嵌入式系统1(概述)课件

嵌入式系统概述

——计算机学院陈勉西安电子科技大学计算机学院21.课程简介什么是嵌入式系统嵌入式系统是＊＊＊＊的计算机系统。西安电子科技大学计算机学院3为什么要开这门课程理性的分析它是一个系统涵盖知识范围极广对计算机基础课程的系统总结感性的分析技术新市场大好就业学嵌入式有前途吗?因为嵌入式工程师职业发展好，薪资待遇高，所以是二十一世界最热门的行业之一。参加嵌入式开发培训，你会发现：高薪木有问题！升职木有问题！跳槽木有问题！——来源于互联网嵌入式系统可说是麻雀虽小五脏俱全，虽然没有PC和服务器那么复杂，但计算机系统的各种组成一样也不缺。——来源于互联网

西安电子科技大学计算机学院4本课程的目标与任务使学生能够掌握嵌入式系统设计和应用的基本方法。了解包括嵌入式微控制/微处理器、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。——来自大纲西安电子科技大学计算机学院5先修课程模拟电子技术数字电路与逻辑设计计算机组成原理计算机接口技术操作系统计算机程序设计汇编C西安电子科技大学计算机学院6课程内容嵌入式系统概述嵌入式微处理器(ARM)嵌入式程序设计(ARM)嵌入式系统构建(ARM)实时操作系统(uC/OS)西安电子科技大学计算机学院7考核方式平时成绩：10％实验成绩：20％笔试（闭卷）：70％西安电子科技大学计算机学院8参考书目《嵌入式系统设计教程》♥马洪连等编电子工业出版社《嵌入式系统开发与应用》田泽编北京航空航天大学出版社《ARM体系结构与编程》杜春雷编清华大学出版社《ARM嵌入式系统教程》张石等编机械工业出版社《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西安电子科技大学计算机学院9学习方法听课看参考设计读示例代码尝试制作评估板参加产品设计请教、讨论、交流循序渐进、系统深入西安电子科技大学计算机学院102.嵌入式系统的引入由于信息技术、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。西安电子科技大学计算机学院11应用举例（一）消费电子西安电子科技大学计算机学院12应用举例（二）信息家电西安电子科技大学计算机学院13应用举例（三）汽车电子西安电子科技大学计算机学院14应用举例（四）机器人智能玩具工业机器人军用机器人西安电子科技大学计算机学院15应用举例（五）工业国防西安电子科技大学计算机学院16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。

前景西安电子科技大学计算机学院17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。西安电子科技大学计算机学院18

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。

西安电子科技大学计算机学院193.嵌入式系统的内涵从技术角度嵌入式系统是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在一起的系统。从系统角度嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。注：软件+硬件西安电子科技大学计算机学院204.嵌入式系统外延广义的讲，凡是带有智能处理器的专用软硬件系统都可称为嵌入式系统。西安电子科技大学计算机学院215.嵌入式系统组成西安电子科技大学计算机学院22

硬件抽象层早期的嵌入式系统包含3个部分：硬件平台、嵌入式实时操作系统和应用程序；经过不断发展，在硬件平台和操作系统之间演化出了新的一层——硬件抽象层；硬件抽象层屏蔽了底层硬件的多样性，操作系统不再直接面对具体的硬件环境，而是由硬件抽象层代表的、逻辑上的硬件环境。板级支持包是大多数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。西安电子科技大学计算机学院23嵌入式系统的硬件组成6.特点（对通用计算机）专用性采用专门的处理器功能算法的专用性系统对用户是透明的，用户无需了解内部设计细节小型化（资源有限）结构紧凑、坚固可靠、计算资源有限软硬件设计一体化硬件与软件的依赖性强，一般需要协同设计应用软件与操作系统的一体化设计需要交叉开发环境本身资源受限，开发由宿主机完成西安电子科技大学计算机学院24西安电子科技大学计算机学院257.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”（一个实时核），并在其上编写嵌入式应用软件。获取更短的开发周期

更高的开发效率“嵌入式系统”真正出现20世纪90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时核逐渐发展为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。商业化的嵌入式实时内核开始出现，如VTRX32，PSOS，VxWorks等西安电子科技大学计算机学院268.嵌入式系统的分类按表现形式分（硬件范畴）：系统级：各种类型的工控机、PC104模块。板级：各种类型的带CPU的主板及OEM产品。片级：各种以单片机、DSP、微处理器为核心的产品。西安电子科技大学计算机学院27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）超时会导致性能下降硬实时系统（工业和军工系统）超时会导致系统失败西安电子科技大学计算机学院289.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）西安电子科技大学计算机学院29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。又如：ARMCortex-M3西安电子科技大学计算机学院30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。 特点：配有专用的硬件乘法-累加器

具有特殊的DSP指令 等等西安电子科技大学计算机学院31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位以上的总线，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。与嵌入式微控制器的区别（大体上）微控制器——存储器在片内微处理器——存储器在片外西安电子科技大学计算机学院32处理器发展举例Intel4004MicroprocessorIntroducedin1970Firstmicroprocessor4bitarchitecture!2,250transistors12mm2Clock:108kHz西安电子科技大学计算机学院33Intel8085MicroprocessorIntroducedin19748-bitarchitectureStillusedinsomemicrocontrollerapplications!西安电子科技大学计算机学院34Intel8086MicroprocessorIntroducedin197929,000transistors33mm2Clock:5MHz16bitarchitecture西安电子科技大学计算机学院35Intel386MicroprocessorIntroducedin1985275,000transistors43mm2Clock:16MHz32bitarchitecture西安电子科技大学计算机学院36Intel486MicroprocessorIntroducedin19891,200,000transistors81mm2Clock:25MHz32bitarchitecture1stpipelinedimplementationofIA32西安电子科技大学计算机学院37IntelPentiumMicroprocessorIntroducedin19933,100,000transistors296mm2Clock:60MHz32bitarchitecture1stsuperscalarimplementationofIA32西安电子科技大学计算机学院38PentiumProcessorDetailsStateRegistersMemoryControlROMCombinationallogic西安电子科技大学计算机学院39SOC 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）西安电子科技大学计算机学院40SOPC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。西安电子科技大学计算机学院4110.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，从实时性的角度来看，可分为：非实时操作系统（如Linux等）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。（如VxWorks，μC/OS-II等）西安电子科技大学计算机学院4211.嵌入式系统的应用工业控制交通管理