嵌入式技术基本概念课件

机电控制基础与实践（需求，应用，市场）王田苗丑武胜机电控制基础与实践（需求，应用，市场）典型嵌入式系统基本组成－硬件MPU微处理器电源模块时钟复位FlashRAMROMUSBLCDKeyboard外围电路Other外设典型嵌入式系统基本组成－硬件MPU微处理器电源时钟复位Fla典型嵌入式系统基本组成－软件处理器存储器输入输出操作系统应用程序软件结构硬件结构典型嵌入式系统基本组成－软件处理器存储器输入输出操作系统应用2、嵌入式系统的定义嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。一个手持的MP3和一个PC104的微型工业控制计算机都可以认为是嵌入式系统。嵌入式系统已经有了近30年的发展历史，它是硬件和软件交替发展的双螺旋式发展。最早的单片机是Intel公司的8048，它出现在1976年Motorola同时推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，这些早期的单片机均含有256字节的RAM、4K的ROM、4个8位并口、1个全双工串行口、两个16位定

时

器。之后在80年代初，Intel又进一步完善了8048，在它的基础上研制成功了8051。

2、嵌入式系统的定义嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。一个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

等，PalmOS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，uCOS、Nucleux，以及国内的Hopen、DeltaOS等嵌入式操作系统。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。1981年ReadySystem发展了世界上第1个商业嵌入IEEE定义

根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：

嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。 可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。IEEE定义根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的一般定义

“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。”一般定义 嵌入式系统定义要素专用计算机系统(非PC智能电子设备)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、功耗严格要求知识集成应用系统（CSEA）技术密集资金密集高度分散不可垄断面向应用不断创新嵌入式系统定义要素专用计算机系统(非PC智能电子设备)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（导引头等工业和军工系统）嵌入式系统的分类按表现形式分：（硬件范畴）嵌入式硬件平台及分类嵌入式硬件平台及分类嵌入式处理器系统嵌入式处理器各种类型存储器模拟电路及电源接口控制器及接插件嵌入式软件系统实时操作系统（RTOS）板级支持包（BSP）设备驱动（DeviceDriver）协议栈（ProtocolStack）应用程序（Application）嵌入式处理器系统嵌入式处理器嵌入式处理器的发展趋势经济性（成本）微型化（封装、功耗）智能化（功能、速度）嵌入式处理器的分类和现状微控制器（MCU）微处理器（MPU）数字信号处理器（DSP）混合处理器和片上系统（SOC）可编程片上系统（SOPC）嵌入式处理器嵌入式处理器的发展趋势硬件设计工具（EDA工具）系统级设计工具Cadence的SPWSystemView模拟电路系统仿真工具PspiceEWBPCB设计工具ProtelPADs的PowerPCB&ToolKitMentor的Expedition&ToolKit可编程逻辑器件设计工具MentorFPGAAdvantage&ModelSimXilinxFoundationISE&ToolKit各种综合和仿真第三方工具硬件设计工具（EDA工具）系统级设计工具从硬件方面目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种，流行体系结构包括MCU，MPU等30多个系列。从单片机、DSP到FPGA有着各式各样的品种，速度越来越快，性能越来越强，价格也越来越低。

根据其现状，嵌入式处理器可以分成下面几类：从硬件方面目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过100嵌入式微处理器分类嵌入式微处理器分类（1）、嵌入式微控制器（MCU）嵌入式微控制器的典型代表是单片机这种８位的电子器件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、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各种必要功能和外设。（1）、嵌入式微控制器（MCU）嵌入式微控制器的典型代表是单

微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、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，因此称为微控制器。微控制器的最大特点是单片化，体积大大由于MCU低廉的价格，优良的功能，所以拥有的品种和数量最多，比较有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及MCU8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。近来Atmel推出的AVR单片机由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性价比，势必将推动单片机获得更高的发展。由于MCU低廉的价格，优良的功能，所以拥有的品种和数量最多，（2）、嵌入式数字信号处理器（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，在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。DSP的理论算法在70年代就已经出现，但是由于专门的DSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPU等由分立元件实现。

