汽车电子控制系统单片机和嵌入式系统简介课件

汽车电子控制系统单片机和嵌入式系统简介课件enter单片机简介长沙理工汽车技术培训中心artharsenter单片机简介单片机概述1.1单片机与嵌入式系统

1.1.1单片机的基本结构与特点

1.1.2嵌入式系统

1.1.3单片机应用的特点1.2单片机的发展趋势1.3MSP4301.4MSP430开发环境单片机概述1.1单片机与嵌入式系统什么是单片机（1）微型计算机一个基本的微型计算机通常由下面几部分组成：

¤中央处理器(CPU)，包括运算器、控制器

¤存储器，包括ROM和RAM

¤输入输出接口存储器运算器控制器输出设备输入设备数据控制1.1单片机与嵌入式系统什么是单片机（1）微型计算机存储器运算器控制器输出设

1．4位单片机阶段

自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000后，各个计算机生产公司竞相推出4位单片机。例如美国NS公司的COP402系列,松下公司的MN1400系列等。

4位单片机的控制功能较弱,CPU一次只能处理4位二进制数。结构简单、价格低廉，而且功能灵活。

4位单片机适合用于各种规模较小的家电类消费产品。典型应用领域有：PC机用的输入装置(鼠标、游戏杆)、电池充电器、运动器材、带液晶显示的音、视频产品控制器、一般家用电器的控制及遥控器、玩具控制、记时器、时钟、表、计算器、多功能电话、LCD游戏机。1．4位单片机阶段52．8位单片机阶段

1976年9月，美国Intel公司首先推出了MCS-48系列8位单片机以后，单片机发展进入了一个新的阶段，8位单片机纷纷应运而生。在1978年以前各厂家生产的8位单片机，由于受集成度(几千只管/片)的限制，一般没有串行接口，并且寻址空间的范围小(小于8KB)，从性能上看属于低档8位单片机。2．8位单片机阶段6

随着集成电路工艺水平的提高，在1978年到1983年期间集成度提高到几万只管/片，因而一些高性能的8位单片机相继问世。例如，Zilog公司的Z8系列，1980年Intel公司的MCS-51系列。这类单片机的寻址能力达64KB，片内ROM容量达4～8KB，片内除带有并行I/O口外，还有串行I/O口，甚至某些还有A/D转换器功能。这类单片机属于高性能8位单片机。随着集成电路工艺水平的提高，在1978年到1987

在高档8位单片机的基础上，单片机功能进一步得到提高，近年来推出了超8位单片机。如Intel公司的8X252、Zilog公司的Super8，Motorola公司的MC68HC等，它们不但进一步扩大了片内ROM和RAM的容量，同时还增加了通信功能、DMA传输功能以及高速I/O功能等。自1985年以来，各种高性能、大存储容量、多功能的超8位单片机不断涌现，它们代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥着越来越大的作用。

8位单片机由于功能强，被广泛用于工业控制、智能接口、仪器仪表等各个领域。在高档8位单片机的基础上，单片机功能进一步得到提83．16位单片机阶段

1983年以后，集成电路的集成度可达十几万只管/片，16位单片机逐渐问世。这一阶段的代表产品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel公司又推出的80C96。

16位单片机把单片机的功能又推向了一个新的阶段。如MCS-96系列的集成度为12万只管/片，片内含16位CPU、8KBROM、232字节RAM、5个8位并行I/O口、4个全双工串行口、4个16位定时器/计数器、8级中断处理系统。MCS-96系列还具有多种I/O功能，如高速输入/输出(HSIO)、脉冲宽度调制(PWM)输出、特殊用途的监视定时器(Watchdog)等等。

16位单片机可用于高速复杂的控制系统。3．16位单片机阶段9

4．32位单片机

90年代以后，各个计算机生产厂家已进入更高性能的32位单片机研制、生产阶段。

32位单片机具有极高的集成度，内部采用新颖的RISC结构，CPU可与其他微控制器兼容，主频频率可达33MHz以上，指令系统进一步优化，运算速度可动态改变，设有高级语言编译器，具有性能强大的中断控制系统、定时/事件控制系统、同步/异步通信控制系统。代表产品有Intel公司的MCS-80960系列、Motorola公司的MC683XX系列、Hitachi公司的SuperH(简称SH)系列等等。4．32位单片机10

32位单片机是单片机的发展趋势，随着技术发展及开发成本和产品价格的下降将会与8位机并驾齐驱。生产32位单片机的厂家与8位机的厂家一样多。随着集成电路的发展及信息时代的到来，基于ARM核的单片机占据32位单片机市场的主要份额。广泛应用在信息电器如掌上电脑、个人数字助理（PDA）、可视电话、移动电话、TV机顶盒、数码相机等嵌入式设备。32位单片机是单片机的发展趋势，随着技术11嵌入式和操作系统的概念1、什么是嵌入式

