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嵌入式系統(tǒng)AnIntroductiontoEmbeddedSystem第1課嵌入式系統(tǒng)概述范道爾吉1嵌入式系統(tǒng)2

提綱本課程教學(xué)要求嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

嵌入式系統(tǒng)概念嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成要素2提綱本課程教學(xué)要求3教材與教學(xué)安排國內(nèi)優(yōu)秀教材和規(guī)劃教材為主、外文教材為指導(dǎo)

《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用開發(fā)》陳渝，韓超，李明，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年《嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計》王志英、李宗伯等，高等教育出版社，2007年《ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程（第2版）》周立功，北京航空航天大學(xué)出版社，2008年課程共設(shè)32課時，理論課26學(xué)時，實驗課6學(xué)時3教材與教學(xué)安排國內(nèi)優(yōu)秀教材和規(guī)劃教材為主、外文教材為指導(dǎo)4教材主教材參考教材4教材主教材參考教材網(wǎng)絡(luò)資源電子工程專輯，電子設(shè)計技術(shù)，嵌入開發(fā)網(wǎng)，HighPerformanceEmbeddedComputing，/HPEC5網(wǎng)絡(luò)資源電子工程專輯，http://www.eetchina6實驗平臺6實驗平臺7課程考核方式出勤、課堂討論等平時成績：約30％實驗報告質(zhì)量與成績：約30％期終考查（或考試）成績：約40％有特色貢獻(xiàn)者可以在以上總分的基礎(chǔ)上再加分。7課程考核方式出勤、課堂討論等平時成績：約30％8

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嵌入式系統(tǒng)概念嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成要素8提綱本課程教學(xué)要求91.嵌入式系統(tǒng)概述經(jīng)過幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度上改變了人們的生活、工作和娛樂方式，并且這種改變還在加速。嵌入式系統(tǒng)具有無數(shù)的種類，每類都具有自己獨(dú)特的個性。例如，MP3、數(shù)碼相機(jī)與打印機(jī)就有很大的不同。在日常生活中，人們使用各種嵌入式系統(tǒng)，但未必知道它們。事實上，幾乎所有帶有一點(diǎn)“智能”的家電（全自動洗衣機(jī)、恒溫空調(diào)、電腦電飯煲…）都是嵌入式系統(tǒng)。91.嵌入式系統(tǒng)概述經(jīng)過幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程10韓國電信手機(jī)/電視遙控器二合一產(chǎn)品SonyEricsson超小型手機(jī)電腦手機(jī)放在底座上成為電腦Nokia手機(jī)戶外音響內(nèi)置DVB-H移動電視手機(jī)普通手機(jī)智能手機(jī)與PDA結(jié)合1.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－手機(jī)10韓國電信手機(jī)/電視遙SonyEricsson超小型手機(jī)11智能家居智能家電Roto-Rooter的

PimpedOutJohn組合筆記本/ipod/冰箱/Xbox360/健身高科技的捕鼠器遮斷紅外線光束掉下籠子DangerBomb鬧鐘不起床就爆炸啰配備電子食譜的鍋鏟coo.boo智能型垃圾桶i.Master1.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－智能家居11智能家居Roto-Rooter的PimpedOut121.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－PDA個人信息助理掌上電腦PDA手機(jī)+GPS導(dǎo)航＝DopodU1000，且支持SkyPEMap-Star的GPS定位設(shè)備華碩GPS導(dǎo)航器SONYGPS導(dǎo)航器Nokia6110四頻HSDPA/GPS導(dǎo)航器121.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－PDA個人信息助理PDA手機(jī)13iLuv可即時將視頻錄制到iPod/閃存卡上，與以前技術(shù)相反Sony家用影音綜合設(shè)備XtremeMac開發(fā)的iPod音箱IPEVO支持Skype電話Nike的

