嵌入式系统第1章 嵌入式系统概述.ppt

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1、主讲人：主讲人：叶水生叶水生 学时：学时：40 40 手机：手机：南昌航空大学信息学院南昌航空大学信息学院 嵌入式系统嵌入式系统嵌入式系统嵌入式系统课程意义课程意义课程设置的必要性：课程设置的必要性：应用需求越来越复杂应用需求越来越复杂 微处理器技术快速发展微处理器技术快速发展 嵌入式技术成为核心嵌入式技术成为核心课程内容与目标：课程内容与目标：理解嵌入式系统的概念和基本要素理解嵌入式系统的概念和基本要素 掌握嵌入式系统软硬件设计的基本方法掌握嵌入式系统软硬件设计的基本方法 实践嵌入式系统项目的开发流程实践嵌入式系统项目的开发流程 为深入开展嵌入式系统相关科研项目奠为深入开展嵌入式系统相关科研

2、项目奠定基础。定基础。课程目的本课程介绍了嵌入式系统的前沿技术和发展趋势，重点讲述了基于ARM微处理器的嵌入式硬件平台、嵌入式操作系统(LinuxLinux）和嵌入式软硬件系统开发技术。采用理论学习和实践并重的教学方法，着重培养学生的实际动手能力，通过熟悉开发环境与开发流程、编程实践等基础实验，使学生能够掌握嵌入式系统设计的基本方法。需要的基础知识先导课程计算机操作系统微机原理C语言需要了解的基础知识了解操作系统、单片机和微机原理的基本概念，能够熟练使用C语言。教材及参考资料教材及参考资料马忠梅等，马忠梅等，ARM&LinuxARM&Linux嵌入式系统教程（第嵌入式系统教程（第2 2版）版）

3、,北京航空航天大北京航空航天大学出版社学出版社 2008,2008,贾智平，张瑞华，嵌入式系统原理与接口技术，清华大学出版社，贾智平，张瑞华，嵌入式系统原理与接口技术，清华大学出版社，韦东山韦东山 主编主编,嵌入式嵌入式Linux应用开发完全手册应用开发完全手册,人民邮电出版社，人民邮电出版社，2008年年版版杜春雷著：杜春雷著：ARM体系结构与编程，清华大学出版社，体系结构与编程，清华大学出版社，2003年，第年，第1版。版。美美David E.Simon著：著：An Embedded Software Primer，机械工业，机械工业出版社，出版社，2005年，第年，第1版版马洪连著：马洪

4、连著：嵌入式系统设计教程，电子工业出版社，嵌入式系统设计教程，电子工业出版社，2006年，第年，第1版。版。杨水清编著，杨水清编著，ARM嵌入式嵌入式Linux系统开发技术详解，电子工业出版社，系统开发技术详解，电子工业出版社，2008年，第一版年，第一版 20052005田泽田泽,嵌入式系统开发与应用嵌入式系统开发与应用,北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社,2005 ,2005 周立功周立功,ARM,ARM嵌入式系统基础教程嵌入式系统基础教程,北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社,2005,2005 ARM Limited,ARM Architecture Referenc

5、e Manual ARM Limited,ARM Architecture Reference Manual，探矽工作室探矽工作室,嵌入式系统开发圣经嵌入式系统开发圣经,中国青年出版社中国青年出版社,2002,2002网络资源网络资源嵌入式资讯网，嵌入式资讯网，嵌入式嵌入式365网，网，嵌入式联盟，嵌入式联盟，嵌入式开发论坛，嵌入式开发论坛，http:/ 嵌入式开发网，嵌入式开发网，嵌入式世界网，嵌入式世界网，http:/嵌入式控制技术研究室嵌入式控制技术研究室，掌握一种学习方法-理论学习和实践并重学习嵌入式软硬件系统的基本概念、基本原理和设计方法获得嵌入式开发设计的实践经验获得学分为未来职场

6、的发展奠定技术基础大家能够期望的收获您的期望合理吗？通过本门课程的学习，你将获得以下知识：提高C语言编程能力（期望值：）学会使用实时操作系统，了解多任务（期望值：）了解嵌入式软件开发流程（期望值：）掌握基本嵌入式硬件知识（期望值：）独立或合作开发出嵌入式应用软件（期望值：）掌握嵌入式软件编程（期望值：）掌握硬件设计知识（期望值：）学会操作系统移植（期望值：）成为嵌入式系统设计高手（期望值：成为嵌入式系统设计高手（期望值：）ARM人员都在做什么1硬件设计2系统移植3驱动开发4应用开发其中推荐把注意力放在后两个上，3有难度，4比较灵活，最重要的是都是找工作的砝码。考核方式平时作业及和表现（占20%

