第一章 嵌入式系统概述

1、1ARM-LinuxARM-Linux嵌入式系统嵌入式系统开发基础开发基础第一章第一章 嵌入式系统开发基础嵌入式系统开发基础2主讲老师主讲老师: : 吴鹏吴鹏办公地点办公地点: : 6#12126#1212TEL: TEL: 010-58412507010-58412507Email:Email: QQQQ： 651610660 6516106603l掌握一种学习方法掌握一种学习方法-理论学习和实践并重理论学习和实践并重l学习嵌入式软硬件系统的基本概念、基本原学习嵌入式软硬件系统的基本概念、基本原理和设计方法理和设计方法l获得嵌入式开发设计的实践经验获得嵌入式开发设计的实践经验l获得学分获得学

2、分l为未来职场的发展奠定技术基础为未来职场的发展奠定技术基础希望大家有所收获希望大家有所收获4教学大纲教学大纲课程基本信息课程基本信息课程的性质、目的和任务课程的性质、目的和任务 教材和参考资料教材和参考资料课程内容及学时分配课程内容及学时分配 考核方式及成绩评定考核方式及成绩评定 未来职场需求未来职场需求5课程基本信息l课程编号：课程编号：20089092008909l课程中文名称：嵌入式系统基础课程中文名称：嵌入式系统基础l课程英文名称：课程英文名称：The Foundation of Embedded SystemThe Foundation of Embedded Systeml开课学

3、期：第开课学期：第7 7学期学期l学分学分/ /学时：学时：3/483/48l先修课程：大学计算机基础、先修课程：大学计算机基础、C C语言程序设计、数字电子技术、语言程序设计、数字电子技术、微机原理与接口技术、微机原理与接口技术、计算机组成原理、操作系统计算机组成原理、操作系统先导课程了；先导课程了；需要了解单片机、需要了解单片机、编译原理编译原理的基本概念，能够熟练使用的基本概念，能够熟练使用LinuxLinux操操作系统的基本操作作系统的基本操作6课程的性质、目的和任务 l嵌入式系统设计与开发在工业生产、日常生活、科学研究嵌入式系统设计与开发在工业生产、日常生活、科学研究等各个领域有着越

4、来越广泛的应用，嵌入式系统设计成为等各个领域有着越来越广泛的应用，嵌入式系统设计成为电子、信息类电子、信息类本科生的一门重要的专业基础课程，具有较本科生的一门重要的专业基础课程，具有较强的理论与实践互相结合的特点。强的理论与实践互相结合的特点。l通过对本课程的学习，使学生全面掌握嵌入式系统原理的通过对本课程的学习，使学生全面掌握嵌入式系统原理的知识，掌握嵌入式系统硬件和软件设计的基本方法。同时知识，掌握嵌入式系统硬件和软件设计的基本方法。同时本课程结合实验与具体实例，培养学生的动手能力和设计本课程结合实验与具体实例，培养学生的动手能力和设计开发基于特定微处理器的特定应用系统的能力，特别是关开发

5、基于特定微处理器的特定应用系统的能力，特别是关于嵌入式系统分析、系统设计、系统架构等方面技能。于嵌入式系统分析、系统设计、系统架构等方面技能。 7理论课教学内容理论课教学内容学时数学时数实验课教学内容实验课教学内容学时数学时数第第1 1章章 嵌入式系统开发基础嵌入式系统开发基础2 2第第2 2章章 嵌入式微处理器及嵌入式微处理器及ARM9ARM9硬件开发平台硬件开发平台4 4硬件平台认识、搭建，试验硬件平台认识、搭建，试验环境的熟悉环境的熟悉2 2第第3 3章章 Linux C Linux C 编译调试基编译调试基础础6 6VIVI、makefilemakefile、shellshell、gd

6、bgdb8 8第第4 4章章 Linux C Linux C 编程基础编程基础6 6多进程编程多进程编程2 2第第5 5章章 BootloaderBootloader开发基础开发基础2 2第第6 6章章 嵌入式嵌入式LinuxLinux内核内核4 4LinuxLinux内核的熟悉与编译内核的熟悉与编译2 2第第7 7章章 嵌入式文件系统嵌入式文件系统4 4BusyboxBusybox的编译的编译2 2第第8 8章章 ARM-ARM-linuxlinux串行接口通串行接口通信程序设计信程序设计2 2复习课复习课2 2课程内容及学时分配8考核方式及成绩评定平时作业和表现（占平时作业和表现（占50%

