嵌入式介绍课件

1、(1)嵌入式系统概论浙江大学计算机学院陈文智2005年2月前言(1)课程设置的必要性应用需求日趋复杂微处理器技术长足发展嵌入式软件技术成为核心课程涉及的主要内容阐述嵌入式系统的要素介绍嵌入式系统软硬件设计基础介绍嵌入式系统最新设计理念项目开发流程与自由实验前言(2)课程设置的预期目标使学员对嵌入式系统设计技术有比较全面的了解，并具备一定的设计实践能力，为深入开展相关研究奠定良好的基础。理解并掌握实时操作系统和实时软件开发技术课程大纲嵌入式系统概述嵌入式系统应用介绍嵌入式系统硬件系统概述嵌入式开发环境和开发工具嵌入式处理器结构与实现技术嵌入式操作系统概述嵌入式项目开发过程基于Intel Xsca

2、l和Motorola开发板的实验实验平台(1)实验平台(3)参考文献(1)嵌入式计算机系统设计原理，computers as components, principles of embedded computing system design, wayne wolf, 机械工业出版社，2002ARM嵌入式处理器结构与应用基础，马忠梅等，北航出版社，2002嵌入式实时操作系统VxWorks及其开发环境Tornado，孔祥营等，中国电力出版社，2002计算机系统的三大领域服务器利润最大的市场可用性可扩展性有效带宽桌面最广阔的市场嵌入式潜力最大的市场1. 嵌入式系统介绍计算机系统PCLaptopMa

3、inframeServer移动电脑 (PDA)手机其它，MP3 播放机，数码相机。嵌入在电子设备内部的计算系统任何包含一个或多个专用的计算机、微处理器或微控制器的电子设备能执行特定功能的计算机硬件和软件的结合体广义定义:任何一个非计算机的计算系统1.1 计算机工业的分类以往计算机分类：大型计算机、中型机、小型机和微计算机目前计算机分类：超级计算机，大型计算机、工作站、微计算机、亚微计算机亚微计算机(嵌入式计算机) 是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中1.2 嵌入式系统的定义英国电机工程师学会的定义: “嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或甚至工厂操作的装置”通常执行特定功能以微

4、电脑和外围构成核心严格的时序和稳定性要求全自动操作循环1.3 嵌入式系统工业的特点和要求 1.3.1 嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业 PC由WINTEL垄断嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。1.3.2 嵌入式系统具有的产品特征面向用户、面向产品、面向应用 升级换代也是和具体产品同步 ,具有较长的生命周期 软件和硬件结合紧密嵌入式处理器的发展也体现出稳定性普通处理器18月嵌入式处理器810年 1.3.3 嵌入式系统软件的特征 软件要求固态化存储 软件代码高质量、高可靠性 系统软件(OS)的高实时性是基本要求 多任务操作系统是知识集成的平台和走向工

5、业标准化道路的基础 1.3.4 嵌入式系统开发需要开发工具和环境 通用计算机具有完善的人机接口界面嵌入式系统本身不具备自举开发能力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。 1.3.5 嵌入式系统软件需要RTOS开发平台 通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口(API)，但一般不是实时的。嵌入式系统则不同，应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行。但为了保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。需要选配RTOS开发平台 1.3.6 嵌入式系统开发人员以应用专家为主 通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士。

6、嵌入式系统则是要和各个不同行业的应用相结合的，其开发人员往往是各个应用领域的专家。 因此开发工具的易学、易用、可靠、高效是基本要求。 构件化2 嵌入式系统的应用嵌入式视频服务器的架构数码多媒体产品现代化家庭信息家电中国数字电视发展规划2002年完成地面广播传输标准的测试；2002年底颁布国家数字电视有线传输标准；2003年底前颁布国家数字电视地面广播标准和相关配套标准，确定数字电视标准体系；2005年在有条件的城市推广数字电视播出；2008年的北京奥运会上向全世界传输数字高清晰度电视节目，主要的大城市开始数字电视商业广播；2015年数字电视成为我国电视播出的主要方式。 信息家电通信市场电话交换

7、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等等智能网络电话机通过普通电话线与网络相连。宽带网络电话机通过宽带接入Internet。目前IP电话发展现状据统计，全球电话业务收入综合年增长率将以的速度增长，到年电话已占国际电话业务量的三分之一。到年，国际长途将占业务市场的。电话已成为当前各国电话运营重点发展的业务之一。PDA的应用领域及市场潜力通讯产品工业市场制造工厂污水处理系统发电站和电力传输系统自动化工厂控制系统开发，维护和测试的工具石油提炼和相关的贮运设施，建筑设备计算机辅助制造系统能源控制系统，核电站机器人系统等商业和金融市场自动柜员机信用卡系统售货端系统安全系统等

8、办公市场电话系统传真系统复印机计时系统照相机和摄象机运输市场航空、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建筑市场电力供应，备用电源和发电机，火警控制系统，供热和通风系统，电梯和升降系统，车库管理，安保系统，电子门锁系统，楼宇管理系统，闭路电视系统，电子保险柜，警铃等医疗市场心脏除颤器心脏起搏器患者信息和监视系统理疗控制系统电磁成像系统等医疗影像网络PACS主要功能：医学影像的采集和数字化图像的存储和管理医学图像的高速传输图像的数字化处理和重现图像信息与其他信息PACS子系统影像实时采集子系统 影像分析处理子系统 影像的查询、

