大學(xué)課件物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)-第1章-嵌入式系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)概述

2020/12/191本章主要內(nèi)容1.1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.2嵌入式系統(tǒng)的組成1.3嵌入式處理器簡(jiǎn)介1.4嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用1.5嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)1.6物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)1.7嵌入式開(kāi)發(fā)工具思考與習(xí)題2020/12/1921.1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介1嵌入式系統(tǒng)的概念（1）電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）的定義：嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”（2）國(guó)內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟/硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)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)。 回本章目錄2020/12/1931.1嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介2嵌入式系統(tǒng)發(fā)展史（1）20世紀(jì)70年代，使用8位的芯片，執(zhí)行一些單線程的程序。（2）80年代到90年代，32位芯片，使用VxWorks，WinCE、Linux等操作系統(tǒng)，支持多任務(wù)、內(nèi)存管理等特性，但網(wǎng)絡(luò)使用較少。（3）21世紀(jì)，32位或64位芯片，同樣使用VxWorks、WinCE、Linux等操作系統(tǒng)，廣泛地使用了各種網(wǎng)絡(luò)，支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，甚至可以在設(shè)備上嵌入Web瀏覽器。2020/12/1941.2嵌入式系統(tǒng)的組0組成框圖 回本章目錄2020/12/1951.2嵌入式系統(tǒng)的組成（1）1硬件層硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器（如SDRAM、ROM、Flash等）、通用設(shè)備接口和I/O接口（如A/D、D/A、I/O等）。在一片嵌入式處理器基礎(chǔ)上添加電源電路、時(shí)鐘電路和存儲(chǔ)器電路，就可構(gòu)成一個(gè)嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ROM中。2020/12/1961.2嵌入式系統(tǒng)的組成(2)嵌入式系統(tǒng)組成硬件圖2020/12/1971.2嵌入式系統(tǒng)的組成（3）1硬件層（續(xù)2）（1）嵌入式微處理器 嵌入式系統(tǒng)硬件層的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式微處理器大多工作在為特定用戶群所專用設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它將通用CPU許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)趨于小型化，同時(shí)還具有很高的效率和可靠性。2020/12/1981.2嵌入式系統(tǒng)的組成（4）1硬件層（續(xù)3）（1）嵌入式微處理器（續(xù)）嵌入式微處理器的體系結(jié)構(gòu)可以采用馮?諾依曼體系或哈佛體系結(jié)構(gòu)；指令系統(tǒng)可以選用精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)（ReducedInstructionSetComputer，RISC）和復(fù)雜指令系統(tǒng)（ComplexInstructionSetComputer，CISC）。RISC計(jì)算機(jī)在通道中只包含最有用的指令，確保數(shù)據(jù)通道快速執(zhí)行每一條指令，從而提高了執(zhí)行效率并使CPU硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)單。2020/12/1991.2嵌入式系統(tǒng)的組成（5）1硬件層（續(xù)4）（1）嵌入式微處理器（續(xù)）嵌入式微處理器有各種不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)總線寬度，或集成了不同的外設(shè)和接口。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界嵌入式微處理器已經(jīng)超過(guò)1000多種，體系結(jié)構(gòu)有30多個(gè)系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。但與全球PC市場(chǎng)不同的是，沒(méi)有一種嵌入式微處理器可以主導(dǎo)市場(chǎng)，僅以32位的產(chǎn)品而言，就有100種以上的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器的選擇是根據(jù)具體的應(yīng)用而決定的。2020/12/19101.2嵌入式系統(tǒng)的組成（6）1硬件層（續(xù)5）（2）存儲(chǔ)器 Cache：Cache是一種容量小、速度快的存儲(chǔ)器陣列，它位于主存和嵌入式微處理器內(nèi)核之間，存放的是最近一段時(shí)間微處理器使用最多的程序代碼和數(shù)據(jù)。在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作時(shí)，微處理器盡可能地從Cache中讀取數(shù)據(jù)，而不是從主存中讀取，這樣就可大大改善系統(tǒng)的性能，提高微處理器和主存之間的數(shù)據(jù)傳輸速率。2020/12/19111.2嵌入式系統(tǒng)的組成（7）1硬件層（續(xù)6）（2）存儲(chǔ)器（續(xù)）主存：主存是嵌入式微處理器能直接訪問(wèn)的寄存器，用來(lái)存放系統(tǒng)和用戶的程序及數(shù)據(jù)。它可以位于微處理器的內(nèi)部或外部，其容量一般為256KB～1GB，根據(jù)具體的應(yīng)用而定，一般片內(nèi)存儲(chǔ)器容量小、速度快，片外存儲(chǔ)器容量大。2020/12/19121.2嵌入式系統(tǒng)的組成（8）1硬件層（續(xù)7）（2）存儲(chǔ)器（續(xù)）常用于主存的存儲(chǔ)器有 ROM類：NORFlash、EPROM和PROM等 RAM類：SRAM、DRAM和SDRAM等 其中NORFlash憑借其可擦寫次數(shù)多、存儲(chǔ)速度快、存儲(chǔ)容量大、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。