7、50%）+ +笔试（笔试（50%50%）9u教材教材 ：uARM-Linux嵌入式系统开发基础，孙弋等编，西安电嵌入式系统开发基础，孙弋等编，西安电子科技大学出版社，子科技大学出版社，2008u主要教学参考书主要教学参考书 u1、嵌入式系统开发与应用，田泽编著，北京航空航嵌入式系统开发与应用，田泽编著，北京航空航天大学出版社，天大学出版社，2005u2、ARM9嵌入式系统设计基础教程，黄智伟等编，北嵌入式系统设计基础教程，黄智伟等编，北京航空航天大学出版社，京航空航天大学出版社，2008u3、Linux环境下环境下C编程指南，杨树青等编著，清华大编程指南，杨树青等编著，清华大学出版社，学出版社

8、，2007教材和参考资料10未来职场需求-就业前景就业前景l直接的技术工作：嵌入式软件工程师、嵌入式直接的技术工作：嵌入式软件工程师、嵌入式系统设计工程师、嵌入式系统测试工程师、嵌系统设计工程师、嵌入式系统测试工程师、嵌入式产品技术支持工程师入式产品技术支持工程师l以技术为基础的工作：营销、检测、贸易以技术为基础的工作：营销、检测、贸易l自主创业自主创业11未来职场需求-嵌入式所占市场份额12 您的期望合理吗？通过本门课程的学习，你将获得以下知识：通过本门课程的学习，你将获得以下知识：l了解嵌入式软件开发流程（期望值：）了解嵌入式软件开发流程（期望值：）l学会使用实时操作系统，了解多任务（期望

9、值：）学会使用实时操作系统，了解多任务（期望值：）l掌握基本嵌入式硬件知识（期望值：）掌握基本嵌入式硬件知识（期望值：）l提高提高C C语言编程能力（期望值：）语言编程能力（期望值：）l独立或合作开发出嵌入式应用软件（期望值：）独立或合作开发出嵌入式应用软件（期望值：）l掌握嵌入式软件编程（期望值：）掌握嵌入式软件编程（期望值：）l掌握硬件设计知识（期望值：）掌握硬件设计知识（期望值：）l学会操作系统移植（期望值：）学会操作系统移植（期望值：）l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：）13章节提纲章节提纲嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点

10、嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用嵌入式系统的组成及分类嵌入式系统的组成及分类14嵌入式系统的概念l思考：思考：l什么是嵌入式系统？什么是嵌入式系统？l我们生活中的嵌入式系统的应用有哪些？我们生活中的嵌入式系统的应用有哪些？15嵌入式系统的概念lEmbedded systeml何谓何谓“嵌入嵌入”：A is embedded to B；A嵌入（介词）嵌入（介词） B。那么。那么A是什么？是什么？B又是什么？又是什么？l嵌入式系统：嵌入式系统：嵌入嵌入到对象体系（设备或产品应用）中的到对象体系（设备或产品应用）中的专专用用计算机计算机系统。系统。l嵌入式系统

11、的特点（嵌入式系统的特点（三要素三要素）：）：l（1）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。l（2）专用性：软件配合硬件，功能较为单一。）专用性：软件配合硬件，功能较为单一。l（3）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。16嵌入式系统的概念嵌入式系统是嵌入式系统是“”（原文为（原文为devices used to control, devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, monitor, or assist the op

12、eration of equipment, machinery or plantsmachinery or plants）。）。可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。17嵌入式系统的概念 以以应用应用为中心、以为中心、以为基础、为基础、软件硬件可软件硬件可裁剪裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的的专专用用计算机系统。计算机系统。18嵌入式系统的概念l嵌入式系统是以嵌入式系统是以嵌入式应用嵌入式应用为目的的计

13、算机系统。可分为目的的计算机系统。可分为系统级、板级、片级。为系统级、板级、片级。l系统级：各种类型的工控器、系统级：各种类型的工控器、PC104PC104模块。模块。l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。l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。19章节提纲章节提纲嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用嵌入式系统的组成及分类嵌入式系统的组成及分类20嵌入式系统的特点l专用性专用性：只执

