第一章 嵌入式系统概述

1、嵌入式系统设计嵌入式系统设计 曾素华曾素华 重庆邮电大学重庆邮电大学课程：嵌入式系统与应用入门课程：嵌入式系统与应用入门n严格来讲，我们这门课，不能叫作嵌入式系统设计，因为实践证明，我们的学生学完此门课后达不到嵌入式系统设计的目的，能达到嵌入式系统的了解并入门，能进行简单的嵌入式系统应用开发就很不错了。如果想深入的同学，需要课外花更多时间进行相关知识学习，进一步达到嵌入式应用开发、底层开发及嵌入式应用开发、底层开发及系统设计系统设计。授课计划（共计32学时）n嵌入式嵌入式系统系统概述概述及平台搭建及平台搭建: 4学时学时 （作业（作业1）nARM体系结构：体系结构：6学时（作业学时（作业2）n

2、ARM9指令系统指令系统: 4学时学时 （作业（作业3）n嵌入式操作系统嵌入式操作系统: 4学时学时（作业（作业4、5）n嵌入式嵌入式Linux下开发下开发: 8学时学时 （作业（作业6、7、8）n基于基于Linux的的实例开发实例开发：4学时学时n复习课：复习课：2学时学时n实验实验:0学时学时（把实验内容安排成为作业，作为（把实验内容安排成为作业，作为 补充）补充）参考教材n程克非, 陈昌志等，嵌入式系统设计，机械工业出版社, 2010nLinux嵌入式系统开发(含CD光盘1张)作作者：者：朱小远朱小远，谢龙汉谢龙汉编著，出编著，出 版版 社：社：电子工业出版社电子工业出版社，出版时间：，

3、出版时间：2012-1-1参考文献n程克非, 陈昌志等，嵌入式系统设计，机械工业出版社, 2010n孙琼. 嵌入式linux应用程序开发详解。北京：人民邮电出版社,2006nKarim Yaghmour. OReilly台湾公司译. 构建嵌入式linux系统. 中国电力出版社，2004n王田苗，魏洪兴嵌入式系统设计与实例开发基于ARM微处理器与C/OS-实时操作系统（第三版）北京：清华大学出版社，2008n周立功，王祖麟，陈明计，严寒亮，张斌ARM嵌入式系统基础教程(第二版)北京：北京航空航天大学出版社，2008n杜春雷. ARM体系结构与编程. 北京：清华大学出版社，2003.n宋宝华.C语

4、言嵌入式系统编程修炼.n博创公司. UP-OMAP5910实验指导. n薛大龙，陈世帝，王韵.Windows CE嵌入式系统开发从基础到实践.北京：电子工业出版社，2008n姜波. windows Embedded ce6.0程序设计实战.北京：机械工业出版社，2009nLabrosse Jean J. 邵贝贝等译. 嵌入式实时操作系统C/OS-II(第2版). 北京：北京航空航天大学出版社，2003n任哲学. 嵌入式实时操作系统C/OS-II原理及应用. 北京：北京航空航天大学出版社，2005n张晓学，史美林，张高.计算机操作系统教程（第3版）.北京：清华大学出版社，2006nLabross

5、e Jean J.嵌入式实时操作系统C/OS-II(第2版). 邵贝贝等译。北京：北京航空航天大学出版社，2003n李岩. 基于S3C44B0X嵌入式Clinux系统原理及应用.北京：清华大学出版社，2005开设此门课的意义1、嵌入式系统在哪里？ 想象身边哪些属于嵌入式范畴 2、学完此门课，能入门就算达到目的了3、学此门课有什么用？ 入门后可以深入下去，搞嵌入式应用开发和底层开发，它在哪里你就可以去哪里搞技术开发、技术支持等。我们专业开此课有一个遗憾n1、一共32学时，可是没有实验课n2、而该门课是实践性很强的课程（要求实践课很多）n3、还好开放实验室周末开放，想去实验的同学可以自己去做，我建

6、议你们去做第一章第一章 嵌入式系统概述嵌入式系统概述n1.1 嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念n1.2 嵌入式系统的发展嵌入式系统的发展n1.3 嵌入式系统的结构嵌入式系统的结构n1.4 嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用1.1嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念n定定 义义n重要特征重要特征1.1嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念定义定义IEEE定义定义（从应用的角度去看）：（从应用的角度去看）： 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，ma

7、chinery or plants）。一般定义一般定义（从系统技术角度，这个我认为要好些）（从系统技术角度，这个我认为要好些）： 以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。（中基裁，功可成体功，专计）1.1嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念嵌入式系统（一般定义）包含5个要素：n以应用为中心n以计算机技术为基础（另有微处理技术、电子技术、通信技术、集成电路技术等）n软件和硬件可裁剪n对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求严格n专业计算机系统1.1嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念重要特征重要特征：1、专用性强-（应用为中心，应用各行各业）

8、2、嵌入式系统是知识集成系统(交叉综合学科）-以计算机技术为基础（另有微处理技术、电子技术、通信技术、集成电路技术等）3、系统内核小-（软件可裁剪）4、系统精简(系统软件和应用软件不明显区分和分开）-（软硬件可裁剪）5、高实时性OS-（对功能、可靠性要求严格）6、体积和功耗上占优势-（成本、体积、功耗要求严格）7、嵌入式软件开发走向标准化 8、嵌入式系统需要开发工具和环境（交叉环境）-（专业计算机系统）1.1嵌入式系统的概念（重要特征）嵌入式系统的概念（重要特征）1、专用性强 由于应用很广泛，导致嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密。硬件方面：一般要针对硬件进行系统的移植