2020/12/19131.2嵌入式系統(tǒng)的組成（9）1硬件層（續(xù)8）（2）存儲(chǔ)器(續(xù))輔助存儲(chǔ)器（即外存）：輔助存儲(chǔ)器用來(lái)存放大數(shù)據(jù)量的程序代碼或信息，它的容量大、但讀取速度與主存相比就慢很多，用來(lái)長(zhǎng)期保存用戶的信息。嵌入式系統(tǒng)中常用的外存有硬盤、NANDFlash、CF卡、MMC和SD卡等。2020/12/19141.2嵌入式系統(tǒng)的組成（10）1硬件層（9續(xù)）（3）通用設(shè)備接口和I/O接口 嵌入式系統(tǒng)和外界交互需要一定形式的通用設(shè)備接口，外設(shè)通過(guò)和片外其他設(shè)備或傳感器的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)微處理器的輸入/輸出功能。嵌入式系統(tǒng)中常用的設(shè)備接口有A/D、D/A（模/數(shù)、數(shù)/模）轉(zhuǎn)換接口、RS-232C（串行通信）接口、Ethernet（以太網(wǎng)）接口、USB（通用串行總線）接口、音視頻接口、IIC總線、IIS總線、SD卡接口、現(xiàn)場(chǎng)總線、SPI（串行外圍設(shè)備）接口等。2020/12/19151.2嵌入式系統(tǒng)的組成（11）2中間層硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象層（HardwareAbstractLayer，HAL）或板級(jí)支持包（BoardSupportPackage，BSP），它將系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開(kāi)來(lái)，使系統(tǒng)的底層驅(qū)動(dòng)程序與硬件無(wú)關(guān)，上層軟件開(kāi)發(fā)人員無(wú)須關(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(kāi)發(fā)。該層一般包含相關(guān)底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作和硬件設(shè)備的配置功能。2020/12/19161.2嵌入式系統(tǒng)的組成（12）2中間層（續(xù)1）BSP具有以下兩個(gè)特點(diǎn)。硬件相關(guān)性：因?yàn)榍度胧綄?shí)時(shí)系統(tǒng)的硬件環(huán)境具有應(yīng)用相關(guān)性，而作為上層軟件與硬件平臺(tái)之間的接口，BSP需要為操作系統(tǒng)提供操作和控制具體硬件的方法；操作系統(tǒng)相關(guān)性：不同的操作系統(tǒng)具有各自的軟件層次結(jié)構(gòu)，因此，不同的操作系統(tǒng)具有特定的硬件接口形式。2020/12/19171.2嵌入式系統(tǒng)的組成（13）2中間層（續(xù)2）BSP是一個(gè)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。設(shè)計(jì)一個(gè)完整的BSP需要完成兩部分工作（1）嵌入式系統(tǒng)的硬件初始化以及BSP功能（2）設(shè)計(jì)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。2020/12/19181.2嵌入式系統(tǒng)的組成（14）2中間層（續(xù)3）（1）嵌入式系統(tǒng)的硬件初始化以及BSP功能系統(tǒng)初始化過(guò)程可以分為3個(gè)主要環(huán)節(jié)，按照自底向上、從硬件到軟件的次序依次為：片級(jí)初始化、板級(jí)初始化和系統(tǒng)級(jí)初始化。片級(jí)初始化：完成嵌入式微處理器的初始化，包括設(shè)置嵌入式微處理器的核心寄存器和控制寄存器、嵌入式微處理器核心工作模式和嵌入式微處理器的局部總線模式等。片級(jí)初始化把嵌入式微處理器從上電時(shí)的默認(rèn)狀態(tài)逐步設(shè)置成系統(tǒng)所要求的工作狀態(tài)。這是一個(gè)純硬件的初始化過(guò)程。2020/12/19191.2嵌入式系統(tǒng)的組成（15)板級(jí)初始化完成嵌入式微處理器以外的其他硬件設(shè)備的初始化。另外，還需設(shè)置某些軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，為隨后的系統(tǒng)級(jí)初始化和應(yīng)用程序的運(yùn)行建立硬件和軟件環(huán)境。這是一個(gè)同時(shí)包含軟/硬件兩部分在內(nèi)的初始化過(guò)程。2020/12/19201.2嵌入式系統(tǒng)的組成（16）系統(tǒng)初始化該初始化過(guò)程以軟件初始化為主，主要進(jìn)行操作系統(tǒng)的初始化。BSP將對(duì)嵌入式微處理器的控制權(quán)轉(zhuǎn)交給嵌入式操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)完成余下的初始化操作，包含加載和初始化與硬件無(wú)關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，建立系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)，加載并初始化其他系統(tǒng)軟件模塊，如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、文件系統(tǒng)等。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。2020/12/19211.2嵌入式系統(tǒng)的組成（17）2中間層（續(xù)）（2）設(shè)計(jì)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的初始化通常是一個(gè)從高到低的過(guò)程。盡管BSP中包含硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，但是這些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常不直接由BSP使用，而是在系統(tǒng)初始化過(guò)程中由BSP將它們與操作系統(tǒng)中通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序關(guān)聯(lián)起來(lái)，并在隨后的應(yīng)用中由通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的操作。與硬件相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序是BSP設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中另一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。2020/12/19221.2嵌入式系統(tǒng)的組成（18）3軟件層系統(tǒng)軟件層由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（Real-TimeOperationSystem，RTOS）、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口（GraphicUserInterface，GUI）、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(kāi)發(fā)平臺(tái)。