iPod帽MeizuM8IpodnanoArchos帶Wifi的704PortableMediaPlayer1.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－PMP13iLuv可即時將視頻錄制到iPod/Sony家用影音綜合14錄音筆FLY數(shù)字筆能“看懂”在專用紙上所寫的內(nèi)容能“閱讀”寫作和糾正語法錯誤完成簡單的算術(shù)運(yùn)算將英文互相翻譯成西班牙文等Genius數(shù)字便箋存儲100頁便箋2000LPI分辨率32MB板載內(nèi)存可通過USB連接電腦筆跡識別軟件PolymerVision手機(jī)書1.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－辦公用品14錄音筆1.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－辦公用品151.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－手表MartinFrey手表日程表和手機(jī)聯(lián)動獲取網(wǎng)絡(luò)連接和GPS定位信息手表手機(jī)：M3001英寸的顯示屏USB接口可播放音樂支持藍(lán)牙Nike的Speed+手表結(jié)合iPod和運(yùn)動計測韓國防性罪犯的電子手鐲可追蹤罪犯的定位和坐標(biāo)愛國者視頻MP4手表151.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－手表MartinFrey手表161.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－運(yùn)動玩具游戲GTX公司定位的運(yùn)動跑鞋內(nèi)置的GPS接收器和可充電電池遙控蜻蜓次世代三大主流三款主機(jī)Xbox360，WII，PS3GameCubeXboX360PS3Wii,手柄,手套,槍161.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－運(yùn)動玩具游戲GTX公司定位的運(yùn)動171.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－攝像器材數(shù)碼相機(jī)DV171.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－攝像器材數(shù)碼相機(jī)181.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－多媒體終端IP電話視頻會議可視電話基于視頻電話的小型視頻會議系統(tǒng)(MCU)語音識別電話基于H.323協(xié)議族的網(wǎng)絡(luò)視頻電話181.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－多媒體終端IP電話基于視頻電話語191.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－家庭音響引入計算機(jī)技術(shù)的音響配備B&O與Core2Duo的P.Guerra家庭影院SonosZP80無線音響LGHDDVD/藍(lán)光播放器Motorola支持M卡的HDDVR錄像機(jī)iPhone191.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－家庭音響引入計算機(jī)技術(shù)的音響配備201.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－電視高清電視數(shù)字電視立體顯示技術(shù)LG內(nèi)置數(shù)字錄像機(jī)的LCDTVAppleTV:IntelPentiumM1.0GHz2MBofL2高速緩存nVidiaG72M顯示卡

64MBDDR2內(nèi)存內(nèi)置的40GB硬盤播放iTunes能輸出1080p高畫質(zhì)影像的iPodDock數(shù)字電視機(jī)頂盒201.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－電視高清電視LG內(nèi)置數(shù)字錄像機(jī)的211.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－通訊設(shè)備有計算機(jī)能力的各種通訊設(shè)備路由器/交換機(jī)/防火墻等Buffalo路由器/USB網(wǎng)卡套裝VPN產(chǎn)品千兆網(wǎng)關(guān)防火墻

211.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－通訊設(shè)備有計算機(jī)能力的各種通訊設(shè)22DCG(動態(tài)心電圖儀)便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀中醫(yī)指套傳感器脈象虛擬儀器推拿手法測試儀電動機(jī)故障狀態(tài)監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)控儀手持儀1.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－儀器儀表22DCG(動態(tài)心電圖儀)監(jiān)控儀手持儀1.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)231.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－交通相關(guān)汽車電子處理器個數(shù)可達(dá)三位數(shù)車載娛樂，定位等車控ABS、EBD等其他中國版月球車汽車立體聲音響HDRadio擴(kuò)展包改裝遮陽板DVD/TV/MP3231.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－交通相關(guān)汽車電子中國版月球車汽車241.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－軍工武器控制系統(tǒng)數(shù)字化單兵系統(tǒng)有苛刻要求尺寸和重量功率消耗震動和沖擊溫度和濕度21世紀(jì)部隊旅及旅以下作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)夜視掃描、全球定位、指揮通信241.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－軍工武器控制系統(tǒng)21世紀(jì)部隊旅及251.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－新興硬件GPS/藍(lán)牙雙拼模塊芯片龍芯2號增強(qiáng)型處理器芯片Intel進(jìn)入二十倍數(shù)時代，五年后給我們八十核心處理器可服用的RFID芯片IntelTolapai計劃要把南北橋做在芯片中251.1嵌入式技術(shù)的應(yīng)用－新興硬件GPS/藍(lán)牙雙拼模塊芯片26

