经理讲嵌入式系统概述.ppt

嵌入式系统与实例开发,1.嵌入式系统概述,内容提要,6,5,3,2,1,嵌入式系统的定义与发展历史,嵌入式系统的应用领域,嵌入式系统的特点,嵌入式系统的发展趋势,嵌入式行业人才需求状况,4,嵌入式系统开发工具和环境,1.1 为什么要学习嵌入式系统,随着信息化和行业信息化的持续深入，嵌入式技术已成为信息产业中发展最快、应用最广的计算机技术之一，并被广泛应用于网络通信、消费电子、医疗电子、工业控制和交通系统等领域。 每年全球嵌入式系统相关工业产值已超过1万亿美元，而中国嵌入式软件的产业规模也已经超过千亿元人民币。 “十一五”期间，嵌入式软件与系统的科技创新已被列入国家重大专项“核高基” 的内容之一，将进一步推进嵌入式基础软件在智能手机、数字电视、汽车电子领域实现重大产业化应用。,“核高基重大专项”是“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”的简称，也是2006年1月国务院发布的国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）所确定的国家十六个科技重大专项之一；于2008年4月经国务院常务会议审议并原则通过，现已正式进入实施阶段。,1.2 何谓嵌入式系统,根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants)。 广义地说：它是任意一个包含可编程计算机的设备，但是这个设备不是作为通用计算机而设计的。既嵌入式计算系统是嵌入在其他设备中，起智能控制作用的专用计算机系统。 一般定义： “以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。”,1.3 嵌入式系统的发展,电子数字计算机诞生于1946年，在其后漫长的历史进程中，计算机始终是供养在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。 Intel公司于1971年推出有史以来第一个4位微处理器4004.计算机出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点，迅速走出机房，形成了现代计算机的另一个分支。 嵌入式系统起源于微型计算机时代，然而，由于微型计算机的体积、价位、可靠性都无法满足嵌入式应用的要求。因此，嵌入式系统必须走独立发展道路，即单芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。,1.4 嵌入式系统的种类,嵌入式系统是隐藏在各种装置、产品和系统之中的一种软硬件高度专业化的特定计算机系统。 目前根据其发展现状,嵌入式计算机可以粗略的分成下面几类: 嵌入式微处理器(Embedded MicroprocessorUnit , EMPU) 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit , MCU) 嵌入式DSP 处理器( Embedded Digital SignalProcessor , EDSP) 嵌入式片上系统(System On Chip),1.4.1 嵌入式微处理器(EMPU),嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。 嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。如STD-BUS、PC104等。,1.4.2嵌入式微控制器(MCU),嵌入式微控制器又称单片机，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，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM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丰富，适合于控制，因此称微控制器。 嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多ARM芯片等。 目前MCU占嵌入式系统约70的市场份额。,1.4.3 嵌入式DSP 处理器(EDSP),DSP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。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器。 嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是TMS320系列和Motorola的DSP56000 系列。TMS320系列处理器包括用于控制的 C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已经发展成为DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。