1982年世界上诞生了首枚DSP芯片，在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。

DSP的运算速度进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。目前最为广泛应用的嵌入式DSP处理器是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的应用范围。（2）、嵌入式数字信号处理器（DSP）DSP处理器是专门用于MPU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。（3）、嵌入式微处理器（MicroProcessorUnit)（3）、嵌入式微处理器（MicroProcessorUn和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本SoC就是SystemonChip，SoC嵌入式系统微处理器就是一种电路系统。它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，像是ARMRISC、MIPSRISC、DSP或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，像是万用串行端口（USB）、TCP/IP通信单元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、蓝牙模块接口等等，这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理芯片。（4）、嵌入式片上系统(SystemOnChip)

SoC就是SystemonChip，SoC嵌入式系统SoC嵌入式系统微处理器所具有的其他的好处可以分为下列几点：利用改变内部工作电压，降低芯片功耗。减少芯片对外管脚数，简化制造过程。减少外围驱动接口单元及电路板之间的信号传递，可以加快微处理器数据处理的速度。内嵌的线路可以避免外部电路板在信号传递时所造成系统杂讯。SoC嵌入式系统微处理器所具有的其他的好处可以分为下列几点：典型的嵌入式微处理器（MPU）1．ARM/StrongARM

ARM（AdvancedRISCMachines）公司是全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权设计供应商。ARM公司通过转让它的高性能、低成本、功耗低的RISC微处理器、外围和系统芯片设计技术给合作伙伴来生产各具特色的芯片。ARM公司已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案的RISC标准。ARM处理器有三大特点：1).小体积、低功耗、低成本而高性能；2).16/32位双指令集；3).全球众多的合作伙伴。

典型的嵌入式微处理器（MPU）1．ARM/StrongARMARMARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和SecurCore。其中ARM7是低功耗的32位核，最适合应用于对价位和功耗敏感的产品，它又分为应用于实时环境的ARM7TDMI、ARM7TDMI-S，以及适用于开放平台的ARM720T和适用于DSP运算及支持Java的ARM7EJ等。ARM7主要在PDA、手持仪器仪表，ARM9、ARM10主要在NC、TFT。ARMARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和SecurMIPSMIPS是MicroprocessorwithoutInterlockedPipelineStagesMIPS技术公司它是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商，在RISC处理器方面占有重要地位。MIPS公司设计RISC处理器始于80年代初，MIPS公司的战略发生变化，把重点放在嵌入式系统。1999年，MIPS公司发布MIPS32和MIPS64架构标准，为未来MIPS处理器的开发奠定了基础。MIPSMIPS是MicroprocessorwithouMIPS的定位很广在高端它有64位的20Kc家族，在低端市场有SmartMIPS。如果您有一台机顶盒设备，那很可能就是基于MIPSTM的；如果您有一台视频游戏机，或许他就是基于MIPS的；你的电子邮件或许就是通过基于MIPS芯片的Cisco路由器来传递的；您的公司所使用的激光打印机也有可能使用着基于MIPS的64位处理器。

MIPS的定位很广PowerPCPowerPC架构的特点是可伸缩性好，方便灵活。PowerPC处理器品种很多。既有通用的处理器，又有嵌入式控制器和内核，应用范围非常广泛，从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统，从消费类电子产品到大型通信设备，无所不包。

PowerPCPowerPC架构的特点是可伸缩性好，方便灵活基于PowerPC架构的处理器有：IBM公司开发的PowerPC405GP是一个集成10/100Mbps以太网控制器、串行和并行端口、内存控制器以及其它外设的高性能嵌入式处理器。MotorolaMPC823e微处理器是一个高度综合的片上系统（SOC）设备，Apple是唯一采用RISC架构的PC。通信处理器和单硅成分内的显示控制器，低能源、便携式、图象捕捉和个人通信设备。

基于PowerPC架构的处理器有：x86

x86系列处理器是我们最熟悉的了，它起源于intel架构的8080。直到现在Pentium4、Athlon和AMD的64位处理器Hammer。

486DX是当时和AMR，68K，MIPS和SuperH齐名的五大嵌入式处理器之一。

x86x86系列处理器是我们最熟悉的了，它起源于intel68K68K/ColdfireMotorola68000(68K)是

Apple2以前使用的就是68000，比INTEL的8088还要早。但现在，Apple、Motorola已放弃68k专注于ARM了。

CISC是个人电脑CPU常用的，Intel、AMD、VIA都采用了CISC指令集只有Apple电脑中的PowePC使用了RISC架构。

因为CISC指令数量少，执行效率更高，而且当时的CPU时钟频率不同，没有牵涉到现在的超标量和超流水线的问题。RISC是精减指令集，它每条指令长度都一样，有利于减化译码结构，减少处理器的晶体管数量，