14、行特定功能；：只执行特定功能；l软硬件一体化软硬件一体化：以微控制器、外围器件为中心，系统构成：以微控制器、外围器件为中心，系统构成可大可小；可大可小；l系统精简系统精简：硬件软件在满足应用的前提下高度精简；：硬件软件在满足应用的前提下高度精简；l高可靠高可靠：在恶劣的环境下系统仍能正常工作；：在恶劣的环境下系统仍能正常工作；l实时性实时性：实时处理能力及实时反映能力；：实时处理能力及实时反映能力；l软件固化软件固化：软件代码一般都固化在只读存储器或闪存中；：软件代码一般都固化在只读存储器或闪存中；l低成本、低功耗低成本、低功耗：严格的成本控制，考虑小型化、便携性：严格的成本控制，考虑小型化、

15、便携性需求。需求。l专门的开发工具和开发环境：专门的开发工具和开发环境：本身不具备自主开发能力，本身不具备自主开发能力，一般为目标机一般为目标机+主机的开发模式主机的开发模式21与PC机的区别l嵌入式系统一般是专用系统，而嵌入式系统一般是专用系统，而PCPC是通用计算平台是通用计算平台l嵌入式系统的资源比嵌入式系统的资源比PCPC少得多少得多l嵌入式系统软件故障带来的后果比嵌入式系统软件故障带来的后果比PCPC机大得多机大得多l嵌入式系统一般采用实时操作系统嵌入式系统一般采用实时操作系统l嵌入式系统大都有成本、功耗的要求嵌入式系统大都有成本、功耗的要求l嵌入式系统得到多种微处理体系的支持嵌入式

16、系统得到多种微处理体系的支持l嵌入式系统需要专用的开发工具嵌入式系统需要专用的开发工具既要看不同之处也要看相同之处22与单片机的区别l目前嵌入式系统的主流是以目前嵌入式系统的主流是以32位嵌入式微处理器为核心的位嵌入式微处理器为核心的硬件设计和基于实时操作系统（硬件设计和基于实时操作系统（RTOS）的软件设计）的软件设计l单片机系统多为单片机系统多为4位、位、8位、位、16位机，不适合运行操作系统位机，不适合运行操作系统，难以进行复杂的运算及处理功能，难以进行复杂的运算及处理功能l嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单片嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单片机大多采用软硬

17、件流水设计机大多采用软硬件流水设计l嵌入式系统设计的核心是软件设计（约占嵌入式系统设计的核心是软件设计（约占70%左右的工作左右的工作量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同23章节提纲章节提纲嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用嵌入式系统的组成及分类嵌入式系统的组成及分类24嵌入式系统的应用（1）l办公设备办公设备：复印机、传真机，：复印机、传真机，PC机外围设备，键盘、鼠标、优盘机外围设备，键盘、鼠标、优盘、显示器、显示器、Modem、打印机、扫描

18、仪等，含有数个甚至数十个嵌、打印机、扫描仪等，含有数个甚至数十个嵌入式系统。入式系统。l消费类产品消费类产品：如：如MP3、照相机、摄像机、照相机、摄像机、PDA、智能玩具，网络、智能玩具，网络家电、智能家电、车载电子设备等。家电、智能家电、车载电子设备等。 l 测控和自动化测控和自动化：各个领域中的智能仪器仪表，各种装备、设备中：各个领域中的智能仪器仪表，各种装备、设备中的测控系统、自动化系统。如工业控制、数控机床、智能工具、的测控系统、自动化系统。如工业控制、数控机床、智能工具、工业机器人、服务机器人等，汽车、火车、轮船、航空与航天器工业机器人、服务机器人等，汽车、火车、轮船、航空与航天器

19、等工具中的控制系统。等工具中的控制系统。l 数字网络通信数字网络通信：交换机、路由器、网关、手机，各个领域、装备：交换机、路由器、网关、手机，各个领域、装备、设备中的数字网络通信系统。、设备中的数字网络通信系统。l嵌入式系统无处不在25嵌入式系统的应用（2）26嵌入式系统的应用（3）27嵌入式系统的应用（4）28嵌入式系统的应用（5）29嵌入式系统的应用从对科学技术的影响来看嵌入式系统的应用从对科学技术的影响来看嵌入式系统的应用l使计算机的分类发生变化使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类：分为巨型机、大型机、小以前对计算机的分类：分为巨型机、大型机、小型机、微机。现在分为两大类：通用计算