提綱本課程教學(xué)要求嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

嵌入式系統(tǒng)概念嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成要素26提綱本課程教學(xué)要求27IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）

給出的定義：嵌入式系統(tǒng)是用于控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器或者設(shè)備運(yùn)行的裝置。

Devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants.通常執(zhí)行特定功能以微電腦和外圍構(gòu)成核心嚴(yán)格的時序和穩(wěn)定性要求全自動操作循環(huán)1.2.1嵌入式系統(tǒng)的定義（1）27IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）給出的定義：1.2281.2.1嵌入式系統(tǒng)的定義（2）從技術(shù)的角度定義：以應(yīng)用為中心、以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。從系統(tǒng)的角度定義：嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計算機(jī)系統(tǒng)。術(shù)語嵌入式反映了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)中的一個完整的部分，稱為嵌入的系統(tǒng)。嵌入的系統(tǒng)中可以共存多個嵌入式系統(tǒng)。281.2.1嵌入式系統(tǒng)的定義（2）從技術(shù)的角度定義：以應(yīng)用291.2.2計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的劃分桌面通用型高端服務(wù)型小型專用型291.2.2計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的劃分桌面通用型高端服務(wù)型小型專301.2.3嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(1/7)嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行的任務(wù)是專用而確定的心臟監(jiān)視器只需運(yùn)行信號輸入、信號處理、心電圖顯示任務(wù)如要更改任務(wù)，需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計或在線維護(hù)桌面通用系統(tǒng)需要支持大量的、需求多樣的應(yīng)用程序?qū)ο到y(tǒng)中運(yùn)行的程序不作假設(shè)程序升級、更新等方便301.2.3嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(1/7)嵌入式311.2.3嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(2/7)嵌入式系統(tǒng)往往對實時性提出較高的要求。實時系統(tǒng)：指系統(tǒng)能夠在限定的響應(yīng)時間內(nèi)提供所需水平的服務(wù)。（POSIX1003.b）嵌入式實時系統(tǒng)可分為：強(qiáng)實時型：響應(yīng)時間μs～ms級；一般實時：響應(yīng)時間ms～s級；弱實時型：響應(yīng)時間s級以上。311.2.3嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(2/7)嵌入式32嵌入式系統(tǒng)中使用的操作系統(tǒng)一般是實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)數(shù)量眾多，如：VxWorks(WindRiver)WindowsCEpSOS(被WindRiver兼并)QNX國產(chǎn)嵌入式實時操作系統(tǒng)，如：HOPENDeltaOS。。。OS1.2.3嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(3/7)32嵌入式系統(tǒng)中使用的操作系統(tǒng)一般是實時操作系統(tǒng)1.2.3嵌33嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行需要高可靠性保障，比桌面系統(tǒng)的故障容忍能力弱很多嵌入式系統(tǒng)需要忍受長時間、無人值守條件下的運(yùn)行嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境惡劣1.2.3嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(4/7)33嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行需要高可靠性保障，比桌面系統(tǒng)的故障容忍能力34嵌入式系統(tǒng)大都有功耗約束。如：珍貴文物微氣象環(huán)境監(jiān)測要求1分鐘采樣一次，每個采樣節(jié)點(diǎn)采用電池供電，1年更新一次。采用常規(guī)的方法，能量只能持續(xù)工作5天！引入間歇工作方式，從而降低功耗，節(jié)省能量。1.2.3嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(5/7)34嵌入式系統(tǒng)大都有功耗約束。1.2.3嵌入式系統(tǒng)與桌面通用35嵌入式系統(tǒng)比桌面通用系統(tǒng)可用資源少得多為降低系統(tǒng)成本，降低功耗，嵌入式系統(tǒng)的資源配置遵循夠用就行！嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)需要專用工具和特殊方法：開發(fā)：交叉編譯、交叉鏈接調(diào)試：仿真器、虛擬機(jī)更新：在線升級等1.2.3嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(6/7)35嵌入式系統(tǒng)比桌面通用系統(tǒng)可用資源少得多1.2.3嵌入式系36