68K68K/Coldfire嵌入式软件平台及分类嵌入式软件平台及分类实时操作系统（RTOS）RTOS的基本特征：高效的任务管理1.支持多任务2.优先级管理3.任务调度：基于优先级的抢占式调度、时间片轮转调度的算法4.支持快速而确定的上下文切换快速灵活的任务间通信1.信号量：二进制、互斥、计数器 2.通信机制：消息队列、管道等高度的可剪裁性动态链接与部件增量加载快速有效的中断和异常事件处理优化的浮点支持动态内存管理系统时钟和定时器几种最常见的RTOS：软实时RTOS嵌入式LinuxWinCE硬实时RTOSVxWorksOSENuclear著名的openRTOSucOS/IIRTEMS自主知识产权的RTOSHOPENDeltaOS实时操作系统（RTOS）RTOS的基本特征：几种最常见的RT嵌入式软件开发工具开发工具编译器（Compiler）调试器（InCircuitEmulator）软仿真（Simulator）集成开发环境（IDE）典型的商业开发工具及供应商Windriver公司的TornadoforVxWorksMontVisa公司的HardHatLinux开发工具包AMC公司的SuperTAP调试器免费开发工具GNU系列开发工具Wiggler调试器嵌入式软件开发工具开发工具

实时嵌入式操作系统的种类繁多，大体上可分为两种，商用型和免费型。

商用型的实操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但往往价格昂贵。免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，目前主要有Linux和μC/OS，稳定性与服务性存在挑战。

实时嵌入式操作系统的种类繁多，大体上可分为两种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（RTOS），具有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牢牢占据着一席之地。

VxWorks所具有的显著特点是： －可靠性、实时性和可裁减性。 －它支持多种处理器，如x86、i960、SunSparc、MotorolaMC68xxx、MIPS、POWERPC等等。

大多数的VxWorksAPI是专有的，火星机器人。VxWorks

VxWorks操作系统是美国WindRivWindowsEmbedded

WindowsCE3.0：一种针对小容量、移动式、智能化、32位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统。针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台，

WindowsCE嵌入但不够实时，属于软实时操作系统，目前也开始中文手机的研究开发。由于其Windows背景，界面比较统一认可。操作系统的基本内核需要至少200K的ROM。

WindowsEmbedded

WindowsCE3.pSOS

pSOS原属ISI公司的产品，但ISI已经被WinRiver公司兼并，现在pSOS属于WindRiver公司的产品。该系统是一个模块化、高性能的实时操作系统，开发者可以利用它来实现从简单的单个独立设备到复杂的、网络化的多处理器系统功能。pSOS

pSOS原属ISI公司的产品，但ISI已经被WPalmOSPalmOS是著名的网络设备制造商3COM旗下的PalmComputing掌上电脑公司的产品。3COM、CISCO竞争PalmOS在PDA市场上占有很大的市场份额，

PalmOS的市场份额占到将近90%，最近下降70％，目前主要与WINCE进行激烈竞争。

PalmOSPalmOS是著名的网络设备制造商3COM旗OS-9

Microwave的OS-9是为微处理器的关键实时任务而设计的操作系统。广泛应用于包括消费电子产品、工业自动化、无线通讯产品、医疗仪器、数字电视/多媒体设备等领域。

OS-9Microwave的OS-9是为微处理器的LynxOS

LynxReal-timeSystems的LynxOS是一个分布式、嵌入式、可规模扩展的实时操作系统。LynxOS支持线程概念，提供256个全局用户线程优先级。提供一些传统的、非实时系统的服务特征；包括基于调用需求的虚拟内存，一个基于Motif的用户图形界面，与工业标准兼容的网络系统以及应用开发工具。LynxOSLynxReal-timeSysteQNX