嵌入式根据字面的意思就会知道个大概，嵌入式就是将一个东西，嵌入到另一个中间，这就会有两层意思，

一个是硬件的嵌入式：将一个硬件嵌入到另一个中间，使得原本没有智能的产品变得智能；

一个是软件的嵌入式：将一个软件嵌入带另外一个软件里面，一般这个软件是一个应用软件，而对象是操作系统。

2、操作系统操作系统(OperatingSystem，简称OS)是管理计算机系统的全部硬件资源包括软件资源及数据资源；控制程序运行；改善人机界面；为其它应用软件提供支持等，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。操作系统通常是最靠近硬件的一层系统软件，是一个庞大的管理控制程序。

计算机资源可分为两大类：硬件资源和软件资源。硬件资源指组成计算机的硬设备，如中央处理机、主存储器、打印机、显示器、键盘输入设备等。软件资源主要指存储于计算机中的各种数据和程序。系统的硬件资源和软件资源都由操作系统根据用户需求按一定的策略分配和调度。

操作系统有很多，大家天天用的windows，开源的linux，微小的uC\OS，……世界是多彩的，操作系统也一样。对于嵌入式系统来说，操作系统的任务主要在于资源的分配，任务调度机制，中断处理，板级驱动程序的支持，管理任务、文件及提供图形交互界面。嵌入式和操作系统的概念1、什么是嵌入式通用计算机系统和嵌入式系统一般来说，嵌入式系统就是指用于实现独立功能的专用计算机系统。它由包括微处理器、微控制器、定时器、传感器等一系列微电子芯片与器件，以及嵌入在存储器中的微型操作系统或控制系统软件组成，完成诸如实时控制、监测管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。嵌入式系简单讲就是系统的应用软件与系统的硬件一体化。这种系统具有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点。通用计算机系统和嵌入式计算机系统形成了计算机技术的两大分支。与通用计算机系统相比，嵌入式系统最显著的特性是面向测控对象。测量对象都是一些物理量，如压力、温度、速度、位移等；控制对象则包括马达、电磁开关等。通用计算机具有计算机的标准形态，通过装配不同的应用软件，以类同面目出现，并应用在社会的各个方面。现在我们在办公室里、家庭中，最广泛普及使用的PC机就是通用计算机其最典型的代表。而嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中的。在许多的应用领域中，如工业控制、智能仪器仪表、家用电器、电子通信设备等电子系统和电子产品中，对计算机的应用有着不同的要求。通用PC之所已不能称为嵌入式系统是因为它是用于通用目的的系统，可执行各种各样的任务，而嵌入式系统的要求软硬件可剪裁，就是说针对不同的应用，嵌入式系统要求要有不同的硬件配置和应用程序，这就要求对嵌入式处理器外围电路及嵌入式操作系统内核外的应用程序进行精简高效率的设计，满足开发要求。通用计算机系统和嵌入式系统一般来说，嵌入式系统就是指用于实现操作系统内核的概念内核是操作系统最基本的部分。它是为众多应用程序提供对计算机硬件的安全访问的一部分软件，这种访问是有限的，并且内核决定一个程序在什么时候对某部分硬件操作多长时间。直接对硬件操作是非常复杂的，所以内核通常提供一种硬件抽象的方法来完成这些操作。硬件抽象隐藏了复杂性，为应用软件和硬件提供了一套简洁，统一的接口，使程序设计更为简单。严格地说，内核并不是计算机系统中必要的组成部分。程序可以直接地被调入计算机中执行，这样的设计说明了设计者不希望提供任何硬件抽象和操作系统的支持，它常见于早期计算机系统的设计中。最终，一些辅助性程序，例如程序加载器和调试器，被设计到机器核心当中，或者固化在只读存储器里。这些变化发生时，操作系统内核的概念就渐渐明晰起来了。由此我们可以推断内核是操作系统的中心。硬件是需要内核支持才行，有些硬件的支持没有被编入内核，这也需要我们重编内核；内核的包含的不仅仅是设备的驱动，还有其它的内容，比如网络协议的支持，防火墙的支持......比如iptables的实现，有些功能是需要内核支持的，如果内核与iptables相关的内容没有被编入，iptables相关的功能就无法实现；操作系统内核的概念内核是操作系统最基本的部分。它是为众多应用15嵌入式为什么要有操作系统在8位或16位嵌入式系统应用中，由于CPU资源量比较少，任务比较简单，程序员可以在应用程序中管理CPU资源，而不一定要专用的系统软件。如果嵌入式系统比较复杂并且采用32位CPU时，情况就完全不同了。32位CPU的资源量非常大，处理能力也非常强大，如果还是采用手工编制CPU的管理程序，面对复杂的应用，很难发挥出32位CPU的处理能力，并且程序也不可靠。举个例子：我们平时用的电脑，有比较丰富的外设资源，如果不使用操作系统，你自己用开发工具从底层开始写程序，搞个一年半载的，或许也可以让电脑跑起来，在显示器上搞个类似的windows界面。然而，如此的裸程序根本无法让PC机发挥出强大的处理能力，要想在已有的程序上加个应用功能，必须要熟悉其余程序的流程，或许还要去熟悉硬件知识，看硬件的datasheet。如果想移植到另外一台配置不同的电脑上，估计大部分程序都得推倒重来！从我目前的认知水平来看，我觉得在嵌入式上使用操作系统有两个方面的好处：1、操作系统的一个强项就是它可以使应用程序编码在很大程度上与目标板的硬件和结构无关。使程序员可以将尽可能多的精力放在应用程序本身，而不不必去关心系统资源的管理。2、使系统开发变得简单，缩短开发周期。使应用系统更加健壮、高效、可靠。当然，对于很简单的单片机应用，大可不必去跑操作系统。操作系统虽然听起来很好，很强大，但不论什么东西都往上移植的话就显得很傻、很天真了。~~~~~~~~~~~~~~~~ps：针对嵌入式的操作系统有很多种，还有51上面的操作系统，如small_rtos，uCOS-II，还有针对较高层次应用的clinux，linux，wince等等！~~~~15嵌入式为什么要有操作系统在8位或16位嵌入式系统应用中，什么是嵌入式系统IEEE定义嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作的机器、设备或装置”（原文为devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。通常执行特定功能嵌入式系统的核心----嵌入式微处理器严格的时序和稳定性要求全自动操作循环甚麼是嵌入式系統？一個我們天天用到只是可能沒有察覺到我們在用的東西嵌入在電子設備裡的計算系統軟體與硬體結合“嵌入式系统”（EmbeddedSystem）一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材什么是嵌入式系统IEEE定义什么叫嵌入式系统嵌入式系统的一般定义：“以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统”。

