嵌入式系统论文(修改)

1、福建交通职业技术学院嵌入式系统论 文专 业 班 级 ： 嵌入式系统工程：学号 ：1目录引言.3第一章 嵌入式系统发展历史.41.1 嵌入式系统的定义.51.1.1嵌入式系统的特点.51.1.2嵌入式系统的种类与发展.51.1.3嵌入式系统的实时性.6第二章 嵌入式系统的独立发展道路.62.1 单片机开创了嵌入式系统独立发展道路.62.2 单片机的技术发展史.7第三章 嵌入式系统的两种应用模式.83.1客观存在的两种应用模式. 83.2两种应用模式的并存与互补. 83.2.1嵌入式系统应用的高低端.9第四章 嵌入式系统的组成.94.1 硬件层.104.2 中间层.104.2.1 应用软件层.10

2、第五章 无线智能家居设计.105.1无线智能家居控制系统总体结构及功能.115.2系统硬件实现.125.3 ARM9 微处理器.错误!未定义书签。5.4无线通信网络.错误!未定义书签。5.5传感器与显示模块.错误!未定义书签。5.6系统软设计.14第六章 嵌入式系统的主要应用，分类，特点.错误!未定义书签。第七章 嵌入式微处理器的种类.错误!未定义书签。第八章 嵌入式系统的发展现状和发展趋势.18结 论.19致 谢.20参 考 文 献.202 林敦杰： 引言: Home）是利用计算机技术、网络通信技术、综合布线技术在一起，通过网络化综合智能控制和管理的一种嵌入式系统。品的综合控制是智能家居发展

3、的必然趋势。文中提出的基于ARM9 的无线智能家 微处理器为核心 和GPRS 控制是指用计算机网络或手机短信将控制指令传输给控制系统实现对各种家居捷，是未来智能化家居生活发展的必然趋势。3第一章：嵌入式系统发展历史一些特点，往往不知所云。因此，有必要从现代计算的发展历史，了解嵌入式系统的由来，从学科建设的角度来探讨嵌入式系统较为准确的定义。计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。速度的无限提升，存储容量的无限扩大。 而嵌入式计算机系统的技术要求则是能力与控制的可靠性。将传统的电子系统发展到智能化的现代电子系统时代。用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性

4、、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。产生过多的误解，而能历史地、本质地、普遍适用地定义嵌入式系统。1、 嵌入式系统的定义4系中的专用计算机系统”。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。2、 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点与定义不同，它是由定义中的三个基本要素衍生出来的。不同的嵌入式系统其特点会有所差异。与“嵌入性”的相关特点：由于是嵌入到对象系统中，必须满足对象系统的环境要求，如物理环境（小型）、电气/气氛环境（可靠）、成本（价廉）等要求。与“专用性”的相

5、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。应的接口电路。指内部有嵌入式系统的产品、设备，例如，内含单片机的家用电器、仪器仪表、工控单元、机器人、手机、PDA 等。3、 嵌入式系统的种类与发展芯片级（MCU、SoC）。时，这样的计算机系统才可称作嵌入式系统。求，不断扩展对象系统要求的外围电路（如测、程序运行监测电路等），形成满足对象系统要求的应用系统。因此，嵌入式5义中的专用计算机系统引伸成，满足对象系统要求的计算机应用系统。4、 嵌入式系统的实时性响应时间：是实时系统从识别出一个外部事件到做出响应的时间；生存时间：是数据的有效等待时间，数据只有在这段时间内才是有效的；应时间的

6、倒数要小一点。的一种折衷，它的响应时间可以在秒的数量级上，广泛应用于消费电子设备中。涉及到医疗、安全、军事的软硬件系统来说是至关重要的。第二章：嵌入式系统的独立发展道路1、单片机开创了嵌入式系统独立发展道路嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，然而，微型计算机的体积、价位、嵌入式系统独立发展的单片机时代。6指令系统、总线方式、管理模式等。Intel公司的MCS-48、MCS-51就是按照创新模式发展起来的单片形态的嵌入式系统（单片微型计算机）。 MCS-51 是在MCS-48 探索基础上，进行全面完善的嵌入式系统。历史证明，“创新模式”是嵌入式系统独立发展的正确道路，MCS-51 的体系结构也因

7、此成为单片嵌入式系统的典型结构体系。2、 单片机的技术发展史单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。SCM 即单片微型计算机（SingleChip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM 与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。MCU即微控制器（Micro Controller MCU的逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51