,1.4.4 嵌入式片上系统(SoC),随着EDI 的推广和VLSI 设计的普及化,及半导体工艺的迅速发展,在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是System On Chip (SOC)。 用户只需定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。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，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。 SoC可以分为通用和专用两类。 通用系列包括Motorola的M-Core、某些ARM系列器件等等。 专用SoC一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。,2. 嵌入式系统的应用领域,消费电子类产品,消费电子类产品（现代化家庭）,汽车电子类产品,BMW 745i 2,000,000 LOC Windows CE OS 53个8-bit 嵌入式处理器 7个16-bit嵌入式处理器 1个32-bit嵌入式处理器 多种网络技术,运输市场 航空、铁路、公路运输系统,航空管理、雷达系统,交通指挥系统,停车系统、售票系统,乘客信息系统,检票系统,行李处理系统,应急设备等,医疗电子类产品,医疗电子类产品(PACS),网络通信类产品,通信市场 电话交换系统，电缆系统，卫星和全球定位系统（L3D），数据交换设备，移动电话，PDA等等,工业控制类产品,军工航天类产品,军事工业应用特点 市场垄断性强 高利润 可靠性要求高 安全性要求高 成本要求不高 数字化单兵信息装备 夜视扫描、全球定位、指挥通信 21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统（FBCB2） C4ISR系统(指挥、控制、通讯、电脑、情报、监视、侦察,3.1 嵌入式系统的特点,嵌入式系统的特点是由定义中的三个基本要素衍生出来的。 与“嵌入性”的相关特点：物理环境（小型）、电气/气氛环境（可靠）、成本（价廉）等要求。 与“专用性”的相关特点：软、硬件的裁剪性；满足对象要求的最小软、硬件配置等。 与“计算机系统”的相关特点：嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。必须配置有与对象系统相适应的接口电路。,3.2 嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有的特点,嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，移动能力大大增强，跟网络的耦合也越来越紧密。 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力,3.2 嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比具有的特点,嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。 为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。 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是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。,3.3 嵌入式系统工业的特点,嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业 从某种意义上来说,通用计算机行业的技术是垄断的。芯片基本上出自Intel ,AMD 等几家公司。 嵌入式系统则是一个分散的工业,充满了竞争、机遇与创新,没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。 社会上的各个应用领域是在不断向前发展的,要求其中的嵌入式处理器核心也同步发展,这也构成了推动嵌入式工业发展的强大动力。 器件是嵌入式系统产业的根本,嵌入式系统工业的基础就是以应用为中心的“芯片”设计技术和面向应用的软件产品开发技术。,4 嵌入式系统开发工具和环境,近年来嵌入式领域得到了迅猛发展，嵌入式系统已经无处不在，嵌入式系统的开发也变得越来越复杂，软硬件的复杂度都大幅度增加。而市场对于嵌入式系统的开发周期要求也越来越高，这对于嵌入式开发工具提出了新的挑战。 嵌入式开发过程相对PC应用程序开发而言，具有其特殊的复杂性，涉及更多的硬件以及操作系统底层的知识，缺乏统一的软硬件平台，系统建模、工程管理和项目管理的工具也非常缺乏。随着32位嵌入式处理器的应用越来越广泛，市场对于嵌入式系统的性能要求不断提高。