嵌入式系统第1讲课件

嵌入式系统第一讲嵌入式系统引言第二讲嵌入式系统基础知识第三讲嵌入式系统的硬件第四讲嵌入式系统的软件第五讲嵌入式平台的接口设计技术第六讲嵌入式系统应用开发第七讲嵌入式开发平台介绍

第一讲嵌入式系统引言市场需求企业人才需求对提高专业知识和实践能力大有帮助学无止境为什么要学习嵌入式系统

中国具有世界最大嵌入式技术市场，将成为世界第一。手持仪器设备、信息家电、城市建设、工业控制、军事应用，……，嵌入式技术无处不在。软硬件设计人才，应用开发人才，综合性人才，……

嵌入式系统设计是一门综合性的课程，涉及电子、计算机、自动控制等诸多专业知识。综合性强，可包括微机原理、单片机设计、计算机接口技术、操作系统等课程内容。嵌入式系统是软件、硬件设计的完美结合。通过嵌入式系统课程学习，可提升嵌入式系统设计的专业知识和实际设计能力。

现在，我们不仅拥有那种放在桌上处理文档、进行工作管理和生产控制的计算机“机器”，而且一个普通人也可能拥有从大到小的各种使用嵌入式技术的电子产品：MP3、PDA、手机、智能玩具等；电子病历，德国血压仪，无线收费超市,网络家电等；智能车载电子设备，安全监控、GPS、倒车雷达等。高级酒店，电话、TV、INTERNET、PLAY、EMAIL、KEY、无线集成；

嵌入式技术正在逐渐改变着传统的工业生产、日常生活和服务方式。goReaderInterneteBookSamsungAnyWebInternetScreenPhoneeRemoteIntelligentHomeControllerTektronixTDS7000DigitalOscilloscopesNixvueDigitalAlbumDigitalPhotoAlbum一些典型的嵌入式系统应用实例家庭智能管理系统社会发展方面：嵌入式Internet应用汽车电子产品（18个嵌入式控制模块）——CAN总线网络VOLVOS80汽车的CAN总线网络汽车电子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。反恐防暴微型飞行器---“黑寡妇”空中飞行器基于WinCE的移动机器人平台基于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：富士通基于VXworks的火星探路者嵌入式系统的由来嵌入式系统的发展历史嵌入式技术的发展阶段嵌入式系统的应用嵌入式系统应用技术热点国内外嵌入式系统应用情况国内高校嵌入式系统的科研实践情况嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的由来

计算机是应数值计算的要求而诞生的。在计算机发展的早期，计算机技术一直是以沿着满足高速数值计算的道路发展的。通俗地说，计算机是因科学家需要一个高速计算的工具而产生的。直到20世纪70年代，计算机在数值计算、逻辑运算与推理、信息处理以及实际控制方面表现出非凡能力后，在通信、测控、数据传输等领域，人们对计算机技术才给予更大的期待。嵌入式系统的由来

从总体上说，通用计算机系统主要用于数值计算、信息处理，兼顾控制功能，而嵌入式计算机系统主要用于控制领域，兼顾数据处理。在一个综合系统中，会出现通用计算机系统与嵌入式计算机系统的结合，各自扮演不同的角色，共同完成系统任务。嵌入式系统的由来嵌入式系统的发展历史嵌入式技术的发展阶段嵌入式系统的应用嵌入式系统应用技术热点国内外嵌入式系统应用情况国内高校嵌入式系统的科研实践情况嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展历史——硬件嵌入式系统已经有了30几年的发展历史，它的发展呈现出硬件与软件交替发展的双螺旋式形式。嵌入式计算机的真正发展是在微处理器问世之后。1971年11月，Intel公司成功地把算术运算器和控制器电路集成在一起，推出了第一款微处理器Intel4004，其后各厂家陆续推出了许多8位、16位的微处理器，包括Intel8080/8085、8086；Motorola的6800、68000，以及Zilog的Z80、Z8000等。