7、）+实验（占20%）+笔试（60%）考核方式和评分标准第第1章章 嵌入式系统概述嵌入式系统概述嵌入式系统的发展、嵌入式系统的发展、定义、定义、特点、组成、分类特点、组成、分类 嵌入式系统硬件核心、软嵌入式系统硬件核心、软件核心件核心嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统评估嵌入式系统处理器的评估嵌入式系统处理器的主要指标主要指标嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用嵌入式系统相关技术嵌入式系统相关技术嵌入式系统发展趋势嵌入式系统发展趋势嵌入式系统概述嵌入式系统概述计算机系统的三大领域服务器市场功能强利润最大的市场可用性强可扩展性桌面市场最广阔的市场嵌入式市场潜力最大的市场嵌入式系统概述嵌入式系统概述以

8、往计算机分类：大型计算机、中型机、小型机和微计算机目前计算机分类：超级计算机，大型计算机、工作站、微计算机、亚微计算机亚微计算机(嵌入式计算机)是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中嵌入式系统概述嵌入式系统概述“嵌入式系统嵌入式系统”（Embedded System）一般指非一般指非PC系统，有计算机功能但又不称系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。之为计算机的设备或器材。IT业面临的业面临的3大任务：大任务：用用PC技术处理人所不能处理的事务；技术处理人所不能处理的事务；使每一传统设备都能连上计算机；使每一传统设备都能连上计算机；数字化产品得到广泛普及。数字化产品得到广

9、泛普及。随着各行业对信息自动化需求的不断提高，随着各行业对信息自动化需求的不断提高，嵌入式系统的应用前景非常广阔。嵌入式系统的应用前景非常广阔。嵌入式系统概述嵌入式系统概述在后在后PCPC时代，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工时代，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业商业、人们的日常生活等方程设计、军事技术、各类产业商业、人们的日常生活等方方面面。方面面。7070年代出现了嵌入式系统的概念，此时的嵌入式系统一般年代出现了嵌入式系统的概念，此时的嵌入式系统一般不采用操作系统，它们只是实现某个控制功能，使用循环不采用操作系统，它们只是实现某个控制功能，使用循环程序

10、处理外界的请求。当应用系统变得越来越复杂的时候，程序处理外界的请求。当应用系统变得越来越复杂的时候，每增加一项新功能，都可能需要从头开始设计。所以没有每增加一项新功能，都可能需要从头开始设计。所以没有操作系统就成为了一个比较大的缺点。操作系统就成为了一个比较大的缺点。C C语言使操作系统的开发变得更加简单。从语言使操作系统的开发变得更加简单。从8080年代开始，年代开始，出现了各种各样的商用嵌入式操作系统，比较著名的有出现了各种各样的商用嵌入式操作系统，比较著名的有VxWorksVxWorks、pSOSpSOS和和Windows CEWindows CE等等，近些年，嵌入式等等，近些年，嵌入式

11、LinuxLinux也得到了越来越多的应用。也得到了越来越多的应用。嵌入式系统概述嵌入式系统概述9090年代后，以计算机和软件为核心的数字化技术年代后，以计算机和软件为核心的数字化技术取得了迅猛发展，掀起了一场数字化技术革命。取得了迅猛发展，掀起了一场数字化技术革命。多媒体技术与多媒体技术与InternetInternet的应用迅速普及，消费电的应用迅速普及，消费电子、计算机、通信（子、计算机、通信（3C3C）一体化趋势日趋明显，）一体化趋势日趋明显，嵌入式技术再度成为一个研究热点。嵌入式技术再度成为一个研究热点。综观综观嵌入式技嵌入式技术术的的发发展，大致展，大致经历经历了了4 4个个阶阶段

