第一章嵌入式系統(tǒng)概述

第一章嵌入式系統(tǒng)概述第一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四嵌入式系統(tǒng)概論嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)的基本知識嵌入式系統(tǒng)的設計原則及方法第二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四1.1什么是嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。第三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四我們正步入一個嶄新的“數(shù)字世界”嵌入式應用第四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四1.2嵌入式系統(tǒng)的特點特點：應用的特定性和廣泛性技術(shù)、知識、資金的密集性軟硬件高效設計較長的生命周期高可靠性軟硬一體，軟件為主無自舉開發(fā)能力第五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四

1.3嵌入式系統(tǒng)與PC的不同VS第六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四1.4嵌入式系統(tǒng)的應用領(lǐng)域任何領(lǐng)域任何領(lǐng)域任何領(lǐng)域任何領(lǐng)域第七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四1.5嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品家用方面第八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四1.5嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品嵌入式Internet應用第九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四1.5嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品汽車電子（CAN總線網(wǎng)絡）第十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四1.5嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品軍事應用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。第十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四1.5嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品智能機器人基于RTLinux操作系統(tǒng)高48cm

重:6kg

靈活性：20DOF操作系統(tǒng):RT-Linux

接口形式:USB1.0(12Mbps)響應周期:1ms

能源：DC24Vx6.2A(150W)制造：富士通

第十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四1.5嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品基于VXworks的火星探路者第十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四1.6嵌入式系統(tǒng)的歷史20世紀70年代：

單片機出現(xiàn) 第一片微處理器：1971年，Intel400420世紀80年代： 嵌入式操作系統(tǒng)出現(xiàn) Intel8051系列20世紀90年代： 實時多任務操作系統(tǒng) 片上系統(tǒng)（SoC，SystemonChip）出現(xiàn)多核、低功耗、高可靠

第十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四1.7巨大的市場計算機應用的普及、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實用以及納米微電子技術(shù)的突破，正有力推動著21世紀工業(yè)生產(chǎn)，商業(yè)活動科學試驗和家庭生活等領(lǐng)域自動化和信息化進程。嵌入式產(chǎn)品的巨大商機－－全過程自動化產(chǎn)品制造、大范圍電子商務活動、高度協(xié)同科學實驗以及現(xiàn)代化家庭起居。你接觸的每一樣東西將裝有芯片和嵌入式軟件。第十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四1.8創(chuàng)新的機遇通用計算機產(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。第十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四2.嵌入式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)架嵌入式微處理器嵌入式操作系統(tǒng)第十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四嵌入式系統(tǒng)邏輯構(gòu)成2.1嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架第十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四2.1嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架嵌入式硬件邏輯構(gòu)成第十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四2.1嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架S3C6410嵌入式開發(fā)板第二十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四2.2嵌入式處理器支持實時多任務.較短的中斷響應時間存儲區(qū)保護功能可擴展的處理器結(jié)構(gòu)較低的功耗分類：★嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit）★嵌入式DSP處理器EDSP(EmbeddedDigitalSignalProcessor)★嵌入式微處理器(EmbeddedMicroprocessorUnit)★嵌入式片上系統(tǒng)SOC(SystemOnChip)第二十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四2.2嵌入式處理器特點:具有體積小,功耗低,成本低,可靠性高的特點.有的可提供工業(yè)級應用.第二十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四ARMARM即AdvancedRISCMachines的縮寫,既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對一類微處理器的通稱1991年ARM公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設計技術(shù)的授權(quán)ARM處理器的三大特點是：耗電少功能強、16位/32位雙指令集和眾多合作伙伴第二十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四ARM芯核發(fā)展方向第二十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四ARMSOC案例第二十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四ARM戰(zhàn)績2008年1月24日，ARM宣布由其合作伙伴所出貨的處理器總量已超過100億個。如今，ARM公司的半導體合作伙伴所生產(chǎn)的基于ARM技術(shù)的處理器每年的出貨量已近30億個。ARM處理器產(chǎn)品線覆蓋了微處理器應用的每一個領(lǐng)域，從成本非常低的嵌入式微控制器，到應用于要求非常高的網(wǎng)絡、手機和消費娛樂應用的性能非常高的多核處理器。從諾基亞N95；iPhone和iPod；Navman和TomTom的便攜式導航系統(tǒng)；柯達照相機；索尼攝像機；任天堂DS掌上游戲機；到東芝高清數(shù)字電視；三星和希捷的硬盤驅(qū)動器；博世的汽車剎車系統(tǒng)；惠普打印機；以及Linksys和Netgear的無線路由器。第二十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四MIPS處理器MIPS技術(shù)公司。MIPS的意思是“無內(nèi)鎖流水段微處理器”（Microprocessorwithoutinterlockedpipedstages）在嵌入式方面，MIPS系列微處理器是目前僅次于ARM的用得最多的處理器之一，其應用領(lǐng)域覆蓋游戲機、路由器、激光打印機、掌上電腦等各個方面。第二十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四MIPS處理器索尼SNOYPSP2000處理器：MIPSR4000第二十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四PowerPC處理器PowerPC是一種RISC架構(gòu)的處理器90年代，IBM、Apple、Motorola聯(lián)合研制第二十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四PowerPC處理器第三十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四嵌入式微控制器嵌入式微控制器的典型代表是單片機。微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器目前在工業(yè)中的應用還是很多，由于適合于控制，因此稱為微控制器第三十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四嵌入式DSP嵌入式DSP處理器有兩個發(fā)展方向：是嵌入式DSP處理器和嵌入式處理器經(jīng)過單片化設計，片上增加豐富的外設成為具有高性能DSP功能的SoC；是在通用微處理器、微控制器或SoC中增加DSP協(xié)處理器，例如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore。第三十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四嵌入式外設接口根據(jù)外圍設備的功能可分為以下5類存儲器類型通信接口輸入輸出設備設備擴展接口電源及輔助設備第三十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四存儲器類型存儲器是嵌入式系統(tǒng)中存儲數(shù)據(jù)和程序的功能部件，目前常見的存儲設備按使用的存儲器類型分為：靜態(tài)易失型存儲器（RAM，SRAM）；動態(tài)存儲器（DRAM）；非易失性存儲器ROM（ROMEPROM，EEPROM，F(xiàn)LASH）；硬盤、CD－ROM等。第三十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四通信接口目前存在的所有計算機通信接口在嵌入式領(lǐng)域中都有其廣泛的應用，應用最為廣泛的接口設備包括RS-232接口（串口UART）USB接口（通用串行總線接口）IrDA（InfraRedDataAssociation－紅外線接口）、SPI（串行外圍設備接口）、I2C、CAN總線接口、藍牙接口（Bluetooth）Ethernet（以太網(wǎng)接口）、IEEE1394接口和通用可編程接口GPIO。第三十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四輸入輸出設備

