第1章嵌入式系统概述精.ppt

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1、第1章嵌入式系统概述第1页，本讲稿共42页联系方式n专业课老师：续蕾n办公室：南楼3楼303专业教研室n电话：13889626561n办公室电话:86208756n邮箱：第2页，本讲稿共42页教学安排教学学时：教学学时：48学时；学时；3学分学分其中实验学时：16学时考试形式：笔试(考查课)n成绩=平时 60%+期末 40%教材教材：嵌入式系统设计导论嵌入式系统设计导论彭蔓蔓彭蔓蔓 编著编著 人民邮电出版社人民邮电出版社 参考书：参考书：嵌入式系统技术教程嵌入式系统技术教程 张石张石主编主编 人民邮电出版社人民邮电出版社第3页，本讲稿共42页n2009年，国内软件市场增长幅度达到15.8%，其

2、中嵌入式软件增长最快。未来国内软件和服务产业将分别达到20%和23%的增长幅度，而嵌入式软件部分也是增长最快的。第4页，本讲稿共42页教学目标1.了解嵌入式系统概念，历史、现状与发展了解嵌入式系统概念，历史、现状与发展趋势趋势2.掌握掌握ARM体系结构体系结构3.掌握掌握ARM汇编语言汇编语言4.了解嵌入式系统的设计方法和设计过程了解嵌入式系统的设计方法和设计过程第5页，本讲稿共42页n掌握一种学习方法-理论学习和实践并重n学习嵌入式软硬件系统的基本概念、基本原理和设计方法n获得ARM嵌入式程序设计的实践经验n获得学分n为未来职场的发展奠定技术基础大家能够期望的收获第6页，本讲稿共42页嵌入式

3、系统第一章 嵌入式系统概述第7页，本讲稿共42页嵌入式系统概述u1.1嵌入式系统的定义与特点嵌入式系统的定义与特点1.2嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用1.3嵌入式系统的构成嵌入式系统的构成1.4嵌入式系统分类嵌入式系统分类1.5嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展历史第8页，本讲稿共42页 到底什么是嵌入式系统呢？到底什么是嵌入式系统呢？MP3工业控制计算机工业控制计算机比较两者有什么共同之处？比较两者有什么共同之处？共同之处：共同之处：都嵌入了微处理器。都嵌入了微处理器。1.1嵌入式系统的定义第9页，本讲稿共42页根据根据IEEEIEEE（国际电气和电子工程师协会）的（国际电气和电子工程师

4、协会）的定义：定义：嵌嵌入入式式系系统统是是“用用于于控控制制、监监视视或或者者辅辅助助操操作作机机器器和和设设备备的的装装置置”（原原文文为为devices devices used used to to control,control,monitor,monitor,or or assist assist the the operation operation of of equipment,equipment,machinery machinery or or plantsplants）。）。可可以以看看出出此此定定义义是是从从应应用用上上考考虑虑的的，嵌嵌入入式式系系统统是是软软件和硬

5、件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。嵌入式系统的定义第10页，本讲稿共42页国内普遍被认同的定义：国内普遍被认同的定义：嵌嵌入入式式系系统统是是以以应应用用为为中中心心，以以计计算算机机技技术术为为基基础础，软软、硬硬件件可可裁裁剪剪，适适应应应应用用系系统统对对功功能能、可可靠靠性性、成成本本、体体积积、功功耗耗等等严格要求的严格要求的专用计算机系统。专用计算机系统。嵌嵌入入式式系系统统就就是是一一个个具具有有特特定定功功能能或或用用途途的的隐隐藏藏在在某某种种设设备备中中的的计计算算机软硬件集合体，没有固定的特征形状机软硬件集合体，没有固定的特

6、征形状第11页，本讲稿共42页简单的讲简单的讲:就是嵌入到对象体中的专用计算机系统。就是嵌入到对象体中的专用计算机系统。三要素：嵌入、专用、计算机三要素：嵌入、专用、计算机嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求专用性：软、硬件按对象要求裁减专用性：软、硬件按对象要求裁减计算机：实现对象的智能化功能计算机：实现对象的智能化功能第12页，本讲稿共42页嵌入式系统的特点n嵌入式系统本质上就是一个计算机系统，但与通用计算机系统相比，它具有以下一些特点（1）嵌入式系统与应用密切相关。）嵌入式系统与应用密切相关。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的。嵌入式处