当前嵌入式系统的复杂程度已不是过去8位单片机系统所能比拟的了，这对项目的开发、测试、管理都提出了新的要求，过去的嵌入式开发工具已经越来越无法适应新的需求。,4.1 嵌入式软件的开发工具,目前中国嵌入式软件产业所使用的开发工具和集成开发环境（IDE）主要是国外品牌，如ARM、风河和微软等公司的产品。 国产的嵌入式软件开发工具主要包括凯思集团推出的“女娲Hopen SDK”、北京科银京成技术有限公司推出的嵌入式集成开发工具LambdaTool2.0和嵌入式软件测试工具GammaRay、北京飞漫软件技术有限公司开发的MiniGUI等等。 我国在嵌入式软件开发工具方面的整体研发水平和实力较弱，重视程度不够，成熟的产品较少，主要集中在编码调试上。我国厂商目前还不具备与国外厂商竞争的实力。,嵌入式软件的开发工具,编译器（Compiler） 调试器（In Circuit Emulator） 软仿真（Simulator） 集成开发环境（IDE） 典型的商业开发工具及供应商 Windriver公司的Tornado for VxWorks MontaVisa公司的HardHat Linux 开发工具包 AMC公司的SuperTAP调试器 免费开发工具 GNU系列开发工具 Wiggler调试器,免费开发工具（GNU）,GNU（GNUs Not Unix）项目是自由软件基金会（Free Software Foundation）的董事长Richard M. Stallman于1984年发起，意在软件开发团体中发起支持开发自由软件的运动。 GNU软件包括: C编译器gcc C+编译器g+ GNU的汇编器as GNU的链接器ld 二进制转换工具(objcopy、objdump) 调试工具(gdb、gdbserver、kgdb)和基于不同硬件平台的开发库。,4.2 嵌入式软件调试方式,交叉调试方式 Rom Monitor In Circuit Emulator (ICE) On Chip Debugging (OCD) Simulator方式（非交叉）,Rom Monitor,ROM监控器是一小程序，驻留在嵌入系统ROM中，通过串行的或网络的连接和运行在工作站上的调试软件通信。这是一种便宜的方式，当然也是最低端的技术。它除了要求一个通信端口和少量的内存空间外，不需要其它任何专门的硬件。 应用举例 ： Trace32 工具； Angel工具（Angel Debug Protocol） 从应用来讲，并不局限于嵌入式系统。,ICE 调试模式,ICE（In-Circuit Emulator）是一种用于替代目标机上CPU的设备，即在线仿真器。它比一般的CPU有更多的引出线，能够将内部的信号输出到被控制的目标机。 ICE上的Memory也可以被映射到用户的程序空间，这样即使目标机不存在的情形下也可以进行代码的调试。,OCD调试方式,OCD（On Chip Debugging）是CPU芯片提供的一种调试功能（片上调试），可以认为是一种廉价的ICE功能：OCD的价格只有ICE的20%，但提供了ICE 80%的功能。 OCD的几种商用实现 BDM（Background Debugging Mode）（Motorala） JTAG（Joint Test Access Group）（ARM） OnCE（On Chip Emulation）,4.3 软件仿真技术,通过软件仿真的方式来进行嵌入式系统的设计一直是嵌入式开发工具的重点发展方向。软件仿真可以加快软件开发进度，使得软件工程师对硬件工程师的依赖减弱，同时还减少了对硬件损伤的机会。另外给学习者提供了廉价的学习方法，降低了学习门槛。目前，软件仿真技术在嵌入式的各个层面都取得了长足的发展。 OPLDFPGA设计的仿真 CPLDFPGA的设计是嵌入式系统硬件设计的重要部分，而且随着SoC系统设计的增长，EDA在硬件设计中所占的比例将越来越大，也越来越复杂。 单元模块设计的仿真 单元模块的驱动设计是嵌入式系统软件设计的最底层，是嵌入式系统软硬件结合处。 操作系统设计的仿真,4.4 图形化设计方法,图形化开发在嵌入式领域已经越来越多，从硬件设计到软件编程的各个环节都已经有了非常多的优秀工具。 将整个嵌入式系统的设计图形化是未来嵌入式系统设计的另一个新趋势。,5 嵌入式软件发展趋势,随着信息技术以及互联网飞速发展普及，3C（计算机、通讯、消费电子）合一的加速，嵌入式设计已经成为工业现代化、智能化的必经之路，嵌入式产品已经深入到各行各业。嵌入式接入设备是数字化时代的一大主流产品，嵌入式软件已经成为数字化产品的核心。 嵌入式软件大量应用于家用市场、工业市场、商业市场、通讯市场和国防市场。近几年来，信息电器迅速发展，也为嵌入式软件的发展起到推波助澜的作用。,嵌入式软件发展趋势,随着行业的推广，行业应用软件市场将迅速扩大。掌上电脑功能的不断扩展，专项功能软件面临新的发展机会。 由于嵌入式系统关乎民生，涉及工业、农业、商业、国防以及政务等社会生活的方方面面，决不能受制于人，嵌入式软件必将成为我国软件产业未来发展的一个主要方向。 我国目前在嵌入式应用软件领域具有优势，或者说在这一领域面临的竞争形式还不算恶劣，所以以此为突破口相对较容易。 