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一項綜合的計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：狀態(tài)控制器、中斷控制器處理匯編語言：操縱外圍設(shè)備、端口操作系統(tǒng)：設(shè)置運(yùn)行任務(wù)、通訊、互斥編譯原理：交叉編譯、bootloader加載1.2.3嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)的區(qū)別(7/7)36嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一項綜合的計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)1.2.3嵌入通用計算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)對比特征通用計算機(jī)嵌入式系統(tǒng)形式和類型看得見的計算機(jī)。按其體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度和結(jié)構(gòu)規(guī)模等因素分為大、中、小型機(jī)和微機(jī)?？床灰姷挠嬎銠C(jī)。形式多樣，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，按應(yīng)用來分。組成通用處理器、標(biāo)準(zhǔn)總線和外設(shè)。軟件和硬件相對獨(dú)立。面向應(yīng)用的嵌入式微處理器，總線和外部接口多集成在處理器內(nèi)部。軟件與硬件是緊密集成在一起的。開發(fā)方式開發(fā)平臺和運(yùn)行平臺都是通用計算機(jī)采用交叉開發(fā)方式，開發(fā)平臺一般是通用計算機(jī)，運(yùn)行平臺是嵌入式系統(tǒng)。二次開發(fā)性應(yīng)用程序可重新編制一般不能再編程通用計算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)對比特征通用計算機(jī)嵌入式系統(tǒng)形式和類型38