20、机和嵌入型机、微机。现在分为两大类：通用计算机和嵌入式系统式系统l形成了新的专业，甚至会形成一个新的学科。形成了新的专业，甚至会形成一个新的学科。 嵌入式技术专业是嵌入式技术专业是“计算机学科计算机学科”和和“电子技电子技术学科术学科”两种专业的结合。两种专业的结合。l主宰后主宰后PC时代。时代。30章节提纲章节提纲嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用嵌入式系统的组成及分类嵌入式系统的组成及分类31嵌入式系统的组成嵌入式系统组成嵌入式系统组成嵌入式系统硬件组成嵌入式系统硬件组成l嵌入式系统通常由

21、嵌入式系统通常由嵌入式处理器嵌入式处理器、外围设备外围设备、嵌入式操作嵌入式操作系统系统和和应用软件应用软件等几大部分组成。等几大部分组成。 32嵌入式系统的组成应用程序应用程序实时操作系统（实时操作系统（RTOS）输入输入输出输出接口接口处理器处理器/ARM核核MMU/CacheSOC/SOPCUSBGPIOIISLCDUART和和IrDAADC/DACFPGA/CPLDDSP/浮点运算协处理器浮点运算协处理器DMA电源管理电源管理人机交互接口人机交互接口LCD/触摸屏、键盘、鼠标触摸屏、键盘、鼠标设备驱动程序、设备驱动程序、HAL、BSP文件系统文件系统/图形用户应用程序接口图形用户应用程

22、序接口驱动层驱动层OS层层应用层应用层软软 件件以太网以太网看门狗及看门狗及复位电路复位电路Timer/RTCCANFlashEEPROMSDRAMSRAM内内存存硬硬 件件33嵌入式处理器l 嵌入式处理器嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件。嵌入式处理是嵌入式系统的核心部件。嵌入式处理器与通用处理器的最大不同点在于器与通用处理器的最大不同点在于嵌入式处理器大多工嵌入式处理器大多工作在为特定用户群设计的系统中作在为特定用户群设计的系统中。它通常把通用计算机。它通常把通用计算机中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于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，

23、并具有高效率、高可靠性嵌入式系统设计趋于小型化，并具有高效率、高可靠性等特征。等特征。l大的硬件厂商会推出自己的嵌入式处理器，因而现今市大的硬件厂商会推出自己的嵌入式处理器，因而现今市面上有面上有1000多种嵌入式处理器芯片，其中使用最为广多种嵌入式处理器芯片，其中使用最为广泛的有泛的有ARM，MIPS，PowerPC，MC68000等。等。 34外围设备l外围设备外围设备是指在一个嵌入式系统中，除了嵌入式处理器是指在一个嵌入式系统中，除了嵌入式处理器以外的完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他以外的完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件。部件。l根据外围设备的功能可分为以下根据外

24、围设备的功能可分为以下3类：类：l存储器存储器：静态易失型存储器：静态易失型存储器(RAM，SRAM)、动态存储器、动态存储器(DRAM)和非易失型存储器和非易失型存储器(Flash)。其中，。其中，Flash以可擦写次以可擦写次数多、存储速度快、容量大及价格低等优点在嵌入式领域得到数多、存储速度快、容量大及价格低等优点在嵌入式领域得到了广泛的应用。了广泛的应用。l接口接口：应用最为广泛的包括并口、：应用最为广泛的包括并口、RS-232串口、串口、IrDA红外接红外接口、口、SPI串行外围设备接口、串行外围设备接口、I2C(Inter IC)总线接口、总线接口、USB通用通用串行总线接口、串行

25、总线接口、Ethernet网口等。网口等。l人机交互人机交互：LCD、键盘和触摸屏等人机交互设备。、键盘和触摸屏等人机交互设备。35嵌入式操作系统l嵌入式操作系统嵌入式操作系统是用来管理存储器分配、中断处理、任务是用来管理存储器分配、中断处理、任务间通信和定时器响应，以及提供多任务处理等的软件模块间通信和定时器响应，以及提供多任务处理等的软件模块集合。具有操作系统的最基本的功能：集合。具有操作系统的最基本的功能：l进程调度进程调度l内存管理、设备管理、文件管理、中断管理内存管理、设备管理、文件管理、中断管理l系统功能接口、设备驱动系统功能接口、设备驱动l嵌入式操作系统嵌入式操作系统是嵌入式应用