12、。段。第一阶段是以第一阶段是以单芯片单芯片为核心的可编程控制器系统。为核心的可编程控制器系统。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言程序对系统进行直接控制，运行结束后清除语言程序对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。内存。主要特点：主要特点：系系统结统结构和功能相构和功能相对单对单一，一，处处理效率理效率较较低，存低，存储储容量容量较较小，几乎没有用小，几乎没有用户户接口。由于接口。由于这这种嵌入式系种嵌入式系统统使用使用简简便、价格低廉，当便、价格低廉，当时

13、时在国在国内工内工业领业领域域应应用用较为较为普遍，但是已普遍，但是已经远远经远远不能适不能适应现应现代化工代化工业业控制和新控制和新兴兴的信息家的信息家电电等等领领域的需域的需求。求。嵌入式系统发展嵌入式系统发展-第一阶段第一阶段嵌入式系统发展嵌入式系统发展-第二阶段第二阶段第二阶段是以第二阶段是以嵌入式嵌入式CPUCPU为基础、以为基础、以简单操简单操作系统作系统为核心的嵌入式系统。为核心的嵌入式系统。主要特点：主要特点：CPUCPU种类繁多，通用性比较弱；种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统具有一定系统开销小，效率高；操作系统具有一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业，用的

14、兼容性和扩展性；应用软件较专业，用户界面不够友好；系统主要用来控制系统户界面不够友好；系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。负载以及监控应用程序运行。第三阶段是以第三阶段是以嵌入式操作系统嵌入式操作系统为标志的嵌入式系为标志的嵌入式系统。统。主要特点：主要特点：嵌入式操作系统能运行于各种不同类嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗

15、口以及用户界面等功能；具有大量的应用图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口（程序接口（APIAPI），开发应用程序简单；嵌入式应），开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。用软件丰富。嵌入式系统发展嵌入式系统发展-第三阶段第三阶段嵌入式系统发展嵌入式系统发展-第四阶段第四阶段第四阶段是以第四阶段是以嵌入式嵌入式InternetInternet为标志的嵌为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于目前大多数嵌入式系统还孤立于InternetInternet之外，但随着之外，但随着InternetInternet的发展

16、以及的发展以及InternetInternet技术与信息家电、工业控制技术技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与等结合日益密切，嵌入式设备与InternetInternet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。嵌入式微处理器在应用数量上远远超过了各种通用计嵌入式微处理器在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了5 51010个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、网卡、卡、显示器、网卡、ModemModem、声

17、卡、打印机、扫描仪、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、数字相机、USBUSB集线器等均是由嵌入式处理器控制。集线器等均是由嵌入式处理器控制。在制造工业、过程控制、通讯、仪器仪表、汽车、军在制造工业、过程控制、通讯、仪器仪表、汽车、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。领域。嵌入式系统与一般的嵌入式系统与一般的PCPC机应用系统不同，不同的嵌入机应用系统不同，不同的嵌入式系统彼此之间差别也很大。嵌入式系统一般功能单式系统彼此之间差别也很大。嵌入式系统一般功能单一，简单，在兼容性方面要求不高，但是在大小、成一，简单，在兼容性方面要求不高，

18、但是在大小、成本方面限制较多。本方面限制较多。目前，嵌入式系统还没有比较权威、比较统一的定义，目前，嵌入式系统还没有比较权威、比较统一的定义，人们从不同的角度来理解嵌入式系统，描述嵌入式系人们从不同的角度来理解嵌入式系统，描述嵌入式系统。统。嵌入式系统定义嵌入式系统定义嵌入式系统嵌入式系统描述一描述一嵌入式系统被定义为：以应用为中心、以嵌入式系统被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是指嵌入

19、式计算机及其应用系嵌入式系统是指嵌入式计算机及其应用系统，是指嵌入各种设备及应用产品内部的统，是指嵌入各种设备及应用产品内部的计算机系统，它主要完成信号控制的功能，计算机系统，它主要完成信号控制的功能，体积小，结构紧凑，可作为一个部件埋藏体积小，结构紧凑，可作为一个部件埋藏于所控制的装置中，它提供用户接口、管于所控制的装置中，它提供用户接口、管理有关信息的输入输出、监控设备工作，理有关信息的输入输出、监控设备工作，使设备及应用系统有较高智能和性价比。使设备及应用系统有较高智能和性价比。嵌入式系统嵌入式系统描述二描述二嵌入式系嵌入式系统统是是计计算机技算机技术术，通信技，通信技术术，半，半导导体