嵌入式系统的发展历史——硬件

微处理器的广泛应用形成了一个广阔的嵌入式应用市场，计算机厂家开始大量地以插件方式向用户提供OEM(OriginalEquipmentManufacturer初始设备制造商）产品，再由用户根据自己的需要选择一套适合的CPU板、存储器板以及各式I/O插件板，从而构成专用的嵌入式计算机系统，并将其嵌入到自己的系统设备中。嵌入式系统的发展历史——硬件

为灵活兼容考虑，出现了系列化、模块化的单板机。流行的单板计算机有Intel公司的iSBC系列、Zilog公司的MCB等。后来人们可以不必从选择芯片开始来设计一台专用的嵌入式计算机，而是只要选择各功能模块，就能够组建一台专用计算机系统。用户和开发者都希望从不同的厂家选购最适合的OEM产品，插入外购或自制的机箱中就形成新的系统，这样就希望插件是互相兼容的，也就导致了工业控制微机系统总线的诞生。1976年Intel公司推出Multibus，1983年扩展为带宽达40MB/S的MultibusⅡ。1978年由Prolog设计的简单STD总线广泛应用于小型嵌入式系统。

嵌入式系统的发展历史——硬件

20世纪80年代随着微电子工艺水平的提高，集成电路制造商开始把嵌入式应用中所需要的微处理器、I/O接口、A/D、D/A转换、串行接口以及RAM、ROM等部件统统集成到一个VLSI中，从而制造出面向I/O设计的微控制器，也就是我们俗称的单片机，成为嵌入式计算机系统异军突起的一支新秀。其后发展的DSP（DigitalSingalProcessing）产品则进一步提升了嵌入式计算机系统的技术水平。嵌入式系统的发展历史——硬件

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，嵌入式系统进一步加速发展。面向实时信号处理算法的DSP产品向着高速、高精度、低功耗发展。TexAS推出的第三代DSP芯TMS320C30，引导着微控制器向32位高速智能化发展。在应用方面，掌上电脑、手持PC机、机顶盒技术相对成熟，发展也较为迅速。特别是掌上电脑，1997年在美国市场上掌上电脑不过四五个品牌，而1998年底，各式各样的掌上电脑如雨后春笋般纷纷涌现出来。此外，Nokia推出了智能电话，西门子推出了机顶盒，Wyse推出了智能终端，NS推出了WebPAD。1981年ReadySystem发展了世界上第1个商业嵌入式实时内核（VTRX32）包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。随后，出现了如IntegratedSystemIncorporation(ISI)的PSOS、IMG的VxWorks、QNX公司的QNX

，PalmOS，WinCE，RTLinux，Lynx，uCIIOS、Nucleux，以及国内的Hopen、DeltaOS等嵌入式操作系统。嵌入式系统的发展历史——软件嵌入式系统的发展历史——软件

今天RTOS已经在全球形成了1个产业，根据美国EMF（电子市场分析）报告，1999年全球RTOS市场产值达3.6亿美元，而相关的整个嵌入式开发工具（包括仿真器、逻辑分析仪、软件编译器和调试器）则高达9亿美元。

嵌入式系统的由来嵌入式系统的发展历史嵌入式技术的发展阶段嵌入式系统的应用嵌入式系统应用技术热点国内外嵌入式系统应用情况国内高校嵌入式系统的科研实践情况嵌入式系统的发展趋势嵌入式技术的发展阶段

纵观嵌入式技术的发展过程，大致经历4个阶段。第一阶段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。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。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。第四阶段是以Internet为标志的嵌入式系统。

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。这一阶段系统的主要特点是：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，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单、价格低，以前在国内工业领域应用较为普遍，但是已经远远不能适应高效的、需要大容量存储的现代工业控制和新兴信息家电等领域的需求。嵌入式技术的发展阶段

纵观嵌入式技术的发展过程，大致经历4个阶段。第一阶段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。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。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。第四阶段是以Internet为标志的嵌入式系统。

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。嵌入式技术的发展阶段

纵观嵌入式技术的发展过程，大致经历4个阶段。第一阶段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。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。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。第四阶段是以Internet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；具有文件和目录管理、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。嵌入式技术的发展阶段