彩电、DCD、手机、MP3/MP4、掌上电脑、汽车等都是潜在的信息电器。信息电器平台不存在国外软件厂商垄断市场的现象，这一领域已成为中国软件业的突破口。,嵌入式软件发展趋势,总的来说，嵌入式系统发展呈现如下特点： 由8位处理向32位过渡 由单核向多核过渡 向网络化功能发展 MCU、FPGA、ARM、DSP等齐头并进 嵌入式操作系统呈多元化趋势,6 嵌入式行业人才需求状况,嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。 在CSDN人才频道进行工作查询，以“嵌入式”作为职位关键字搜索，可以找到的职位约1000个，其中每个职位招聘的人数从1到若干不等。按平均每个职位需要招3人计算，那么仅在CSDN发布的位置就有3000人。搜索“linux”，更可以获得近2000条记录。,嵌入式行业人才需求情况,业内人士认为，目前嵌入式人才的年缺口至少为50万人 今年3月，据英才网指数统计显示，嵌入式工程师行情不断走高，多家IT公司均在招募嵌入式研发工程师、嵌入式技术支持工程师。 随着车载电子应用、手持娱乐终端在国内的普及，今年以来国内外企业纷纷加大了对嵌入式业务的投入，相关人才需求也逐渐加大。,嵌入式人才行业分布情况,从事嵌入式软件开发的好处,目前国内外这方面的人都很稀缺。 与企业计算等应用软件不同，嵌入式领域人才的工作强度通常低一些（但收入不低） 哪天若想创业，搞自已的产品，那么嵌入式是一个不错的主意，这可不像应用软件那样容易被盗版。,从事嵌入式软件开发的缺点,（1）入门起点较高，所用到的技术往往都有一定难度。 （2）这方面的企业数量要远少于计算类企业。特别是从事嵌入式的小企业数量较多，知名大公司较少（搞嵌入式的大公司主要有Intel、Motorola、TI、Philip、Samsung、Sony、意法半导体、研华、华为、中兴通信、上广电等制造类企业）。 （3）有少数公司经常要硕士以上的人搞嵌入式，主要是基于嵌入式的难度。但大多数公司也并无此要求，只要有经验即可。,嵌入式系统的专业分工,软件工具链RTOS设计工程师,设计语言：汇编语言，C 主要工具：开发工具链时可用的工具非常少，RTOS的开发一般是基于工具链和IDE环境的 要求：对系统软件的工作原理有非常深入的了解，深刻理解硬件系统的工作原理，熟练地使用汇编和C语言，能够与芯片设计人员紧密沟通,中间件设计工程师,什么是中间件：介于操作系统与应用程序之间的，一般也独立于操作系统的专用软件系统，比如文件系统、网络通信协议、媒体编解码库、手写识别、3D引擎，嵌入式数据库等等。 设计语言：汇编语言，C 主要工具：工具链和IDE环境 要求：深刻理解相关领域的专业知识和算法，熟练掌握C或汇编语言,硬件系统设计工程师,主要工具：PCB设计CAD工具，比如Protel，ORCAD等 要求：对硬件系统的工作原理有非常深入的了解，熟练掌握硬件设计工具，熟练掌握常用器件的使用并能快速查找和选型新的器件，能够与产品定义人员和市场人员进行良好的沟通 岗位细分：设计工程师，PCB LayOut工程师，焊接与调试工程师，结构工程师，外观设计与模具设计,嵌入式从业状况,硬件设计 工作内容：硬件电路设计、调试等 技术要求：熟悉模电/数电、汇编 需求量：较少 初级薪资：5000,嵌入式行业对人才的要求,企业需要的人才是知识+技能+职业素养，而大多数毕业生缺乏的是实战技能与综合素质培训。 最重要的技术要求（实际上很多公司的招聘广告上就是这样写的）： （1） 掌握主流嵌入式微处理器的结构与原理 （2） 必须掌握一个嵌入式操作系统 （3） 必须熟悉嵌入式软件开发流程并至少做过一个嵌入式软件项目。,三星电子中国通信研究院,职位描述 ：协议开发工程师，驱动开发工程师 本科及以上学历 有 2年以上相关工作经验 精通C/C+语言，有扎实的编程功底和编程经验 手机外围设备（键盘，PMU，LCD，AUDIO，Flash等）的驱动设计，开发，调试。 熟悉嵌入式操作系统，如Linux等 熟悉WCDMA/TD-SCDMA/GSM/GPRS等协议，有协议开发测试经验。 熟悉软件开发流程，了解软件需求分析书、软件设计规格书的撰写 英语听说读写流利 职位预计薪酬：基本工资15000元,摩托罗拉,Software Development Engineer Description Application Software Development in Embedded System Requirement: - Bachelor / Master of Computer Science / Electronics Engineering; - Excellent C/C+ programming languages skill required; - Good Linux or Unix skill required; - Knowledge of embedded device development is a plus; - Good English communication skills; 12K/Mon,法国思讯科技公司（北京）,技能要求 须具备嵌入式Linux网络开发和数通协议开发方面的能力和经验。 