什么叫嵌入式系统嵌入式系统的一般定义：“以应用为中心，以计算嵌入式系统的典型组成嵌入式系统的典型组成

硬件单片机,X86,PowerPC,ARM,MIPS,……板级支持程序嵌入式操作系统应用软件嵌入式计算机系统基本结构嵌入式软件是实时多任务操作系统和各种专用软件，一般固化在ROM或闪存中嵌入式硬件以芯片、模板、组件、控制器形式埋藏于设备内部。

硬件板级支持程序嵌入式操作系统应用软件嵌入式计算机系统基第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器系统。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言程序对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。一般称之为单片机。主要特点：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简便、价格低廉，当时在国内工业领域应用较为普遍，但是已经远远不能适应现代化工业控制和新兴的信息家电等领域的需求。第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。主要特点：CPU种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统具有一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业，用户界面不够友好；系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统主要特点：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口（API），开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。目前是以嵌入式Internet为标志的嵌入式系统的发展为研究方向。嵌入式系统发展第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器系统。这种系统大部分应嵌入式系统硬件层核心-

嵌入式处理器嵌入式系统硬件层核心-

嵌入式处理器又称单片机，这种８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。单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各种必要功能和外设。代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外还有许多半通用系列如：支持USB接口的MCU8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系统约70％的市场份额。典型的8位MCUMCS-51系列的单片机是低端嵌入式系统中用得最多的微处理器。嵌入式微控制器MCU又称单片机，这种８位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其DSP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，在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。DSP的理论算法在70年代就已经出现，但是由于专门的DSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPU等由分立元件实现。1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。DSP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。典型的16位微处理系统MCS-96系列单片机和16位DSP芯片嵌入式数字信号处理器DSPDSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指嵌入式微处理器MPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，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，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。和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、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。其中Arm／StrongArm是专为手持设备开发的嵌入式微处理器，属于中档的价位。典型的32位微处理系统ARM系列是应用较广泛的32位微处理器。

嵌入式微处理器MPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演SoC就是SystemonChip，SoC是一种基于IP（IntellectualProperty）核嵌入式系统设计技术。它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，ARMRISC、MIPSRISC、DSP或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，例如通用串行端口（USB）、TCP/IP通信单元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、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。嵌入式片上系统SoCSoC就是SystemonChip，SoC是一种基于IP常用的嵌入式操作系统

uCO/S实时嵌入式操作系统-中小型嵌入式系统开发特点：1.源码全公开，并带有详尽的注释和讲解，系统完全透明，内核容易重编辑，系统可移植性强。 2.可固化。通过软件的编译，连接，下载，uCO/S操作系统可固化到开发者产品的存储器中。成为产品的一部分。 3.可剪裁。开发者可以只使用uCO/S中需要的系统服务。嵌入式Linux操作系统-大型嵌入式系统开发