2020/12/19231.2嵌入式系統(tǒng)的組成（19）3軟件層（續(xù)1）（1）嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedOperationSystem，EOS）負(fù)責(zé)嵌入系統(tǒng)的全部軟/硬件資源的分配、任務(wù)調(diào)度、控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)。它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過(guò)裝卸某些模塊來(lái)達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。目前，已推出了一些應(yīng)用比較成功的EOS產(chǎn)品系列。2020/12/19241.2嵌入式系統(tǒng)的組成（20）3軟件層（續(xù)2）（2）嵌入式文件系統(tǒng) 嵌入式文件系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，主要提供文件存儲(chǔ)、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。它以系統(tǒng)調(diào)用和命令方式提供文件的各種操作，主要有設(shè)置、修改對(duì)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(kāi)、讀寫、關(guān)閉和撤銷文件等服務(wù)。2020/12/19251.2嵌入式系統(tǒng)的組成（21）嵌入式文件系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn)：兼容性。嵌入式文件系統(tǒng)通?？梢灾С侄喾N標(biāo)準(zhǔn)的文件系統(tǒng)，如FAT32、JFFS2、YAFFS等。實(shí)時(shí)文件系統(tǒng)。除支持標(biāo)準(zhǔn)的文件系統(tǒng)外，為提高實(shí)時(shí)性，有些嵌入式文件系統(tǒng)還支持自定義的實(shí)時(shí)文件系統(tǒng)，這些文件系統(tǒng)一般采用連續(xù)的方式存儲(chǔ)文件?？刹眉?、可配置。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的要求選擇所需的文件系統(tǒng)，選擇所需的存儲(chǔ)介質(zhì)，配置可同時(shí)打開(kāi)的最大文件數(shù)等。2020/12/19261.2嵌入式系統(tǒng)的組成（22）支持多種存儲(chǔ)設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)的外存形式多樣，嵌入式文件系統(tǒng)需方便地掛接不同存儲(chǔ)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，具有靈活的設(shè)備管理能力。同時(shí)根據(jù)不同外部存儲(chǔ)器的特點(diǎn)，嵌入式文件系統(tǒng)還需要考慮其性能、壽命等因素，發(fā)揮不同外存的優(yōu)勢(shì)，提高存儲(chǔ)設(shè)備的可靠性和使用壽命。2020/12/19271.2嵌入式系統(tǒng)的組成（23）3軟件層（3）嵌入式圖形用戶接口 圖形用戶界面或圖形用戶接口（GraphicalUserInterface，GUI）的廣泛應(yīng)用是當(dāng)今計(jì)算機(jī)發(fā)展的重大成就之一，它極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們從此不再需要死記硬背大量的命令，取而代之的是通過(guò)窗口、菜單、按鍵等方式來(lái)方便地進(jìn)行操作。而嵌入式GUI具有下面幾個(gè)方面的基本要求：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)。2020/12/19281.2嵌入式系統(tǒng)的組成（24）3軟件層（3）嵌入式圖形用戶接口（續(xù)）嵌入式系統(tǒng)中的圖形界面一般使用以下幾種方法實(shí)現(xiàn)：針對(duì)特定的圖形設(shè)備輸出接口，自行開(kāi)發(fā)相關(guān)的功能函數(shù)；購(gòu)買針對(duì)特定嵌入式系統(tǒng)的圖形中間軟件包；采用源碼開(kāi)放的嵌入式GUI系統(tǒng)；使用獨(dú)立軟件開(kāi)發(fā)商提供的嵌入式GUI產(chǎn)品。2020/12/19291.3嵌入式處理器簡(jiǎn)介嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元。范圍極其廣闊，從最初的４位處理器，目前仍在大規(guī)模應(yīng)用的8位單片機(jī)，到最新的受到廣泛青睞的32位、64位嵌入式CPU。目前，世界上具有嵌入式功能特點(diǎn)的處理器已經(jīng)超過(guò)1000種，流行體系結(jié)構(gòu)包括MCU、MPU等30多個(gè)系列。鑒于嵌入式系統(tǒng)廣闊的發(fā)展前景，很多半導(dǎo)體制造商都大規(guī)模生產(chǎn)嵌入式處理器，并且公司自主設(shè)計(jì)處理器也已經(jīng)成為了未來(lái)嵌入式領(lǐng)域的一大趨勢(shì)，其中從單片機(jī)、DSP到FPGA，有著各式各樣的品種，速度越來(lái)越快，性能越來(lái)越強(qiáng)，價(jià)格也越來(lái)越低。目前嵌入式處理器的尋址空間可以從64KB到1GB，處理速度最快可以達(dá)到2000MIPS，封裝從8個(gè)引腳到324個(gè)引腳（如TI的ARMCortexA8AM335x）不等。 回本章目錄2020/12/19301.3嵌入式處理器簡(jiǎn)介（1）1．嵌入式微處理器嵌入式微處理器（MicroProcessorUnit，MPU）是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU演變而來(lái)的。它的特征是具有32位以上的處理器，具有較高的性能，當(dāng)然其價(jià)格也相應(yīng)較高。但與計(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。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)。目前主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM/ARMCortex系列等。其中ARM/StrongARM/ARMCortex是專為手持設(shè)備開(kāi)發(fā)的嵌入式微處理器，屬于中檔的價(jià)位。2020/12/19311.3嵌入式處理器簡(jiǎn)介（2）2．嵌入式微控制器嵌入式微控制器（MicroControllerUnit，MCU）的典型代表是單片機(jī)，從70年代末單片機(jī)的出現(xiàn)到今天，雖然已經(jīng)經(jīng)過(guò)了30多年的歷史，但這種8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(shí)/計(jì)數(shù)器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微控制器。2020/12/19321.3嵌入式處理器簡(jiǎn)介（3）2．