20、技体技术术，微，微电电子技子技术术，语语音音图图象数据象数据传传输输技技术术，甚至，甚至传传感器等先感器等先进进技技术术和具体和具体应应用用对对象相象相结结合后的更新合后的更新换换代代产产品品，是技是技术术密集，投密集，投资资强强度大，高度分散，不断度大，高度分散，不断创创新新的知的知识识密集型系密集型系统统。反映当代最新技。反映当代最新技术术的的先先进进水平。水平。嵌入式系统嵌入式系统描述三描述三嵌入式系统是一个分散的工业嵌入式系统是一个分散的工业,充满了竞争、机遇充满了竞争、机遇与创新与创新,没有哪一个系列的处理器和操作系统能够没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。垄断全部市场

21、。从某种意义上来说，通用计算机行业的技术是垄从某种意义上来说，通用计算机行业的技术是垄断的。占整个计算机行业断的。占整个计算机行业90%90%的的PCPC产业，其中产业，其中80%80%采用采用IntelIntel的的80 x8680 x86体系结构，芯片基本上出自体系结构，芯片基本上出自IntelIntel，AMDAMD等几家公司。在操作系统和文字处理等几家公司。在操作系统和文字处理器方面，器方面，MicrosoftMicrosoft的的WindowsWindows及及WordWord占占808090%90%，凭借操作系统还可以搭配其它应用程序。因此当凭借操作系统还可以搭配其它应用程序。因此

22、当代的通用计算机工业的基础被认为是由代的通用计算机工业的基础被认为是由WintelWintel（MicrosoftMicrosoft和和Intel 90Intel 90年代初建立的联盟）年代初建立的联盟）垄断的工业。垄断的工业。嵌入式系统嵌入式系统描述四描述四嵌入式系统面向用户，面向产品，面向应嵌入式系统面向用户，面向产品，面向应用。如果独立于应用，自行发展，则会失用。如果独立于应用，自行发展，则会失去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容本、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性等方面均受到应用要求的

23、制约,这也是各这也是各个半导体厂商之间竞争的热点。个半导体厂商之间竞争的热点。嵌入式系统嵌入式系统描述五描述五嵌入式系统定义：嵌入式系统定义：是现代科学多学科互相是现代科学多学科互相融合的以应用技术产品为核心，以计算机融合的以应用技术产品为核心，以计算机技术为基础，以通信技术为载体，以消费技术为基础，以通信技术为载体，以消费类产品为对象，引入各类传感器，进入类产品为对象，引入各类传感器，进入InternetInternet网络技术的连接，从而适应应用网络技术的连接，从而适应应用环境的产品环境的产品。嵌入式系统无多余软件，软嵌入式系统无多余软件，软件以固化态出现，硬件亦无多余存储器，件以固化态出

24、现，硬件亦无多余存储器，可靠性高，成本低，体积小，功耗少，包可靠性高，成本低，体积小，功耗少，包含于各种不同类型的设备。含于各种不同类型的设备。嵌入式系统嵌入式系统综综合描述合描述嵌入式系统定义 一般定义以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪,应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在一起的系统（技术角度）嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。（系统角度）术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统（被称之为嵌入的系统）的一个完整子系统。嵌入式的系统可以包含多个嵌入式系统。广义定

25、义任何一个非计算机的计算系统IEEE定义嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作的机器、设备或装置”（原文为devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants）。通常执行特定功能嵌入式系统的核心-嵌入式微处理器严格的时序和稳定性要求全自动操作循环嵌入式系统定义Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE)美国电气和电子工程师协会微机学会定义嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统。可分为系统级、板级、片级

26、系统级：各种类型的工控机、系统级：各种类型的工控机、PC104PC104模块模块板级：各种类型的带板级：各种类型的带CPUCPU的主板及的主板及OEMOEM产品产品片级：各种以单片机、片级：各种以单片机、DSPDSP、微处理器为核心的产品、微处理器为核心的产品嵌入式系统定义嵌入式系统定义广义上讲，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可称为广义上讲，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可称为嵌入式系统。如各类单片机和嵌入式系统。如各类单片机和DSPDSP系统。这些系统在完成较系统。这些系统在完成较为单一的专业功能时具有简洁高效的特点。但由于他们没为单一的专业功能时具有简洁高效的特点。但由于他们没有操

