一 嵌入式系统概述

第一讲嵌入式系统概述主讲教师：王彬丽联系方式主讲教师:王彬丽办公地址:

三教417联系电话:0310-857939115203106032电子邮件:aiiwblwbl@随堂练为什么要学习嵌入式系统设计？嵌入式课程是软、硬结合、实践性很强的课。越来越软之后,学生不敢动硬件,敲键盘的人烧不了机器。同学们对硬件、软件都要掌握了解,否则计算机越来越软之后很危险。”为未来职场的发展奠定技术基础前景非常好，现在这方面的人才短缺。而且做这方面的越有经验就越高薪，一般不存在程序员35岁失去优势的问题。不过相对来说，嵌入式需要的软、硬件知识比较多，所以显得门槛较高。嵌入式系统简介(EmbeddedSystem）计算机系统的三大领域服务器市场功能强利润最大的市场可用性强可扩展性桌面市场最广阔的市场嵌入式市场潜力最大的市场嵌入式系统简介(EmbeddedSystem）以往计算机分类：巨型机、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、亚微计算机嵌入式系统简介(EmbeddedSystem）电子计算机就其规模或系统功能而言，可分为巨型、大型、中型、小型、微型计算机和单片机。综合起来说，计算机的分类是这样的：按照性能指标分类①巨型机：高速度、大容量②大型机：速度快、应用于军事技术科研领域③小型机：结构简单、造价低、性能价格比突出④微型机：体积小、重量轻、价格低嵌入式系统简介(EmbeddedSystem）超级计算机：通常是指由数百数千甚至更多的处理器（机）组成的、能计算普通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。工作站：是一种以个人计算机和分布式网络计算为基础，主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力，为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。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。嵌入式系统简介(EmbeddedSystem）广义地讲，凡是不用于通用目的的可编程计算机设备，就可以算是嵌入式计算机系统。举例来说，个人计算机（PC）不是一种嵌入式系统，因为它是用于通用目的的系统。而一些电话系统就是采用个人计算机技术建立的嵌入式计算机系统，最典型的嵌入式系统如手机、可视电话等；另外还有一些嵌入式系统采用特殊的微处理器，如传真机、打印机等。狭义上而言，嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。一般嵌入式系统的设计过程是：从产品定义开始，接着进行硬件设计，然后将软件或操作系统移植到硬件上，并且进行应用程序的开发，最后经过测试与调试后即开始销售或使用。嵌入式系统简介(EmbeddedSystem）根据英国电机工程师协会所做的定义“嵌入式系统是控制、监视或辅助某个设备、机器甚至工厂运行的设备”，嵌入式系统应该具备以下4个特性：执行特定的功能；以微处理器与外围设备构成核心；需要严格的时序与稳定性；全自动操作。嵌入式系统简介(EmbeddedSystem）由上述可知，嵌入式系统是计算机软件与硬件的综合体，整个综合体的设计目的在于满足某种特殊功能，并应用于各类具体的应用系统中，例如，实验仪器、办公设备、医疗设备甚至航天设备，等等。嵌入式系统是一个外延极广的概念，凡是与产品结合在一起的、具有嵌入式系统特点的系统都可以称为嵌入式系统。嵌入式系统特点(EmbeddedSystem）专用性强由于嵌入式系统通常是面向某个特定应用的，所以嵌入式系统的硬件和软件，尤其是软件，都是为特定用户群来设计的，它通常都具有某种专用性的特点。