嵌入式微控制器（續(xù)）由于MCU低廉的價(jià)格，優(yōu)良的功能，所以擁有的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的包括MCS-51、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K、ARMCortexM3系列以及MCU8XC930/931、C540、C541，并且有支持IIC、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。目前MCU約占嵌入式系統(tǒng)70％的市場(chǎng)份額。近來(lái)Atmel出產(chǎn)的AVR單片機(jī)由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性價(jià)比，勢(shì)必將推動(dòng)單片機(jī)獲得更高的發(fā)展。2020/12/19331.3嵌入式處理器簡(jiǎn)介3．嵌入式DSP處理器嵌入式DSP處理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP）是專門用于信號(hào)處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，具有很高的編譯效率和指令的執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上，EDSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。DSP的理論算法在70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于專門的DSP處理器還未出現(xiàn)，所以這種理論算法只能通過(guò)MPU等由分立元件實(shí)現(xiàn)。MPU較低的處理速度無(wú)法滿足DSP的算法要求，其應(yīng)用領(lǐng)域僅僅局限于一些尖端的高科技領(lǐng)域。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展，1982年世界上誕生了首枚DSP芯片，其運(yùn)算速度比MPU快了幾十倍，在語(yǔ)音合成和編/解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。2020/12/19341.3嵌入式處理器簡(jiǎn)介（4）3．嵌入式DSP處理器（續(xù)）至80年代中期，隨著CMOS技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，第二代基于CMOS工藝的DSP芯片應(yīng)運(yùn)而生，其存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度都得到成倍提高，成為語(yǔ)音處理、圖像硬件處理技術(shù)的基礎(chǔ)。到80年代后期，DSP的運(yùn)算速度進(jìn)一步提高，應(yīng)用領(lǐng)域也從上述范圍擴(kuò)大到了通信和計(jì)算機(jī)方面。90年代后，DSP發(fā)展到了第五代產(chǎn)品，集成度更高，使用范圍也更加廣闊。目前，應(yīng)用最為廣泛的是TI的TMS320C2000/C5000/6000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應(yīng)用范圍。2020/12/19351.3嵌入式處理器簡(jiǎn)介（5）4．SoC片上系統(tǒng)SoC（SystemonChip）片上系統(tǒng)追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件，是目前嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的熱門話題之一。SoC最大的特點(diǎn)是成功實(shí)現(xiàn)了軟/硬件無(wú)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。而且SoC具有極高的綜合性，在一個(gè)硅片內(nèi)部運(yùn)用VHDL等硬件描述語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。用戶不需要再像傳統(tǒng)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)地連接焊制，只需要使用精確的語(yǔ)言，綜合時(shí)序設(shè)計(jì)直接在器件庫(kù)中調(diào)用各種通用處理器的標(biāo)準(zhǔn)，然后通過(guò)仿真之后就可以直接交付芯片廠商進(jìn)行生產(chǎn)。由于絕大部分系統(tǒng)構(gòu)件都是在系統(tǒng)內(nèi)部，整個(gè)系統(tǒng)就特別簡(jiǎn)潔，不僅減小了系統(tǒng)的體積和功耗，而且提高了系統(tǒng)的可靠性，提高了設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率。2020/12/19361.3嵌入式處理器簡(jiǎn)介（6）4．SoC片上系統(tǒng)（續(xù)）由于SoC往往是專用的，所以大部分都不為用戶所知，比較典型的SoC產(chǎn)品是Philips的SmartXA，少數(shù)通用系列如Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，一些大的芯片公司將通過(guò)推出成熟的、能占領(lǐng)多數(shù)市場(chǎng)的SoC芯片，一舉擊退競(jìng)爭(zhēng)者。SoC芯片也將在聲音、圖像、影視、網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)邏輯等應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮重要的作用。2020/12/19371.4嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)是數(shù)字化產(chǎn)品的核心，制造工業(yè)、過(guò)程控制、通信、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費(fèi)類產(chǎn)品等均是嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。1．消費(fèi)類電子產(chǎn)品消費(fèi)類電子產(chǎn)品是指這樣一些電子設(shè)備，它們能提供信息服務(wù)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)交互信息，同時(shí)，簡(jiǎn)單易用、價(jià)格低廉、維護(hù)簡(jiǎn)便。 回本章目錄2020/12/19381.4嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用（1）1．消費(fèi)類電子產(chǎn)品（續(xù)）在后PC時(shí)代，計(jì)算機(jī)將無(wú)處不在，家用電器將向數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，電視機(jī)、電冰箱、微波爐、電話機(jī)等都將嵌入計(jì)算機(jī)，并通過(guò)家庭控制中心與Internet連接，轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芫W(wǎng)絡(luò)家電，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育等。