27、作系统，管理系统硬件核软件的能力有限，在实现复有操作系统，管理系统硬件核软件的能力有限，在实现复杂多任务功能时，往往困难重重，甚至无法实现。杂多任务功能时，往往困难重重，甚至无法实现。从狭义上讲，我们更加强调那些使用嵌入式微处理器构成从狭义上讲，我们更加强调那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己操作系统，具有特定功能，用于特定独立系统，具有自己操作系统，具有特定功能，用于特定场合的嵌入式系统。本课程中的嵌入式系统是指狭义上的场合的嵌入式系统。本课程中的嵌入式系统是指狭义上的嵌入式系统。嵌入式系统。嵌入式系统简介发展历史发展历史 嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。一个手持的嵌入式系统本身

28、是一个相对模糊的定义。一个手持的MP3MP3和一个和一个PC104PC104的微型工业控制计算机都可以认为是嵌入式的微型工业控制计算机都可以认为是嵌入式系统。系统。嵌入式系统已经有了近嵌入式系统已经有了近3030年的发展历史，它是硬件和软年的发展历史，它是硬件和软件交替发展的双螺旋式发展。件交替发展的双螺旋式发展。最早的单片机是最早的单片机是IntelIntel公司的公司的80488048，它出现在，它出现在19761976年年MotorolaMotorola同时推出了同时推出了68HC0568HC05，ZilogZilog公司推出了公司推出了Z80Z80系列，系列，这些早期的单片机均含有这些

29、早期的单片机均含有256256字节的字节的RAMRAM、4K4K的的ROMROM、4 4个个8 8位位并口、并口、1 1个全双工串行口、两个个全双工串行口、两个1616位定时器。位定时器。之后在之后在8080年代初，年代初，IntelIntel又进一步完善了又进一步完善了80488048，在它的，在它的基础上研制成功了基础上研制成功了80518051。19811981年年Ready SystemReady System开发了世界上第开发了世界上第1 1个个商业嵌入式实时内核（商业嵌入式实时内核（VTRX32VTRX32），包含了许多），包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间传统操作

30、系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。等功能。随后，出现了如随后，出现了如Integrated System Integrated System Incorporation(ISI)Incorporation(ISI)的的PSOSPSOS、IMGIMG的的VxWorksVxWorks、QNXQNX公司的公司的QNXQNX等，等，Palm OSPalm OS，WinCEWinCE，嵌入式，嵌入式LinuxLinux，LynxLynx，uCOSuCOS、NucleuxNucleux，以及国内的，以及国内的HopenH

31、open、Delta OSDelta OS等嵌入式操作系统也相继出等嵌入式操作系统也相继出现。现。嵌入式系统简介嵌入式系统由嵌入式系统由嵌入式硬件嵌入式硬件与与嵌入式软件嵌入式软件组成。组成。嵌入式硬件嵌入式硬件以芯片、模板、组件、控制器形以芯片、模板、组件、控制器形式埋藏于设备内部。式埋藏于设备内部。嵌入式软件嵌入式软件是实时多任务操作系统和各种专是实时多任务操作系统和各种专用软件，一般固化在用软件，一般固化在ROMROM或闪存中。或闪存中。嵌入式系统嵌入式系统软硬兼施，融为一体，成为产品，软硬兼施，融为一体，成为产品，但在开发过程中需要一些开发工具进行辅助但在开发过程中需要一些开发工具进行

32、辅助开发。开发。嵌入式系嵌入式系统组统组成成嵌入式系嵌入式系统统的典型的典型组组成成嵌入式系嵌入式系统设计统设计流程流程 1 1系统需求分析系统需求分析 确定设计任务和设计目标，提练设计规格说明确定设计任务和设计目标，提练设计规格说明书，作为设计指导和验收的标准。系统需求一般书，作为设计指导和验收的标准。系统需求一般包括功能性需求和非功能性需求两方面。包括功能性需求和非功能性需求两方面。功能性功能性需求需求是系统的基本功能，如输入输出信号、操作是系统的基本功能，如输入输出信号、操作方式等；方式等；非功能性需求非功能性需求包括系统性能、成本、功包括系统性能、成本、功耗、体积、重量等因素。耗、体积

