嵌入式系统psoc1例程

嵌入式系统徐迎晖yhhsu@139.combeddedSystem课程意义课程设置的必要性：电子产品应用需求越来越复杂微处理器技术快速发展嵌入式技术成为核心教学内容与目标：理解嵌入式系统的概念和基本要素掌握嵌入式系统软硬件设计的基本方法实践嵌入式系统项目的开发流程为深入开展嵌入式系统相关项目奠定基础嵌入式课程体系本课程内容嵌入式系统基础知识：

概述、硬件、软件、开发方法

PSoC5LP开发板：

基础知识、小实验

μC/OS-III嵌入式实时操作系统：

基础知识、小实验项目开发基础：大实验

成绩评定平时实验（40%）：4个小实验，报告+设计文件大实验（20%）：1个综合设计性实验期末考试（40%）：笔试开卷，基础知识+实验过程中的知识第一讲嵌入式系统概述1.嵌入式系统基本概念2.嵌入式系统特点3.嵌入式系统发展4.嵌入式系统应用5.嵌入式系统组成6.嵌入式处理器7.嵌入式操作系统第一讲嵌入式系统概述一嵌入式系统基本概念第一讲嵌入式系统概述第一阶段：始于五十年代的由IBM,Burroughs,Honeywell等公司率先研制的大型机。第二阶段：始于七十年代的个人计算机。第三阶段：计算机正迈入下一个充满机遇的阶段——“后PC时代”或“无处不在的计算机”阶段。计算机发展的三大阶段全世界的计算机科学家正在形成一种共识:

计算机不会成为科幻电影中的那种贪婪的怪物,而是将变得小巧玲珑,无处不在。他们藏身在任何地方,又消失在所有地方,功能强大,却又无影无踪。人们将这种思想称为:“无所不在的计算机”。

无所不在彼此互连显示器主机鼠标键盘诸如主机、显示器、键软件看得见的计算机：如PC、服务器、大型计算机SmartDust（智能尘埃）http:///~pister/SmartDust/

1mm3的计算机密歇根州大学

“提到CPU我们很直觉地会联想到PC，但事实上CPU的应用领域、范围及采用的数量都远远超过PC的范围。以数量来看，x86的CPU，包含Intel及AMD公司所生产的，加起来也抵不过其它种类CPU总消耗量的0.1%(其中应用数量最大的是在嵌入式系统)。数量之大说明了嵌入式系统应用的范围之广。这也意味没有什么所谓典型的嵌入式系统应用。嵌入式CPU还包括微控制器及信号处理器等等”。－JimTurley@2000嵌入式系统国际会议

CPU——计算机的核心嵌入式系统的定义第一讲嵌入式系统概述IEEE:

Embeddedsystemsaredevicesusedtocontrol,monitororassisttheoperationofequipment,machineryorplant.Theterm"embedded"meansthattheyareanintegralpartofthesystem.Theyaremicroprocessorsorincludemicroprocessors,butdon'tresemble"classic"computers.Theyareeithersingleormultipurposecomputerizeddevicesliterallyembeddedintolargerpieceofequipmentorproductandcanbeusedtoprocessdatarelatedinformation.

Embeddedsystemsareusedinequipment,devicesandmachineryfoundinhomes,hospitals,buildings,plants,facilitiesandcomputersystems.第一讲嵌入式系统概述简单地讲·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：实现对象的数据处理及智能化功能就是嵌入到对象体中的专用计算机系统三要素：嵌入、专用、计算机嵌入式系统的特点:由三要素引出第一讲嵌入式系统概述广义地说一个嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的计算机软硬件集合体。即以应用为中心、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。嵌入式系统发展的最高形式——片上系统（SOC）第一讲嵌入式系统概述嵌入式系统的分类▲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）▲系统级嵌入按表现形式分（硬件范畴）：正成为主流发展趋势高度复杂的、高速的嵌入式系统已开始采用目前已大量应用▲8位嵌入式系统▲16位嵌入式系统▲32位嵌入式系统▲64位嵌入式系统按处理器位数分（硬件范畴）：▲硬实时系统：系统对系统响应时间有严格的要求，如果系统响应时间不能满足，就要引起系统崩溃或致命的错误。