加拿大QNX公司的产品。

QNX是在X86体系上面开发出来的，这和别的RTOS不一样，别的好多RTOS都是从68K的CPU上面开发成熟，然后再移植到X86体系上面来的。QNX是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循POSIX相关标准。由于QNX具有强大的图形界面功能，因此很适合作为机顶盒、手持设备（手掌电脑、手机）、GPS设备的实时操作系统使用。QNX

加拿大QNX公司的产品。嵌入式Linux

嵌入式系统越来越追求数字化、网络化和智能化。因此原来在某些设备或领域中占主导地位的软件系统越来越难以为继，整个系统必须是开放的、提供标准的API，并且能够方便地与众多第三方的软硬件沟通。

Linux是开放源码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多Linux爱好者又是Linux开发的强大技术后盾。

Linux的内核小、功能强大、运行稳定、系统健壮、效率高，易于定制剪裁，在价格上极具竞争力。

Linux不仅支持x86CPU，还可以支持其他数十种CPU芯片。嵌入式Linux嵌入式系统越来越追求数字化、网络化和智Linux还不过是个10岁的小孩子，它源于一位芬兰大学生——LinusTorvalds的课余作品。当时，LinusTorvalds正在学习计算机科学家AndrewS.Tanenbaum开发的Minix操作系统，但发现Minix的功能很不完善，于是就编写了一个保护模式下的操作系统，这就是Linux的原型。最开始，Linux被定位于黑客用的操作系统，并被放至FTP服务器上供人们自由下载。Linux还不过是个10岁的小孩子，它源于一位芬兰大学生——嵌入式实时内核C/OSC/OS与Linux一样，是一款公开源代码的免费实时内核；C/OS已在各个领域得到了广泛的应用C/OS的特点：——具有RTOS的具有的基本性能；——代码尺寸小，结构简明；——易学、易移植；嵌入式实时内核C/OSμCOS不但提供了一个完整的嵌入式实时内核的源代码，而且对这些代码的细节作了详尽的解释，它不仅告诉读者这个实时内核是怎么写的，还解释了为什么要这样写。而商业上的实时操作系统软件不但价格昂贵（一般都在5千到2万美元的价位上），而且其中很多都是所谓黑盒子，即不提供源代码。源代码的绝大部分是用C语言写的，经过简单的编译，读者就能在PC机上运行，边读书、边实践。由于用汇编语言写的部分只有200行左右，该实时内核可以方便地移植到几乎所有的嵌入式应用类CPU上。移植范例的源代码可以从因特网上下载。从最老版本的实时内核μCOS，以及后来的μC/OS，到新版本的μC/OS-II，已经有8年的历史。8年来，许多行业上都有成功应用该实时源代码.实时内核移植.内核实时内核的实例，这些应用的实践是该内核实用性、无误性的最好证据。μCOS不但提供了一个完整的嵌入式实时内核的源代码，而且对这80年代末，我设计了一个基于Intel80C188的产品，需要一个实时内核。使用一个知名的内核太贵了，廉价的内核B（当时大约1000美元以下)让我总给该厂商打电话求援。该厂商声称内核B是用C语言写的，可我还得用汇编语言初始化程序的每个对象，实在是烦透了，产品的开发也耽误了。后来我得知我是该厂商的第一个客户。JeanJ.Labrosse的故事80年代末，我设计了一个基于Intel80C188的产品，我决定使用内核A，价格是5000美元，我的每个产品还要付200美元的内核使用费。内核转起来了，项目进展到3个月上，我的一个工程师发现该内核好像有毛病（bug）。我和销售商争辩了好几个月，可是，他们不予理睬。他们6个月后才改正了那个毛病。是的,6个月以后！我简直气坏了，最要紧的是，我的差品开发被耽误了。我决定使用内核A，价格是5000美元，我的每个产品还要付20于是我决定试试写一个自己的实时内核，主要用业余时间、晚上和周末。也花了大约一年的时间才使内核转起来，它在某些方面还比内核A好。我并不想开公司去卖这个内核，因为当时市场商已经有大约50个实时内核的产品。我想给杂志写一篇文章，打算投《C语言用户杂志》（《CUser’sJournal》）因为内核是用C写的，我听说该杂志每页给100美元的稿费，其他杂志一般是每页75美元。