纵观嵌入式技术的发展过程，大致经历4个阶段。第一阶段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。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。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。第四阶段是以Internet为标志的嵌入式系统。

这是一个正在迅速发展的阶段。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。嵌入式系统的由来嵌入式系统的发展历史嵌入式技术的发展阶段嵌入式系统的应用嵌入式系统应用技术热点国内外嵌入式系统应用情况国内高校嵌入式系统的科研实践情况嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的应用嵌入式移动数据库嵌入式系统在智能家居网络中的应用嵌入式语音芯片基于小范围无线通信协议的嵌入式产品其他工控和仿真领域，嵌入式设备也早已得到广泛应用

所谓的移动数据库是支持移动计算的数据库，有两层含义：（1）用户在移动的过程中可以联机访问数据库资源。（2）用户可以带着数据库移动。典型的应用场合有：在开着的救护车上查询最近的医院。

嵌入式系统的应用嵌入式移动数据库嵌入式系统在智能家居网络中的应用嵌入式语音芯片基于小范围无线通信协议的嵌入式产品其他工控和仿真领域，嵌入式设备也早已得到广泛应用智能家居网络（E-HOME）指在一个家居中建立一个通信网络，为家庭信息提供必要的通路；在家庭网络操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络中家电和设备的控制和监测。嵌入式系统的应用嵌入式移动数据库嵌入式系统在智能家居网络中的应用嵌入式语音芯片基于小范围无线通信协议的嵌入式产品其他工控和仿真领域，嵌入式设备也早已得到广泛应用嵌入式语音芯片基于嵌入式操作系统，采用语音识别和语音合成、语音学层次结构体系和文本处理模型等技术；可以应用在手持设备、智能家电等多个领域，赋予这些设备人性化的交互方式和便利的使用方法；也可应用于玩具中，实现声控玩具、仿真宠物、与人对话的玩具；也能应用于车载通信设备实现人机交流。嵌入式系统的应用嵌入式移动数据库嵌入式系统在智能家居网络中的应用嵌入式语音芯片基于小范围无线通信协议的嵌入式产品其他工控和仿真领域，嵌入式设备也早已得到广泛应用

以蓝牙为代表的小范围无线接入协议与嵌入式系统的结合，必将推动嵌入式系统的广泛应用。工业、医疗卫生、国防等各部门对智能控制需求的不断增长，同时也对嵌入式微处理器的运算速度、可扩充能力、系统可靠性、功耗和集成度等方面提出了更高的要求。

嵌入式系统的应用正在逐步形成一个充满商机的巨大产业。现在嵌入式技术的应用所带来的工业年产值已超过了1万亿美元。据预测，未来10年将有90%以上的微处理器和65%以上的计算机软件应用于各种嵌入式系统中。嵌入式系统的由来嵌入式系统的发展历史嵌入式技术的发展阶段嵌入式系统的应用嵌入式系统应用技术热点国内外嵌入式系统应用情况国内高校嵌入式系统的科研实践情况嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统应用技术热点

1、移动是当前电信发展方向和驱动力

2、网络家电即将面市并走向世界3、在微电子机械(MEMS)中应用技术4、在国防工业中应用技术5、在生物微电子技术(DNA)中应用技术6、在电子商务中应用技术7、在INTERNET中应用技术

嵌入式系统的由来嵌入式系统的发展历史嵌入式技术的发展阶段嵌入式系统的应用嵌入式系统应用技术热点国内外嵌入式系统应用情况国内高校嵌入式系统的科研实践情况嵌入式系统的发展趋势国内外嵌入式系统应用情况国外情况美国：水平较高

日本：较普及

欧洲共同体:较好

新加波:一般国内情况国内先进水平:一般

台湾:较好

香港:较高

澳门:一般嵌入式系统的由来嵌入式系统的发展历史嵌入式技术的发展阶段嵌入式系统的应用嵌入式系统应用技术热点国内外嵌入式系统应用情况国内高校嵌入式系统的科研实践情况嵌入式系统的发展趋势国内高校嵌入式系统的科研实践情况