嵌入式linux是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。嵌入式linux既继承了Interlnet上无限的开放源代码资源，又具有嵌入式操作系统的特性。嵌入式Linux的特点是版权费免费;购买费用媒介成本技术支持全世界的自由软件开发者提供支持网络特性免费，而且性能优异，软件移植容易，代码开放，有许多应用软件支持，应用产品开发周期短，新产品上市迅速，因为有许多公开的代码可以参考和移植，目前linux操作系统的实时性和图形界面功能也已经越来越好。常用的嵌入式操作系统uCO/S实时嵌入式操作系统-中小型嵌入式系统的应用领域嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子通信设备移动存贮工控设备智能仪表汽车电子网络设备消费电子军事国防电子商务网络工业控制嵌入式系统的应用领域嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子通信设2008华东师范大学计算机科学技术系28现实中的嵌入式系统2008华东师范大学计算机科学技术系28现实中的嵌入式系统2008华东师范大学计算机科学技术系29马达控制器车灯嵌入式系统示例——汽车控制系统尾灯控制系统后车门控制系统前车门控制系统座椅控制系统发动器控制系统所有的控制系统都是一个完整的嵌入式系统2008华东师范大学计算机科学技术系29马达嵌入式系统示例—18个嵌入式控制模块VOLVOS80汽车的CAN总线网络18个嵌入式控制模块VOLVOS80汽车的CAN总线网络现代化家庭现代化家庭嵌入式Internet应用嵌入式Internet应用智能玩具与机器人智能玩具与机器人阿富汗参加反恐作战的“赫耳墨斯”价值4万美元，可携带2架摄像机，发挥了很好作用。军事侦察阿富汗参加反恐作战的“赫耳墨斯”价值4万美元，可携带2架摄像2002年11月28日，以色列一选举投票点，发生枪击事件，造成至少7人死亡，数十人受伤。以警方用机器人在检查一具巴勒斯坦枪手的尸体。反恐防暴2002年11月28日，以色列一选举投票点，发生枪击事微型飞行器---“黑寡妇”空中飞行器微型飞行器---“黑寡妇”空中飞行器汽车电子控制系统单片机和嵌入式系统简介课件基于WinCE的移动机器人平台基于WinCE的移动机器人平台基于VXworks的火星探路者基于VXworks的火星探路者嵌入式系统主要应用领域1国防工业、军事工业、兵器工业：各种武器控制（火炮控制、导弹控制、智能炸弹制导引爆装置）、坦克、舰艇、轰炸机等陆海空各种军用电子装备，雷达、电子对抗军事通信装备，野战指挥作战用各种专用设备等。我国嵌入式计算机最早用于导弹控制。嵌入式系统主要应用领域1国防工业、军事工业、兵器工业：各种武嵌入式系统主要应用领域2信息家电、民用设备：各种信息家电产品，如数字电视机、机顶盒，数码相机，VCD、DVD音响设备，可视电话，家庭网络设备，洗衣机，网络冰箱，网络空调，智能玩具，其他消费类电子产品等。嵌入式系统主要应用领域2信息家电、民用设备：各种信息家电产品嵌入式系统主要应用领域3工业：各种智能测量仪表、智能卡、数控装置、可编程控制器、控制机、分布式控制系统、现场总线仪表及控制系统、工业机器人、智能机器人、智能传感器、机电一体化机械设备、车载导航器、汽车电子设备、车辆与交通工程等。嵌入式系统主要应用领域3工业：各种智能测量仪表、智能卡、数控嵌入式系统主要应用领域4商业：各类收款机、电子秤、条形码阅读机、商用终端、银行点钞机、IC卡输入设备、取款机、自动柜员机、自动服务终端、防盗系统、各种银行专业外围设备、智能金融器具、远程教育。嵌入式系统主要应用领域4商业：各类收款机、电子秤、条形码阅读嵌入式系统主要应用领域5办公自动化：复印机、打印机、传真机、扫描仪、其他计算机外围设备、掌上电脑、激光照排系统、安全监控设备、媒体手机、移动电话、寻呼机、个人数字助理（PDA）、变频空调设备、通信终端、程控交换机、网络浏览器、网络设备（路由器、交换机、Webserver、网络接入盒等）、网络工程、录音录象及电视会议设备、数字音频广播系统等。嵌入式系统主要应用领域5办公自动化：复印机、打印机、传真机、汽车总成嵌入式系统概要汽车总成嵌入式系统概要发动机ECU硬件原理发动机ECUCAN控制器信号调理电路CAN控制器CAN控制器HSI80C196喷油量计算喷油正时计算故障检测通讯程序EGR控制计算4DE2柴油机冷却液温度燃油温度机油温度大气压力进气管压力进气温度机油压力脚踏板传感器起动开关巡航开关功率/经济故障运行诊断仪接口仪表板标定系统其他ECU脉冲信号车速传感器喷油泵ECU故障报警电控EGR巡航指示启动预热机油报警数字信号CAN控制器CAN控制器油耗显示数字信号CAN控制器发动机ECU硬件原理发动机ECUCAN控制器信号调理电路CA教学软件平台－Linux近200种操作系统，WinCE、Linux、Vxworks、QNX、Nucleus、……适于学习的源代码开放的操作系统：Linux、C/OSLinux:层次结构且内核完全开放、网络功能强大、完整开发工具、广泛的硬件支持、遵循通用国际标准，便于程序的移植C/OS：源代码公开、实时内核、易懂、易学、易用教学软件平台－Linux近200种操作系统，WinCE、Li选择实时操作系统RTOS对于复杂的嵌入式系统应考虑使用RTOSRTOS的作用：提供API（应用编程接口）：操作系统为应用程序员提供可供调用的API，允许程序员致力于应用程序的开发

