式系統(tǒng)編程》雜志上刊登的文章連載。用ANSIC編寫，包含一部分匯編語言代碼。嚴格來說只是一個實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，僅包含任務(wù)調(diào)度、時間管理、內(nèi)存管理、任務(wù)間通信和同步等基本功能。沒有提供輸入/輸出管理、文件管理、網(wǎng)絡(luò)等額外的服務(wù)。特點：良好的可擴展性和源碼開發(fā)μC/OS-II操作系統(tǒng)內(nèi)核前身是英國國寶意昂（Psion）公司的EPOC操作系統(tǒng)。是一個實時性、多任務(wù)的32位操作系統(tǒng)。具有低功耗、內(nèi)存占用少等優(yōu)點，適合手機等移動設(shè)備。特點：標(biāo)準(zhǔn)化開放式平臺，內(nèi)核與圖形用戶界面技術(shù)分開，可開發(fā)各種不同的操作系統(tǒng)界面。Symbian操作系統(tǒng)是將Linux操作系統(tǒng)進行裁剪修改，使之能在嵌入式設(shè)備上運行的一種操作系統(tǒng)。是一種成熟、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。特點：開放源碼、內(nèi)核?。ㄗ钚?34KB)、可定制、網(wǎng)絡(luò)支持完整、跨平臺、開發(fā)工具鏈完善。不是實時操作系統(tǒng)，需添加實時軟件模塊。Linux操作系統(tǒng)基于RTLinux的仿人機器人高48cm

重:6kg

靈活性：20DOF操作系統(tǒng):RT-Linux

接口形式:USB1.0(12Mbps)響應(yīng)周期:1ms

能源：DC24Vx6.2A(150W)制造：富士通主要內(nèi)容1324這門課該如何學(xué)？ARM是什么？嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？如何構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境？5如何開發(fā)設(shè)計嵌入式系統(tǒng)？開發(fā)環(huán)境Windows7操作系統(tǒng)筆記本電腦TQ2440嵌入式開發(fā)板軟件平臺－KEILMDKKeil公司開發(fā)的ARM開發(fā)工具MDK(MicrocontrollerDevelopmentKit)，是用來開發(fā)基于ARM核的系列微控制器的嵌入式應(yīng)用程序。它適合不同層次的開發(fā)者使用，包括專業(yè)的應(yīng)用程序開發(fā)工程師和嵌入式軟件開發(fā)的入門者。MDK包含了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的KeilC編譯器、宏匯編器、調(diào)試器、實時內(nèi)核等組件，支持所有基于ARM的設(shè)備，能幫助工程師按照計劃完成項目。KEILMDK-μVisionIDEforARM軟件平臺－ADSARM公司2001年推出的ARM集成開發(fā)工具。全稱為ARMDeveloperSuite。由命令行開發(fā)工具，ARM運行時庫，GUI開發(fā)環(huán)境，實用程序和支持軟件組成。使用ADS，用戶就可以為ARM系列的RISC處理器編寫和調(diào)試自己的開發(fā)程序。目前常用的版本為ADS1.2。ADS1.2串口工具SecureCRT下載軟件DNW仿真軟件Jlink-Flasher硬件平臺——TQ2440硬件平臺——J-linkv8仿真器硬件平臺——多功能轉(zhuǎn)接板實驗室EMB9G453G移動互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺主要內(nèi)容1324這門課該如何學(xué)？ARM是什么？嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？如何構(gòu)建嵌入式開發(fā)環(huán)境？5如何開發(fā)設(shè)計嵌入式系統(tǒng)？嵌入式系統(tǒng)的組成處理器存儲器