嵌入式系统设计与开发教程 课件 第1章 嵌入式系统技术概述及项目分析

嵌入式设计与开发潘可贤QQ：55037984办公室：明德318A课程目的理论与实践相结合，使大家既能对嵌入式系统及开发有一个全景的把握，又能为深入理解嵌入式系统打下一定的基础。了解嵌入式系统前沿发展趋势，了解嵌入式技术研发的基本概念、方法和知识，获得嵌入式开发设计实践经验。课程的主要内容嵌入式系统基础嵌入式系统概述

嵌入式系统分类、发展历程、特点、应用领域、组成、发展趋势。嵌入式软件系统基础

了解嵌入式软件的体系，了解嵌入式操作系统LINUX内核、文件系统,BOOTLOADER的概念，学会编写，编译，调试应用程序，驱动程序。课程的主要内容ARM体系结构

了解ARM体系结构的发展和特点，内核分类和版本等内容

。嵌入式微处理器平台

了解ARM嵌入式处理器exynos4412的基本功能部件。实验参考资料嵌入式系统开发与应用，北京航空航天大学出版社，田泽嵌入式系统原理与开发，西安电子科技大学出版社，

夏靖波ARM体系结构与编程，清华大学出版社，杜春雷4412datasheet32位嵌入式系统硬件设计与调试，机械工业出版社，张崙第1讲

绪论嵌入式系统的定义IEEE（电气和电子工程师协会）对嵌入式系统定义为：嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”

Devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants。嵌入式系统的定义

一个普遍被认同的嵌入式系统的定义是：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。

嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。嵌入式系统的定义广义：凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统，这些系统在完成较为单一的功能时具有简洁迅速的特点。但是由于没有操作系统，管理系统硬件和软件能力有限，特别是对于复杂的多任务系统。狭义：是指使用32位以上的嵌入式微处理器，具有嵌入式操作系统，完成特定功能的嵌入式系统。我们这里所说的嵌入式系统是指狭义上的嵌入式系统。嵌入式系统的演变单片机系统：自行编写所有程序；68360/386EX控制系统，有简单的操作系统；32位嵌入式处理器＋嵌入式操作系统，如Linux、UCOS等＋GUI图形界面；各种SoC+嵌入式操作系统+嵌入式Web设备server以及各种复杂网络协议栈＋GUI图形界面＋无线模块＝现代可移动的网络智能设备。嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用嵌入式系统的特点嵌入式系统通常是形式多样、面向特定应用的嵌入式系统设计高效，通常极其关注成本嵌入式系统是各学科结合的产物嵌入式系统得到多种类型的处理器和处理器体系结构的支持嵌入式系统有实时性和可靠性的要求嵌入式系统开发需要专门工具和特殊方法通用计算机与嵌入式系统对比特征通用计算机嵌入式系统形式和类型看得见的计算机。按其体系结构、运算速度和结构规模等因素分为大、中、小型机和微机。看不见的计算机。形式多样，应用领域广泛，按应用来分。组成通用处理器、标准总线和外设。软件和硬件相对独立。集成度高：面向应用的嵌入式微处理器，总线和外部接口多集成在处理器内部。非标准化。外部接口复杂。软件与硬件是紧密集成。开发方式开发平台和运行平台都是通用计算机采用交叉开发方式，开发平台一般是通用计算机，运行平台是嵌入式系统。二次开发应用程序可重新编制一般不能再编程嵌入式系统的组成外围硬件嵌入式处理器操作系统应用程序软件系统开发环境编译下载和调试系统引导中间软件硬件系统嵌入式系统的组成实验板嵌入式处理器嵌入式处理器分类嵌入式微处理器

指计算机或嵌入式控制器的中央控制单元以及必要的功能逻辑电路，具有体积小、功耗低，成本低、可靠性高的优点。目前主要有PowerPC、68000、MIPS、ARM系列等。嵌入式微控制器

俗称单片机，一个微处理器和一些外围设备共同集成封装到一个电路。代表性的通用系列包括8051等，半通用系列如：支持USB接口的MCU8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系统约70％的市场份额。