26、软件的基础和开发平台。嵌是嵌入式应用软件的基础和开发平台。嵌入式系统的出现解决了嵌入式软件开发标准化的难题。入式系统的出现解决了嵌入式软件开发标准化的难题。l嵌入式操作系统嵌入式操作系统具有的特点：具有的特点：l系统可系统可裁减、可配置裁减、可配置l系统具有系统具有实时性实时性l系统系统稳定、可靠稳定、可靠36应用软件l嵌入式系统的应用软件嵌入式系统的应用软件是针对特定的实际专业领域的，是针对特定的实际专业领域的，基于相应的嵌入式硬件平台，并能完成用户预期任务的基于相应的嵌入式硬件平台，并能完成用户预期任务的计算机软件计算机软件。l嵌入式软件的特点如下：嵌入式软件的特点如下：l(1)软件要求固

27、态化存储。软件要求固态化存储。l(2)软件代码要求高质量、高可靠性。软件代码要求高质量、高可靠性。l(3)系统软件的高实时性是基本要求。系统软件的高实时性是基本要求。l(4)多任务实时操作系统成为嵌入式应用软件的必需。多任务实时操作系统成为嵌入式应用软件的必需。 37嵌入式处理器分类38l嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种位的电子嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。l单片机芯片内部集成单片机芯片内部集成ROM/EPROMROM/EPROM、RAMRAM、总线、总线逻辑、总线、总线逻辑、定时

28、、定时/ /计数器、看门狗、计数器、看门狗、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、EEPROMEEPROM等各种必要功能和外设等各种必要功能和外设。嵌入式微控制器39l微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从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。而使功耗和成本下降、可靠性提高。l微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器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，因此的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。称

29、为微控制器。嵌入式微控制器40lDSPDSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结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，在构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、数字滤波、FFTFFT、谱、谱分析等分析等各种仪器上各种仪器上DSPDSP获得了大规模的应用。获得了大规模的应用。lDSPDSP的理论算法在的理论算法在7070年代就已经出现，但是由于专门的年代就已经出现，但是由于专门的DSPDSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPUMPU等由分立等由分立元件实现。元件实现。19821982年世界

30、上诞生了首枚年世界上诞生了首枚DSPDSP芯片。在语音合成芯片。在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。和编码解码器中得到了广泛应用。DSPDSP的运算速度进一步提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。高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。l目前最为广泛应用的嵌入式目前最为广泛应用的嵌入式DSPDSP处理器是处理器是TITI的的TMS320TMS320系列，系列，另外如另外如MotorolaMotorola、IntelIntel、SiemensSiemens也有各自相应的也有各自相应的DSPDSP处理处理器芯片。器芯片。嵌入式DSP控制器41l嵌入式微

31、处理器是由通用计算机中的嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPUCPU演变而来的。演变而来的。l与计算机处理器不同的是，只保留和嵌入式应用紧密相关与计算机处理器不同的是，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，配上必要的扩展的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，配上必要的扩展外围电路，如存储器的扩展电路、外围电路，如存储器的扩展电路、I/OI/O的扩展电路和一些专的扩展电路和一些专用的接口电路等，这样就可以最低的功耗和资源满足嵌入用的接口电路等，这样就可以最低的功耗和资源满足嵌入式应用的特殊要求。式应用的特殊要求。l嵌入式微处理器虽然在功能上与标准微处理器基本相同，嵌入式微处

32、理器虽然在功能上与标准微处理器基本相同，但一般在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面都做了各但一般在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面都做了各种增强。与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体种增强。与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点。积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点。 嵌入式微处理器42全世界只有4%的计算机处理芯片用于计算机中Source: Embedded Systems Programming, May 1999Average car has about 15 microprocessors. Mercedes S-class: 63 mi

33、croprocessors !32-bit嵌入式微处理器16-bit8-bit4-bit250 million1 billion1 billion1 billion125 million PCsIntel, AMDMotorola,ARM,MIPS,i960,x86,其中只有其中只有4%4%的的微处理器微处理器嵌入式微处理器43嵌入式微处理器44嵌入式微处理器l 嵌入式微处理器嵌入式微处理器一般具有以下特点：一般具有以下特点：l对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最

34、断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。低限度。l具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。l可扩展的处理器结构，以能最迅速地开发出满足应用的最高性能可扩展的处理器结构，以能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。的嵌入式微处理器。l嵌入式微处理器一般具有较低的功耗。嵌入式微处理

35、器一般具有较低的功耗。 45广义与狭义的嵌入式系统l广义上讲广义上讲，凡是带有处理器的专用软硬件系统都可称为嵌，凡是带有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。l狭义上讲狭义上讲，我们更加强调那些使用嵌入式微处理器构