（工业和军工系统）▲软实时系统：系统对系统响应时间有要求，但是如果系统响应时间不能满足，不会导致系统出现致命的错误或崩溃。

（消费类产品）按确定性要求分（软件范畴为主）：▲强实时系统：其系统响应时间在毫秒或微秒级。▲一般实时系统：其系统响应时间在秒级,其实时性的要求比强实时系统要差一些。▲弱实时系统：其系统响应时间更长。这种系统的响应时间可能随系统负荷的轻重而变化。按处理速度分（软件范畴为主）：▲循环轮询系统▲有限状态机系统▲前后台系统▲单处理器多任务系统▲多处理器多任务系统按嵌入式系统软件复杂程度分：信息家电类移动终端类通信类汽车电子类工业控制类按应用来分：第一讲嵌入式系统概述二嵌入式系统特点

由于嵌入式系统是应用于特定环境下，针对特定用途来设计的系统，所以不同于通用计算机系统。

它的硬件和软件都必须高效率地设计，“量体裁衣”、去除冗余，力争在较少的资源上实现更高的性能。它与通用的计算机系统相比具有以下显著特点：(1).专用性强

嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植。即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统的硬件的变化和增减不断进行修改。同时，针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改。第一讲嵌入式系统概述(2).系统精简嵌入式系统通常“嵌入”到对象的体系中，其软硬件系统都必须高效率地设计，在保证稳定、安全、可靠的基础上量体裁衣、去除冗余，确保系统具有低功耗、小体积、高集成度和低成本等优势，力争用较少的软硬件资源实现较高的性能。(4).高可靠性嵌入式系统一般要求具有出错处理和自动复位功能，特别是对于一些在极端环境下运行的嵌入式系统而言，其可靠性设计尤其重要。在大多数嵌入式系统中一般都包括一些机制，如看门狗定时器，内存保护和重启动机制。(3).高实时性高实时性是嵌入式软件的常见要求，而且软件代码要求高质量、高可靠性，必须固化存储，以提高代码执行速度和可靠性。第一讲嵌入式系统概述(5).操作系统内核小、可裁剪、实时可靠、可固化

由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小很多。如Enea公司的OSE分布式系统，内核只有5KB，而Windows的内核则要大很多。(6).开发工具和开发环境的专用性

嵌入式系统本身一般不具备自主开发能力，必须有一套开发工具和环境才能进行开发，这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备和各种仪器设备。开发时往往有宿主机和目标机的概念，宿主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。(7).关注成本嵌入式系统通常需要注意的成本是系统成本，特别是量大的消费类数字化产品，其成本是产品竞争的关键因素之一。嵌入式系统的成本包括:一次性的开发成本NRE(Non-RecurringEngineering)成本产品成本：硬件BOM、外壳包装和软件版税等批量产品的总体成本=NRE成本+每个产品成本*产品总量每个产品的最后成本=总体成本/产品总量=NRE成本/产品总量+每个产品成本三嵌入式系统发展第一讲嵌入式系统概述无操作系统阶段嵌入式系统最初的应用是基于单片机的，大多以可编程控制器的形式出现，具有监测、伺服、设备指示等功能，通常用于各类工业控制和飞机、导弹等武器装备中，一般没有操作系统的支持，只能通过汇编语言对系统资源的直接控制，运行结束后再清除内存。这些装置虽然已经初步具备了嵌入式的应用特点，但仅仅只是使用8位的CPU芯片来执行一些单线程的程序，因此严格地说还谈不上"系统"的概念。这一阶段嵌入式系统的主要特点是：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，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，因而在工业控制等领域得到了非常广泛的应用。但却无法满足现今对执行效率、存储容量都有较高要求的信息家电等场合的需要。