简化系统设计：实时嵌入式系统比非实时系统更难设计.使用实时多任务的内核能简化系统设计，可将复杂的应用程序分为几个不同的任务，由内核去对他们协调处理实验平台如下支持ARM的实时操作系统：uC/OSLinux可剪裁的概念相对于通用PC别人需要你可能不需要而嵌入式不同

选择实时操作系统RTOS对于复杂的嵌入式系统应考虑使用RTO用业界主流的32位嵌入式微处理器ARM为核心构建的目标硬件平台W90P710_STUDY_BOARD，采用台湾华邦电子公司出产的基于ARM7TDMI的W90P710嵌入式微处理器，充分利用SOC芯片集成度高、高性能、低功耗、低成本的特点，精心设计的具有丰富外围接口的、满足嵌入式基础软件开发教学需要的开发板。用业界主流的32位嵌入式微处理器ARM为核心构建的目标硬件平200850常用调试方法和调试手段介绍：■

JTAG仿真器

JTAG仿真器也称JTAG调试器，是通过ARM芯片的JTAG边界扫描口进行调试的设备。调试器不占用任何目标存储器和目标端口。完全的处理器控制，支持运行、停止、单步执行程序，设置程序断点，读写寄存器、存储器和系统端口，复位目标系统，下载代码到目标ARM。

200850常用调试方法和调试手段介绍：32位嵌入式微处理器ARM为核心构建的目标硬件平台32位嵌入式微处理器ARM为核心构建的目标硬件平台UP－NetARM2410－SUP－NetARM2410－S目前常用的嵌入式开发平台一。AVR系列单片MCU为核心构成的单片嵌入式系统目前常用的嵌入式开发平台一。AVR系列单片MCU为核心构成的汽车电子控制系统单片机和嵌入式系统简介课件enter单片机简介长沙理工汽车技术培训中心artharsenter单片机简介单片机概述1.1单片机与嵌入式系统

1.1.1单片机的基本结构与特点

1.1.2嵌入式系统

1.1.3单片机应用的特点1.2单片机的发展趋势1.3MSP4301.4MSP430开发环境单片机概述1.1单片机与嵌入式系统什么是单片机（1）微型计算机一个基本的微型计算机通常由下面几部分组成：

¤中央处理器(CPU)，包括运算器、控制器

¤存储器，包括ROM和RAM

¤输入输出接口存储器运算器控制器输出设备输入设备数据控制1.1单片机与嵌入式系统什么是单片机（1）微型计算机存储器运算器控制器输出设

1．4位单片机阶段

自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000后，各个计算机生产公司竞相推出4位单片机。例如美国NS公司的COP402系列,松下公司的MN1400系列等。

4位单片机的控制功能较弱,CPU一次只能处理4位二进制数。结构简单、价格低廉，而且功能灵活。

4位单片机适合用于各种规模较小的家电类消费产品。典型应用领域有：PC机用的输入装置(鼠标、游戏杆)、电池充电器、运动器材、带液晶显示的音、视频产品控制器、一般家用电器的控制及遥控器、玩具控制、记时器、时钟、表、计算器、多功能电话、LCD游戏机。1．4位单片机阶段582．8位单片机阶段

1976年9月，美国Intel公司首先推出了MCS-48系列8位单片机以后，单片机发展进入了一个新的阶段，8位单片机纷纷应运而生。在1978年以前各厂家生产的8位单片机，由于受集成度(几千只管/片)的限制，一般没有串行接口，并且寻址空间的范围小(小于8KB)，从性能上看属于低档8位单片机。2．8位单片机阶段59