36、成独，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，用于特定场立系统，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。这里所谓的嵌入式系统是指狭义上的嵌合的嵌入式系统。这里所谓的嵌入式系统是指狭义上的嵌入式系统。入式系统。46lSoC SoC 就是就是System on Chip System on Chip ，SoCSoC嵌入式系统微处理器嵌入式系统微处理器就是一种电路系统。就是一种电路系统。l它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，像它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，像是是ARM RISCARM RISC、MIPS RISCMIPS

37、 RISC、DSPDSP或是其他的微处理器核或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，像是通用串行端口（心，加上通信的接口单元，像是通用串行端口（USBUSB）、TCP/IPTCP/IP通信单元、通信单元、GPRSGPRS通信接口、通信接口、GSMGSM通信接口、通信接口、IEEE1394IEEE1394、蓝牙模块接口等等，这些单元以往都是依、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。照各单元的功能做成一个个独立的处理芯片。l嵌入式片上系统设计的关键是嵌入式片上系统设计的关键是IPIP核的设计。核的设计。IPIP核分为核分为硬核、软核和固核，是嵌入式技术的重

38、要支持技术。硬核、软核和固核，是嵌入式技术的重要支持技术。嵌入式片上系统47ASIC CoreMemoryEmbedded ProcessorCoreAnalogFunctionsCommunicationSensorInterface嵌入式片上系统48lSoCSoC是追求产品系统最大包容的集成器件，是追求产品系统最大包容的集成器件，SoCSoC最大的特点最大的特点是成功实现了是成功实现了软硬件无缝结合软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。作系统的代码模块。l运用运用VHDLVHDL等硬件描述语言不需要再像传统的系统设计一样等硬件描述语言不需要再像传统

39、的系统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点点的连接焊制，只需要使，绘制庞大复杂的电路板，一点点的连接焊制，只需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。厂商进行生产。 lSOCSOC芯片在声音、图像、影视、网络及系统逻辑等应用领域芯片在声音、图像、影视、网络及系统逻辑等应用领域中发挥重要作用。中发挥重要作用。嵌入式片上系统49SoCSoC嵌入式系统微处理器的好处：嵌入式系统微处理器的好处：l利用改变内部工作电压，降低芯片

40、功耗。利用改变内部工作电压，降低芯片功耗。l减少芯片对外管脚数，简化制造过程。减少芯片对外管脚数，简化制造过程。l减少外围驱动接口单元及电路板之间的信号传递，可以加减少外围驱动接口单元及电路板之间的信号传递，可以加快微处理器数据处理的速度。快微处理器数据处理的速度。l内嵌的线路可以避免外部电路板在信号传递时所造成系统内嵌的线路可以避免外部电路板在信号传递时所造成系统杂讯。杂讯。lSoCSoC是嵌入式处理器技术未来发展的重要方向是嵌入式处理器技术未来发展的重要方向嵌入式片上系统50嵌入式操作系统分类 1 1顺序执行系统顺序执行系统 即系统内只有一个运行程序，它独占即系统内只有一个运行程序，它独占

41、CPUCPU时间，按语句顺序时间，按语句顺序执行该程序，直至执行完毕，另一程序才能启动运行。执行该程序，直至执行完毕，另一程序才能启动运行。DOSDOS操作系统操作系统就属于这种系统。就属于这种系统。 2 2分时操作系统分时操作系统 系统内同时可有多道程序运行。所谓同时，只是从宏观上说系统内同时可有多道程序运行。所谓同时，只是从宏观上说；实际上系统把；实际上系统把CPUCPU的时间按顺序分成若干时间片，每个时间片内执的时间按顺序分成若干时间片，每个时间片内执行不同的程序。这类系统支持多用户，当今广泛用于商业、金融领行不同的程序。这类系统支持多用户，当今广泛用于商业、金融领域。域。UNIXUNI

42、X操作系统就属于这种系统。操作系统就属于这种系统。 3 3实时操作系统实时操作系统 系统内同时有多道程序运行，每道程序各有不同的优先级，系统内同时有多道程序运行，每道程序各有不同的优先级，操作系统按事件触发使程序运行。当多个事件发生时，系统按优先操作系统按事件触发使程序运行。当多个事件发生时，系统按优先级高低确定哪道程序在此时此刻占有级高低确定哪道程序在此时此刻占有CPUCPU，以保证优先级高的事件先，以保证优先级高的事件先运行，从而实现实时信息及时被采集。运行，从而实现实时信息及时被采集。 51嵌入式操作系统分类l实时操作系统实时操作系统：能够对外部事件做出及时响应的系统，响：能够对外部事件