嵌入式Linux方面 拥有两年或以上Linux或Unix环境下网络嵌入软件开发经验 熟练使用Linux开发环境和工具（编译器，软件生成、软件调试） 通信协议方面 掌握LAN与WAN网络体系。精通TCP/IP协议栈。精通二、三层协议及实现。一方面特别突出也可以考虑。 项目经验 通晓软件开发流程，并具备实际开发经验 其他 中英文流利 有高度的责任心，工作热情和优秀的沟通能力和团队协调能力 相关专业本科或硕士学位 预计薪酬待遇：12000/月,华为技术有限公司,工作岗位 固网终端产品线-软件高级工程师(终端固网) 职位描述：负责产品单板软件（驱动）的开发； 职位要求 计算机软件、通信、电子、自控类相关专业本科及以上学历 精通C语言编程； 有1年以上嵌入式系统开发的相关工作经验； 精通Linux操作系统，1年以上Linux内核开发经验，熟悉嵌入式Linux开发流程与工具。 或者有1年以上实时操作系统（Linux/Vxworks等)相关驱动软件开发工作经验； 掌握硬件基础知识，熟悉嵌入式系统常用的总线、接口、器件。 预计薪酬待遇：8000起,中兴公司,网络产品高级软件开发工程师 职位描述 工作职责 Linux下的应用软件开发，模块设计 负责项目下子模块的详细设计、编码和测试 职位要求 本科以上学历，两年以上工作经验 具有以下技能之一 熟悉TCP/IP网络协议，了解Socket网络编程 有丰富的C/C+语言编程经验 熟悉Linux下的应用程序开发 良好的团队精神和敬业精神 有关从业经验者优先 预计薪酬待遇:8000起,稍事休息 稍候继续,嵌入式系统与实例开发,2.实例开发,内容提要,5,2,1,嵌入式系统的组成,嵌入式处理器的架构,嵌入式系统开发实例,3,常见的嵌入式操作系统,4,嵌入式系统开发流程,1.嵌入式系统的组成,2 嵌入式处理器的架构,嵌入式处理器都是基于一定的架构的，即IP核（Intellectual Property，知识产权），生产处理器的厂家很多，但拥有IP核的屈指可数。有自己的IP核，光靠卖IP核即可坐拥城池。 嵌入式系统的架构有专有架构和标准架构之分，在MCU（微控制器）产品上，像瑞萨（Renesas）、飞思卡尔（Freescale）、NEC都拥有自己得专有IP核，而其他嵌入式处理器都是基于标准架构。,2.1 嵌入式系统架构的两大体系,目前占主要地位的是所谓RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机）处理器。RISC体系的阵营非常广泛，从ARM、MIPS、PowerPC、ARC等等，都是属于RISC处理器的范畴。 其次是CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）处理器体系，我们所熟知的Intel的X86处理器就属于CISC体系，CISC体系其实是非常低效率的体系，其指令集结构上背负了太多包袱，贪大求全，导致芯片结构的复杂度被极大的提升。,RISC和CISC的主要差异,（1）指令系统：RISC设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来实现。而CISC计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能。 （2）存储器操作：RISC对存储器操作有限制，使控制简单化；而CISC机器的存储器操作指令多，操作直接。 （3）程序：RISC汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计；而CISC汇编语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程序设计相对容易，效率较高。 （4）中断：RISC机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断；而CISC机器是在一条指令执行结束后响应中断的。 （5）CPU：由于RISC CPU包含较少的单元电路，因而面积小、功耗低；而CISC CPU包含丰富的电路单元，因而功能强、面积大、功耗大。 （6）设计周期：RISC微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术；CISC微处理器结构复杂，设计周期长。 （7）易用性：RISC微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用；CISC微处理器结构复杂，功能强大，实现特殊功能容易。 （8）应用范围：RISC机器更适合于嵌入式应用；而CISC机器则更适合于通用计算机。,2.2.1 RISC家族之ARM处理器,ARM公司于1991年成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术（IP核）的处理器，即我们通常所说的ARM处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场。 