第一章嵌入式系統(tǒng)概述第1頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月嵌入式系統(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(shè)計原則及方法第2頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1什么是嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。第3頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月我們正步入一個嶄新的“數(shù)字世界”嵌入式應(yīng)用第4頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)特點(diǎn)：應(yīng)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(shè)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5頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.3嵌入式系統(tǒng)與PC的不同VS第6頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)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7頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品家用方面第8頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品嵌入式Internet應(yīng)用第9頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品汽車電子（CAN總線網(wǎng)絡(luò)）第10頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品軍事應(yīng)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(jī)，發(fā)揮了很好作用。第11頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品智能機(jī)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(yīng)周期:1ms

能源：DC24Vx6.2A(150W)制造：富士通

第12頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品基于VXworks的火星探路者第13頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6嵌入式系統(tǒng)的歷史20世紀(jì)70年代：

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

第14頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.7巨大的市場計算機(jī)應(yīng)用的普及、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)用以及納米微電子技術(shù)的突破，正有力推動著21世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)，商業(yè)活動科學(xué)試驗(yàn)和家庭生活等領(lǐng)域自動化和信息化進(jìn)程。嵌入式產(chǎn)品的巨大商機(jī)－－全過程自動化產(chǎn)品制造、大范圍電子商務(wù)活動、高度協(xié)同科學(xué)實(shí)驗(yàn)以及現(xiàn)代化家庭起居。你接觸的每一樣?xùn)|西將裝有芯片和嵌入式軟件。第15頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.8創(chuàng)新的機(jī)遇通用計算機(jī)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(jī)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(yīng)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16頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月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17頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月嵌入式系統(tǒng)邏輯構(gòu)成2.1嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架第18頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架嵌入式硬件邏輯構(gòu)成第19頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1嵌入式系統(tǒng)構(gòu)架S3C6410嵌入式開發(fā)板第20頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2嵌入式處理器支持實(shí)時多任務(wù).較短的中斷響應(yīng)時間存儲區(qū)保護(hù)功能可擴(kuò)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21頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2嵌入式處理器特點(diǎn):具有體積小,功耗低,成本低,可靠性高的特點(diǎn).有的可提供工業(yè)級應(yīng)用.第22頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月ARMARM即AdvancedRISCMachines的縮寫,既可以認(rèn)為是一個公司的名字，也可以認(rèn)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(shè)計技術(shù)的授權(quán)ARM處理器的三大特點(diǎn)是：耗電少功能強(qiáng)、16位/32位雙指令集和眾多合作伙伴第23頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月ARM芯核發(fā)展方向第24頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月ARMSOC案例第25頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月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(dǎo)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(yīng)用的每一個領(lǐng)域，從成本非常低的嵌入式微控制器，到應(yīng)用于要求非常高的網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)和消費(fèi)娛樂應(yīng)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(dǎo)航系統(tǒng)；柯達(dá)照相機(jī)；索尼攝像機(jī)；任天堂DS掌上游戲機(jī)；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(jī)；以及Linksys和Netgear的無線路由器。第26頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月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(yīng)用領(lǐng)域覆蓋游戲機(jī)、路由器、激光打印機(jī)、掌上電腦等各個方面。第27頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月MIPS處理器索尼SNOYPSP2000處理器：MIPSR4000第28頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月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29頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月PowerPC處理器第30頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月嵌入式微控制器嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)。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。微控制器目前在工業(yè)中的應(yīng)用還是很多，由于適合于控制，因此稱為微控制器第31頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月嵌入式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(shè)計，片上增加豐富的外設(shè)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32頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月嵌入式外設(shè)接口根據(jù)外圍設(shè)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(shè)備設(shè)備擴(kuò)展接口電源及輔助設(shè)備第33頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月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(shè)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34頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月通信接口目前存在的所有計算機(jī)通信接口在嵌入式領(lǐng)域中都有其廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用最為廣泛的接口設(shè)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(shè)備接口）、I2C、CAN總線接口、藍(lán)牙接口（Bluetooth）Ethernet（以太網(wǎng)接口）、IEEE1394接口和通用可編程接口GPIO。第35頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月輸入輸出設(shè)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(shè)備，應(yīng)用廣泛。觸摸屏可以方便的實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)和鍵盤功能。第36頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)備擴(kuò)展接口

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

常用的擴(kuò)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(kuò)展卡接口。第37頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月電源及輔助設(shè)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(jī)型已經(jīng)被淘汰。目前發(fā)展的目標(biāo)是體積小、易攜帶和外觀設(shè)計新穎等。在便攜式嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用中，必須特別關(guān)注電源裝置等輔助設(shè)備。第38頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.3嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺.第39頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月嵌入式操作系統(tǒng)的分類實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng) VxWorks,pSOS,QNX,

μC/OS-II,

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

第40頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種主流的嵌入式操作系統(tǒng)第41頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月Vxworks美國WindRiver公司于1983年開發(fā)，具有可靠、實(shí)時、可裁減特性。第42頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月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(yīng)用程序接口(API)，可讓用戶靈活方便地定制操作系統(tǒng)。第43頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月WindowsEmbedded支持具有豐富應(yīng)用程序和服務(wù)的32位嵌入式系統(tǒng)。第44頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月嵌入式Linux在嵌入式領(lǐng)域異軍突起，他的獨(dú)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(dú)特的優(yōu)勢：層次結(jié)構(gòu)及內(nèi)核完全開放；強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持功能；具備一整套工具鏈；廣泛的硬件支持特性。第45頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計準(zhǔn)則嵌入式系統(tǒng)的設(shè)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46頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.1嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計準(zhǔn)則

嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計要求:并發(fā)處理,及時響應(yīng)接口方便,操作容易穩(wěn)定可靠,維護(hù)簡便功耗管理,降低成本功能實(shí)用,便于升級第47頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.2嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計流程嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的最大特點(diǎn)就是需要軟硬件綜合、協(xié)同開發(fā)。第48頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.2.1嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程第49頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2從生命周期看嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計流程第50頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方法設(shè)計過程的明確目標(biāo)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(shè)計需要一個小組的技術(shù)人員協(xié)作完成設(shè)計過程會受內(nèi)外因素的影響而變化第51頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.3.1嵌入式系統(tǒng)分層設(shè)計模型第52頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.3.2嵌入式系統(tǒng)的軟硬件并行設(shè)計第53頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月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(jìn)行開發(fā)。宿