33、、重量等因素。2 2体系结构设计体系结构设计 描述系统如何实现所述的功能性和非功能性需描述系统如何实现所述的功能性和非功能性需求，包括对硬件、软件和执行装置的功能划分以求，包括对硬件、软件和执行装置的功能划分以及系统的软件、硬件选型等。一个好的体系结构及系统的软件、硬件选型等。一个好的体系结构是设计成功与否的关键。是设计成功与否的关键。嵌入式系嵌入式系统设计统设计流程流程3 3硬件硬件/软件设计（硬件、软件、执行装置并行软件设计（硬件、软件、执行装置并行设计）设计）基于体系结构，对系统的软件、硬件进行详细设基于体系结构，对系统的软件、硬件进行详细设计。为了缩短产品开发周期，设计往往是并行的。计

34、。为了缩短产品开发周期，设计往往是并行的。嵌入式系统设计的大部分工作集中在软件设计上，嵌入式系统设计的大部分工作集中在软件设计上，采用面向对象技术、软件组件技术、模块化设计采用面向对象技术、软件组件技术、模块化设计是现代软件工程经常采用的方法。是现代软件工程经常采用的方法。4 4系统集成系统集成 把系把系统统的的软软件、硬件和件、硬件和执执行装置集成在一起，行装置集成在一起，进进行行调试调试，发现发现并改并改进单进单元元设计过设计过程中的程中的错误错误。嵌入式系嵌入式系统设计统设计流程流程5 5系统测试系统测试 对设计好的系统进行测试，检查是否满足规格说对设计好的系统进行测试，检查是否满足规格

35、说明书中给定的功能要求。明书中给定的功能要求。针对针对系系统统的不同复的不同复杂杂程度，有不同的系程度，有不同的系统设计统设计方方法，比如瀑布法，比如瀑布设计设计方法、自方法、自顶顶向下的向下的设计设计方法、方法、自下向上的自下向上的设计设计方法、螺旋方法、螺旋设计设计方法、逐步方法、逐步细细化化设计设计方法、并行方法、并行设计设计方法等。可根据方法等。可根据实际实际情况和情况和熟悉程度灵活熟悉程度灵活选选用。用。嵌入式系统硬件核心是嵌入式处理器。嵌入式系统硬件核心是嵌入式处理器。嵌入式处理器可以分为四类嵌入式处理器可以分为四类：嵌入式微处理器嵌入式微处理器EMPUEMPU （Embedded

36、 Microprocessor Unit）嵌入式微控制器嵌入式微控制器EMCUEMCU （Embedded Microcontroller Unit）嵌入式数字信号处理器嵌入式数字信号处理器EDSPEDSP （Embedded Digital Signal Processor）嵌入式片上系统嵌入式片上系统ESoC （Embedded System on Chip）嵌入式系统硬件核心嵌入式系统硬件核心嵌入式微处理器嵌入式微处理器EMPUEMPU嵌入式微处理器嵌入式微处理器就是和通用计算机的微处理器对应就是和通用计算机的微处理器对应的的CPUCPU。在应用中，一般是将微处理器装配在专门。在应用中，

37、一般是将微处理器装配在专门设计的电路板上，在母板上只保留和嵌入式相关的设计的电路板上，在母板上只保留和嵌入式相关的功能即可，这样可以满足嵌入式系统体积小和功耗功能即可，这样可以满足嵌入式系统体积小和功耗低的要求。低的要求。嵌入式微处理器制造商：嵌入式微处理器制造商：摩托罗拉、英特尔、摩托罗拉、英特尔、IBMIBM、日立、日立、NECNEC、东芝、东芝、AMDAMD、国家半导体、国家半导体、ZilogZilog、IDTIDT、富士通、富士通、AtmelAtmel、太阳、微系统、夏普、太阳、微系统、夏普、OkiOki、飞利、飞利浦等。浦等。主要的嵌入式微主要的嵌入式微处处理器包括：理器包括：Mot

38、orola Motorola PowerPCPowerPC、Intel PentiumIntel Pentium、Motorola 68000Motorola 68000、strong strong ARMARM、MIPSMIPS、AMDAMD X86 X86系列等等。系列等等。嵌入式微控制器嵌入式微控制器又称为又称为单片机单片机，它将，它将CPUCPU、存储、存储器（少量的器（少量的RAMRAM、ROMROM或两者都有）和其它外设或两者都有）和其它外设接口封装在同一片集成电路里。接口封装在同一片集成电路里。嵌入式微控制器制造商嵌入式微控制器制造商：摩托罗拉摩托罗拉、英特尔英特尔、英英飞凌科技

