嵌入式系统课件(一)

嵌入式系统第一讲

嵌入式系统简介1西安电子科技大学计算机学院自我介绍单位：计算机学院多媒体研究所姓名：付少锋主要研究工作：图像输入设备、嵌入式系统办公地点：科技试验楼1301办公电话：8820364388201029手机-Mail：fushaofeng@2西安电子科技大学计算机学院为什么要开这门课程简单的讲嵌入式系统，就是嵌入到对象体中的专用计算机系统。理性的分析它是一个系统涵盖知识范围广对计算机基础课程系统的总结感性的分析技术新市场大太火了3西安电子科技大学计算机学院本课程的目标使学生能够掌握嵌入式系统设计和应用的基本方法。4西安电子科技大学计算机学院本课程的任务了解包括嵌入式微控制器、嵌入式程序设计、实时操作系统、设计方法学、软件硬件协同设计、硬件建模和计算机辅助设计等知识，并完成必要的实践。5西安电子科技大学计算机学院先修课程模拟电子技术数字电路与逻辑设计计算机组织与体系结构微机系统及应用编译原理计算机程序设计汇编C6西安电子科技大学计算机学院课程内容嵌入式系统概述嵌入式微处理器实时操作系统嵌入式系统设计嵌入式系统构建7西安电子科技大学计算机学院考核方式平时成绩：10％实验成绩：20％笔试（闭卷）：70％8西安电子科技大学计算机学院参考书目《嵌入式系统设计教程》马洪连等编电子工业出版社《嵌入式系统导论》胡继阳等编中国铁道出版社《嵌入式系统开发与应用》田泽编北京航空航天大学出版社《嵌入式实时操作系统µC/OS-Ⅱ2》美Jean.Labrosse著邵贝贝等译北航出《嵌入式操作系统基础µC/OS-Ⅱ和Linux》任哲等编北京航空航天大学出版社9西安电子科技大学计算机学院1.1引言由于信息技术、网络技术的高速发展和后PC时代的到来，嵌入式系统已经广泛渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活中。嵌入式系统应用的例子比比皆是。可以说，嵌入式系统无所不在、无处不在。10西安电子科技大学计算机学院应用举例（一）智能玩具11西安电子科技大学计算机学院应用举例（二）汽车电子12西安电子科技大学计算机学院应用举例（三）信息家电13西安电子科技大学计算机学院应用举例（四）消费电子14西安电子科技大学计算机学院应用举例（五）工业国防15西安电子科技大学计算机学院嵌入式系统的应用范围如此之广，涉及面如此之大，以至于有些学者断言嵌入式技术将成为后PC时代的主宰。

前景16西安电子科技大学计算机学院何为嵌入式系统简单的讲，就是嵌入到对象体中的专用计算机系统。嵌入式系统三要素：嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求。专用性：软、硬件按对象要求裁减。计算机：实现对象的智能化功能。17西安电子科技大学计算机学院1.2嵌入式系统定义IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）的定义： devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants（用于控制、监视或者辅助操作设备和机器的装置）目前国内一个普遍被认同的定义是：

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。

18西安电子科技大学计算机学院1.3嵌入式系统历史20世纪70年代单片机的出现，这时的应用只是使用8位的芯片执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。20世纪80年代出现商业级的嵌入式“操作系统”，并在其上编写嵌入式应用软件。 1981年，ReadySystem开发出世界上第一个商业嵌入式实时内核（VTRX32）。20世纪90年代以后，出现实时多任务操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。19西安电子科技大学计算机学院1.4嵌入式系统的特点

嵌入式系统是应用于特定环境下执行面对专业领域的应用系统，其特点为：系统内核小，可裁剪；专用性强；系统精简；通常要求有高实时性的操作系统；嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境；一旦进入市场，就具有较长的生命周期；20西安电子科技大学计算机学院1.5嵌入式系统组成硬件组成21西安电子科技大学计算机学院嵌入式系统组成软件组成22西安电子科技大学计算机学院1.6软件层次结构驱动层程序硬件抽象层（HAL）板级支持包（BSP）设备驱动程序操作系统API应用程序23西安电子科技大学计算机学院1.7嵌入式系统的分类按表现形式分（硬件范畴）：芯片级嵌入（含程序或算法的处理器）。模块级嵌入（系统中的某个核心模块）。系统级嵌入。24西安电子科技大学计算机学院嵌入式系统的分类按实时性要求分（软件范畴）：非实时系统（PDA）。软实时系统（消费类产品）。硬实时系统（工业和军工系统）。25西安电子科技大学计算机学院1.8处理器的分类和现状 嵌入式系统硬件的核心部件是嵌入式处理器，按嵌入式处理器用途可分为：嵌入式微控制器（MicroControllerUnitMCU）嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor）嵌入式微处理器（MicroProcessorUnitMPU）SOC（SystemOnChip）SOPC（SystemOnProgrammableChip）26西安电子科技大学计算机学院嵌入式微控制器嵌入式微控制器的典型代表是单片机。单片机芯片内部集成了ROM/EPROM，RAM，总线，定时器/计数器，看门狗，I/O，串行口，脉宽调制输出，A/D，D/A,FLASH,E2PROM等。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丰富，适合用于控制，因此称为微控制器。27西安电子科技大学计算机学院嵌入式DSP

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，具有很高的编译效率和指令执行速度。在数字滤波、FFT、频谱分析等仪器上，DSP获得了大规模的应用。28西安电子科技大学计算机学院嵌入式微处理器 嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来。具有32位以上的处理器，在实际嵌入式应用中，它只保留与嵌入式应用紧密相关的功能硬件以实现嵌入式应用的特殊要求。目前主要的嵌入式处理器类型有ARM、MIPS、POWERPC等。29西安电子科技大学计算机学院SOC 将通用处理器的IP核和功能模块的IP核按用户要求组成系统，仿真后提交芯片厂商生产。（也可下载到FPGA中。百万门）绝大部分系统构件都在系统内部。（SOC技术与前三种嵌入式处理器是不一样的）30西安电子科技大学计算机学院SOPC用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统：首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。31西安电子科技大学计算机学院1.9嵌入式操作系统分类嵌入式系统软件一般由嵌入式操作系统和应用软件组成；操作系统是连接计算机硬件与应用程序的系统程序，可分为：顺序执行系统（单任务系统，如DOS）。分时操作系统：其特点包括多路性、交互性、“独占性”和及时性（UNIX）。实时操作系统（RTOS）：计算的正确性不仅取决于程序的逻辑正确性，更取决于结果产生的时间。 根据对产生时间要求的严格程度又可分为：硬实时操作系统软实时操作系统32西安电子科技大学计算机学院1.10软件开发环境的建立交叉开发环境在线调试在线仿真ROM监控器软件模拟环境评估电路板（最为常见）33西安电子科技大学计算机学院1.11嵌入式系统的应用工业控制交通管理信息家电家庭智能管理系统POS网络及电子商务，电子政务环境检测机器人…34西安电子科技大学计算机学院1.12嵌入式系统的发展趋势嵌入