课程讲义1_嵌入式系统概述

1、什么是嵌入式系统q根据根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定国际电气和电子工程师协会）的定义：义：嵌入式系统是嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置作机器和设备的装置”（原文为（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。）。嵌入式计算系统MCUq嵌入式微控制器的典型代表是单片机这种位的嵌入式微控制器的典型代表是单片机这种位的电子器件电子器件,目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛目前在嵌入式设备中仍然有

2、着极其广泛的应用。的应用。q单片机芯片内部集成单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线逻辑、定时总线逻辑、定时/计数器、看门狗、计数器、看门狗、I/O、串行串行口、脉宽调制输出、口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各种必要功能和外设。等各种必要功能和外设。qMCU微控制器，总线宽度一般为微控制器，总线宽度一般为4位、位、8位或位或16位，处理速度有限，一般在几个位，处理速度有限，一般在几个MIPS，进行一进行一些复杂的应用很困难，运行操作系统就更难。些复杂的应用很困难，运行操作系统就更难。DSPqDSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，处理器是专门用于信号

3、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，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、在数字滤波、FFT、频谱分析等各种仪器上频谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。获得了大规模的应用。qDSP是运算密集处理器，一般用在快速执行算法，是运算密集处理器，一般用在快速执行算法，做控制比较困难。为了追求高执行效率，不适合做控制比较困难。为了追求高执行效率，不适合运行操作系统，核心代码使用汇编。运行操作系统，核心代码使用汇编。SOCqSOC（片上系统）是片上系统）是IC设计的发展趋势。采用设计的发展趋势。采用SOC设计技术，可以大幅度地提高系统的可靠性，设计技术，可以

4、大幅度地提高系统的可靠性，减少系统的面积和功耗，降低系统成本，极大地减少系统的面积和功耗，降低系统成本，极大地提高系统的性能价格比。提高系统的性能价格比。qSOC芯片已经成为提高移动通信、网络、信息家芯片已经成为提高移动通信、网络、信息家电、高速计算、多媒体应用及军用电子系统性能电、高速计算、多媒体应用及军用电子系统性能的核心器件。的核心器件。SPOCq 用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作称作SOPC。可编程片上系统（可编程片上系统（SOPC）是一种是一种特殊的嵌入式系统：特殊的嵌入式系统：q首先它是片上系统（首先它是片上系统（SOC），）

5、，即由单个芯片完成即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；整个系统的主要逻辑功能；q其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。可编程的功能。操作系统/嵌入式操作系统通信 72 计算机 12 军品 4工业 3仪器 2消费类 2办公自动化 2第1章 绪论1.1 嵌入式系统的概念1.2 嵌入式系统的特点1.3 嵌入式系统的硬件1.4 嵌入式系统的软件1.5 嵌入式系统的开发及工具1.6 嵌入式系统的发展与分类1.7 嵌入式系统的应用1.1 嵌入式系统的概念嵌入式

6、系统的组成1.1.1 嵌入式系统的定义1.1.1 嵌入式系统的定义1.1.2 通用计算机系统与嵌入式系统通用计算机系统组成通用计算机系统组成与微控制器1.1.2 通用计算机系统与嵌入式系统嵌入式系统和通用计算机系统区别1.2 嵌入式系统的特点1.2 嵌入式系统的特点1.3 嵌入式系统的硬件1.3.1 嵌入式处理器1.3.1 嵌入式处理器专用指令集处理器（ASIP）微控制器（“单片机”或“微计算机”）指令集和IP核1.3.2 嵌入式存储器与外设1.4 嵌入式系统的软件1.4.1嵌入式软件编写1.4.2 嵌入式系统设备端软件1.5 嵌入式系统的开发及工具1.5.1 嵌入式编译器1.5.1 嵌入式编

7、译器1.5.2 交叉编译与重定向编译器1.5.2 交叉编译与重定向编译器1.5.2 交叉编译与重定向编译器1.5.3 嵌入式系统的软件工具1.6 嵌入式系统的发展与分类1.6.1嵌入式处理器的发展20世纪70年代，Intel公司推出第一个微处理器4004，与此同时，将微型机嵌入到具体的应用对象体中以区别于原有的通用计算机系统，即为早期的嵌入式系统。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，其经历了由早期依托通用处理器（如80 x86）技术到独立发展的过程，大致经历的如下几个发展阶段。1.6.2嵌入式软件的发展 嵌入式软件从层次上看，包括板级支持包、嵌入式操作系统、中间件和应用软件。本节重点讨论嵌入式操作

8、系统及其发展。 通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。 嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，如u能够有效管理越来越复杂的系统资源；u能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来；u能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点嵌入式操作系统u另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统，这类产品包括个人数字助理(PDA)、移动电话、机顶盒、电子书、WebPhone等，如Window CE/Mobile， Android等。嵌入式操作系统上的应用1.6.3嵌入式系统的分类u1、按处理器位宽分类u2、按控制技术的复杂度分类u3、按实时性分类u4、按应用分类1.7 嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用u1、信息家电u2、交通管理u3、商业领域u4、工业控制u5、环境工程与自然u6、机器人 习题1. 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的特点是什么？2. 嵌入式系统的发展经历了哪几个阶段？3. 嵌入式系统未来的发展趋势是什么？4. 简述嵌入式处理器的分类及各自的主要特点5. 简述嵌入式软件的结构及各