第一讲嵌入式系统概述第一讲嵌入式系统概述简单操作系统阶段

20世纪80年代，随着微电子工艺水平的提高，IC制造商开始把嵌入式应用中所需要的微处理器、I/O接口、串行接口以及RAM、ROM等部件统统集成到一片VLSI中，制造出面向I/O设计的微处理器，并一举成为嵌入式系统领域中异军突起的新秀。与此同时，嵌入式系统的程序员也开始基于一些简单的“操作系统”开发嵌入式应用软件，大大缩短了开放周期、提高了开放效率。这一阶段嵌入式系统的主要特点是：出现了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU(如PowerPC等)。各种简单的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展，用于控制系统负载以及监控应用程序的运行，初步具备了一定的兼容性和扩展性，内核精巧且效率高。第一讲嵌入式系统概述实时操作系统阶段

20世纪90年代，在分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大需求的牵引下，嵌入式系统进一步飞速发展，而面向实时信号处理算法的DSP产品则向着高速度、高精度、低功耗的方向发展。随着硬件实时性要求的提高，嵌入式系统的软件规模也不断扩大，逐渐形成了实时多任务操作系统(RTOS)，并开始成为嵌入式系统的主流。这一阶段嵌入式系统的主要特点是：操作系统的实时性得到了很大的改善，具有高度的模块化和可扩展性，能够运行在各种不同类型的微处理器上。此时的嵌入式操作系统已经具备了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面(GUI)等功能，并提供了大量的应用程序接口(API)，从而使得应用程序的开发变得更加简单。第一讲嵌入式系统概述面向Internet阶段

21世纪无疑是一个网络的时代，随着Internet的进一步发展，以及Internet技术与信息家电、工业扩展技术等的结合日益紧密，嵌入式设备与Internet的结合是嵌入式技术的真正未来。信息时代和数字时代的到来，为嵌入式系统的发展带来了巨大的机遇，同时也对嵌入式系统厂商提出了新的挑战。目前，嵌入式技术与Internet技术的结合正在推动着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式系统的研究和应用产生了如下新的显著变化：

(1).新的微处理器层出不穷，嵌入式操作系统自身结构的设计更加便于移植，能够在短时间内支持更多的微处理器；

(2).嵌入式系统的开发成了一项系统工程，开发商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还要提供强大的硬件开发工具和软件支持包；第一讲嵌入式系统概述(3).通用计算机上使用的新技术、新概念开始逐步移植到嵌入式系统中，如嵌入式数据库、移动代理、实时CORBA等，嵌入式软件平台得到进一步完善；(4).各类嵌入式Linux操作系统迅速发展，由于具有源代码开放、系统内核小、执行效率高、网络结构完整等特点，很适合信息家电等嵌入式的需要；(5).网络化、信息化的要求随着Internet技术的成熟和宽带的提高而日益突出，以往单一功能的设备如电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一，结构变得更加复杂，网络互联成为必然趋势；(6).精简系统内核，优化关键算法，降低功耗和软硬件成本；(7).提供更加友好的多媒体人机交互界面。第一讲嵌入式系统概述四嵌入式系统应用应用领域

社会经济的发展产生了新的需求，同时促进了嵌入式技术的广泛应用。中国成为世界制造大国，在工业应用、网络设备、军事国防、消费电子……等领域都有嵌入式系统的应用。第一讲嵌入式系统概述嵌入式技术刺激了许多新的应用需求嵌入式技术发展又在不断刺激新的技术产生－信息家电、医疗电子病历、微小型智能武器……消费电子嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子影音设备移动存贮工控设备智能仪表汽车电子网络通信工业军事国防电子商务网络第一讲嵌入式系统概述工业控制工业设备过去在工业过程控制、数控机床、电力系统、电网安全、设备监测、石油化工系统等方面，大部分低端型设备主要采用的是８位单片机。随着技术发展，目前许多设备除了进行实时控制，还须将设备状态，传感器的信息等在显示屏上实时显示。第一讲嵌入式系统概述通信设备应用示例——手机中的嵌入式系统第一讲嵌入式系统概述手机（三星S500）中的嵌入式系统第一讲嵌入式系统概述第一讲嵌入式系统概述手机（YAKUMO）中的嵌入式系统第一讲嵌入式系统概述信息家电只有按钮、开关的电器显然已经不能满足人们的日常需求。具有用户界面，能远程控制、智能管理的电器是未来的发展趋势，如冰箱、空调等的网络化、智能化等。第一讲嵌入式系统概述智能仪表远程数据采集终端第一讲嵌入式系统概述第一讲嵌入式系统概述消费类电子智能消费类产品坐姿测试椅[MIT]仿生运动鞋[Adidas]情绪类装饰品[NYU]