目前，智能小區(qū)的發(fā)展為機(jī)頂盒打開(kāi)了市場(chǎng)，機(jī)頂盒將成為網(wǎng)絡(luò)終端，它不僅可以使模擬電視接收數(shù)字電視節(jié)目，而且可以上網(wǎng)、炒股、點(diǎn)播電影，實(shí)現(xiàn)交互式電視，依靠網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供各種服務(wù)。嵌入式系統(tǒng)為信息家電（網(wǎng)絡(luò)冰箱、機(jī)頂盒、家庭網(wǎng)關(guān)、數(shù)字機(jī)頂盒等）的實(shí)現(xiàn)提供了可能和廣闊的技術(shù)前景，嵌入式應(yīng)用如圖1-3所示。2020/12/19391.4嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用（2）1．消費(fèi)類電子產(chǎn)品2020/12/19401.4嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用（3）2．移動(dòng)計(jì)算設(shè)備移動(dòng)計(jì)算設(shè)備包括手機(jī)、PDA、掌上電腦等各種移動(dòng)設(shè)備。中國(guó)擁有最大的手機(jī)用戶，而掌上電腦和PDA等因?yàn)橐子谑褂?、攜帶方便、價(jià)格便宜而得到了快速發(fā)展，PDA與手機(jī)已呈現(xiàn)融合趨勢(shì)。用掌上電腦或PDA上網(wǎng)，人們可以隨時(shí)隨地獲取信息。新的手持設(shè)備將使無(wú)線互聯(lián)訪問(wèn)成為更加普遍的現(xiàn)象。與互聯(lián)網(wǎng)連接，結(jié)合音頻應(yīng)用，如MP3、MP4功能，將會(huì)促使移動(dòng)計(jì)算設(shè)備市場(chǎng)創(chuàng)造新的銷售記錄。整合手機(jī)模塊，為移動(dòng)計(jì)算設(shè)備提供語(yǔ)音功能，也將是大勢(shì)所趨。2020/12/19411.4嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用（4）3．網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計(jì)和制造嵌入式瘦服務(wù)器、嵌入式網(wǎng)關(guān)和嵌入式因特網(wǎng)路由器已成為嵌入式Internet時(shí)代的關(guān)鍵和核心技術(shù)。其中包括路由器、交換機(jī)等各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備?；贚inux等的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備價(jià)格低廉，將為企業(yè)提供更為廉價(jià)的網(wǎng)絡(luò)方案。美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室預(yù)測(cè)：在這階段“將會(huì)產(chǎn)生比PC時(shí)代多成百上千倍的瘦服務(wù)器和超級(jí)嵌入式瘦服務(wù)器，這些瘦服務(wù)器將與我們這個(gè)世界任何物理信息、生物信息相連接，通過(guò)Internet自動(dòng)、實(shí)時(shí)、方便、簡(jiǎn)單地提供給需要這些信息的對(duì)象”。2020/12/19421.4嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用（5）4．工控、仿真、醫(yī)療儀器等工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、國(guó)防等各部門對(duì)智能控制需求的不斷增長(zhǎng)，同時(shí)也對(duì)嵌入式微處理器的運(yùn)算速度、可擴(kuò)充能力、系統(tǒng)可靠性、功耗和集成度等方面提出了更高的要求，如工業(yè)過(guò)程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而言，低端型采用的往往是8位、16單片機(jī)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，32位、64位的處理器逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心，在未來(lái)幾年內(nèi)必將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)需要完成的智能化、數(shù)字化改造和自動(dòng)控制等工作為嵌入式系統(tǒng)提供了很大的市場(chǎng)，而且工控、仿真、數(shù)據(jù)采集、軍用領(lǐng)域一般都要求操作系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)工作。2020/12/19431.5嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)信息時(shí)代、數(shù)字時(shí)代使得嵌入式產(chǎn)品獲得了巨大的發(fā)展契機(jī)，為嵌入式市場(chǎng)展現(xiàn)了美好的前景，從中我們可以看出未來(lái)嵌入式系統(tǒng)的幾大發(fā)展趨勢(shì)。 回本章目錄2020/12/19441.5嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)（1）1．小型化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高日益提高，使得以往單一功能的設(shè)備，如電話機(jī)、手機(jī)、電冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，這就要求芯片設(shè)計(jì)廠商在芯片上集成更多的功能。為了滿足應(yīng)用功能的升級(jí)，設(shè)計(jì)師們一方面采用更強(qiáng)大的嵌入式處理器（如32位、64位RISC芯片或信號(hào)處理器DSP）增強(qiáng)處理能力，同時(shí)增加功能接口（如USB），擴(kuò)展總線類型（如CANBUS），加強(qiáng)對(duì)多媒體、圖形等的處理，逐步實(shí)施片上系統(tǒng)（SoC）的概念。在軟件方面，采用實(shí)時(shí)多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開(kāi)發(fā)工具技術(shù)來(lái)控制功能復(fù)雜性，簡(jiǎn)化應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、保障軟件質(zhì)量和縮短開(kāi)發(fā)周期。網(wǎng)絡(luò)互連成為必然趨勢(shì)，特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。2020/12/19451.5嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)（2）1．小型化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化（續(xù)）未來(lái)的嵌入式設(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口。