9、，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改，降低成本和功耗。 软件方面：针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全两个概念。 1.1嵌入式系统的概念（重要特征）嵌入式系统的概念（重要特征）2、嵌入式系统是知识集成系统嵌入式系统是知识集成系统(交叉综合学科）交叉综合学科） 嵌入式系统实际上是以计算机技术、微处理技术、电子技术、通信技术、集成电路技术等以及各个行业的具体应用相结合的产物。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。 比如硬件方面你需要懂电路知识，最

10、好是能设计电路、绘制电路及调试电路通信接口等方面知识； 软件方面你需要懂得各种操作系统下的调试环境，汇编语言、C、C+、java等，具体行业你可能需要懂通信、医学、交通、汽车、服务行业等 所以，介入嵌入式系统行业必须有一个正确地定位，不要贪图一口吃个胖娃娃，先入门就好了，另一方面这个行业真的不错，就业形势广泛。1.1嵌入式系统嵌入式系统的概念（重要特征）的概念（重要特征）3、 系统内核小系统内核小 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。举例说明：n ENEA公司的OSE分布式系统，内核只有5K。n我们的实验系统是博创公司产的基于arm9

11、的 s3c2410嵌入式平台，linux内核只有844K，文件系统只有2.31M，SDRAM只有64M（相当于内存），FLASH 64M（相当于硬盘），这样的环境也不允许你把系统有好大。1.1嵌入式系统嵌入式系统的概念（重要特征）的概念（重要特征）4、系统精简 硬件上，嵌入式系统必须根据具体情况进行裁剪，尽可能消除冗余设计；软件上，一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于系统安全。5、高实时性OS 这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固态存储，以提高速度，软件代码要求高质量和高可靠性、实时性，这是嵌入式系统对功能和可靠性要求

12、严格的必然结果。1.1嵌入式系统嵌入式系统的概念（重要特征）的概念（重要特征）6、体积和功耗上占优势-（成本、体积、功耗要求严格） 嵌入式系统一般体积都比较小、功耗都比较低。由于实际情况的需求，容不得它有大体积、高功耗。比如手机你希望它很大吗？希望它待机时间长吗？1.1嵌入式系统嵌入式系统的概念（重要特征）的概念（重要特征）7、嵌入式软件开发走向标准化 越来越泛的东西，必将导致最终的标 准化。比如螺丝、螺母、你穿的鞋子、衣服的码号、各种技术国标等。1.1嵌入式系统嵌入式系统的概念（重要特征）的概念（重要特征）8、嵌入式系统需要开发工具和环境（交叉环境） 由于本身不具备自主开发能力，即使设计完成

13、以后，用户通常也是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。开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。1 嵌入式系统概述嵌入式系统概述n1.1嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念n1.2嵌入式系统的发展嵌入式系统的发展n1.3嵌入式系统的结构嵌入式系统的结构n1.4嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用1.2 嵌入式系统的发展嵌入式系统的发展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：MP3、PDA、手机、智

14、能玩具，网络家电、智能家电、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，正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式。 . . . . . .1.2 嵌入式系统的发展嵌入式系统的发展n嵌入式系统发展的三个阶段三个阶段：n第一阶段第一阶段：以单芯片为核心的系统(51、AVR、盛群等）。n第二阶段第二阶段：以嵌入式CPU为基础，嵌入式操作系统为核心 的嵌入式系统。n第三阶段第三阶段：以基于Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。（物联网物联网）1 嵌入式系统概述嵌入式系统概述n1.1嵌入式系统的概

15、念嵌入式系统的概念n1.2嵌入式系统的发展嵌入式系统的发展n1.3嵌入式系统的结构嵌入式系统的结构n1.4嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用1.3嵌入式系统的结构嵌入式系统的结构1.3嵌入式系统的结构嵌入式系统的结构嵌入式系统由硬件硬件和和软件软件两大部分组成：n硬件硬件是整个系统的物理基础，提供软件运行平台和通信（包括人机交互）接口；n软件软件控制系统的运行，赋予平台生命力。1.3嵌入式系统的结构嵌入式系统的结构 （硬件结构）（硬件结构）1.3 嵌入式系统的结构嵌入式系统的结构 （软件架构）（软件架构） 嵌入式系统的软件包括硬件初始化（片级、板级、系统级）、设备驱动层、嵌入式操作系统（文件系统

16、、GUI、任务管理）、应用程序接口API层以及实际应用程序层。对于简单的嵌入式系统，可以没有嵌入式操作系统，仅存在设备驱动程序和应用程序。1.3 嵌入式系统的结构嵌入式系统的结构 （软件架构）（软件架构）1、中间层程序 硬件抽象层（Hardware Abstraction Layer,HAL）或者叫板级支持包 （Board Support Package，BSP） 包括：硬件初始化（片级、板级、系统级），硬件相关的设备驱动程序 2、系统软件层 主要包括嵌入式操作系统内核、文件系统、任务管理、GUI等。 嵌入式操作系统在复杂的嵌入式系统中发挥着非常重要的作用， 有了嵌入式操作系统，进程管理、进程间的通信、内存管理、文件管理、驱动程序、网络协议等方可实现。 常用的嵌入式操作系统有Vxworks、C/OS-II、 Clinux、linux、Windows CE、Palm OS、android、ios（mac os x)等。3、应用