哈工大嵌入式系统设计1

嵌入式系统及应用桑胜田微电子科学与技术系1.1 什么是嵌入式系统1.2 为什么要使用嵌入式系统1.3 嵌入式系统的特点1.4 嵌入式系统的结构组成1.5 ARM处理器与微控制器1.6 嵌入式系统开发的内容和流程第一章嵌入式系统概述“嵌入式智能电脑将是除了PC和互联网之外最伟大的发明。”

——美国著名未来学家尼葛罗庞蒂嵌入式系统嵌入式系统几个数据2008年，全球PC出货量近3亿台！也就是说英特尔、AMD等卖出了近3亿个PC处理器。2008年用于嵌入式系统的嵌入式处理器出货量就超过了100亿片！这是PC芯片的30倍强！2009年嵌入式处理器出货量还将增长到107.6亿！而09年PC市场萎缩近4％。全球95％以上的电子产品都属于嵌入式系统嵌入式系统的工业年产值已超过1万亿美元什么是嵌入式系统嵌入式系统本质上是一种计算机系统！计算机以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。是用来控制、监视或辅助设备、机器或工厂运行的装置。--(IEEE)美国电气和电子工程师协会嵌入式系统的三个基本要素嵌入性，专用性，计算机系统与个人计算机系统，服务器系统相对应“后PC时代”两者的分界线越来越不明确!嵌入式系统的定义

从方波发生器说起……为什么要使用嵌入式系统硬件——方波发生器

方波周期Ｔ用过渡过程公式可以求出：方波发生器硬件+软件——方波发生器 ORG GOTO MAIN ORG 0x04 GOTO INT_PRO MAIN CLRF STATUS ；选存储体0 CLRF PORTA ；清A口 BSF STATUS，RP0 ；选存储体1MOVLW 0xC7 ；

PORTA<2：0>输入，

MOVWF TRISA ；PORTA<5：3>输出BCF STATUS，RP0 ；选存储体0MOVF PORTA，0 ；读入频率序号ANDLW 0x07CALL FeqTab ；查延时常数MOVWF DlySav ；保存时间常数ContinueBSF PORTA，WaveOut；输出波形（高电平）CALL DlyCnt BCF PORTA，WaveOut；输出波形（低电平）

CALL DlyCnt GOTO Continue FreqTab ADDWF PCL; RETLW 0xEE ；600Hz RETLW 0xB1 ；800Hz RETLW 0x8D ；1000Hz RETLW 0x75 ；1200Hz RETLW 0x64 ；1400Hz RETLW 0x57 ；1600Hz RETLW 0x4D ；1800Hz RETLW 0x45 ；2000Hz；延时子程序

DlyTim MOVF DlySav，0 MOVWF DlyCnt DLoop DECFSZ DlyCnt GOTO DLoop RETURN改变频率、占空比红外遥控编码红外遥控编码有多种格式！万能遥控器、学习型遥控器：实际是一个单片机！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医疗与健康领域CT(ComputedTomography)，即电子计算机断层扫描2023/2/5工业控制工业方面：机床、冶金、电子、交通、航空航天等行业技术升级的重要基础航空航天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。军事国防智能家居汽车电子系统

汽车中嵌入式处理器占半导体器件个数的33%。低端汽车大约用到30~40个高端汽车大约用到70个左右嵌入式处理器8bits，16bits,应用在低端汽车中，32bits应用在高端汽车和高级应用上马达控制器车灯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汽车电子系统智能玩具与机器人嵌入式系统的特点技术含量高：计算机、半导体、电子技术、应用领域知识的结合嵌入式系统是计算机技术、半导体技术以及电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。这就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统的特点嵌入式系统是定制的嵌入式系统通常是面向用户、面向产品、面向特定应用的。嵌入式系统CPU都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于整个系统设计趋于小型化。在对嵌入式系统的硬件和软件进行设计时必须重视效率，去除冗余，针对用户的具体需求，对系统进行合理配置，才能达到理想性能。嵌入式系统的特点实时性、可靠性与稳定性（波音飞机、神舟）器件选用软硬件容错嵌入式系统的特点生命周期长嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，其升级换代也是和具体产品同步进行的。因此嵌入式系统产品一旦进入市场，便具有较长的生命周期。嵌入式系统：没有哪个公司的操作系统和处理器能够垄断市场。通用计算机：“Wintel联盟”中国计算机发展的切入点？（通用）计算机的组成嵌入式系统的结构组成嵌入式系统的结构组成嵌入式系统的结构组成嵌入式软件组成：引导程序--bootloader操作系统设备驱动程序应用程序开发调试工具软件工作量超过系统工作量的2/3软件成本超过系统总成本的2/3嵌入式系统的结构组成单片机（MCU）微控制单元(MicrocontrollerUnit；MCU)，又称单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)或者单片机，是把中央处理器(CentralProcessUnit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。微控制器单片机（MCU）复位部件看门狗部件晶振部件I/O部件中断部件ROM部件SRAM部件定时器部件CPU微控制器经典微控制器——8051芯片内部集成ROM、RAM、总线、定时/计数器、I/O、串行口、A/D、D/A等各种功能和外设

微控制器单片化，体积小，功耗和成本低、可靠性提高。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一般比较丰富，适合于控制

MCU占嵌入式系统约70％的市场份额品种和数量多8051、AVR、PIC数目众多ARM芯片等。微控制器—单片机Atmel：ATtiny10AVR微控制器8-padUDFN封装，大小仅为2×2×0.6mm，重量不到8mg微控制器—单片机目前基于ARM核心的微处理器和微控制器占据了很大的市场份额，而且还有逐年上升的趋势ARM复位部件看门狗部件晶振部件I/O部件中断部件ROM部件SRAM部件定时器部件ARMARM公司简介英文全称：AdvancedRISCMachines国家：英国（欧洲）行业：电子半导体微处理器智能手机

总部：英国剑桥

CEO：沃伦.伊斯特竞争对手：

MIPS、英特尔市场份额：手机处理器90%的市场份额上网本处理器30%的市场份额平板电脑处理器80%的市场份额

ARM公司简介ARM公司简介ARM是AdvancedRISCMachines的缩写，它是一家微处理器行业的知名企业，该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC（精简指令集）处理器。公司的特点是只设计芯片，而不生产。它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，并提供服务。ARM公司简介将技术授权给其它芯片厂商形成各具特色的ARM芯片...ARM公司简介ARM处理器MWC2016（世界移动通信大会）于2016年2月22日到25日在西班牙巴塞罗那举行继几个月前宣布Cortex-A35处理器IP核后，ARM公布了新的低功耗高性能的Cortex-A32处理器IPARM处理器ISA、core、chip的关系计算机体系结构（ISA）：构描述从用户（软件、编译器）角度看到的计算机。包括指令集、可见寄存器、存储器管理表结构和异常处理模式等几个方面。例如：英特尔IA32体系结构、SPARCV8体系结构ISA、core、chip的关系ISA:ARMv6MCore:Cortex-M0Chip:LPC1114Cortex-M0CPUAHBToVPB桥EMCVICI2C串行接口SPI串行接口UART0&1外部中断TIMER0/1ADCSRAMFlash