随着集成电路工艺水平的提高，在1978年到1983年期间集成度提高到几万只管/片，因而一些高性能的8位单片机相继问世。例如，Zilog公司的Z8系列，1980年Intel公司的MCS-51系列。这类单片机的寻址能力达64KB，片内ROM容量达4～8KB，片内除带有并行I/O口外，还有串行I/O口，甚至某些还有A/D转换器功能。这类单片机属于高性能8位单片机。随着集成电路工艺水平的提高，在1978年到19860

在高档8位单片机的基础上，单片机功能进一步得到提高，近年来推出了超8位单片机。如Intel公司的8X252、Zilog公司的Super8，Motorola公司的MC68HC等，它们不但进一步扩大了片内ROM和RAM的容量，同时还增加了通信功能、DMA传输功能以及高速I/O功能等。自1985年以来，各种高性能、大存储容量、多功能的超8位单片机不断涌现，它们代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥着越来越大的作用。

8位单片机由于功能强，被广泛用于工业控制、智能接口、仪器仪表等各个领域。在高档8位单片机的基础上，单片机功能进一步得到提613．16位单片机阶段

1983年以后，集成电路的集成度可达十几万只管/片，16位单片机逐渐问世。这一阶段的代表产品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel公司又推出的80C96。

16位单片机把单片机的功能又推向了一个新的阶段。如MCS-96系列的集成度为12万只管/片，片内含16位CPU、8KBROM、232字节RAM、5个8位并行I/O口、4个全双工串行口、4个16位定时器/计数器、8级中断处理系统。MCS-96系列还具有多种I/O功能，如高速输入/输出(HSIO)、脉冲宽度调制(PWM)输出、特殊用途的监视定时器(Watchdog)等等。

16位单片机可用于高速复杂的控制系统。3．16位单片机阶段62

4．32位单片机

90年代以后，各个计算机生产厂家已进入更高性能的32位单片机研制、生产阶段。

32位单片机具有极高的集成度，内部采用新颖的RISC结构，CPU可与其他微控制器兼容，主频频率可达33MHz以上，指令系统进一步优化，运算速度可动态改变，设有高级语言编译器，具有性能强大的中断控制系统、定时/事件控制系统、同步/异步通信控制系统。代表产品有Intel公司的MCS-80960系列、Motorola公司的MC683XX系列、Hitachi公司的SuperH(简称SH)系列等等。4．32位单片机63

32位单片机是单片机的发展趋势，随着技术发展及开发成本和产品价格的下降将会与8位机并驾齐驱。生产32位单片机的厂家与8位机的厂家一样多。随着集成电路的发展及信息时代的到来，基于ARM核的单片机占据32位单片机市场的主要份额。广泛应用在信息电器如掌上电脑、个人数字助理（PDA）、可视电话、移动电话、TV机顶盒、数码相机等嵌入式设备。32位单片机是单片机的发展趋势，随着技术64嵌入式和操作系统的概念1、什么是嵌入式

嵌入式根据字面的意思就会知道个大概，嵌入式就是将一个东西，嵌入到另一个中间，这就会有两层意思，

一个是硬件的嵌入式：将一个硬件嵌入到另一个中间，使得原本没有智能的产品变得智能；

一个是软件的嵌入式：将一个软件嵌入带另外一个软件里面，一般这个软件是一个应用软件，而对象是操作系统。

2、操作系统操作系统(OperatingSystem，简称OS)是管理计算机系统的全部硬件资源包括软件资源及数据资源；控制程序运行；改善人机界面；为其它应用软件提供支持等，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。操作系统通常是最靠近硬件的一层系统软件，是一个庞大的管理控制程序。

计算机资源可分为两大类：硬件资源和软件资源。硬件资源指组成计算机的硬设备，如中央处理机、主存储器、打印机、显示器、键盘输入设备等。软件资源主要指存储于计算机中的各种数据和程序。系统的硬件资源和软件资源都由操作系统根据用户需求按一定的策略分配和调度。