提綱本課程教學(xué)要求嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

嵌入式系統(tǒng)概念嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成要素38提綱本課程教學(xué)要求39嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，40多年來隨著計算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的各項技術(shù)蓬勃發(fā)展，市場迅猛擴(kuò)大，已深入生產(chǎn)和生活的各個角落。嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的三個階段嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)和興起（1960－1970）嵌入式系統(tǒng)走向繁榮，軟件、硬件日臻完善（1971－1989）嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深化發(fā)展（1990－至今）1.3嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程39嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，40多年來隨著計算機(jī)技40第一代電子管計算機(jī)(1946～1957年)，無法滿足嵌入式計算所要求的體積小、重量輕、耗電少、可靠性高、實時性強(qiáng)等一系列要求。60年代，第二代晶體管計算機(jī)系統(tǒng)開始應(yīng)用：第一臺機(jī)載專用數(shù)字計算機(jī)是美國海軍艦載轟炸機(jī)“民團(tuán)團(tuán)員”號研制的多功能數(shù)字分析器(Verdan)。1962年美國乙烯廠實現(xiàn)了工業(yè)裝置中的第一個直接數(shù)字控制。1965～1970年，第三代集成電路化計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用：第一次使用機(jī)載數(shù)字計算機(jī)控制：1965年發(fā)射的Gemini3號第一次通過容錯來提高可靠性：1968年阿波羅4號、土星5號。1.3.1嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)和興起40第一代電子管計算機(jī)(1946～1957年)，無法滿足嵌入嵌入式系統(tǒng)開始走向繁榮嵌入式系統(tǒng)大發(fā)展是在微處理器問世之后1973年至1977年間各廠家推出了許多8位的微處理器，包括Intel8080/8085，Motorola的6800/6802，Zilog的Z80和Rockwell的6502。微處理器不單用來組成微型計算機(jī)，而且用來制造儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人、家用電器等嵌入式系統(tǒng)。僅8085/Z80微處理器的銷售就超過7億片,其中大部分是用于嵌入式工業(yè)控制應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)開始走向繁榮嵌入式系統(tǒng)大發(fā)展是在微處理器問世之后嵌入式系統(tǒng)開始走向繁榮微處理器的廣泛應(yīng)用形成了一個廣闊的嵌入式應(yīng)用市場，計算機(jī)廠家除了要繼續(xù)以整機(jī)方式向用戶提供工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)外，開始大量地以插件方式向用戶提供OEM產(chǎn)品，再由用戶根據(jù)自己的需要構(gòu)成專用的工業(yè)控制微型計算機(jī)，嵌入到自己的系統(tǒng)設(shè)備中。為了靈活兼容，形成了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的單板機(jī)系列。流行的單板計算機(jī)有Intel公司的iSBC系列、Zilog公司的MCB等。由于兼容的要求，這就導(dǎo)致了工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)總線的誕生。嵌入式系統(tǒng)開始走向繁榮微處理器的廣泛應(yīng)用形成了一個廣闊的嵌入嵌入式系統(tǒng)開始走向繁榮1976年Intel推出Multibus，1983年擴(kuò)展為帶寬達(dá)40MB/S的MultibusⅡ。1978年P(guān)rolog設(shè)計簡單的STD總線廣泛用于小型嵌入式系統(tǒng)。1981年Motorola推出的VME_Bus則與MultibusⅡ瓜分高端市場。目前在工業(yè)控制領(lǐng)域，嵌入式PC、PC104、CPCI（CompactPCI）總線已廣泛應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)開始走向繁榮1976年Intel推出Multibu嵌入式系統(tǒng)開始走向繁榮單片機(jī)、DSP出現(xiàn)隨著微電子工藝水平的提高,集成電路設(shè)計制造商開始把嵌入式應(yīng)用所需要的微處理器、I/O接口、A/D、D/A轉(zhuǎn)換、串行接口以及RAM、ROM通通集成到一個VLSI中,制造出面向I/O設(shè)計的微控制器，就是我們俗稱的單片機(jī)。專門用于高速實時信號處理的數(shù)字信號處理器DSP。嵌入式系統(tǒng)開始走向繁榮單片機(jī)、DSP出現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)開始走向繁榮軟件技術(shù)的進(jìn)步使嵌入式系統(tǒng)日臻完善在微處理器出現(xiàn)的初期，為了保障嵌入式軟件的時間、空間效率，軟件只能用匯編語言編寫。由于微電子技術(shù)的進(jìn)步，對軟件的時空效率的要求不再那么苛刻了，嵌入式計算機(jī)的軟件開始使用PL/M、C等高級語言。對于復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)來說除了需要高級語言開發(fā)工具外，還需要嵌入式實時操作系統(tǒng)的支持。嵌入式系統(tǒng)開始走向繁榮軟件技術(shù)的進(jìn)步使嵌入式系統(tǒng)日臻完善嵌入式系統(tǒng)開始走向繁榮80年代初開始出現(xiàn)了一批軟件公司，推出商品化的嵌入式實時操作系統(tǒng)和各種開發(fā)工具。ReadySystem(后來的MicrotecResearch、后來又被MentorGraphic收購)公司:VRTX操作系統(tǒng)及Xray,Spectra工具IntegratedSystemIncorporation(ISI，后被WindRiver公司合并):pSOS操作系統(tǒng)及pRISM工具WindRiver公司:VxWorks操作系統(tǒng)及Tornado工具QNX公司:QNX操作系統(tǒng)及工具商用嵌入式實時操作系統(tǒng)和開發(fā)工具的出現(xiàn)和推廣應(yīng)用，使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)從作坊式向分工協(xié)作規(guī)?；姆较虬l(fā)展，促使嵌入式應(yīng)用擴(kuò)展到更廣闊的領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)開始走向繁榮80年代初開始出現(xiàn)了一批軟件公司，推出嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深進(jìn)入20世紀(jì)90年代,在分布控制、柔性制造、數(shù)字化通信和數(shù)字化家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統(tǒng)的硬件、軟件技術(shù)進(jìn)一步加速發(fā)展、應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、VCD、數(shù)字電視、路由器、交換機(jī)等都是嵌入式系統(tǒng)。大多數(shù)豪華轎車每輛擁有約50個嵌入式微處理器。最新的波音777寬體客機(jī)上約有1000個微處理器。在不久的將來你會在你的家里發(fā)現(xiàn)幾十到上百的嵌入系統(tǒng)在為你服務(wù)。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深進(jìn)入20世紀(jì)90年代,在分布控制、柔嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深嵌入式系統(tǒng)的硬件4位、8位、16位微處理器芯片已逐步讓位于32位嵌入式微處理器芯片。面向不同應(yīng)用領(lǐng)域的（Application-Specific）、功能強(qiáng)大、集成度高、種類繁多、價格低廉、低功耗的32位芯片已大量應(yīng)用于各種各樣的軍用和民用設(shè)備。DSP向高速、高精度、低功耗發(fā)展。DSP與通用嵌入式微處理器集成（SoC）已成為現(xiàn)實，并已大量應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，如手機(jī)、IP電話等。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深嵌入式系統(tǒng)的硬件嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深在工業(yè)控制領(lǐng)域，嵌入式PC大量應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。PC104、CPCI（CompactPCI）總線因其成本低、兼容性化也已被廣泛應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)的軟件隨著微處理器性能的提高，嵌入式軟件的規(guī)模也隨著發(fā)生指數(shù)型增長。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深在工業(yè)控制領(lǐng)域，嵌入式PC大量應(yīng)用于嵌嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深低價位的RISC/32-位微處理器日益復(fù)雜的應(yīng)用產(chǎn)品推向市場的時間壓力開發(fā)成本的提高嵌入式軟件危機(jī)32位芯片將能夠執(zhí)行由上百萬行C代碼構(gòu)成的復(fù)雜程序，使得嵌入式應(yīng)用具備高度復(fù)雜和智能化的功能軟件的實現(xiàn)從某種意義上說決定了產(chǎn)品的功能，已成為新產(chǎn)品成功與否的關(guān)鍵因素。