CRT、LCD和觸摸屏等，構(gòu)成了嵌入式系統(tǒng)中重要的信息輸入輸出設備，應用廣泛。觸摸屏可以方便的實現(xiàn)鼠標和鍵盤功能。第三十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四設備擴展接口

目前一些高端的嵌入式系統(tǒng)都會預留可擴展存儲設備接口，為日后用戶有特別需求時，可購買符合擴展接口規(guī)格的裝置直接接入系統(tǒng)使用。

常用的擴展卡有各種CF卡、SD卡、MemoryStick等。目前高端的嵌入式系統(tǒng)都留有一定的擴展卡接口。第三十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四電源及輔助設備嵌人式系統(tǒng)力求外觀小型化、重量輕以及電源使用壽命長，例如移動電話或PDA，體積較大或者過重的機型已經(jīng)被淘汰。目前發(fā)展的目標是體積小、易攜帶和外觀設計新穎等。在便攜式嵌入式系統(tǒng)的應用中，必須特別關(guān)注電源裝置等輔助設備。第三十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四

2.3嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式應用軟件的基礎和開發(fā)平臺.第三十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四嵌入式操作系統(tǒng)的分類實時嵌入式操作系統(tǒng) VxWorks,pSOS,QNX,

μC/OS-II,

…非實時嵌入式操作系統(tǒng) EmbeddedLinux,WinCE,Android,Symbian,…

第四十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四幾種主流的嵌入式操作系統(tǒng)第四十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四Vxworks美國WindRiver公司于1983年開發(fā)，具有可靠、實時、可裁減特性。第四十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四PalmOSPalm公司產(chǎn)品，在PDA市場占據(jù)很大份額，具有開放的操作系統(tǒng)應用程序接口(API)，可讓用戶靈活方便地定制操作系統(tǒng)。第四十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四WindowsEmbedded支持具有豐富應用程序和服務的32位嵌入式系統(tǒng)。第四十四頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四嵌入式Linux在嵌入式領(lǐng)域異軍突起，他的獨特性，使其作為開發(fā)嵌入式產(chǎn)品的操作系統(tǒng)具備巨大的潛力。Linux具有一些獨特的優(yōu)勢：層次結(jié)構(gòu)及內(nèi)核完全開放；強大的網(wǎng)絡支持功能；具備一整套工具鏈；廣泛的硬件支持特性。第四十五頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四

3.嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法嵌入式系統(tǒng)的設計準則嵌入式系統(tǒng)的設計流程嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)模式嵌入式系統(tǒng)的測試第四十六頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四

3.1嵌入式系統(tǒng)的設計準則

嵌入式系統(tǒng)的設計要求:并發(fā)處理,及時響應接口方便,操作容易穩(wěn)定可靠,維護簡便功耗管理,降低成本功能實用,便于升級第四十七頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四

3.2嵌入式系統(tǒng)的設計流程嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的最大特點就是需要軟硬件綜合、協(xié)同開發(fā)。第四十八頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四

3.2.1嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程第四十九頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四3.2.2從生命周期看嵌入式系統(tǒng)的設計流程第五十頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四3.3嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方法設計過程的明確目標是建造一個有用的產(chǎn)品產(chǎn)品功能產(chǎn)品性能制造成本功耗特性上市時間嵌入式產(chǎn)品設計需要一個小組的技術(shù)人員協(xié)作完成設計過程會受內(nèi)外因素的影響而變化第五十一頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四

3.3.1嵌入式系統(tǒng)分層設計模型第五十二頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四

3.3.2嵌入式系統(tǒng)的軟硬件并行設計第五十三頁，共五十六頁，編輯于2023年，星期四3.4嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)模式嵌入式系統(tǒng)的軟件使用交叉開發(fā)平臺進行開發(fā)。宿主機