43、做出及时响应的系统，响应时间要有保证。应时间要有保证。l实时操作系统必须有以下特征：实时操作系统必须有以下特征：l多任务多任务l有线程优先级有线程优先级 ( (是否为进程是否为进程) )l多种中断级别多种中断级别l硬实时系统：硬实时系统： 对系统响应时间有严格的要求，如果系统响应时间不能满足，就对系统响应时间有严格的要求，如果系统响应时间不能满足，就会引起系统崩溃或致命的错误。会引起系统崩溃或致命的错误。l软实时系统：软实时系统： 对系统响应时间有要求，但是如果系统响应时间不能满足，它并对系统响应时间有要求，但是如果系统响应时间不能满足，它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃，只是降低系统的吞吐

44、量。不会导致系统出现致命的错误或崩溃，只是降低系统的吞吐量。52 实时嵌入式操作系统的种类繁多，大体上可分为两种实时嵌入式操作系统的种类繁多，大体上可分为两种，商用型和免费型。，商用型和免费型。l商用型的实操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术商用型的实操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但往往价格昂贵。支持和售后服务，但往往价格昂贵。l免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，目前主免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，目前主要有要有LinuxLinux和和C/OSC/OS，稳定性与服务质量存在挑战。，稳定性与服务质量存在挑战。嵌入式操作系统分类53嵌入式操作系统分类VxWor

45、ksC/OSC/OS-Windows CE嵌入式嵌入式LinuxPalmOS QNXDelta OS Hopen OSpSOS54lVxWorksVxWorks操作系统是美国操作系统是美国WindRiverWindRiver公司于公司于19831983年设计开发年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（的一种嵌入式实时操作系统（RTOSRTOS），具有良好的持续发），具有良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域牢牢占据着一席之地。式实时操作系统领域牢牢占据着一席之地。lVxWorksVxWorks所具有的显著特

46、点是：所具有的显著特点是： 可靠性、实时性和可裁减性。可靠性、实时性和可裁减性。 它支持多种处理器，如它支持多种处理器，如x86x86、i960i960、Sun SparcSun Sparc、Motorola MC68xxxMotorola MC68xxx、MIPS MIPS 、POWER PCPOWER PC等等。等等。l大多数的大多数的VxWorks APIVxWorks API是专有的，如火星机器人。是专有的，如火星机器人。VxWorks55lWindows CE 3.0Windows CE 3.0：一种针对小容量、移动式、智能化、：一种针对小容量、移动式、智能化、3232位、连接设备的

47、模块化实时嵌入式操作系统。位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统。l针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台，一种功能丰富的操作系统平台，WindowsCEWindowsCE嵌入但不够实嵌入但不够实时，属于软实时操作系统，时，属于软实时操作系统，l由于其由于其WindowsWindows背景，界面比较统一认可。背景，界面比较统一认可。l操作系统的基本内核需要至少操作系统的基本内核需要至少200K200K的的ROMROM。 Windows Embedded56uCOS IIlC/OS-II是一种可移植的，可植入是一

48、种可移植的，可植入ROM的，可裁剪的，的，可裁剪的，抢占式的，实时多任务操作系统内核。它被广泛应用于抢占式的，实时多任务操作系统内核。它被广泛应用于微处理器、微控制器和数字信号处理器。微处理器、微控制器和数字信号处理器。 lC/OS-II 的前身是的前身是C/OS，最早出自于，最早出自于1992 年美国嵌入年美国嵌入式系统专家式系统专家Jean J.Labrosse 发布。发布。 57lPalm OSPalm OS是著名的网络设备制造商是著名的网络设备制造商3COM3COM旗下的旗下的Palm Palm ComputingComputing掌上电脑公司的产品。掌上电脑公司的产品。lPalm O

49、SPalm OS是是PalmPalm公司开发的专用于公司开发的专用于PDAPDA上的一种操作系统，一上的一种操作系统，一度普占据了度普占据了90%90%的的PDAPDA市场的份额。市场的份额。Palm OS58l Quick Unix Quick Unix，加拿大，加拿大QNXQNX公司的产品。公司的产品。l QNXQNX是在是在X86X86体系上面开发出来的，这和别的体系上面开发出来的，这和别的RTOSRTOS不一样不一样，别的好多，别的好多RTOSRTOS都是从都是从68K68K的的CPUCPU上面开发成熟，然后再移上面开发成熟，然后再移植到植到X86X86体系上面来的。体系上面来的。l