第一讲嵌入式系统概述第一讲嵌入式系统概述交通管理、环境监测

交通管理：车辆导航、视频监控、流量控制、高速收费、停车场管理……目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓家庭。

环境监测：水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染PM2.5监测。第一讲嵌入式系统概述第一讲嵌入式系统概述智能玩具与机器人第一讲嵌入式系统概述高48cm

重:6kg

灵活性：20DOF操作系统:RT-Linux

响应周期:1ms

能源：DC24Vx6.2A(150W)制造：富士通智能机器鱼第一讲嵌入式系统概述电源子系统CPLD脉宽调制系统单片机伺服电机组仿水鱼外皮鱼体骨架小鱼子系统的实物图工控机不能直接应用。单板机很难实时处理多任务，检测、控制、协调、通讯等。第一讲嵌入式系统概述第一讲嵌入式系统概述嵌入式Internet应用第一讲嵌入式系统概述汽车电子（VOLVOS80汽车的CAN总线网络,18个嵌入式控制模块）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第一讲嵌入式系统概述第一讲嵌入式系统概述军事国防领域阿富汗参加反恐作战的“赫耳墨斯”价值4万美元，可携带12架摄像机，发挥了很好作用。微型飞行器---“黑寡妇”第一讲嵌入式系统概述6英尺、80g（2克相机、2克视频发射机、5克无线电控制系统与、0.5克驱动装置）1.8公里通信距离30分钟续航第一讲嵌入式系统概述航天领域第一讲嵌入式系统概述第一讲嵌入式系统概述未来嵌入式系统的发展趋势互联网的普及半导体技术的改善3C（Computer,Communication,ConsumerElectrics）技术的快速融合满足使用者的大量需求信息服务应用生活化可穿戴式应用第一讲嵌入式系统概述技术的渗透性和融合性第一讲嵌入式系统概述设备的关联性第一讲嵌入式系统概述AnyTime,AnyWhere,AnyMedium,AnyContent第一讲嵌入式系统概述五嵌入式系统组成

一般而言，嵌入式系统的组成架构可以分成三层，四个部分：嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和应用程序。嵌入式硬件平台嵌入式处理器嵌入式外围设备嵌入式操作系统应用程序应用程序与操作系统的接口