不幸，文章拒载了。两个原因，一是文章太长，杂志不愿连载。另一个原因，他们也不愿“又登一篇关于内核的文章”。于是我决定试试写一个自己的实时内核，主要用业余时间、晚上和周我决定转向《嵌入式系统编程》（《EmbeddedSystemProgramming》）杂志，因为我的内核是为嵌入式应用设计的。我和该杂志的编辑Mr.TylerSperry联系，得到的答复和《C语言用户杂志》是一样的，我们不要“又是一篇关于内核的文章”。然而，我反复解释：我的实时内核和他们的不一样，是占先式的，可以和很多商业上出售的内核产品竞争，源代码可以放在《嵌入式系统编程》杂志网站的留言板（BBS）上，我每周要给Mr.Tyler打两三个电话，几乎是求他发表我的文章，他终于同意了，大概是我的电话打的他烦了。我决定转向《嵌入式系统编程》（《EmbeddedSyste我的文章从70页压缩到30页，连载在1992年5月期和6月期杂志上，该文章几乎是1992年最热门的文章。头一个月，就有500多人从《嵌入式系统编程》杂志的网站留言板（BBS）上下载我的源程序。该文章实际上是第一次给实时内核的内在工作原理曝光，一些过去的秘密公开了。R&D出版社要出版有关的书，《C语言用户杂志》杂志就是这家出版社出的，此时距我最初与该杂志社联系已有6个月了。我的文章从70页压缩到30页，连载在1992年5月期和6月期开始时，书销售得很慢，Berny坚持说，让人知道这本书需要时间，于是他连续在《C语言用户杂志》杂志上刊登广告，一直持续了一年。我第一次见到TylerSperry先生，问我愿不愿意在下一届嵌入式系统会议上做个讲演。他建议我讲怎样使用“小实用内核”。这个故事给我们启迪是：认准事是要持之以恒，不怕挫折与失败；首先把自己的事做好做精，机会总会来临。开始时，书销售得很慢，Berny坚持说，让人知道这本书需要时至今，μC/OS的书已售出了15，000多册。μC/OS已被移植到以下一些CPU上。Analog设备公司AD21xxARM公司ARM6,ARM7日立公司64180，H8/3xx，SH系列Intel公司80x86（RealandPM),Pentium,PentiumII,8051,8052,MCS-251,80196,8096三菱公司M16和M32摩托罗拉公司PowerPC，68K,CPU32,CPU32＋,68H11，68HC16飞利浦公司XA西门子公司80C166和TriCoreTI公司TMS320Zilog公司Z—80和Z—180至今，μC/OS的书已售出了15，000多册。μC/OSμC/OS-II读做“microCOS2”，意为“微控制器操作系统版本2”。世界上已有数千人在各个领域使用μC/OS，例如，照相机行业、医疗器械、音响设施、发动机控制、网络设备、高速公路电话系统、自动提款机、工业机器人等等。很多高等院校将μC/OS用于实时系统教学。μC/OS-II读做“microCOS2”，意为“微控制器μC/OS的几个典型应用1）.NSA2010便携式电话，在日本大约有15000台投入市场。使用μC/OS实时操作系统。2）.CYCLONE移动电话，HitachiH8S/2318k微程序控制器，256K闪存和8KRam，μC/OS实时操作系统。选择μC/OS的原因：INFEAR&D的职员从1996年以来开始应用Micriμm实时操作系统。通过比较，还没有发现比μC/OS更好的实时操作系统。我们将继续应用μC/OS以及Micriμm的其它产品包括下一代μC/OS-IIV2.52的产品。

μC/OS的几个典型应用1）.NSA2010便携式电话，3）三轴运动控制卡

——HitachiSH2微处理器；——7个任务；——时钟频率10Hz；用于加工眼镜的塑料镜片的计算机控制车床的运动控制。选择μC/OS-II的原因：

主要原因是它与其它市场上的实时操作系统相比的相对低廉的费用。另一个主要原因是资源和内设的可获得性。最后一点，μC/OS-II有足够的能力使我们能够顺利完成工作。SH-2快速，有效的执行与μC/OS-II的实时内核是使工作顺利完成的最重要的条件。3）三轴运动控制卡

