嵌入式系統課件(一)

嵌入式系統第一講

嵌入式系統簡介1西安電子科技大學計算機學院自我介紹單位：計算機學院多媒體研究所姓名：付少鋒主要研究工作：圖像輸入設備、嵌入式系統辦公地點：科技試驗樓1301辦公電話：8820364388201029手機-Mail：fushaofeng@2西安電子科技大學計算機學院為什么要開這門課程簡單的講嵌入式系統，就是嵌入到對象體中的專用計算機系統。理性的分析它是一個系統涵蓋知識范圍廣對計算機基礎課程系統的總結感性的分析技術新市場大太火了3西安電子科技大學計算機學院本課程的目標使學生能夠掌握嵌入式系統設計和應用的基本方法。4西安電子科技大學計算機學院本課程的任務了解包括嵌入式微控制器、嵌入式程序設計、實時操作系統、設計方法學、軟件硬件協同設計、硬件建模和計算機輔助設計等知識，并完成必要的實踐。5西安電子科技大學計算機學院先修課程模擬電子技術數字電路與邏輯設計計算機組織與體系結構微機系統及應用編譯原理計算機程序設計匯編C6西安電子科技大學計算機學院課程內容嵌入式系統概述嵌入式微處理器實時操作系統嵌入式系統設計嵌入式系統構建7西安電子科技大學計算機學院考核方式平時成績：10％實驗成績：20％筆試（閉卷）：70％8西安電子科技大學計算機學院參考書目《嵌入式系統設計教程》馬洪連等編電子工業出版社《嵌入式系統導論》胡繼陽等編中國鐵道出版社《嵌入式系統開發與應用》田澤編北京航空航天大學出版社《嵌入式實時操作系統μC/OS-Ⅱ2》美Jean.Labrosse著邵貝貝等譯北航出《嵌入式操作系統基礎μC/OS-Ⅱ和Linux》任哲等編北京航空航天大學出版社9西安電子科技大學計算機學院1.1引言由于信息技術、網絡技術的高速發展和后PC時代的到來，嵌入式系統已經廣泛滲透到科學研究、工程設計、軍事技術、各類產業和商業文化藝術以及人們的日常生活中。嵌入式系統應用的例子比比皆是。可以說，嵌入式系統無所不在、無處不在。10西安電子科技大學計算機學院應用舉例（一）智能玩具11西安電子科技大學計算機學院應用舉例（二）汽車電子12西安電子科技大學計算機學院應用舉例（三）信息家電13西安電子科技大學計算機學院應用舉例（四）消費電子14西安電子科技大學計算機學院應用舉例（五）工業國防15西安電子科技大學計算機學院嵌入式系統的應用范圍如此之廣，涉及面如此之大，以至于有些學者斷言嵌入式技術將成為后PC時代的主宰。

前景16西安電子科技大學計算機學院何為嵌入式系統簡單的講，就是嵌入到對象體中的專用計算機系統。嵌入式系統三要素：嵌入性：嵌入到對象體系中，有對象環境要求。專用性：軟、硬件按對象要求裁減。計算機：實現對象的智能化功能。17西安電子科技大學計算機學院1.2嵌入式系統定義IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）的定義： devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants（用于控制、監視或者輔助操作設備和機器的裝置）目前國內一個普遍被認同的定義是：

以應用為中心、以計算機技術為基礎，軟、硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。

18西安電子科技大學計算機學院1.3嵌入式系統歷史20世紀70年代單片機的出現，這時的應用只是使用8位的芯片執行一些單線程的程序，還談不上“系統”的概念。20世紀80年代出現商業級的嵌入式“操作系統”，并在其上編寫嵌入式應用軟件。 1981年，ReadySystem開發出世界上第一個商業嵌入式實時內核（VTRX32）。20世紀90年代以后，出現實時多任務操作系統（RTOS），并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統的主流。19西安電子科技大學計算機學院1.4嵌入式系統的特點

