1、1-11嵌入式系統(tǒng)概論嵌入式系統(tǒng)概論主講：王穎聰電腦與通訊工程學(xué)系講師銘傳大學(xué)資訊網(wǎng)路處1-12大綱大綱l什麼是嵌入式系統(tǒng)l嵌入式系統(tǒng)的特性l嵌入式系統(tǒng)的分類l嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展l嵌入式系統(tǒng)微處理器l嵌入式作業(yè)系統(tǒng)l嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)1-13什麼是嵌入式系統(tǒng)什麼是嵌入式系統(tǒng)l系統(tǒng)的定義根據(jù)一個(gè)固定的計(jì)畫、一個(gè)程式、或一系列的規(guī)則，來(lái)處理執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)工作的方法。也可以是根據(jù)計(jì)劃或程式來(lái)整合所有硬體單元的協(xié)同工作。 l何謂嵌入式系統(tǒng)在一些大型系統(tǒng)內(nèi)由硬體和軟體所構(gòu)成的一個(gè)元件，處理一些不需由人們來(lái)操作且特定的一些功能。目前多是著重 computer-based system 的應(yīng)用程式或產(chǎn)品。內(nèi)含

2、軟體於 ROM 之中的單一微電腦機(jī)版，自啟動(dòng)後，就一直持續(xù)執(zhí)行特殊目的的應(yīng)用程式，直到關(guān)機(jī)為止。 1-14嵌入式系統(tǒng)的特性嵌入式系統(tǒng)的特性l配合特定應(yīng)用的特殊設(shè)計(jì)l高效率l產(chǎn)品壽命較長(zhǎng)l穩(wěn)定的系統(tǒng)l不易被竊取和高安全性l容易操作1-15嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)的分類l嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) l嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) l嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) l嵌入式晶片上系統(tǒng)(System On Chip) 1-16嵌入式

3、微處理器嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) l基礎(chǔ)就是通用電腦中的中央處理器 ( CPU )l裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用相關(guān)的母板功能l在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種加強(qiáng)。l具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)l在電路板上必須包括 ROM、RAM、匯流排界面、和各種週邊設(shè)備，因而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差l嵌入式微處理器及其記憶體、匯流排、週邊設(shè)備等安裝在一塊電路板上，亦稱之為單板電腦1-17嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) l又稱單晶片，

4、就是將整個(gè)電腦系統(tǒng)匯集到一塊晶片中l(wèi)是以某一種微處理器內(nèi)核為核心，晶片內(nèi)部整合ROM/EPROM、RAM、匯流排、匯流排邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、串列埠、脈寬調(diào)變輸出、類比轉(zhuǎn)數(shù)位(A/D)、數(shù)位轉(zhuǎn)類比(D/A)、Flash RAM、EEPROM等各種必要功能和週邊設(shè)備l為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一個(gè)單晶片系列具有許多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核心都是一樣的，不同的是記憶體和週邊設(shè)備的配置與封裝。l最大特點(diǎn)是單晶片化，體積大幅減小，因而使功率消耗和成本下降、可靠性提高。是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。l微控制器晶片上週邊設(shè)備資源通常比較豐富，適合於控制用途，因此稱之為微控制器

5、。 l市佔(zhàn)率約70的嵌入式市場(chǎng)。 1-18嵌入式嵌入式 DSP 處理器處理器 (Embedded Digital Signal Processor, EDSP) l系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊的設(shè)計(jì)，使其適合於執(zhí)行DSP演算法，提高編譯效率和指令執(zhí)行速度。lDSP應(yīng)用正從以普通指令實(shí)現(xiàn)DSP功能的通用單晶片中，過(guò)渡到採(cǎi)用嵌入式DSP處理器。l有兩個(gè)發(fā)展方向，經(jīng)過(guò)單晶片化、電磁相容性 (EMC) 改造、增加晶片上週邊設(shè)備增加DSP輔助運(yùn)算器l是嵌入式系統(tǒng)的智慧化1.REAL DSP處理器，特點(diǎn)是具備雙哈佛架構(gòu) ( Harvard architecture) 和雙乘/累加單元1-19嵌入式晶片上系統(tǒng)嵌

6、入式晶片上系統(tǒng)(System On Chip) l在一個(gè)矽晶片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為複雜系統(tǒng)l各種通用處理器核心將成為 SoC 設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，成為 VLSI 設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，可以用標(biāo)準(zhǔn)的 VHDL 等語(yǔ)言描述，並儲(chǔ)存在元件庫(kù)中l(wèi)除個(gè)別無(wú)法集成的元件以外，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊晶片中l(wèi)應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡(jiǎn)潔，對(duì)於減小體積和功率消耗、提高可靠性非常有利。 lSOC可以分為通用和專用兩類專用SOC通常用於某類系統(tǒng)中，而不為一般用戶所知。1-110嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展l應(yīng)用軟體的開發(fā)需要強(qiáng)大的開發(fā)工具和作業(yè)系統(tǒng)的支援 l網(wǎng)路成為必然趨勢(shì)l支援小型電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)小尺寸、低功

7、率和低成本l提供精巧的多媒體人機(jī)界面1-111嵌入式系統(tǒng)微處理器嵌入式系統(tǒng)微處理器 (一一)lARM提供一系列方案：CPU內(nèi)核小型、快速、低能耗、ARM 指令集 Thumb 指令集之整合式RISC內(nèi)核，採(cǎi)用多層管線 ( Pipeline ) 架構(gòu)，以增進(jìn)處理效能。體系擴(kuò)展Thumb:以16位元系統(tǒng)的成本，提供32位元RISC性能，特別注意的是它所需的記憶體容量非常小。嵌入式ICE調(diào)校由於整合了類似於ICE的CPU內(nèi)核調(diào)校技術(shù)，所以原型設(shè)計(jì)和系統(tǒng)晶片的調(diào)校得到了極大的簡(jiǎn)化。微處理器1-112嵌入式系統(tǒng)微處理器嵌入式系統(tǒng)微處理器 (二二)lARM 處理器目前主要有七種產(chǎn)品系列：ARM7 系列、ARM9 系列、ARM9E 系列、ARM10 系列、SecurCore 系列、StrongARM 系列、以及 XScale 系列 1-113嵌入式作業(yè)系統(tǒng)嵌入式作業(yè)系統(tǒng)lVxWorkslMicrosoft Windows CElE