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深低價位的RISC/32-位日益復(fù)軟件體現(xiàn)價值DVD播放機(jī)功能：視頻+音頻（incl.MP3）價格：200–600元iPodMP3播放機(jī)功能：MP3價格：iPodnano1GB1400元iPodnano4GB2200元iPod30GB2800元iPod60GB3800元

兩者的硬件差異？兩者的價格差異？核心價值在于：好的軟件帶給消費(fèi)者最好的使用體驗軟件體現(xiàn)價值DVD播放機(jī)iPodMP3播放機(jī)iPodn嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深為此，嵌入式系統(tǒng)已大量采用嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)功能不斷的擴(kuò)大和豐富，由80年代只有內(nèi)核、發(fā)展為包括內(nèi)核、網(wǎng)絡(luò)、文件、圖形接口、嵌入式JAVA、嵌入式CORBA及分布式處理等豐富功能的集合。此外，嵌入式開發(fā)工具更加豐富，其集成度和易用性不斷提高，目前不同廠商已開發(fā)出不同類型的嵌入式開發(fā)工具，可以覆蓋嵌入式軟件開發(fā)過程各個階段，提高嵌入式軟件開發(fā)效率。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深為此，嵌入式系統(tǒng)已大量采用嵌入式操作系53

提綱本課程教學(xué)要求嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

嵌入式系統(tǒng)概念嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成要素53提綱本課程教學(xué)要求541.4嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)（可選），以及用戶的應(yīng)用軟件系統(tǒng)等四個部分組成。541.4嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式處理器、外圍硬551.4.1嵌入式處理器嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心。嵌入式處理器一般都具有較高的集成度。1000多種硬件處理器，分為MPU