50、QNXQNX是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循POSIXPOSIX相关标准，由于相关标准，由于QNXQNX具有强大的图形界面功能，因此具有强大的图形界面功能，因此很适合作为机顶盒、手持设备（手掌电脑、手机）、很适合作为机顶盒、手持设备（手掌电脑、手机）、GPSGPS设备的实时操作系统使用。设备的实时操作系统使用。QNX59iOSl苹果苹果iOS是由苹果公司开发的手持设备操作系统。苹果是由苹果公司开发的手持设备操作系统。苹果公司最早于公司最早于2007年年1月月9日的日的Macworld大会上公布这个大会上公布这个系统，最初是设计给系统，最初是设

51、计给iPhone使用的，后来陆续套用到使用的，后来陆续套用到iPod touch、iPad以及以及Apple TV等苹果产品上。等苹果产品上。l截止至截止至2011年年11月，月，iOS已占据全球智能手机系统市已占据全球智能手机系统市场份额的场份额的30%，在美国的市场占有率为，在美国的市场占有率为43%。60AndroidlAndroid是一种以是一种以Linux为基础的开放源码操作系统，为基础的开放源码操作系统，主要使用于便携设备。主要使用于便携设备。lAndroid操作系统最初由操作系统最初由Andy Rubin开发，最初主要开发，最初主要支持手机。支持手机。2005年由年由Google

52、收购注资，并组建开放手收购注资，并组建开放手机联盟开发改良，逐渐扩展到平板电脑及其他领域上。机联盟开发改良，逐渐扩展到平板电脑及其他领域上。l截至到截至到2011年年11月，月，Android占据全球智能手机操作占据全球智能手机操作系统市场系统市场52.5%的份额，中国市场占有率为的份额，中国市场占有率为58%。61 l嵌入式嵌入式Linux(Embedded Linux)Linux(Embedded Linux)是指对是指对LinuxLinux经过小型经过小型化裁剪后，能够固化在容量只有几百化裁剪后，能够固化在容量只有几百K K字节或几兆字节字节或几兆字节的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌

53、入式场合的的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用专用LinuxLinux操作系统。嵌入式操作系统。嵌入式LinuxLinux的开发和研究是目的开发和研究是目前操作系统领域的一个热点。主要有前操作系统领域的一个热点。主要有RTLinuxRTLinux和和 CLinuxCLinuxlLinuxLinux在嵌入式领域异军突起，越来越多的开发者使用在嵌入式领域异军突起，越来越多的开发者使用LinuxLinux作为嵌入式操作系统的开发原型。作为嵌入式操作系统的开发原型。 嵌入式Linux62lLinuxLinux是开放源码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多是开放源码的，不存在黑箱技术，遍布全

54、球的众多LinuxLinux爱好者又是爱好者又是LinuxLinux开发的强大技术后盾。开发的强大技术后盾。lLinuxLinux的内核小、功能强大、运行稳定、系统健壮、效率高的内核小、功能强大、运行稳定、系统健壮、效率高，易于定制剪裁，在价格上极具竞争力。，易于定制剪裁，在价格上极具竞争力。lLinuxLinux不仅支持不仅支持x86 CPUx86 CPU，还可以支持其他数十种，还可以支持其他数十种CPUCPU芯片。芯片。嵌入式Linux63本课程的主线lARMlLinuxLinuxLinux优点优点1.1.开放源代码开放源代码, ,丰富的软件资源丰富的软件资源2.2.功能强大的内核功能强大的内核, ,性能高效、稳定、多任务性能高效、稳定、多任务3.3.支持多种体系结构支持多种体系结构4.4.完善的网络通信、图形和文件管理机制完善的网络通信、图形和文件管理机制5.5.支持大量的硬件设备支持大量的硬件设备, ,驱动丰富驱动丰富6.6.大小功能都可定制大小功能都可定制ARMARM优势优势1.1.高性能、低功耗、低价格高性能、低功耗、低价格2.2.丰富的可选择芯片丰富的可选择芯片3.3.广泛的第三方支持广泛的第三方支持4.4.完整的产品线与发展规划完整的产品线与发展规划64章节提