操作系统与硬件的接口四层结构也常见：嵌入式硬件平台、硬件抽象层（HAL）、嵌入式操作系统、应用程序。嵌入式硬件平台硬件抽象层（HAL）应用程序嵌入式操作系统应用程序与操作系统的接口操作系统与HAL的接口HAL与硬件的接口第一讲嵌入式系统概述增加硬件抽象层HAL（HardwareAbstractionLayer）也称为板级支持包BSP（BoardSupportPackage），主要目的是屏蔽下层硬件，使操作系统不再直接面对具体的硬件环境。HAL通过特定的上层接口与操作系统进行交互，向操作系统提供底层硬件信息，并根据操作系统的要求完成对硬件的直接操作。HAL的引入大大推动了嵌入式系统的通用化，为嵌入式系统的广泛应用提供了可能。第一讲嵌入式系统概述第一讲嵌入式系统概述典型嵌入式系统组成应用软件系统软件硬件第一讲嵌入式系统概述嵌入式处理器嵌入式系统的核心部件，大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中，它将通用CPU中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。嵌入式处理器包括：低端的嵌入式微控制器(MicroControllerUnit,MCU)中高端的嵌入式微处理器(EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU)用于计算机通信领域的嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP)高度集成的嵌入式片上系统(SystemOnChip，SOC)嵌入式处理器的体系结构经历了从CISC(复杂指令集)到RISC(精简指令集)和CompactRISC的转变，位数则由4位、8位、16位、32位逐步发展到64位。第一讲嵌入式系统概述目前，几乎每个大的半导体制造商都生产嵌入式处理器，全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种，流行的体系结构也有30多个系列，其中以ARM、PowePC、X86、MIPS等使用得最为广泛。第一讲嵌入式系统概述嵌入式外围设备在嵌入式系统的硬件中，除了中央控制部件(MCU、DSP、EMPU、SOC)以外，用于完成存储、通信、显示等配套功能的其它硬件部件，都可以算作嵌入式外围设备。常用的嵌入式外围设备按功能可分为：存储设备、通信设备和显示设备三大类。第一讲嵌入式系统概述目前存在的绝大多数通信接口都可以直接应用于嵌入式系统中，包括UART接口(通用异步串行通信接口)、IrDA(红外线接口)、SPI(串行外围设备接口)、I2C(INTER

IC

总线接口)、USB(通用串行总线接口)、Ethernet(以太网接口)、CAN(现场总线)等。对于嵌入式系统中的显示设备，根据应用场合的特点，通常使用的是数码管(LED)、液晶显示器(LCD)和触摸显示屏(TouchPanel)等显示设备。存储设备主要用于各类数据的存储，常用的有静态随机存储器(SRAM)、动态存储器(DRAM)和非易失存储器(ROM、UVEPROM、EEPROM、FLASH)三种，其中FLASH凭借其可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格便宜等优点，在嵌入式领域得到了广泛应用。硬件抽象层HAL硬件抽象层通过HAL接口向操作系统和应用程序提供对抽象后的硬件的服务。它是一套软件。

板级支持包(BSP)是商用嵌入式操作系统实现可移植性所采用的一种方案，是硬件抽象层的一种实现。BSP是介于硬件和操作系统中驱动层程序之间的一层，有时也可认为属于操作系统一部分。BSP实现了对操作系统的支持，为上层的驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包。

BSP隔离了所支持的嵌入式操作系统与硬件平台之间的相关性，使操作系统通用于BSP所支持的硬件平台，实现了嵌入式操作系统的可移植性、跨平台性、通用性和复用性。第一讲嵌入式系统概述不同的操作系统要求不同定义形式的BSP

例如，对同一个CPU来说，要实现同样的功能，VxWorks的BSP和Linux的BSP的写法和接口定义完全不同。

BSP一定要按照具体操作系统BSP的定义形式来写（或在某个成型的BSP模板上修改），保障与上层操作系统的正确接口，良好地支持上层操作系统。BSP直接操作硬件，因此不同的板卡、不同的硬件配置将不同程度地影响BSP。第一讲嵌入式系统概述嵌入式操作系统为了使嵌入式系统的开发更加方便和快捷，需要有专门负责管理存储器分配、任务调度、中断处理等功能的软件模块，这就构成了嵌入式操作系统。嵌入式操作系统是用来支持嵌入式应用的系统软件，是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括系统内核、硬件相关的底层驱动程序、设备驱动接口、通信协议、图形用户界面等。第一讲嵌入式系统概述第一讲嵌入式系统概述嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，如能够有效管理复杂的系统资源，能够对硬件进行抽象，能够提供库函数，驱动程序、开发工具等。但与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时性、硬件依赖性、软件固化性以及应用专业性等方面具有着鲜明的特点。嵌入式操作系统根据应用场合可分为两大类：一类是面向消费电子产品的非实时操作系统，这类设备包括个人数字助理(PDA)、移动电话、机顶盒(STB)等；另一类则是面向控制、通信、医疗等领域的实时操作系统，如WindRiver公司的VxWorks、QNX系统软件公司的QNX等。