7、理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约。（2）嵌入式系统存储资源有限。）嵌入式系统存储资源有限。尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高，芯片上存储器容量不断增加，但在大多数应用中，存储空间仍然是宝贵的，另外还有实时性的要求。为此要求程序的编写质量和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度，提高执行速度。第13页，本讲稿共42页嵌入式系统的特点（3）嵌入式系统具有实时约束。）嵌入式系统具有实时约束。嵌入式系统很多是实时系统。在多任务嵌入式系统中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是保证每个任务及时执行的关键，单纯通过提高处理器速度是无

8、法完成和没有效率的，这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成，因此系统软件的高实时性是基本要求。（4）需要交叉开发环境和调试工具。）需要交叉开发环境和调试工具。嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后，用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发，这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。第14页，本讲稿共42页1.2嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用嵌入式技术无处不在嵌入式技术无处不在各种使用嵌入式技术的电子产品，如：各种使用嵌入式技术的电子产品，如：MP3MP3、PDAPDA、手机、智能玩具，网络家电、智

9、能家电、手机、智能玩具，网络家电、智能家电、车载电子设备等。车载电子设备等。在工业和服务领域中，大量嵌入式技术也已在工业和服务领域中，大量嵌入式技术也已经应用于工业控制、数控机床、智能工具、经应用于工业控制、数控机床、智能工具、工业机器人、服务机器人等各个行业，正在工业机器人、服务机器人等各个行业，正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式。逐渐改变着传统的工业生产和服务方式。第15页，本讲稿共42页1.2.1应用领域应用领域n工业控制工业控制交通管理交通管理家庭智能管理系统家庭智能管理系统POS网络及电子商务网络及电子商务环境工程与自然环境工程与自然机器人机器人第16页，本讲稿共42页现代化家庭

10、第17页，本讲稿共42页n嵌入式系统示例汽车控制系统第18页，本讲稿共42页马达控制器车灯n嵌入式系统示例汽车控制系统尾灯控制系统后车门控制系统前车门控制系统座椅控制系统发动器控制系统所有的控制系统都是一个完整的嵌入式系统第19页，本讲稿共42页从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用n 据统计，每年只有据统计，每年只有2%左右的计算机芯片是用在台式左右的计算机芯片是用在台式PC或膝上电脑上的。或膝上电脑上的。n 用于嵌入式系统设计与制造的用于嵌入式系统设计与制造的CPU，每年大概有，每年大概有10-20亿片。亿片。n 每年大约有每年大约有1万个新的嵌入式系统投

11、入产生，而且万个新的嵌入式系统投入产生，而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统。越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统。n 使计算机的分类从以前的巨型机、大型机、小型机、使计算机的分类从以前的巨型机、大型机、小型机、微机之分变为了通用计算机和嵌入式系统之分。微机之分变为了通用计算机和嵌入式系统之分。第20页，本讲稿共42页1.2.2发展趋势n为网络通信提供标准接口n支持小型电子设备实现小尺寸微功耗和低成本n提供精巧的多媒体人机界面n嵌入式网络第21页，本讲稿共42页1.3嵌入式系统的构成嵌入式系统的构成 软件和硬件n131嵌入式系统的硬件 嵌入式核心芯片，存储器系统及外部接口第22页，本讲

12、稿共42页p嵌入式系统的分类嵌入式系统的分类嵌入式核心芯片嵌入式核心芯片-嵌入式系统的硬件嵌入式系统的硬件嵌入式微处理器嵌入式微处理器MPU嵌入式微控制嵌入式微控制（MCU）嵌入式数字信号处理器嵌入式数字信号处理器(DSP)嵌入式片上系统嵌入式片上系统（SOC）嵌入式处理器嵌入式处理器第23页，本讲稿共42页n嵌入式处理器嵌入式微处理器CPUROMRAM外设1外设2单板计算机第24页，本讲稿共42页嵌入式系统的分类u嵌入式微处理器嵌入式微处理器(MicroprocessorUnit,MPU)Intel:x86（Am186/88、386EX）Motolora:PowerPCMIPS:MIPSAR

13、M:ARMIntel:XSCALE第25页，本讲稿共42页n嵌入式处理器 嵌入式微控制器又称嵌入式微控制器又称单片机单片机单片机单片机，它是将整个计算机系统集成到一块，它是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成集成ROM/EPROMROM/EPROM、RAMRAM、总线、总线逻辑、定时、总线、总线逻辑、定时/计数器、计数器、WatchDogWatchDog、I/OI/O、串行口、脉宽调制输出、串行口、脉宽调制输出、A/DA/D、D/AD/A、Flash RAMFlash RAM、