39、飞凌科技、AtmelAtmel、日立日立、NECNEC、三菱三菱、东芝东芝、松下松下、MicrochipMicrochip、富士富士、飞利浦飞利浦、德州仪器德州仪器、三三星星、三洋三洋、索尼索尼、OkiOki、凌阳科技凌阳科技等。等。主要的嵌入式主要的嵌入式微控制器微控制器包括：包括：MCS-51MCS-51、MCS-251MCS-251、MCS-96/196/296MCS-96/196/296、P51XAP51XA、C166/167C166/167、68K68K、Z8Z8、C540C540、PICPIC、AVRAVR等系列等系列。嵌入式微控制器嵌入式微控制器EMCUEMCU嵌入式嵌入式DSP

40、DSP专门专门用来用来对对离散离散时间时间信号信号进进行极行极快的快的处处理理计计算，提高算，提高编译编译效率和效率和执执行速度。行速度。在数字在数字滤滤波、波、FFTFFT、谱谱分析、分析、图图像像处处理等理等领领域域应用广泛。应用广泛。DSPDSP正在大量正在大量进进入嵌入式市入嵌入式市场场，目前广泛，目前广泛应应用的是用的是TITI产产品品TMS320C2000TMS320C2000 /C C5000/60005000/6000系系列，另外列，另外IntelIntel和和SiemensSiemens也有相也有相应应的的产产品。品。嵌入式数字信号处理器嵌入式数字信号处理器EDSPEDSPE

41、SoC：在一个硅片上实现一个更为复杂的系统。在一个硅片上实现一个更为复杂的系统。各种通用处理器内核将作为各种通用处理器内核将作为SoC设计公司的标准库，成为设计公司的标准库，成为 VLSI设计中一种标准的器件，用标准的设计中一种标准的器件，用标准的VHDL等语言描述。等语言描述。用户只需定义出整个应用系统，仿真通过后，就可以将设计图用户只需定义出整个应用系统，仿真通过后，就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，集

42、成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。SoC的特征：的特征：实现复杂系统功能的实现复杂系统功能的VLSI；采用超深亚微米工艺技术；采用超深亚微米工艺技术；使用一个以上嵌入式使用一个以上嵌入式CPU/数字信号处理器（数字信号处理器（DSP）；）；外部可以对芯片进行编程；外部可以对芯片进行编程；嵌入式嵌入式片上系统片上系统ESoC SOC芯片技术在手机领域举例SoC技术的一大关键优势是它可以降低系统板上因信号在多个芯片之间进出带来的延迟而导致的性能局限，它也提高了系统的可靠性和降低了总的系统成本。此外，在

43、PCB板空间特别紧张和将低功耗视为第一设计目标的应用中，如手机，SoC常常是唯一的高性价比解决方案。基于Z228芯片，杰得提供接口丰富的系统板和开发包。以此为基础，研发人员能够快速地开发出功能各异的产品。列如智能手机。基于Z228芯片，只需使用较少的器件，研发人员就能较快地开发出功能强大的多媒体智能手机。Z228可以通过UART或68K接口与基带芯片通信。Z228支持主流的嵌入式操作系统，支持高质量的音视频通讯，具有数码相机/视频摄像功能和PDA功能，并具有软件扩展能力。Z228实现了高效的电源管理，提供多种工作模式，能有效延长智能手机的电池寿命。嵌入式系嵌入式系统统硬件硬件目前，国内单片机应

44、用开发已由目前，国内单片机应用开发已由8 8位转向位转向32位嵌入式产品。冰箱用上了位嵌入式产品。冰箱用上了DSP，汽车电，汽车电子全面走向子全面走向32位，通信相关产品更是位，通信相关产品更是32位位处理器的天下。处理器的天下。MCS-51系列系列是单片机普及系列，在各个领是单片机普及系列，在各个领域有广泛的应用，嵌入式设计人员几乎都域有广泛的应用，嵌入式设计人员几乎都掌握该系列。掌握该系列。ARM系列系列32位处理器在低功耗移动通信设位处理器在低功耗移动通信设备方面占有绝对优势。备方面占有绝对优势。Motorola的的M683系列、系列、Power PC系列系列主要用在工控与汽车电子方面。