实时系统是一种能够在指定或者确定时间内完成系统功能，并且对外部和内部事件在同步或者异步时间内能作出及时响应的系统。第一讲嵌入式系统概述第一讲嵌入式系统概述应用程序应用程序(APP)是针对特定应用领域，基于某一固定的硬件和操作系统平台，用来达到用户预期目标的计算机上层软件。由于用户任务可能有时间和精度上的要求，因此，有些嵌入式应用程序需要特定嵌入式操作系统的支持。嵌入式应用程序和普通应用程序有一定的区别，不仅要求它在准确性、安全性和稳定性等方面满足实际应用的需要，而且还要尽可能地进行优化，以减少对系统资源的消耗，降低硬件成本。第一讲嵌入式系统概述六嵌入式处理器目前，世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种，流行的体系结构包括MCU、MPU等类型的30多个系列。从单片机、DSP到FPGA，品种越来越多，速度越来越快，性能越来越强，价格也越来越低。第一讲嵌入式系统概述嵌入式处理器一般具有以下四个特点：

对实时多任务操作系统具有很强的支持能力。能够实现多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减小到最低程度;处理器结构可扩展。能够快速开发出满足各种应用和高性能的嵌入式处理器;具有功能很强的存储区保护功能。由于嵌入式系统的软件结构一般为模块化，为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件故障诊断;

低功耗。尤其是在便携式的无线及移动计算和通信设备的嵌入式系统中，其功耗可以达到mW级，甚至uW级。第一讲嵌入式系统概述

近年来，嵌入式处理器的主要发展方向是小体积、高性能、低功耗。专业分工也越来越明显，出现了专业的IP(IntellentualPropertyCore,知识产权核)供应商，如ARM、MIPS等，他们通过提供优质、高性能的嵌入式微处理器内核，由各个半导体厂商生产面向各个应用领域的芯片。嵌入式处理器通常分为四类：嵌入式处理器嵌入式微控制器MCU嵌入式微处理器MPU嵌入式DSP处理器DSP嵌入式片上系统SOC第一讲嵌入式系统概述MCU嵌入式微控制器的典型代表是8位单片机，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、总线逻辑、I/O口、定时/计数器、串行通信口、A/D、D/A、看门狗等各种常用功能和外设。第一讲嵌入式系统概述MCU处理能力有限

MCU微控制器，数据总线宽度一般为8位或16位，处理速度有限，一般在几个~几十个MIPS，进行一些复杂的应用很困难，运行操作系统就更难。第一讲嵌入式系统概述MPUMPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的，80386－80387与通用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。第一讲嵌入式系统概述DSPDSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令体系方面进行了针对常用信号处理算法所需的特殊设计，在数字滤波、FFT、频谱分析等方面DSP获得了大规模的应用。DSP是运算密集处理器，一般用在快速执行算法，做控制比较困难。为了追求高执行效率，不适合运行操作系统，核心代码有时使用汇编。第一讲嵌入式系统概述SOCSOC（片上系统）是IC设计的发展趋势。采用SOC设计技术，可以大幅度地提高系统的可靠性，减少系统的面积和功耗，降低系统成本，极大地提高系统的性能价格比。SOC芯片已经成为提高移动通信、网络、信息家电、高速计算、多媒体应用及军用电子系统性能的核心器件。第一讲嵌入式系统概述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，它是硬件可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级。用可编程逻辑技术可实现一个内嵌的小型CPU，并具备软硬件在系统可编程的功能。ARM处理器简介ARM，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。1991年ARM公司成立于英国剑桥，它是一家微处理器行业的知名企业，其主要业务是设计16位和32位的嵌入式处理器。该公司设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC（精简指令集）处理器。ARM（AdvancedRISCMachines）处理器是当今最流行的一类微处理器（之一）。将技术授权给其它芯片厂商形成各具特色的ARM芯片...ARM公司只做设计，本身并不生产和销售芯片，而是采用技术授权的方式，由合作公司生产各具特色的芯片。世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM处理器芯片进入市场。中部的这些公司就是和ARM公司合作最紧密的公司，他们都是些半导体公司，也是ARM的直接客户。提供运作环境的。为ARM提供开发工具的。为ARM提供操作系统的。提供ARM培训和认证的。为ARM提供设计工具的。是ARM公司的应用伙伴。ARM处理器的特点体积小、低功耗、低成本、高性能支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好地兼容8位/16位器件大量使用寄存器，指令执行速度快大多数数据操作都在寄存器中完成寻址方式灵活简单，执行效率高采用固定长度的指令格式