8、从单片微型计Intel和Philips的历史功绩。MCUSoC化工具的发展，基于SoC的单片机应用系统制器延伸到单片应用系统。7第三章： 嵌入式系统的两种应用模式内含，要求计算机领域人员介入其体系结构、软件技术、工程应用方面的研究。识。因此，从嵌入式系统发展的历史过程，以及嵌入式应用的多样性中，可以了解到客观上形成的两种应用模式。1、 客观存在的两种应用模式技术应用模式，从事单片机的应用开发。这种应用模式最重要的特点是：软、硬法。虽然在单片机时代，计算机专业淡出了嵌入式系统领域，但随着后 PC 时代的到来，网络、通信技术得以发展；同时，嵌入式系统软、硬件技术有了很大的式系统软、硬件平台，以网络

9、、通信为主的非嵌入式底层应用。2、两种应用模式的并存与互补造，因此，以通晓对象专业的电子技术队伍为主，用最少的嵌入式系统软、硬件 8 不可能替代原来电子工程师在控制、仪器仪表、机械电子等方面的嵌入式应用。8的电路系统特性、基本的外围电路设计方法和对象系统的基本要求等。3、 嵌入式系统应用的高低端 8 位单机的出现，立即脱离了计算机专业领域，以“智能化”器件身份进入电子系统领域，没有带入“嵌入式系统”概念。因此，不少从事单片机应用的人，不了解单片机与嵌入式系统的关系，在谈到“嵌入式系统”领域时，往往理解成计算机专业领域的，基于32 位嵌入式处理器，从事网络、通信、多媒体等的应用。这样，“单片机”

10、与“嵌入式系统”形成了嵌入式系统中常见的两个独立的名词。但由于“单片机”是典型的、独立发展起来的嵌入式系统，从学科建设的角度出发，应该把它统一成“嵌入式系统”。考虑到原来单片机的电子系统底层应用特点，的低端应用，含义为它的底层性以及与对象系统的紧耦合。第四章：嵌入式系统的组成一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成嵌入式计9受种状态信息。下面对嵌入式计算机系统的组成进行介绍。1、 硬件层硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash 备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O和应用程序都可以固化在中。2、 中间层硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层（

11、 Hardware AbstractLayer,HAL）或者板级支持包（BoardSupport BSP包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。实际上,BSP 是一个介于操作系统和底层硬件之间的软件层次，包括了系统中大部分与硬件联系紧密的软件模块。设计一个完整的 BSP 需要完成两部分工作：嵌入工系统的硬件初始化的BSP功能，设计硬件相关的设备驱动。3、 系统软件层系统软件层由实时多任务操作系统（Real-time Operation 文件系统、图形用户接口(GraphicUserInterface,GUI)、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式应用软件的基

12、础和开发平台。第五章：无线智能家居设计101、 无线智能家居控制系统总体结构及功能无线智能家居控制系统总体结构及功能文中提出的基于ARM9 的无线智能家居控制系统主要包括 ARM9 触摸屏模块和家居电器，另外还有传感检测，语音报警和电源等模块。系统总体结构模型 图如图 1 所示。其中ARM 和ZigBee 无线通信网络收发控内部设备的非法访问和攻击。无线通信模块分为本地和远程两部分，本地通信主要通过新型的ZigBee 无过GPRS 通信网络或利用计算机通过互联网实现人与控制系统的通信，进而达到程控制使家居电器工作更加贴近人们的工作和生活要求。智能家居控制系统的具体功能包括：家居电器的综合监控：

13、工作状态的检测。室内环境信息采集：11气体的检测。当检测到家居环境的温度、湿度、煤气、烟气等超标，或检测到有陌生人强行开启室门或进入室内时就自动报警，告知居室主人。本地控制：用户在本地可通过计算机或家居电器本身的操作键对家居电器进行监控。远程控制：用户远程可以通过手机短息或互联网对家居电器进行控制或工作状况查询。安全防盗：家居中的所有与控制系统连接的电器设备均可实现与主人通人，以达到安全和防盗的目的。2、 系统硬件实现系统硬件主要由ARM9 触摸屏、语音报警和电源等模块组成。3、 ARM9 微处理器 是一款高性能32 位RISC微处理器, 采用了ARM920T 的内核，0.13um的CMOS

14、标准宏单元和存储器单元， BUS和Harvard 高速缓冲体系结构，这一结构具有独立的16Kb 指令Cache和16Kb 数 低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。4、 无线通信网络GPRS 网络本身具有较强的数据纠错能力，数据传输速率最高可达128Kb/s，能够保证数据传输的可 采用GPRS 网络进行数据传输的模块体积小、功耗低，适合作为无线传感器网络12 技术与GPRS DTU 无线通信模块采用成都众山电子有限公司的ZSD2110 GPRS DTU。ZSD2110 是一款使用GPRS 网络进行数据无线透明传输的嵌入式DTU 模块。内置工业级GPRS 引擎和嵌入式处理器。支持PPP、