傳統(tǒng)的單片機(jī)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)支持不足，而新一代的嵌入式處理器已經(jīng)開(kāi)始內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)接口，除了支持TCP/IP協(xié)議，還支持IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA等通信接口中的一種或者幾種，同時(shí)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(dòng)軟件。在軟件方面，系統(tǒng)內(nèi)核支持網(wǎng)絡(luò)模塊，甚至可以在設(shè)備上嵌入Web瀏覽器，真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地用各種設(shè)備上網(wǎng)。2020/12/19461.5嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)（3）2．精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低功耗和軟/硬件成本未來(lái)的嵌入式產(chǎn)品是軟/硬件緊密結(jié)合的設(shè)備，為了減低功耗和成本，需要設(shè)計(jì)者盡量精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核，只保留和系統(tǒng)功能緊密相關(guān)的軟/硬件，利用最低的資源實(shí)現(xiàn)最適當(dāng)?shù)墓δ?，這就要求設(shè)計(jì)者選用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法，優(yōu)化編譯器性能。因此，既要軟件人員有豐富的硬件知識(shí)，又需要掌握嵌入式軟件技術(shù)，如Java、Web和WAP等。2020/12/19471.5嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)（4）3．開(kāi)發(fā)平臺(tái)化、軟件標(biāo)準(zhǔn)化，云計(jì)算、透明計(jì)算、可重構(gòu)、虛擬化、多核技術(shù)嵌入式操作系統(tǒng)將進(jìn)一步走向開(kāi)放，即開(kāi)源、標(biāo)準(zhǔn)化、組件化。嵌入式軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)化將是今后的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單化。系統(tǒng)可升級(jí)，代碼重用技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中得到更多的應(yīng)用。多核技術(shù)可使嵌入式計(jì)算的功能更強(qiáng)大?？芍貥?gòu)性是指在一個(gè)系統(tǒng)中，其硬件模塊或（和）軟件模塊均能根據(jù)變化的數(shù)據(jù)流或控制流對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和算法進(jìn)行重新配置（或重新設(shè)置）?？芍貥?gòu)系統(tǒng)最突出的優(yōu)點(diǎn)是能夠根據(jù)不同的應(yīng)用需求，改變自身的體系結(jié)構(gòu)，以便與具體的應(yīng)用需求相匹配。2020/12/19481.5嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)（5）3．開(kāi)發(fā)平臺(tái)化、軟件標(biāo)準(zhǔn)化，云計(jì)算、透明計(jì)算、可重構(gòu)、虛擬化、多核技術(shù)虛擬化是指計(jì)算機(jī)軟件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行。虛擬化技術(shù)可以擴(kuò)大硬件的容量，簡(jiǎn)化軟件的重新配置過(guò)程。CPU的虛擬化技術(shù)可以單CPU模擬多CPU并行，允許一個(gè)平臺(tái)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率。虛擬化技術(shù)是降低多內(nèi)核處理器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本的關(guān)鍵。云計(jì)算是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，或者說(shuō)是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。它的核心是海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算，特別強(qiáng)調(diào)虛擬化技術(shù)的應(yīng)用。簡(jiǎn)言之，云計(jì)算就是一種依托Internet的超級(jí)計(jì)算模型，將巨大的資源聯(lián)系在一起為用戶提供各種IT服務(wù)。2020/12/19491.5嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)（6）4．人機(jī)交互友好化嵌入式設(shè)備能與用戶親密接觸，最重要的因素是它能提供非常友好的用戶界面。圖像界面，靈活的控制方式，使得人們感覺(jué)嵌入式設(shè)備就像是一個(gè)熟悉的老朋友。這方面的要求使得嵌入式軟件設(shè)計(jì)者要在圖形界面、多媒體技術(shù)上痛下苦功。手寫文字輸入、語(yǔ)音撥號(hào)上網(wǎng)、收發(fā)電子郵件以及彩色圖形、圖像都會(huì)使使用者獲得自由的感受。目前一些先進(jìn)的PDA在顯示屏幕上已實(shí)現(xiàn)漢字寫入、短消息語(yǔ)音發(fā)布，但一般的嵌入式設(shè)備距離這個(gè)要求還有很長(zhǎng)的路要走。2020/12/19501.5嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)（7）5．產(chǎn)品功能融合嵌入式系統(tǒng)軟/硬件融為一體，同一個(gè)產(chǎn)品的具有多種功能是嵌入式發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，例如手機(jī)除具有通話功能外還具有照相、MP4、上網(wǎng)、GPS導(dǎo)航等多種功能。2020/12/19511.5嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)（8）6．安全性隨著嵌入式和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)安全信息安全日趨重要，如路由器、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備的安全性，入侵檢測(cè)、防信息泄漏、后門發(fā)現(xiàn)和漏洞分析，加/解密設(shè)備和芯片，安全協(xié)議，公鑰基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（PKI）系統(tǒng)，組合公鑰（CPK）系統(tǒng)，安全支付系統(tǒng)，電子防偽系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控系統(tǒng)，虛擬專用網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的安全監(jiān)管，等級(jí)保護(hù)管理，可信計(jì)算技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)安全預(yù)警系統(tǒng)，內(nèi)容安全和網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)，信息系統(tǒng)安全、保障云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、新一代信息網(wǎng)絡(luò)以及面向三網(wǎng)融合的安全性，多媒體內(nèi)容監(jiān)管等都是嵌入式的應(yīng)用領(lǐng)域。