、MCU、DSP、SOCARMRISC（ARM）TMS320DSP（TI）Trimedia（Philips）StrongARM（Intel）Xscale（Intel）MIPSRISC（MIPS）DragonBall（Motorola）551.4.1嵌入式處理器嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心。嵌56嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計算機(jī)中的CPU。在應(yīng)用中，將微處理器裝配在專門設(shè)計的電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。和工業(yè)控制計算機(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)，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差。CPUROMRAM外設(shè)1外設(shè)2單板計算機(jī)1.4.1嵌入式微處理器（MPU）56嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計算機(jī)中的CPU。在應(yīng)用中，將57嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，它是將整個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線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。嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流，占嵌入式系統(tǒng)約70％的市場份額。1.4.1嵌入式微控制器（MCU）復(fù)位部件看門狗部件晶振部件I/O部件中斷部件ROM部件SRAM部件定時器部件CPU核57嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，它是將整個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊58DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域。嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是TI的TMS320系列和Freescale的DSP56000系列。另外PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP結(jié)構(gòu)低成本、低功耗技術(shù)上制造的R.E.A.LDSP處理器，特點(diǎn)是具備雙Harvard結(jié)構(gòu)和雙乘/累加單元，應(yīng)用目標(biāo)是大批量消費(fèi)類產(chǎn)品。1.4.1嵌入式DSP處理器（DSP）58DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計，使其適合于執(zhí)591.4.1嵌入式片上系統(tǒng)（SOC）隨著EDA的推廣和VLSI設(shè)計的普及化及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個硅片上實現(xiàn)一個更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時代已來臨，這就是SystemOnChip(SOC)。這樣除個別無法集成的器件以外，整個嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔，對于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。SoC可以分為通用和專用兩類。通用系列包括Infineon的TriCore、Freescale的M-Core、某些ARM系列器件、Echelon和Freescale聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專用SoC一般專用于某個或某類系統(tǒng)中，不為一般用戶所知。591.4.1嵌入式片上系統(tǒng)（SOC）隨著EDA的推廣和VL601.4.2外圍硬件外圍硬件是嵌入式系統(tǒng)處理器以外的硬件，它為系統(tǒng)提供了運(yùn)行條件和部分功能。在運(yùn)行條件方面，最基礎(chǔ)的是時鐘和電源部件，它們不可能集成到處理器內(nèi)部，但它們對于處理器運(yùn)轉(zhuǎn)是必需的。外圍硬件也將提供在系統(tǒng)中需要，但是微處理器內(nèi)部不具有的功能，如：內(nèi)存、各種通訊端口、AD/DA等。601.4.2外圍硬件外圍硬件是嵌入式系統(tǒng)處理器以外的硬件，61片外總線：連接系統(tǒng)各個部件，進(jìn)行互連和傳輸信息的信號線。ESIA總線、SCSI總線、PCI總線AMBA總線：ARM研發(fā)的總線規(guī)范專用總線CompactPCI總線：工業(yè)控制CAN總線：汽車電子總線1553B總線：航空工業(yè)總線1.4.2外圍硬件設(shè)備（1/3）61片外總線：連接系統(tǒng)各個部件，進(jìn)行互連和傳輸信息的信號線。62電子盤：采用flash芯片存儲數(shù)據(jù)，體積小、功耗低、抗震DOC：DiskonChipDOM：IDE電子盤CF：CompactFlashSM：SmartMediaMS：MemoryStick1.4.2外圍硬件設(shè)備（2/3）62電子盤：采用flash芯片存儲數(shù)據(jù)，體積小、功耗低、抗震63I/O設(shè)備A/D、D/A中斷控制器UARTLCD通訊設(shè)備有線通訊：IEEE1394、USB無線通訊：IrDA、Bluetooth、802.11b/g1.4.2外圍硬件設(shè)備（3/3）63I/O設(shè)備1.4.2外圍硬件設(shè)備（3/3）64嵌入式操作系統(tǒng)的作用一般只是為了應(yīng)用程序提供必要運(yùn)行環(huán)境（任務(wù)調(diào)度），附加任務(wù)通訊、內(nèi)存管理等功能。嵌入式系統(tǒng)和系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)關(guān)系緊密，一般都需要移植和配置才可以使用。嵌入式操作系統(tǒng)讓嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)利用通用的功能模塊，這可以讓開發(fā)更加高效。1.4.3嵌入式操作系統(tǒng)