——HitachiSH2微处理器；选4）MB-20-M信用卡处理装置

TCP/IP协议；20MHzAm188ES；10项任务；时钟频率100Hz；MB-20-M被用于对很多的教学和商务设备的控制使用和收费,包括身份证，安全卡和图书馆借阅卡，现在只要应用标准磁条的用户卡都可以在MB-20-M终端上使用。选择μC/OS-II的原因：

价格便宜，代码尺寸小，缩短开发周期4）MB-20-M信用卡处理装置TCP/IP协议；选择μ5）独立静态交换机

HitachiH8S/2357CPU4个任务时钟频率1000Hz独立静态交换机（SIEL交换机）是一个可以连续的瞬时改变电源的装置从而控制两条电线的状态，最终保证负载的最佳电力供给。这种机器同样可以保护负载以防短路。选择μC/OS—II的原因：与其它实时方案相比低廉的价格，与很多微处理器可以进行数据传输，对源代码的完全控制。5）独立静态交换机HitachiH8S/2357CP3、嵌入式系统的几个重要特征（1）．系统内核小 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。 比如ENEA公司的OSE分布式系统，内核只有5K，而Windows的内核则要大得多。3、嵌入式系统的几个重要特征（２）．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，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级”是完全不同的概念。

（２）．专用性强（３）．系统精简嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。（４）．高实时性OS这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固态存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性、实时性。

（３）．系统精简（5）．嵌入式软件开发走向标准化嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行。为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOS（Real－TimeOperatingSystem）开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。（5）．嵌入式软件开发走向标准化（6）．嵌入式系统开发需要开发工具和环境由于其本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后，用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改，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以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机的概念，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。

（6）．嵌入式系统开发需要开发工具和环境基本概念

基本概念

嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成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心的执行时间减少到最低限度。2）具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而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，同时也有利于软件诊断。3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一嵌入式处理器

嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。

４位、

８位单片机，16位、

32位、64位嵌入式CPU。实时操作系统

实时操作系统是嵌入式系统目前最主要的组成部分。实时性需要调度一切可利用的资源完成实时控制任务，着眼于提高计算机系统的使用效率，满足对时间的限制和要求。嵌入式处理器－系统响应时间（Systemresponsetime）：

系统发出处理要求，到系统给出应答信号的时间。－任务切换时间（Context-switchingtime）：

任务之间切换而使用的时间。－中断延迟（Interruptlatency）：

计算机接收到中断信号到操作系统作出响应，并完成切换转入中断服务程序的时间。－系统响应时间（Systemresponsetime）冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构CISC与RICS影响CPU性能的因素存储器系统硬件基础冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构硬件基础冯·诺依曼体系结构模型指令寄存器控制器数据通道输入输出中央处理器存储器程序指令0指令1指令2指令3指令4数据数据0数据1数据2冯·诺依曼体系结构模型指令寄存器控制器数据通道输入输出中央处指令的执行周期T1）取指令（InstructionFetch)：TF

2）指令译码（InstructionDecode）：TD3）执行指令（InstructionExecute）：TE4）存储（Storage）：TS每条指令的执行周期：T=TF+TD+TE+TS指令的执行周期T1）取指令（InstructionFetc冯·诺依曼体系的特点1）数据与指令都存储在存储器中2）被大多数计算机所采用3）ARM7——冯诺依曼体系冯·诺依曼体系的特点1）数据与指令都存储在存储器中哈佛体系结构指令寄存器控制器数据通道输入输出中央处理器程序存储器指令0指令1指令2数据存储器数据0数据1数据2地址指令地址数据哈佛体系结构指令寄存器控制器数据通道输入输出中央处理器程序存哈佛体系结构的特点1）程序存储器与数据存储器分开

2）提供了较大的数存储器带宽3）适合于数字信号处理4）大多数DSP都是哈佛结构5）ARM9是哈佛结构哈佛体系结构的特点1）程序存储器与数据存储器分开

CISC和RISCCISC：复杂指令集（ComplexInstructionSetComputer）具有大量的指令和寻址方式大多数程序只使用少量的指令就能够运行。RISC：精简指令集（ReducedInstructionSetComputer)8/2原则：80%的程序只使用20%的指令在通道中只包含最有用的指令确保数据通道快速执行每一条指令使CPU硬件结构设计变得更为简单

CISC和RISCCISC：复杂指令集（ComplexInCISC与RIS