2020/12/19521.6物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念，在中國(guó)早在1999年就提出來(lái)了，當(dāng)時(shí)稱為傳感網(wǎng)。其定義是：通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念?！拔锫?lián)網(wǎng)概念”是在“互聯(lián)網(wǎng)概念”的基礎(chǔ)上，將其用戶端延伸和擴(kuò)展到任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)概念。 回本章目錄2020/12/19531.6物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)（1）2009年9月，在北京舉辦的“物聯(lián)網(wǎng)與企業(yè)環(huán)境中歐研討會(huì)”上，歐盟委員會(huì)信息和社會(huì)媒體司RFID部門負(fù)責(zé)人LorentFerderix博士給出了歐盟對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義：物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，它具有基于標(biāo)準(zhǔn)和互操作通信協(xié)議的自組織能力，其中物理的和虛擬的“物”具有身份標(biāo)識(shí)、物理屬性、虛擬的特性和智能的接口，并與信息網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫整合。物聯(lián)網(wǎng)將與媒體互聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一道，構(gòu)成未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)。2020/12/19541.6物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)（2）和傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)有其鮮明的特征。（1）它是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)上部署了海量的多種類型傳感器，每個(gè)傳感器都是一個(gè)信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容和信息格式不同。傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性，按一定的頻率周期性地采集環(huán)境信息，不斷更新數(shù)據(jù)。2020/12/19551.6物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)（3）（2）它是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)和核心仍舊是互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)各種有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去。在物聯(lián)網(wǎng)上的傳感器定時(shí)采集的信息需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，由于其數(shù)量極其龐大，形成了海量信息，在傳輸過(guò)程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時(shí)性，必須適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。2020/12/19561.6物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)（4）（3）物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制。物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結(jié)合，利用云計(jì)算、模式識(shí)別等各種智能技術(shù)，擴(kuò)充其應(yīng)用領(lǐng)域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)，以適應(yīng)不同用戶的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。2020/12/19571.6物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)（5）物聯(lián)網(wǎng)中的“物”要滿足以下條件：要有數(shù)據(jù)傳輸通路；要有一定的存儲(chǔ)功能；要有CPU；要有操作系統(tǒng)；要有專門的應(yīng)用程序；遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議；在世界網(wǎng)絡(luò)中有可被識(shí)別的唯一編號(hào)。2020/12/19581.6物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)（6）物聯(lián)網(wǎng)3個(gè)源頭：物聯(lián)網(wǎng)有3個(gè)源頭，即智慧源頭、網(wǎng)絡(luò)源頭、物聯(lián)源頭。智慧源頭是微處理器，網(wǎng)絡(luò)源頭是互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)源頭是嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的4個(gè)通道接口。與物理參數(shù)相連的是前向通道的傳感器接口；與物理對(duì)象相連的是后向通道的控制接口；實(shí)現(xiàn)人物交互的是人機(jī)交互接口；實(shí)現(xiàn)物物交互的是通信接口。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是“三化兩性”，即無(wú)人化、自動(dòng)化、智慧化、實(shí)時(shí)性與無(wú)限性。2020/12/19591.6物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)（7）物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)需要用到嵌入式技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)作為“物聯(lián)網(wǎng)”的核心，是當(dāng)前最熱門最有前景的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一。