面向应用，将嵌入式系统与专业特色方向结合起来微小型仿生机器人的嵌入式机电控制系统基于FPGA的机器人SOC控制器嵌入式数控系统面向理论基础研究，探讨基于嵌入式系统的软硬设计方法网络化机电系统设计仿真平台嵌入式系统的设计方法面向分析测试，建立嵌入式系统通用设计开发平台嵌入式机电系统开发平台机电系统通用高性能测试平台当前嵌入式系统相关研究工作简介模块化机器人的智能控制

防水防冲击结构设计与复杂地形实验机器蛇的智能控制

智能机器鱼技术研究嵌入式系统的由来嵌入式系统的发展历史嵌入式技术的发展阶段嵌入式系统的应用嵌入式系统应用技术热点国内外嵌入式系统应用情况国内高校嵌入式系统的科研实践情况嵌入式系统的发展趋势

嵌入式系统在应用领域的不断深入和继续扩展，为整个嵌入式行业展现了美好的市场前景，同时也对嵌入式技术本身提出许多新的挑战，其中主要包括：支持日趋增长的功能密度，提供灵活的网络连接，提供更加轻便的移动服务，提供多媒体信息处理能力，低功耗，支持互动的友好人机界面，支持二次开发和动态升级等。嵌入式系统的发展趋势面向网络互联的嵌入式系统成为必然趋势

支持小型设备实现小尺寸、微功耗和低成本提供精巧的多媒体界面发展行业性的嵌入式硬件平台、制定行业标准发展功能更加强大的开发工具和嵌入式操作系统，支持复杂度越来越高的嵌入式应用软件的开发。向新的嵌入式计算机模型方向发展为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求，面向21世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求，嵌入设备必需配有通信接口,相应需要TCP/IP协议簇软件支持。由于家用电器相互关联(如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息)及实验现场仪器的协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA通信接口。

同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。为了支持应用软件的特定编程模式，如Web或无线Web编程模式，还需要相应的浏览器，如HTML、WML等。

嵌入式系统的发展趋势面向网络互联的嵌入式系统成为必然趋势支持小型设备实现小尺寸、微功耗和低成本提供精巧的多媒体界面发展行业性的嵌入式硬件平台、制定行业标准发展功能更加强大的开发工具和嵌入式操作系统，支持复杂度越来越高的嵌入式应用软件的开发。向新的嵌入式计算机模型方向发展为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求。如，选用最佳的编程模型和不断改进算法，采用Java编程模式，优化编译器性能。因此，既要软件人员有丰富经验，更需要发展先进嵌入式软件技术，如Java、Web和WAP等。嵌入式系统的发展趋势面向网络互联的嵌入式系统成为必然趋势支持小型设备实现小尺寸、微功耗和低成本提供精巧的多媒体界面发展行业性的嵌入式硬件平台、制定行业标准发展功能更加强大的开发工具和嵌入式操作系统，支持复杂度越来越高的嵌入式应用软件的开发。向新的嵌入式计算机模型方向发展嵌入式设备之所以为亿万用户乐于接受，重要因素之一是它们与使用者之间的亲和力，自然的人机交互界面。如司机操纵高度自动化的汽车主要还是通过习惯的方向盘、脚踏板和操纵杆。人们与信息终端交互要求以GUI屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。目前一些先进的PDA在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布等。嵌入式系统的发展趋势面向网络互联的嵌入式系统成为必然趋势支持小型设备实现小尺寸、微功耗和低成本提供精巧的多媒体界面发展行业性的嵌入式硬件平台、制定行业标准发展功能更加强大的开发工具和嵌入式操作系统，支持复杂度越来越高的嵌入式应用软件的开发。向新的嵌入式计算机模型方向发展

嵌入式系统需要在不同的行业形成统一的行业标准，这是增强行业性产品竞争力的有效手段。统一的行业标准具有开放、设计技术共享、软/硬件可重用、构件可兼容、维护方便以及可合作生产等特点。

欧共体汽车产业联盟规定以