15、TCP、UDP、ICMP 等众多复杂网络协议和SOCKET 标准，提供全透明数据传输和用户自由控制传输两种模式。同时支持点对点、点对多点、设备间、设备与中心间等各种不同的通讯模式。用 使系统能够随时随地接入 具有低复杂度、低功耗、低成本、高效率，可靠度高和网络覆盖面积广等技术优势，工作在免费的2.4GHz-2.5GHzISM 微波段，具有较强的抗干扰性和设备联络功能，能够实现1500m 的全向识别，传输速率最高可达10M bit/s，它支持3 种较强的网络健壮性和系统可靠性。基于以上特点ZigBee 广泛应用于智能家居控制、工业控制系统。本文采用的CC2430 是一种真正的系统芯片（SoC）C

16、MOS 解 为基础的2.4GHzISM 波段应用及对低成本，低功耗的要求，它结合一个高性能2.4GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器核心。5、 传感器与显示模块传感器包括煤气、烟雾等有毒气体检测器，人体红外探测器，门窗磁开关，温度、湿度、光照度传感器等，所有的传感器都与无线传输模块P1R2000 连接，构成无线传感器网络并与控制系统实现实时通信。显示模块选用低电压低功耗的LCDl2832 是一款分辨率为12832 位/8 位并行2 线或3 个1616 和128 个168点ASCII 行1616 点阵的汉字对话信息，构成全中文人机交互图形界面并显示当前时间、日期、星期、湿度、温度、定时提醒

17、等信息和煤气等有毒的含量超标时报警提示的输出信息。13整个智能家居控制系统以ARM9 语言和汇编语第六章：嵌入式系统的主要应用，分类，特点1、 主要应用交通管理、信息家电、家庭智能系统、POS 网络及电子商务、环境工程与自然、机器人。这些应用中，可以着重于在控制方面的应用。就远程家电控制而言，除了开发出支持 TCP/IP 的嵌入系统之外，家电产品控制协议也需要制订和统一，以，开发和探试嵌入式系统有着十分重要的意义。 在种机电产品中均有着巨大的市场。用非常广泛，这些工控机一般采用的是工业级的处理器和各种设备，其中以X86的 MPU 最多。电器是未来的发展趋势。到我们身边。2、 分类行划分。部分，

18、而目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过 1000 种，流行体系结构包括 等 30 到 FPGA 有若各式各样的品种上，以从 64KB 到 16MB，处理速度最快可以达到 2000MIPS,封装从个引脚到 144 个15引脚个不等。实时系统。实时嵌入系统是为执行特定功能而设计的，可以来严格的按时序执行功能。一个硬实时系统往往在硬件上需要添加专门用于时间和优先级管理的控制芯片，而软实时系统则主要在软件方面通过编程实现时限的管理。比如Windows CE就是一个多任备置分时系统，而Ucos-II则是典型的实时操作系统。业应用和消费电子等，在这里就不一一叙述了。3、特点作用4个特点；间，从而使

19、内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。护功能，同时也有利于软件诊断。式微处理器。和通信设备中靠电池的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有nW甚至uW级。而嵌入式系统的重要特征则是如下：16对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。比如 Enea 公司的 OSE 分布式系统，内核只有 5K，而 Windows 的内核？简直没有可比性。“升级”是完全两个概念。统安全。存领教，以提高速度；软件代码要求高质量和高可靠性。统的应用程序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、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS(Real-Time Operat

20、ion 可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。嵌入式系统开发需要开发工具和环境。由于其本身不具备自举开发能力，进行。第七章：嵌入式微处理器的的种类 CPU 最大的17用CPU趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯.诺依曼体系或哈佛体系结构；指令系统可以选用精简指令系统（RedycedInstryction Set Computer,RISC）和复杂指令系统CISC (Complex instruction Set Computer,CISC)。RSIC计算机在行效率并使用CPU硬件结构设计变得更为简单。界嵌入式微处理器已经超过100030系有和SH等。但与

21、全球PC市场不同的是，没有一种嵌入式微处理器可以主导市场，仅以32位的产品而言，就有100种以的嵌入式微处理器。嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。第八章：嵌入式系统的发展现状和发展趋势美国著名未来学家尼葛洛庞帝99年1月访华时预言，45年后嵌入式智能（电脑）工具将是PC和因特网之后最伟大的发明。我国著名嵌入式系统专家沈绪榜院士98年11月在武汉全国第11次微机学术交流会发表的计算机的发展与技术一文中，对未来10年以嵌入式芯片为基础的计算机工业进行了科学的阐述和展望。1999年世界电子产品产值已超过12000亿美元，2000年达到13000亿美元。出未来嵌入式系统的几大发展趋势；18式软硬件系统本身，同时还需要提供强大的硬件开发工具和软