45、主要用在工控与汽车电子方面。知识产权IntellectualPropertyIP核（IntellectualPropertycore）是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，该程序与集成电路工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中去生产集成电路芯片。嵌入式系统软件核心包括：嵌入式系统软件核心包括：系统软件系统软件：嵌入式操作系统：嵌入式操作系统 支撑软件支撑软件：嵌入式软件开发平台及工具嵌入式软件开发平台及工具 应用软件应用软件：嵌入式应用软件：嵌入式应用软件 嵌入式系嵌入式系统软统软件核心件核心1 1软软件要求固件要求固态态化存化存储储 为为了提高了提高执执行速度和系行速度和系统统可靠性，嵌

46、入式系可靠性，嵌入式系统统中的中的软软件一般都固化在存件一般都固化在存储储器芯片或器芯片或单单片机本身中，片机本身中，而不是存而不是存贮贮在在磁磁盘盘中。中。2 2软件代码高质量、高可靠性软件代码高质量、高可靠性 尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高、尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高、片上存储器容量不断增加，但在大多数应用中，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，还存在实时性的要求。存储空间仍然是宝贵的，还存在实时性的要求。为此要求程序编写和编译工具的质量要高，以减为此要求程序编写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。少程序二进制代

47、码长度、提高执行速度。嵌入式系统软件的特征嵌入式系统软件的特征1 13 3操作系统软件具有高实时性操作系统软件具有高实时性 在在多多任任务务嵌嵌入入式式系系统统中中，对对各各项项任任务务进进行行统统筹筹兼兼顾顾、合合理理调调度度是是保保证证系系统统功功能能的的关关键键，单单纯纯提提高高处处理理器器的的速速度度是是无无法法完完成成这这些些要要求求的的，也也是是没没有有效效率率的的，这这种种任任务务调调度度只只能能由由优优化化编编写写的的系系统统软软件件来来完完成成，因因此此操操作作系系统统软软件件的的高高实实时时性性是是基基本本要求。要求。嵌入式系统应用语言：嵌入式系统应用语言：据统计，在嵌入式

48、系统设计中，最受欢迎的前据统计，在嵌入式系统设计中，最受欢迎的前3 3种种编程语言分别是编程语言分别是C C(74.6%)(74.6%)、汇编汇编(69.6%)(69.6%)和和C+C+(50.1%)(50.1%)。嵌入式系统软件的特征嵌入式系统软件的特征2 2通用计算机具有完善的操作系统，应用程序的开通用计算机具有完善的操作系统，应用程序的开发以及完成后的软件都在发以及完成后的软件都在OSOS平台上面运行，但一平台上面运行，但一般不是实时的。般不是实时的。嵌入式系统则不同，应用程序用汇编语言和嵌入式系统则不同，应用程序用汇编语言和C C语言语言来开发，可以没有操作系统直接在芯片上运行；来开发

49、，可以没有操作系统直接在芯片上运行；但是为了合理地调度多任务、利用系统资源，用但是为了合理地调度多任务、利用系统资源，用户必须自行选配户必须自行选配RTOSRTOS开发平台，这样才能保证程开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。障软件质量。嵌入式嵌入式实时实时操作系操作系统统1 1微内核结构微内核结构一般来说，操作系统内核只提供基本的功能，如建立一般来说，操作系统内核只提供基本的功能，如建立和管理进程、管理设备等。但是，一些桌面操作系统，和管理进程、管理设备等。但是，一些桌面操作系统，如如WindowsWindow

50、s等，将许多功能引入内核，操作系统的内等，将许多功能引入内核，操作系统的内核变得越来越大。内核变大使得占用的资源增多，剪核变得越来越大。内核变大使得占用的资源增多，剪裁起来很麻烦。裁起来很麻烦。嵌入式操作系嵌入式操作系统统采用微内核采用微内核结结构，内核只提供基本的构，内核只提供基本的功能，比如：任功能，比如：任务务的的调调度、任度、任务务之之间间的通信与同步、的通信与同步、内存管理、内存管理、时钟时钟管理等。其它的管理等。其它的应应用用组组件，比如网件，比如网络络功能、文件系功能、文件系统统等均工作在用等均工作在用户态户态，以系，以系统进统进程或函程或函数数调调用的方式工作。因而系用的方式工