可靠性高

由于有些嵌入式系统所承担的计算任务涉及产品质量、人身设备安全、国家机密等重大事务，加之有些嵌入式系统的宿主对象要工作在无人值守的场合，例如危险性高的工业环境中、内嵌有嵌入式系统的仪器仪表中、在人际罕至的气象检测系统中以及为侦察敌方行动的小型智能装置中等。所以与普通系统相比较，对嵌入式系统可靠性的要求极高。嵌入式系统特点(EmbeddedSystem）实时性好目前，嵌入式系统广泛应用于生产过程控制、数据采集、传输通信等场合，主要用来对宿主对象进行控制，所以都对嵌入式系统有或多或少的实时性。可裁剪性好目前的做法是，把嵌人式系统硬件和操作系统设计成可裁剪的，以便使嵌入式系统开发入员根据实际应用需要来量体裁衣，去除冗余，从而使系统在满足应用要求的前提下达到最精简的配置。嵌入式系统特点(EmbeddedSystem）功耗低有很多嵌入式系统的宿主对象都是一些小型应用系统，例如移动电话、pda、mp3、飞机、舰船、数码相机等，这些设各不可能配各容量较大的电源，因此低功耗一直是嵌入式系统最求的目标。不可垄断性PC有Win系列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。产品相对稳定性普通处理器18月嵌入式处理器8－10年嵌入式系统的发展嵌入式系统的出现至今已经有30多年的历史，近几年来，计算机、通信、消费电子的一体化趋势日益明显，嵌入式技术已成为一个研究热点。纵观嵌入式技术的发展过程，大致经历四个阶段。一、以单片机为核心低级嵌入式系统系统以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这类系统大部分应用于一些专业性强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接控制。嵌入式系统的发展二、以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。主要特点是：CPU种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统达到一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业化，用户界面不够友好。三、以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。主要特点是：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、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，开发应用程序较简单；嵌入式应用软件丰富。嵌入式系统的发展四、以Internet为标志的嵌入式系统。这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将代表嵌入式系统的未来。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军事国防电子商务网络工业控制消费电子一些典型的嵌入式系统应用实例goReaderInterneteBookSamsungAnyWebInternetScreenPhoneeRemoteIntelligentHomeControllerTektronixTDS7000DigitalOscilloscopesNixvueDigitalAlbumDigitalPhotoAlbum嵌入式系统的应用家用方面：数字电视、信息家电、智能玩具、手持通讯、存储设备的核心。嵌入式系统的应用嵌入式视频服务器嵌入式系统的应用现代化家庭嵌入式系统的应用嵌入式Internet应用嵌入式系统的应用工业方面：机床、冶金、电子、交通、航空航天等行业技术升级的重要基础嵌入式系统的应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架摄像机，发挥了很好作用。主要内容1324这门课该如何学？ARM是什么？嵌入式操作系统有哪些？如何构建嵌入式开发环境？5如何开发设计嵌入式系统？推荐的教材推荐的开发板TQ2440开发板

大家关心的问题课程属性：专业方向课学时数：40=20+20考核性质：考查课程成绩：平时成绩＋实验成绩

主要内容1324这门课该如何学？ARM是什么？嵌入式操作系统有哪些？如何构建嵌入式开发环境？5如何开发设计嵌入式系统？ARM是什么？ARM处理器是Acorn计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器；如今ARM是该公司的简称；