物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)就是把所有的物體都連在網(wǎng)絡(luò)上，這些就要通過(guò)嵌入式系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)源頭是嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)誕生于嵌入式處理器，距今已有30多年的歷史。早期經(jīng)歷過(guò)電子技術(shù)領(lǐng)域獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代，進(jìn)入21世紀(jì)，才進(jìn)入多學(xué)科支持下的嵌入式系統(tǒng)時(shí)代。從誕生之日起，嵌入式系統(tǒng)就以“物聯(lián)”為己任，具體表現(xiàn)為：嵌入到物理對(duì)象中，實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象的智能化。2020/12/19601.7嵌入式開(kāi)發(fā)工具1.7.1軟件開(kāi)發(fā)工具1.7.2硬件開(kāi)發(fā)工具 回本章目錄2020/12/19611.7嵌入式開(kāi)發(fā)工具根據(jù)功能的不同，ARM應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)工具分別有編譯軟件、匯編軟件、鏈接軟件、調(diào)試軟件、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、函數(shù)庫(kù)、評(píng)估板、JTAG仿真器和在線仿真器等。當(dāng)用戶選用ARM處理器開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)時(shí)，選擇合適的開(kāi)發(fā)工具可以加快開(kāi)發(fā)的速度，節(jié)省開(kāi)發(fā)成本。因此，一套含有編輯軟件、編譯軟件、匯編軟件、鏈接軟件、調(diào)試軟件、工程管理及函數(shù)庫(kù)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）一般來(lái)說(shuō)是必不可少的。至于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和評(píng)估板等其他開(kāi)發(fā)工具，則可以根據(jù)應(yīng)用軟件規(guī)模和開(kāi)發(fā)計(jì)劃來(lái)選用。 回本節(jié)目錄2020/12/19621.7嵌入式開(kāi)發(fā)工具（續(xù)）使用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)發(fā)基于ARM的應(yīng)用軟件，包括編輯、編譯、匯編、鏈接等工作全部在PC上均可完成。調(diào)試工作需要配合其他模塊或產(chǎn)品才能完成。目前常用的開(kāi)發(fā)工具有ARMSDT、ARMADS、Multi2000、TRACE32-ICD、HitoolsforARM、EmbeddedIDEforARM等集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，EPI公司的JEENI、ARM公司的Multi-ICE等JTAG仿真器，也可以選擇開(kāi)放源代碼的GNU工具。因?yàn)閷?shí)時(shí)在線仿真器的價(jià)格昂資的原因，所以在軟件開(kāi)發(fā)中很少使用。本部分以軟件開(kāi)發(fā)工真和硬件開(kāi)發(fā)工具類兩大部分介紹了常用的ARMSDT、ARMADS、GNU開(kāi)發(fā)工具、JEENI和Multi-ICE。2020/12/19631.7嵌入式開(kāi)發(fā)工具1.7.1軟件開(kāi)發(fā)工具1．ARMSDTARMSDT是ARM公司為方便用戶在ARM芯片上進(jìn)行應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)而推出的一套集成開(kāi)發(fā)工具。ARMSDT經(jīng)過(guò)ARM公司逐年的維護(hù)和更新，目前的最新版本是2.5.2，但從版本2.5.1開(kāi)始，ARM公司宣布推出二套新的集成開(kāi)發(fā)工具ARMADS1.0，取而代之ARMSDT。今后將不會(huì)看到ARMSDT的新版本。ARMSDT由于價(jià)格適中，同時(shí)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的推廣和普及，目前擁有廣泛的ARM軟件開(kāi)發(fā)用戶群體；也被相當(dāng)多ARM公司的第三方開(kāi)發(fā)工具合作伙伴集成到自己的產(chǎn)品中，如美國(guó)EPI公司的JEENI仿真機(jī)。ARMSDT可在Windows95/98/NT、Solaris2.5/2.6和HP-UX10上運(yùn)行，支持最高到ARKM9的所有處理器（包括StrongARM）。2020/12/19641.7嵌入式開(kāi)發(fā)工具1.7.1軟件開(kāi)發(fā)工具（續(xù)）2．ARMADSARMADS是ARM公司推出的新一代ARM集成開(kāi)發(fā)工具，用來(lái)取代ARMSDT，它是一種快速而節(jié)省成本的完整軟件開(kāi)發(fā)解決方案，最新版本為1.2.1。ARMADS起源于ARMSDT，它對(duì)SDT的模塊進(jìn)行了增強(qiáng)，并替換了一些SDT的組成部分。用戶可以感受到的最大的變化是：ADS使用CodeWarriorIDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境代替了SDT的APM，使用AXD替換了ADW?，F(xiàn)成集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的一些基本特性在ADS中才得以體現(xiàn)，如源文件編輯器語(yǔ)法高亮和窗口駐留等功能等。ARMADS支持ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、StrongARM和XScale系列處理器。除了SDT支持的操作系統(tǒng)外，還可以在Windows2000/XP和RedHatLinux6-2/7.1上運(yùn)行。2020/12/19651.7嵌入式開(kāi)發(fā)工具1.7.1軟件開(kāi)發(fā)工具（續(xù)）3．GNU開(kāi)發(fā)工具隨著Linux操作系統(tǒng)和GNU開(kāi)轟工具的普及，針對(duì)不同處理器的開(kāi)放源代碼開(kāi)發(fā)工具也給用戶提供了一個(gè)廉價(jià)的選擇，對(duì)于嵌入式Linux開(kāi)發(fā)者，可以選用GNU開(kāi)發(fā)工具。運(yùn)行于Linux操作系統(tǒng)下的自由軟件GNUgcc編譯器，不僅可以編譯Linux操作系統(tǒng)下運(yùn)行的應(yīng)用程序、編譯Linux本身，還可以進(jìn)行交叉編譯，編譯運(yùn)行于其他CPU上的程序?？梢赃M(jìn)行交叉編譯的CPU（或DSP）涵蓋了幾乎所有知名廠商的產(chǎn)品。用于嵌入式應(yīng)用的、眾所周知的CPU包括：Intel的i386、Inteli960、AMD29K、ARM、MIPS、M68K、ColdFire、PowerPC、68HC11/12、TI的TMS320，等等。2020/12/19661.7嵌入式開(kāi)發(fā)工具1.7.1軟件開(kāi)發(fā)工具（續(xù)）3．GNU