14、EEPROMEEPROM等各种等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，

15、从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称丰富，适合于控制，因此称微控制器微控制器微控制器微控制器。嵌入式微控制器复位部件看门狗部件晶振部件I/O部件中断部件ROM部件SRAM部件定时器部件CPU核第26页，本讲稿共42页嵌入式系统的分类u嵌入式微控制器嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)Intel:8051/96Motolora:MC68HC08/12,MC9S08/12M

16、icrochip:PIC第27页，本讲稿共42页嵌入式数字信号数字信号处理器nDSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。nDSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。nDSP的理论算法在70年代就已经出现，但是由于专门的DSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPU等由分立元件实现。1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。DSP的运算速度进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面

17、。第28页，本讲稿共42页嵌入式DSP处理器n有代表性的产品是Texas Instruments的 TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。nMotorola公司的DSP56000已经发展成为DSP56000，DSP56100,DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。nPHILIPS公司今年来也推出了基于可重置嵌入式DSP结构低成本、低功耗技术上制造的DSP处理器，特点是具备双Harvard结构和双乘/累加器单元，应用目标是大批量消费类电子产品。第29页，本讲稿共42页nSoC就是System on Chip，SoC是一种基于IP（Intellectual

18、Property）核嵌入式系统设计技术。n它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，ARM RISC、MIPS RISC、DSP或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，例如通用串行端口（USB）、TCP/IP通信单元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、蓝牙模块接口等等，这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理芯片。嵌入式片上系统(SoC)第30页，本讲稿共42页知识产权第31页，本讲稿共42页nIP是intellectual property的缩写，意思是知识产权(全称为：intellectual property right)。第32页，本讲稿共42页n嵌

19、入式存储器n常规的外设及其接口n专用外设及其接口第33页，本讲稿共42页复习提问n1嵌入式系统的定义（国内普遍）？嵌入式系统的定义（国内普遍）？n2.嵌入式系统的基本结构？嵌入式系统的基本结构？第34页，本讲稿共42页1.3.2嵌入式系统软件n应用软件n嵌入式操作系统 nBSP板级支持包第35页，本讲稿共42页n嵌入式操作系统 Embedded Operating System,EOS 操作系统是计算机中最基本的程序。操作系统负责计算机系统中全部软硬资源的分配与回收、控制与协调等并发的活动；操作系统提供用户接口，使用户获得良好的工作环境；操作系统为用户扩展新的系统功能提供软件平台。第36页，本

20、讲稿共42页嵌入式操作系统n可装卸性n强实时性n统一的接口n友好的界面n强大的网络功能n强稳定性n固化代码n良好的适应性，即良好的移植性第37页，本讲稿共42页nBSP板级支持包 Board Support Package是介于主板硬件和操作系统驱动层程序之间的一层，一般认为是操作系统的一部分，实现对操作系统的支持，为上层的驱动程序提供硬件寄存器的函数包。n嵌入式开发工具 程序设计语言n汇编语言C语言C+语言第38页，本讲稿共42页14嵌入式系统分类n单个微处理器n不带计时功能的微处理器装置n带计时功能的组件n在制造或过程控制中使用的计算机系统第39页，本讲稿共42页1.5嵌入式系统的发展历史

21、 1初始阶段2发展阶段3未来发展趋势第40页，本讲稿共42页nOEM生产，即代工生产，也称为定点生产，俗生产，即代工生产，也称为定点生产，俗称代工，基本含义为品牌生产者不直接生产产品，称代工，基本含义为品牌生产者不直接生产产品，而是利用自己掌握的关键的核心技术负责设计和而是利用自己掌握的关键的核心技术负责设计和开发新产品，控制销售渠道，具体的加工任务通开发新产品，控制销售渠道，具体的加工任务通过合同订购的方式委托同类产品的其他厂家生产。过合同订购的方式委托同类产品的其他厂家生产。之后将所订产品低价买断，并直接贴上自己的品之后将所订产品低价买断，并直接贴上自己的品牌商标。这种委托他人生产的合作方式简称牌商标。这种委托他人生产的合作方式简称OEM，承接加工任务的制造商被称为，承接加工任务的制造商被称为OEM厂商，厂商，其生产的产品被称为其生产的产品被称为OEM产品。可见，定点生产品。可见，定点生产属于加工贸易中的产属于加工贸易中的“代工生产代工生产”方式，在国际方式，在国际贸易中是以商品为载体的劳务出口。贸易中是以商品为载体的劳务出口。第41页，本讲稿共42页作业n教材p15 ,1n教材P16，5第42页，本讲稿共42页