ARM处理器的发展历程

●第一片ARM处理器是1983年10月到1985年4月间在位于英国剑桥的AcornComputer公司开发。

●

1990年，为广泛推广ARM技术而成立了独立的公司。

●

20世纪90年代，ARM快速进入世界市场。性能功能和兼容性Cortex-M0Cortex-M1Cortex-M3Cortex-M4Cortex-R4Cortex-A5Cortex-A8Cortex-A9Cortex-A15ARM7ARM9ARM11古典ARM处理器嵌入式Cortex处理器应用程序Cortex处理器ARM不同系列处理器性能之间关系版本ARM处理器核心特点ARMv1ARM1该版体系结构只在原型机ARM1出现过，没有用于商业产品。基本性能：（1）基本的数据处理指令（无乘法）（2）26位寻址ARMv2ARM2和ARM3该版体系结构对ARMv1版进行了扩展，版本ARMv2a是v2版的变种，ARM3芯片采用了ARMv2a。ARMv2版增加以下功能：（1）32位乘法和乘加指令（2）支持32位协处理器操作指令（3）快速中断模式ARM体系结构版本及特点ARMv3ARMv3MARM6ARM7DIARM7MARMv3版体系结构对ARM体系结构作了较大改动：（1）寻址空间增至32位（4GB）（2）独立的当前程序状态寄存器CPSR和程序状态保存寄存器SPSR，保存程序异常中断时的程序状态，以便于对异常的处理。（3）增加了异常中断（Abort）和未定义两种处理器模式（4）增加了MMU支持（5）ARMv3M增加了有符号和无符号长乘法指令ARMv4ARMv4TStrongARMARM7TDMIARM9TARMv4版体系结构在v3版上作了进一步扩充，指令集中增加了以下功能：（1）增加了系统模式（2）增加了16位Thumb指令集（3）完善了软件中断SWI指令的功能（4）不再支持26位寻址模式ARMv5TEARMv5TEJARM9EARM10EXscaleARM7EJARM926EJARMv5版体系结构在ARMv4版基础上增加了一些新的指令，包括：（1）增加ARM与Thumb状态之间切换的指令（2）增强乘法指令和快速乘累加指令（3）增加了数字信号处理指令（ARMv5TE版）（4）增加了Java加速功能(ARMv5TEJ版）ARMv6ARM11ARMv6版体系结构是2001年发布的，首先在ARM11处理器中使用。此体系结构在ARMv5版基础上增加了以下功能：（1）Thumb2增强代码密度（2）SIMD增强媒体和数字处理功能（3）TrustZone提供增强的安全性能（4）IEM提供增强的功耗管理功能ARMv7Cortex系列ARMv7版体系结构定义了3种不同的微处理器系列：（1）A系列为面向应用的微处理器核，支持复杂操作系统和用户应用。（2）R系列为深度嵌入的微处理器核，针对实时系统应用。（3）M系列为微控制核，针对成本敏感的嵌入式控制应用。ARMv8ARMv8是在32位ARM架构上进行开发的，被首先用于对扩展虚拟地址和64位数据处理技术有更高要求的产品领域。ARMv8架构包含两个执行状态：AArch64和AArch32。AArch64执行状态针对64位处理技术，引入了一个全新指令集A64，可以存取大虚拟地址空间，支持TrustZone技术、虚拟化技术及NEONadvancedSIMD技术等；而AArch32执行状态支持现有的ARM指令集。ARM处理器核——ARMCortex系列ARMCortex发布于2005年，为各种不同性能需求的应用提供了一整套完整的优化解决方案，该系列的技术划分完全针对不同的市场应用和性能需求。目前ARMCortex定义了三个系列：①“A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；②“R”系列针对实时系统；③“M”系列对微控制器和低成本应用提供优化。ARM处理器核——Cortex-M针对价格敏感应用领域的嵌入式处理器，只支持Thumb-2指令集，强调操作的确定性，以及性能、功耗和价格的平衡。是为对开发费用非常敏感同时对性能要求不断增加的嵌入式应用（如微控制器、汽车车身控制系统和各种大型家电）所设计的，主要面向单片机领域，可以说是51单片机的完美替代品。ARM是公司名称ARM是一种处理器架构ARM是一种标准注：“ARM核”并不是芯片，ARM核与其它部件如RAM、ROM、片内外设组合在一起才能构成现实的芯片。第一讲嵌入式系统概述七嵌入式操作系统与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点嵌入式操作系统的出现大大提高了嵌入式系统开发的效率，改变了以往嵌入式软件设计只能针对具体的应用从头做起的方式。嵌入式操作系统EOS(EmbeddedOS)：指运行在嵌入式系统中，对整个嵌入式系统所操作、控制的各种资源进行协调、调度和控制的系统软件。

EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度，控制、协调并发活动。

EOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台，是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括系统内核、与硬件相关的底层驱动软件、设备驱动接口、通信协议、图形界面等。驱动程序HAL/BSP应用程序接口（API）数据库模块网络模块图形驱动OS核内存管理任务间通信OS基本模块扩展模块任务调度应用程序硬件层第一讲嵌入式系统概述资源管理文件系统第一讲嵌入式系统概述典型的嵌入式操作系统(1).VxWorks

VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统。是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的实时操作系统。它支持多种处理器，如X86,i960,SunSparc,MotorolaMC68k,MIPSRX000,PowerPC,ARM等。由于其良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据重要的一席之地。

VxWorks以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等。在美国的F-16、FA-18战斗机、B-2隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997年4月在火星表面登陆的火星探测器上也使用到了VxWorks。在我国的交换通信设备上，VxWorks几乎成了嵌入式实时操作系统的标准。第一讲嵌入式系统概述(2).Nucleus

NucleusPlus是美国源代码操作系统商ATI(AcceleratedTechnologyInc.)公司推出的新一代嵌入式操作系统，属于抢占式实时多任务操作系统内核，其95%的代码使用ANSIC编写，非常便于移植于各种处理器家族。从实现的角度来讲，不同于传统嵌入式开发，NucleusPlus是以函数库的形式链接到目标应用程序中，形成可执行目标代码，下载到目标板上或烧到ROM/FLASHROM中去执行。

NucleusPlus内核在典型的CISC体系结构上占据大约20k空间，而在典型的RISC体系结构上占据空间为40k左右，其内核数据结构占据1.5k字节的空间。NucleusPlus以其实时响应、抢先、多任务以及源代码开放特性获得在通讯、国防、工业控制、航空/航天、铁路、网络、POS、自动化控制、智能家电等领域的广泛应用。

第一讲嵌入式系统概述(3).QNX

QNX实时操作系统是由位于加拿大渥太华的QNX软件系统公司开发的一个针对嵌入式应用的，可以使用在严实时应用中的高可靠性微内核实时操作系统。能够运行在x86,PowerPC,ARM,XScale,MIPS,SH-4等一系列硬件平台上。它由微内核和一组共操作的进程组成，具有高度的伸缩性,可灵活地剪裁，最小配置只占用几十KB内存。因此，可以广泛地嵌入到智能机器、智能仪器仪表、机顶盒、通讯设备、PDA等应用中去。2005年7月，QNX被应用到NASA重返太空飞行任务中的Neptec激光摄像机系统中。第一讲嵌入式系统概述

(4).WindowsCE