基于ARM技术的处理器应用约占据了32位RISC微处理器75以上的市场，ARM技术不止逐步渗入到我们生活的各个方面，我们甚至可以说，ARM于人类的生活环境中，已经是不可或缺的一环。,2.2.2 RISC家族之MIPS处理器,MIPS是美国历史悠久的RISC处理器体系，其架构的设计，也如美国人的性格一般，相当的大气且理想化。MIPS架构起源，可追溯到1980年代，斯坦福大学和伯克利大学同时开始RISC架构处理器的研究。 MIPS公司成立于1984年，随后在1986年推出第一款R2000处理器，在1992年时被SGI所并购，但随着MIPS架构在桌面市场的失守，后来在1998年脱离了SGI，成为MIPS技术公司，并且在1999年重新制定公司策略，将市场目标导向嵌入式系统，并且统一旗下处理器架构，区分为32bit以及64bit两大家族，以技术授权成为主要营利模式。,2.2.3 RISC家族之PowerPC,PowerPC是一种RISC多发射体系结构。二十世纪九十年代，IBM、Apple和Motorola公司开发PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。 PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。 Motorola公司将PowerPC内核设计到SOC芯片之中，形成了Power QUICC（Quad Integrated Communications Controller），Power QUICC II和Power QUICC III家族的数十种型号的嵌入式通信处理器。,2.2.4 RISC家族之ARC架构,与其它RISC处理器技术相较起来，ARC的可调整式（Configurable）架构，为其在变化多端的芯片应用领域中争得一席之地。 其可调整式架构主要着眼于不同的应用，需要有不同的功能表现，固定式的芯片架构或许可以面面俱到，但是在将其设计进入产品之后，某些部分的功能可能完全没有使用到的机会，即使没有使用，开发商仍需支付这些多余部分的成本，形成了浪费。 由于制程技术的进步，芯片体积的微缩化，让半导体厂商可以利用相同尺寸的晶圆切割出更多芯片，通过标准化，则是有助于降低芯片设计流程，单一通用IP所设计出来的处理器即可应用于各种用途，不需要另辟产能来生产特定型号或功能的产品，大量生产也有助于降低单一芯片的成本。,2.3.1 CISC家族之X86,X86处理器应用在嵌入式系统的历史相当悠久，以Intel为例，其Pentium3时代的处理器与芯片组，至今仍活跃在许多工控电脑产业中。 Intel过去在X86产品规划上，其实几乎从未接触过移动通讯应用. Intel的移动应用平台因为过高的功耗与温度，表现也并不出色 为进一步整合手机和电脑网络平台，英特尔和诺基亚今年六月宣布达成长期合作伙伴，研发下一代基于英特尔构架的无线计算设备和芯片组构架。,2.3.2 CISC家族之VIA,VIA产品 过去：低功耗处理器，效能偏低，其功耗控制能力非常优秀（在处理器产品线的经营上，向来遭受大厂的打压） 现在：主流产品线为C7M处理器 因为其绿色环保取向，在低价计算机、嵌入式应用领域中，成为不能忽视的第三势力,2.3.3 CISC家族之AMD,AMD具有业界最佳的技术均衡性，既有先进的处理器技术，又是GPU技术第二领导者，兼以效能表现相当优秀的主机板芯片产品，以及自有的晶圆厂，虽不及Intel霸气，仍然占有很大市场份额。 在嵌入式应用方面，其实过去AMD有向MIPS授权其IP，开发产品线，然而并未掳获市场眼光，在应用上一向偏弱势，后来AMD也将之摆脱，开始利用自己的X86处理器来经营嵌入式应用领域。 AMD购并ATI之后，得以将Fusion的概念带给消费者，Fusion算是身兼AMD与ATI二者之长，具备了先进的处理器核心、高效能的绘图核心，以及IO控制能力，从低功耗的嵌入式应用，到高功耗的效能级产品，都是Fusion的产品守备范围内,3 嵌入式常见的操作系统,嵌入式操作系统EOS（Embedded Operating System）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制、协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。嵌入式操作系统通常以商业运作为主，从上世纪80年代起，商业化的嵌入式操作系统开始得到蓬勃发展。现在国际上有名的嵌入式操作系统有Windows CE 、Palm OS 、Linux 、VxWorks 、pSOS、 QNX、OS-9 等，已进入我国市场的国外产品有WindRiver、Microsoft、QNX和Nuclear等。我国嵌入式操作系统的起步较晚，国内此类产品主要是基于自主版权的Linux操作系统，其中以中软Linux、红旗Linux、东方Linux为代表。,Windows CE,Microsoft Windows CE是一个简洁的，高效率的多平台操作系统。