操作系统有很多，大家天天用的windows，开源的linux，微小的uC\OS，……世界是多彩的，操作系统也一样。对于嵌入式系统来说，操作系统的任务主要在于资源的分配，任务调度机制，中断处理，板级驱动程序的支持，管理任务、文件及提供图形交互界面。嵌入式和操作系统的概念1、什么是嵌入式通用计算机系统和嵌入式系统一般来说，嵌入式系统就是指用于实现独立功能的专用计算机系统。它由包括微处理器、微控制器、定时器、传感器等一系列微电子芯片与器件，以及嵌入在存储器中的微型操作系统或控制系统软件组成，完成诸如实时控制、监测管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。嵌入式系简单讲就是系统的应用软件与系统的硬件一体化。这种系统具有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点。通用计算机系统和嵌入式计算机系统形成了计算机技术的两大分支。与通用计算机系统相比，嵌入式系统最显著的特性是面向测控对象。测量对象都是一些物理量，如压力、温度、速度、位移等；控制对象则包括马达、电磁开关等。通用计算机具有计算机的标准形态，通过装配不同的应用软件，以类同面目出现，并应用在社会的各个方面。现在我们在办公室里、家庭中，最广泛普及使用的PC机就是通用计算机其最典型的代表。而嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中的。在许多的应用领域中，如工业控制、智能仪器仪表、家用电器、电子通信设备等电子系统和电子产品中，对计算机的应用有着不同的要求。通用PC之所已不能称为嵌入式系统是因为它是用于通用目的的系统，可执行各种各样的任务，而嵌入式系统的要求软硬件可剪裁，就是说针对不同的应用，嵌入式系统要求要有不同的硬件配置和应用程序，这就要求对嵌入式处理器外围电路及嵌入式操作系统内核外的应用程序进行精简高效率的设计，满足开发要求。通用计算机系统和嵌入式系统一般来说，嵌入式系统就是指用于实现操作系统内核的概念内核是操作系统最基本的部分。它是为众多应用程序提供对计算机硬件的安全访问的一部分软件，这种访问是有限的，并且内核决定一个程序在什么时候对某部分硬件操作多长时间。直接对硬件操作是非常复杂的，所以内核通常提供一种硬件抽象的方法来完成这些操作。硬件抽象隐藏了复杂性，为应用软件和硬件提供了一套简洁，统一的接口，使程序设计更为简单。严格地说，内核并不是计算机系统中必要的组成部分。程序可以直接地被调入计算机中执行，这样的设计说明了设计者不希望提供任何硬件抽象和操作系统的支持，它常见于早期计算机系统的设计中。最终，一些辅助性程序，例如程序加载器和调试器，被设计到机器核心当中，或者固化在只读存储器里。这些变化发生时，操作系统内核的概念就渐渐明晰起来了。由此我们可以推断内核是操作系统的中心。硬件是需要内核支持才行，有些硬件的支持没有被编入内核，这也需要我们重编内核；内核的包含的不仅仅是设备的驱动，还有其它的内容，比如网络协议的支持，防火墙的支持......比如iptables的实现，有些功能是需要内核支持的，如果内核与iptables相关的内容没有被编入，iptables相关的功能就无法实现；操作系统内核的概念内核是操作系统最基本的部分。它是为众多应用68嵌入式为什么要有操作系统在8位或16位嵌入式系统应用中，由于CPU资源量比较少，任务比较简单，程序员可以在应用程序中管理CPU资源，而不一定要专用的系统软件。如果嵌入式系统比较复杂并且采用32位CPU时，情况就完全不同了。32位CPU的资源量非常大，处理能力也非常强大，如果还是采用手工编制CPU的管理程序，面对复杂的应用，很难发挥出32位CPU的处理能力，并且程序也不可靠。举个例子：我们平时用的电脑，有比较丰富的外设资源，如果不使用操作系统，你自己用开发工具从底层开始写程序，搞个一年半载的，或许也可以让电脑跑起来，在显示器上搞个类似的windows界面。然而，如此的裸程序根本无法让PC机发挥出强大的处理能力，要想在已有的程序上加个应用功能，必须要熟悉其余程序的流程，或许还要去熟悉硬件知识，看硬件的datasheet。如果想移植到另外一台配置不同的电脑上，估计大部分程序都得推倒重来！从我目前的认知水平来看，我觉得在嵌入式上使用操作系统有两个方面的好处：1、操作系统的一个强项就是它可以使应用程序编码在很大程度上与目标板的硬件和结构无关。使程序员可以将尽可能多的精力放在应用程序本身，而不不必去关心系统资源的管理。2、使系统开发变得简单，缩短开发周期。使应用系统更加健壮、高效、可靠。当然，对于很简单的单片机应用，大可不必去跑操作系统。操作系统虽然听起来很好，很强大，但不论什么东西都往上移植的话就显得很傻、很天真了。~~~~~~~~~~~~~~~~ps：针对嵌入式的操作系统有很多种，还有51上面的操作系统，如small_rtos，uCOS-II，还有针对较高层次应用的clinux，linux，wince等等！~~~~15嵌入式为什么要有操作系统在8位或16位嵌入式系统应用中，什么是嵌入式系统IEEE定义嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作的机器、设备或装置”（原文为devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。通常执行特定功能嵌入式系统的核心----嵌入式微处理器严格的时序和稳定性要求全自动操作循环甚麼是嵌入式系統？一個我們天天用到只是可能沒有察覺到我們在用的東西嵌入在電子設備裡的計算系統軟體與硬體結合“嵌入式系统”（EmbeddedSystem）一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材什么是嵌入式系统IEEE定义什么叫嵌入式系统嵌入式系统的一般定义：“以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统”。