如今ARM是32位嵌入式微处理器的行业领先芯片，也作为嵌入式微处理器的简称。

ARM分类ARM7系列ARM9系列ARM9E系列ARM10E系列4款通用嵌入式微处理器

SecurCore系列（专用于安全性要求较高的场合）IntelXscale(性价比高，用于数字移动电话等场合)IntelStrongARM（多用于通信和消费产品）嵌入式处理器举例1典型的8位微处理器MCS-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。嵌入式处理器举例2典型的16位微处理系统TI公司的16位定点DSP芯片几种嵌入式处理器3典型的32位微处理器ARM系列是应用较广泛的32位微处理器。ARM微处理器主要包括以下四个部分：1、ARMCortex应用程序处理器；2、ARMCortex嵌入式处理器；3、经典ARM处理器；4、ARM专家处理器。ARM简介11978年12月5日，物理学家赫尔曼·豪泽（HermannHauser）和工程师ChrisCurry，在英国剑桥创办了CPU公司（CambridgeProcessingUnit），主要业务是为当地市场供应电子设备。1979年，CPU公司改名为Acorn计算机公司。起初，Acorn公司打算使用摩托罗拉公司的16位芯片，但是发现这种芯片太慢也太贵。"一台售价500英镑的机器，不可能使用价格100英镑的CPU！"他们转而向Intel公司索要80286芯片的设计资料，但是遭到拒绝，于是被迫自行研发。1985年，RogerWilson和SteveFurber设计了他们自己的第一代32位、6MHz的处理器，RogerWilson和SteveFurber用它做出了一台RISC指令集的计算机，简称ARM（AcornRISCMachine）。这就是ARM这个名字的由来。1990年11月27日，Acorn公司正式改组为ARM计算机公司。苹果公司出资150万英镑，芯片厂商VLSI出资25万英镑，Acorn本身则以150万英镑的知识产权和12名工程师入股。20世纪90年代，ARM32位嵌入式RISC(ReducedlnstructionSetComputer)处理器扩展到世界范围，占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域的领先地位。ARM公司既不生产芯片也不销售芯片，它只出售芯片技术授权。ARM简介2ARM简介3将技术授权给其它芯片厂商形成各具特色的ARM芯片...ARM处理器的应用当前主要应用于消费类电子领域；到目前为止，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位嵌入式微处理器75％以上的市场份额全球80%的GSM/3G手机、99%的CDMA手机以及绝大多数PDA产品均采用ARM体系的嵌入式处理器，“掌上计算”相关的所有领域皆为其所主宰。ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM简介4主要内容1324这门课该如何学？ARM是什么？嵌入式操作系统有哪些？如何构建嵌入式开发环境？5如何开发设计嵌入式系统？嵌入式系统使根据应用的要求，将操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中，实现软件与硬件一体化的计算机系统。简单的嵌入式系统通常没有操作系统。复杂的嵌入式系统需要一个操作系统（OS）来管理和控制内存、多任务、周边资源等。可以简化应用程序的设计，缩短开发周期，保障软件质量。由于嵌入式硬件平台的局限性，嵌入式操作系统一般具有软件代码小，高度自动化、响应速度快等特点。嵌入式操作系统简介美国WindRiver公司（已被Intel收购）于1983年开发的一种嵌入式实时操作系统。已被广泛应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中。如美国的F-16、FA-18战斗机、B-2隐形轰炸机、爱国者导弹、NASA火星探测器等。特点：高可靠性、实时性、可裁减性（最小内核8KB）VxWorks操作系统基于VXworks的火星探路者美国微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统。1996年发布1.0版本，2004年5.0版本，目前WinCE.NET，Win8，最新Win10移动版。特点：界面源自Win95/98，具有模块化、结构化、基于Win32应用程序接口与处理器无关等特点。继承了传统的Windows图形界面，可使用VisualStudio编程平台，绝大多数软件只需简单的修改和移植就可使用。WinCE操作系统基于WinCE的移动机器人平台前身是μC/OS，最早出自1992年美国嵌入式系统专家JeanJ.Labrosse在《嵌入式系统编程》杂志上刊登的文章连载。用ANSIC编写，包含一部分汇编语言代码。严格来说只是一个实时操作系统内核，仅包含任务调度、时间管理、内存管理、任务间通信和同步等基本功能。没有提供输入/输出管理、文件管理、网络等额外的服务。特点：良好的可扩展性和源码开发μC/OS-II操作系统内核前身是英国国宝意昂（Psion）公司的EPOC操作系统。是一个实时性、多任务的32位操作系统。具有低功耗、内存占用少等优点，适合手机等移动设备。特点：标准化开放式平台，内核与图形用户界面技术分开，可开发各种不同的操作系统界面。Symbian操作系统是将Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式设备上运行的一种操作系统。是一种成熟、稳定的网络操作系统。特点：开放源码、内核小（最小134KB)、可定制、网络支持完整、跨平台、开发工具链完善。不是实时操作系统，需添加实时软件模块。Linux操作系统基于RTLinux的仿人机器人高48cm

重:6kg

灵活性：20DOF操作系统:RT-Linux

接口形式:USB1.0(12Mbps)响应周期:1ms

能源：DC24Vx6.2A(150W)制造：富士通主要内容1324这门课该如何学？ARM是什么？嵌入式操作系统有哪些？如何构建嵌入式开发环境？5如何开发设计嵌入式系统？开发环境Windows7操作系统笔记本电脑TQ2440嵌入式开发板软件平台－KEILMDKKeil公司开发的ARM开发工具MDK(MicrocontrollerDevelopmentKit)，是用来开发基于ARM核的系列微控制器的嵌入式应用程序。它适合不同层次的开发者使用，包括专业的应用程序开发工程师和嵌入式软件开发的入门者。MDK包含了工业标准的KeilC编译器、宏汇编器、调试器、实时内核等组件，支持所有基于ARM的设备，能帮助工程师按照计划完成项目。KEILMDK-μVisionIDEforARM软件平台－ADSARM公司2001年推出的ARM集成开发工具。全称为ARMDeveloperSuite。由命令行开发工具，ARM运行时库，GUI开发环境，实用程序和支持软件组成。使用ADS，用户就可以为ARM系列的RISC处理器编写和调试自己的开发程序。目前常用的版本为ADS1.2。ADS1.2串口工具SecureCRT下载软件DNW仿真软件Jlink-Flasher硬件平台——TQ2440硬件平台——J-linkv8仿真器硬件平台——多功能转接板实验室EMB9G453G移动互联网开发平台主要内容1324这门课该如何学？ARM是什么？嵌入式操作系统有哪些？如何构建嵌入式开发环境？5如何开发设计嵌入式系统？嵌入式系统的组成处理器存储器