它不是削减的Windows95版本，而是从整体上为有限资源的平台设计的多线程，完整优先权，多任务的操作系统。它的模块化设计允许它对于从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。 操作系统的基本内核需要至少200K的ROM。从SEGA的DreamCast游戏机到现在大部分的高价掌上电脑，都采用了Windows CE，但是无奈价格太高，使得整个产品的成本急剧上升。,VxWorks,VxWorks所在的公司WindRiver兼并了pSOS的ISI公司，使得该公司现在有两大RTOS系统。VxWorks是目前嵌入式系统领域中使用最广泛，市场占有率最高的系统。 它支持多种处理器，如x86，i960，Sun Sparc，Motorola MC68xxx，MIPS RX000，POWER PC等等。使用的是和UNIX不兼容的环境，大多数的VxWorks API是专有的。采用GNU的编译和调试器。,Palm OS,3Com公司的Palm OS在PDA市场上占有很大的市场份额，它有开放的操作系统应用程序接口（API），开发商可以根据需要自行开发所需要的应用程序。目前已经有总共3500多个应用程序，其中大部分应用程序均为其他厂商和个人所开发，使得Palm Pilot的功能得以不断增多。这些软件包括计算器、各种游戏、电子宠物、地理信息等等。,OS-9,Microwave的OS-9是为微处理器的关键实时任务而设计的操作系统，广泛应用于高科技产品中，包括消费电子产品，工业自动化，无线通讯产品，医疗仪器，数字电视/多媒体设备中。 它提供了很好的安全性和容错性。与其他的嵌入式系统相比，它的灵活性和可升级性非常突出。,Linux,Linux是一套以UNIX为基础发展而成的操作系统。自1991年诞生至今，Linux在很多方面已经赶上甚至超过了很多商用的UNIX系统。 它充分利用了x86CPU的任务切换机制，实现了真正的多任务、多用户环境。Linux对硬件配置的要求相当低，能够在4M内存的386机器上很好的运行。而且可以支持很多种处理器芯片。此外更为重要的是，很多高手愿意在Linux上开发程序，而且有很多高手随时对Linux的开放内核进行升级和修补，很多bug可以很快得到检测和修复。 在应用于嵌入式系统方面，Linux小得可以放在一张软盘上运行；为实时系统而开发的变种RT Linux（Real-Time Linux），可以让Linux支持硬实时任务；Linux的开放式开发原则使得Linux下的驱动和升级变得越来越多和越来越快。,Linux作为一个嵌入式操作系统具有许多的优点,系统稳定、功能强大、支持多种硬件平台、应用软件多、简单易用 使用成本低 文档完善 强大的网络功能 支持X Windows系统,4.嵌入式系统开发流程,可以把嵌入式系统的开发看作对一个项目的实施。项目的生命周期一般分为识别需求、提出解决方案、执行项目和结束项目4个阶段。嵌入式系统项目开发也是如此。,系统需要分析 规格说明书,体系结构设计,硬件设计,软件设计,硬件制作,软件实现,硬件测试,软件测试,系统集成,系统测试,产品,开发流程图,识别需求,识别需求对于嵌入式系统项目开发是很重要的。这是因为嵌入式系统往往需要嵌入到其它产品中，不能独立工作，而这个产品往往不是嵌入式开发承包商（部门）所熟悉的，不了解需求做成的产品往往是失败的。,需求分析,嵌入式系统的特点决定了系统在开发设计初期的需求分析过程中就要搞清需要完成的任务。 功能性需求：是系统的基本功能，如输入输出信号、操作方式等； 非功能性需求：包括系统性能、成本、功耗、体积、重量等因素。 使用需求表格将系统的功能性需求和非功能性需求综合起来。,需求规格说明,对需求进行提炼，得到系统的规格说明，这些规格说明里包含了进行系统体系结构设计所需要的足够信息。 规格说明作为分析结果，它是系统开发、验收和管理的依据。因此，规格说明必须足够的清晰和明白。通过验证规格说明检查它是否符合系统需求并且完全满足客户的期望和要求。规格说明不能有任何歧义，应该让系统的设计者明确地知道他们需要构造的是怎样的一个系统。 规格说明必须认真仔细地编写，以便能够精确详尽地反映客户对系统各方面的需求，并且作为设计时必须明确遵循的要求和准则。,体系结构设计,对于嵌入式系统项目来说，这个阶段的主要工作是系统规划与设计。在设计规划阶段中，开发团队需要分析所有可行的解决方案，并拟定进程，使项目在合理的进程范围中逐渐建构完成。在系统的设计方面最重要的一件事就是确定系统的框架。,体系结构设计,体系结构是系统整体结构的一个规划和描述，设计完成之后用于构建整个体系结构的构件。 体系结构描述了系统如何实现所述的功能和非功能的需求，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。 一个好的体系结构是设计成功与否的关键。 通常硬件和软件的选择包括：处理器、硬件部件、操作系统、编程语言、软件开发工具、硬件调试工具、软件组件等。其中，通常，处理器是最重要的，同时操作系统和编程语言也是非常关键的。处理器的选择往往同时会限制操作系统的选