什么叫嵌入式系统嵌入式系统的一般定义：“以应用为中心，以计算嵌入式系统的典型组成嵌入式系统的典型组成

硬件单片机,X86,PowerPC,ARM,MIPS,……板级支持程序嵌入式操作系统应用软件嵌入式计算机系统基本结构嵌入式软件是实时多任务操作系统和各种专用软件，一般固化在ROM或闪存中嵌入式硬件以芯片、模板、组件、控制器形式埋藏于设备内部。

硬件板级支持程序嵌入式操作系统应用软件嵌入式计算机系统基第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器系统。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言程序对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。一般称之为单片机。主要特点：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简便、价格低廉，当时在国内工业领域应用较为普遍，但是已经远远不能适应现代化工业控制和新兴的信息家电等领域的需求。第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。主要特点：CPU种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统具有一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业，用户界面不够友好；系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统主要特点：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口（API），开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。目前是以嵌入式Internet为标志的嵌入式系统的发展为研究方向。嵌入式系统发展第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器系统。这种系统大部分应嵌入式系统硬件层核心-

嵌入式处理器嵌入式系统硬件层核心-

嵌入式处理器又称单片机，这种８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。单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各种必要功能和外设。代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外还有许多半通用系列如：支持USB接口的MCU8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系统约70％的市场份额。典型的8位MCUMCS-51系列的单片机是低端嵌入式系统中用得最多的微处理器。嵌入式微控制器MCU又称单片机，这种８位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其DSP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，在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。DSP的理论算法在70年代就已经出现，但是由于专门的DSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPU等由分立元件实现。1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。DSP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。典型的16位微处理系统MCS-96系列单片机和16位DSP芯片嵌入式数字信号处理器DSPDSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指嵌入式微处理器MPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，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，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。和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、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。其中Arm／StrongArm是专为手持设备开发的嵌入式微处理器，属于中档的价位。典型的32位微处理系统ARM系列是应用较广泛的32位微处理器。

嵌入式微处理器MPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演SoC就是SystemonChip，SoC是一种基于IP（IntellectualProperty）核嵌入式系统设计技术。它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，ARMRISC、MIPSRISC、DSP或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，例如通用串行端口（USB）、TCP/IP通信单元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、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。嵌入式片上系统SoCSoC就是SystemonChip，SoC是一种基于IP常用的嵌入式操作系统

uCO/S实时嵌入式操作系统-中小型嵌入式系统开发特点：1.源码全公开，并带有详尽的注释和讲解，系统完全透明，内核容易重编辑，系统可移植性强。 2.可固化。通过软件的编译，连接，下载，uCO/S操作系统可固化到开发者产品的存储器中。成为产品的一部分。 3.可剪裁。开发者可以只使用uCO/S中需要的系统服务。嵌入式Linux操作系统-大型嵌入式系统开发

嵌入式linux是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。嵌入式linux既继承了Interlnet上无限的开放源代码资源，又具有嵌入式操作系统的特性。嵌入式Linux的特点是版权费免费;购买费用媒介成本技术支持全世界的自由软件开发者提供支持网络特性免费，而且性能优异，软件移植容易，代码开放，有许多应用软件支持，应用产品开发周期短，新产品上市迅速，因为有许多公开的代码可以参考和移植，目前linux操作系统的实时性和图形界面功能也已经越来越好。常用的嵌入式操作系统uCO/S实时嵌入式操作系统-中小型嵌入式系统的应用领域嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子通信设备移动存贮工控设备智能仪表汽车电子网络设备消费电子军事国防电子商务网络工业控制嵌入式系统的应用领域嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子通信设2008华东师范大学计算机科学技术系81现实中的嵌入式系统2008华东师范大学计算机科学技术系28现实中的嵌入式系统2008华东师范大学计算机科学技术系82马达控制器车灯嵌入式系统示例——汽车控制系统尾灯控制系统后车门控制系统前车门控制系统座椅控制系统发动器控制系统所有的控制系统都是一个完整的嵌入式系统2008华东师范大学计算机科学技术系29马达嵌入式系统示例—18个嵌入式控制模块VOLVOS80汽车的CAN总线网络18个嵌入式控制模块VOLVOS80汽车的CAN总线网络现代化家庭现代化家庭嵌入式Internet应用嵌入式Internet应用智能玩具与机器人智能玩具与机器人阿富汗参加反恐作战的“赫耳墨斯”价值4万美元，可携带2架摄像机，发挥了很好作用。军事侦察阿富汗参加反恐作战的“赫耳墨斯”价值4万美元，可携带2架摄像2002年11月28日，以色列一选举投票点，发生枪击事件，造成至少7人死亡，数十人受伤。以警方用机器人在检查一具巴勒斯坦枪手的尸体。反恐防暴2002年11月28日，以色列一选举投票点，发生枪击事微型飞行器---“黑寡妇”空中飞行器微型飞行器---“黑寡妇”空中飞行