嵌入式系統是應用于特定環境下執行面對專業領域的應用系統，其特點為：系統內核小，可裁剪；專用性強；系統精簡；通常要求有高實時性的操作系統；嵌入式系統開發需要專門的開發工具和環境；一旦進入市場，就具有較長的生命周期；20西安電子科技大學計算機學院1.5嵌入式系統組成硬件組成21西安電子科技大學計算機學院嵌入式系統組成軟件組成22西安電子科技大學計算機學院1.6軟件層次結構驅動層程序硬件抽象層（HAL）板級支持包（BSP）設備驅動程序操作系統API應用程序23西安電子科技大學計算機學院1.7嵌入式系統的分類按表現形式分（硬件范疇）：芯片級嵌入（含程序或算法的處理器）。模塊級嵌入（系統中的某個核心模塊）。系統級嵌入。24西安電子科技大學計算機學院嵌入式系統的分類按實時性要求分（軟件范疇）：非實時系統（PDA）。軟實時系統（消費類產品）。硬實時系統（工業和軍工系統）。25西安電子科技大學計算機學院1.8處理器的分類和現狀 嵌入式系統硬件的核心部件是嵌入式處理器，按嵌入式處理器用途可分為：嵌入式微控制器（MicroControllerUnitMCU）嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor）嵌入式微處理器（MicroProcessorUnitMPU）SOC（SystemOnChip）SOPC（SystemOnProgrammableChip）26西安電子科技大學計算機學院嵌入式微控制器嵌入式微控制器的典型代表是單片機。單片機芯片內部集成了ROM/EPROM，RAM，總線，定時器/計數器，看門狗，I/O，串行口，脈寬調制輸出，A/D，D/A,FLASH,E2PROM等。微控制器是目前嵌入式系統工業的主流。微控制器的片上外設資源豐富，適合用于控制，因此稱為微控制器。27西安電子科技大學計算機學院嵌入式DSP

DSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統結構和指令算法方面進行了特殊設計，具有很高的編譯效率和指令執行速度。在數字濾波、FFT、頻譜分析等儀器上，DSP獲得了大規模的應用。28西安電子科技大學計算機學院嵌入式微處理器 嵌入式微處理器是由通用計算機中的CPU演變而來。具有32位以上的處理器，在實際嵌入式應用中，它只保留與嵌入式應用緊密相關的功能硬件以實現嵌入式應用的特殊要求。目前主要的嵌入式處理器類型有ARM、MIPS、POWERPC等。29西安電子科技大學計算機學院SOC 將通用處理器的IP核和功能模塊的IP核按用戶要求組成系統，仿真后提交芯片廠商生產。（也可下載到FPGA中。百萬門）絕大部分系統構件都在系統內部。（SOC技術與前三種嵌入式處理器是不一樣的）30西安電子科技大學計算機學院SOPC用可編程邏輯技術把整個系統放到一塊硅片上，稱作SOPC。可編程片上系統（SOPC）是一種特殊的嵌入式系統：首先它是片上系統（SOC），即由單個芯片完成整個系統的主要邏輯功能；其次，它是可編程系統，具有靈活的設計方式，可裁減、可擴充、可升級，并具備軟硬件在系統可編程的功能。31西安電子科技大學計算機學院1.9嵌入式操作系統分類嵌入式系統軟件一般由嵌入式操作系統和應用軟件組成；操作系統是連接計算機硬件與應用程序的系統程序，可分為：順序執行系統（單任務系統，如DOS）。分時操作系統：其特點包括多路性、交互性、“獨占性”和及時性（UNIX）。實時操作系統（RTOS）：計算的正確性不僅取決于程序的邏輯正確性，更取決于結果產生的時間。 根據對產生時間要求的嚴格程度又可分為：硬實時操作系統軟實時操作系統32西安電子科技大學計算機學院1.10軟件開發環境的建立交叉開發環境在線調試在線仿真ROM監控器軟件模擬環境評估電路板（最為常見）33西安電子科技大學計算機學院1.11嵌入式系統的應用工業控制交通管理信息家電家庭智能管理系統POS網絡及電子商務，電子政務環境檢測機器人…34西安電子科技大學計算機學院1.12嵌入式系統的發展趨勢嵌入