64嵌入式操作系統(tǒng)的作用一般只是為了應(yīng)用程序提供必要運(yùn)行環(huán)境65典型的嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）近200種操作系統(tǒng)，VxWorks、QNX、WinCE、PalmOS面向SOC的操作系統(tǒng)：Symbian的Epoc、ExpressLogic的ThreadX、ATI的Nucleus開放源碼的操作系統(tǒng)：Linux系列、uC/OS典型性能指標(biāo)內(nèi)核大小：幾K～幾百K；調(diào)度時間片：1ms；實時任務(wù)響應(yīng)時間：20～40μs一般任務(wù)響應(yīng)時間：20μs～幾百ms1.4.3嵌入式實時操作系統(tǒng)

65典型的嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）1.4.3嵌入式實時66μClinux是一個完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng)，完全開放代碼。μClinux從Linux

2.0/2.4內(nèi)核派生而來，沿襲了主流Linux的絕大部分特性。它是專門針對沒有MMU的CPU，并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。適用于沒有虛擬內(nèi)存或內(nèi)存管理單元(MMU)的處理器，例如ARM7TDMI。它通常用于具有很少內(nèi)存或Flash的嵌入式系統(tǒng)。它保留了Linux的大部分優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對各種文件系統(tǒng)的支持、以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等。——嵌入式Linux1.4.3常見的嵌入式操作系統(tǒng)（1/4）

66μClinux是一個完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng)67WindowsCE是微軟開發(fā)的一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作，它是精簡的Windows95。WindowsCE的圖形用戶界面相當(dāng)出色。WinCE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)用程序接口以及與處理器無關(guān)等特點(diǎn)。WinCE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在WinCE平臺上可以使用Windows95/98上的編程工具（如VisualBasic、VisualC++等）、使絕大多數(shù)的應(yīng)用軟件只需簡單的修改和移植就可以在WindowsCE平臺上繼續(xù)使用。

1.4.3常見的嵌入式操作系統(tǒng)（2/4）

——WinCE67WindowsCE是微軟開發(fā)的一個開放的、可升級的3268VxWorks操作系統(tǒng)是美國公司于1983年設(shè)計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS)，是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。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，在嵌入式實時操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(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，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等，甚至在1997年4月登陸火星表面的火星探測器上也使用到了VxWorks。

1.4.3常見的嵌入式操作系統(tǒng)（3/4）

——VxWorks68VxWorks操作系統(tǒng)是美國69μC/OS-II是一個源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。其絕大部分源碼是用ANSIC寫的，使其可以方便的移植并支持大多數(shù)類型的處理器。μC/OS-II通過了聯(lián)邦航空局（FAA）商用航行器認(rèn)證。自1992年問世以來，μC/OS-II已經(jīng)被應(yīng)用到數(shù)以百計的產(chǎn)品中。μC/OS-II占用很少的系統(tǒng)資源，并且在高校教學(xué)使用是不需要申請許可證。1.4.3常見的嵌入式操作系統(tǒng)（3/4）

——μC/OS-II69μC/OS-II是一個源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、701.4.4應(yīng)用程序

在嵌入式系統(tǒng)中，應(yīng)用程序的層級遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于通用計算機(jī)。由于控制硬件是嵌入式系統(tǒng)基本的操作，因此嵌入式應(yīng)用程序依然與系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)關(guān)系密切。尤其在沒有操作系統(tǒng)的情況下