9、管理和存储子系统 图文编辑及打印子系统 数字图像回写子系统 远程会诊子系统 系统管理子系统 军事领域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1.尺寸和重量:在军事和航天环境中，空间是非常珍贵的。对用于航天器或航空器上的计算机系统的尺寸大小要求是苛刻的。重量是在航空器或飞机上采用的另一个重要因素，但在工业上应用并不重要。2.功率消耗:电池寿命自然是设计运动或可携带军事系统和空间设备的关键问题。因为发热与功耗成正比，降低功耗就成了对工作在较高温度环境中的系统的重要要求。 3.震动和冲击:军事和空间系统要适合在恶劣运动环境中工作和贮存。这些环境包括：大范围或小范围的重复

10、运动；芯片、模块和模板可能部分或全部变位或断线；由于震动而加重的电化学反应引起的腐蚀，使模板互连金手指管脚的导电性能变差；由于使用硬盘驱动器致使数据的完整性成为难题等。 4.温度和湿度:大多数军事和空间系统是工作在温度和湿度环境相对不可控的条件下。用于军事和空间产品的电子产品的可靠工作范围必须在-40+85。 军事工业产品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) 21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统（FBCB2）作为美国陆军战斗指挥系统的一部分，FBCB2应用软件将在Applique+

11、 V4型计算机上运行，构成旅及旅以下级别陆军的数字化战斗指挥信息系统。FBCB2系统将向作战的士兵和指挥官、战斗支援部队以及战斗服务支援部队提供在行进中、近实时的事态感知以及指挥和控制信息，使他们在屏幕上就能分辨出友方部队和敌方部队。关于中国C4ISR系统的消息消息来源声称这一系统的研制已经进行多年,有关的分系统目前已经部分进入中国军队服役.战区级别的C3I系统预计若干年之内全面建成. 规划之中的国家级C4ISR系统包括2个以上的海岸指挥作战中心下设若干海岸雷达,海岸火炮,声纳分系统并使用数据链同国家宇宙作战中心相连接。国家宇宙指挥作战中心又通过卫星同联合作战指挥中心,防空作战中心、陆军作战指

12、挥中心等分系统衔接.整个大系统还包括两个以上的电子作战指挥中心.每个下设电子对抗,电子作战飞机,电子侦察,电子支援分中心.它又透过国家宇宙作战中心同防空指挥中心等衔接.在电子作战指挥中心之外,还设有一个雷达信息处理系统.下设电子侦察,防空雷达等分系统,并与战术防空系统联网.战术防空系统包括地对空导弹部队,防空雷达,国土防空战斗机等分系统.战术防空系统又通过宇宙作战中心同防空作战中心联网.嵌入式系统热点应用信息家电车载系统军事工业医疗器械信息家电应用特点市场巨大低成本要求利润空间小竞争激烈人机界面友好网络化车载系统应用特点与汽车工业相配套利润空间较大可靠性要求较高无线通讯要求军事工业应用特点市场

13、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医疗行业应用特点市场广阔，进入门槛较高利润极高3 嵌入式系统的发展趋势高集成度微处理器微控制器系统芯片 (SOC)软硬件协同设计成熟的设计流程3.1 高集成度(1)高集成度(2)高集成度(3)硬件潜力设计能力基于集成电路核的SOC设计 3.2 软硬件协同设计3.3 设计流程4 嵌入式软件技术发展现状与趋势 4.1近十年来，嵌入式操作系统发展飞速， 支持处理器不断丰富，功能不断增强。嵌入式操作系统支持微处理器：芯片从8位到16位、32位甚至64位。从支持单一品种的CPU芯片到支持多品种的。支持强大的核外功能，如文件系统，TCP/IP网络系统，窗口

14、图形系统等。未来五年，嵌入式操作系统内核向微型化、高可靠可信、强实时、构件组件化发展；支撑开发环境向集成化、可调试化、支持模型驱动设计发展；支持无线通信和能源管理功能将日益重要4.2 行业性开放系统日趋流行；面向领域特制的嵌入式操作系统走向开放、标准规范化、平台化 行业嵌入式软件形成了不同行业的标准，例如中国手机软件联盟制定了手机API标准。统一的行业标准具有开放、设计技术共享、软硬件重用、构件兼容、维护方便和合作生产的特点，是增强行业性产品竞争能力的有效手段，例如，欧共体汽车产业联盟规定以OSEK标准。 4.3自由开源的软件技术在嵌入式应用上尤其备受青睐，Linux渐成主流之一；以J2ME/

15、JINI为代表的嵌入式技术将对嵌入式软件的发展产生深远影响。 4.4嵌入式软件的技术领域不断扩大并逐成体系相关技术包括，实时系统，仿真工具，编译技术等，形成包括嵌入式操作系统、数据库、中间平台软件在内的嵌入式软件体系。 4.5嵌入式软件与互联网、普适计算、SOC的结合趋势加剧 迅猛发展的SOC再次推进了嵌入式软件与硬件系统进一步融合嵌入，嵌入式软件是其的灵魂与核心。嵌入式IP构件库技术，正在造就一个新兴的软件行业。互联网的“深度”联网，“动态自组”的传感器网络，推动嵌入式技术与互联网技术的“深层次”结合。对具有无所不在、自适应、游牧的、永恒的普适计算的嵌入式软件研究，将成为极为重要领域 目前的中国嵌入式软件竞争格局尚不稳定，产业链亟待完善，主要表现为产品市场化低、分工体系不尽明确、产业链较为松散、以及产业分布的失衡 1.嵌入式操作系统 SOC将成趋势 组件化和可配置程度进一步提高 无线应用将得到更充分的支持 嵌入式产