嵌入式处理器分类SOC

一个处理器和其他外围支持设备集成到一个芯片上，在一个硅片上实现一个复杂的系统

。DSP

特别为了数字信号处理设计的处理器，主要有数字滤波、FFT、谱分析等方面

。DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。有代表性的产品是TexasInstruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。硬件最小系统外围硬件

外围硬件是嵌入式系统处理器以外的硬件，它为系统提供了运行条件和部分功能。

在运行条件方面，最基础的是时钟和电源部件，它们不可能集成到处理器内部，但它们对于处理器运转是必需的。他们与处理器、内存构成了硬件最小系统。

外围硬件也将提供在系统中需要，但是微处理器内部不具有的功能，主要分为存储器设备、I/O设备和通信设备三大类。

处理器通过总线方式或GPIO方式扩展外围硬件。系统程序的下载嵌入式系统处理器ROM\FlashRAM电源时钟(PC)主机JTAG下载烧写调试串口／usb存储器设备嵌入式系统的存储器包括主存和外存。大多数嵌入式系统的代码和数据都存储在处理器可直接访问的存储空间即主存中。系统上电后在主存中的代码直接运行。主存储器的特点是速度快，一般采用ROM、EPROM、NorFlash、SRAM、DRAM、SDRAM等存储器件。存储器设备目前有些嵌入式系统除了主存外，还有外存。外存是处理器不能直接访问的存储器，用来存放各种信息，相对主存而言具有价格低、容量大的特点。在嵌入式系统中,外存的主要种类有NandFlash、SD卡、T-Flash卡、CompactFlash、SmartMedia、MemoryStick、MultiMediaCard、硬盘、eMMC等。

存储器设备芯片种类读写方式扩展方式功能和特点价格SRAM线性读、写地址数据总线运行代码可读写数据速度很快贵SDRAM线性读、写特殊内存控制器的支持运行代码可读写数据便宜NORFLASH线性读写需要根据时序地址数据总线固化代码和数据运行代码较贵NANDFLASH根据时序读写GPIO或者普通总线方式大规模可读写数据不能线性访问便宜I/O设备键盘、LCD、触摸屏、SPEAKER、MIC、摄像头、各种传感器等设备，完成与外界交互的数据的输入输出。

通信设备串口、蓝牙、红外、网络设备、USB设备等。USBDEVICEUSBHOSTUSBOTGUSB设备：网络设备：提供和通用计算机类似的网络功能。嵌入式系统的硬件结构

嵌入式系统硬件结构的特点：以嵌入式处理器为核心，

集成度高嵌入式操作系统

运行在嵌入式硬件平台上，对整个系统及其所操作的部件、装置等资源进行统一协调、指挥和控制的系统软件。嵌入式操作系统和硬件配合密切。

具有微型化、可剪裁、实时性、高可靠性、易移植性等特点。嵌入式操作系统嵌入式操作系统进程管理进程间通信中断处理内存管理设备管理文件系统……操作系统单任务操作系统DOS分时操作系统桌面系统WindowsLinuxUnix实时操作系统RTOS软实时OS硬实时OS嵌入式LINUXWinceiOSRT-LINUXU/COSIIVxWORKSMac

OS流行的操作系统嵌入式开发分类硬件开发电路设计驱动开发系统开发LINUX开发WINCE开发软件开发应用程序图形界面驱动开发必备基础计算机操作能力操作系统原理单片机基础C语言基础独立解决问题能力硬件基础开发需要专门工具和特殊方法由于嵌入式系统资源有限，一般不具备自主开发能力，产品发布后用户通常也不能对其中的软件进行修改，必须有一套专门的开发环境。该开发环境包括专门的开发工具（包括设计、编译、调试、测试等工具），采用交叉开发的方式进行，交叉开发环境如图所示。嵌入式系统的发展趋势以信息家电、移动终端、汽车电子、网络设备等为代表的互联网时代的嵌入式系统，不仅为嵌入式市场展现了美好前景，注入了新的生命，同时也对嵌入式系统技术，提出新的挑战：支持日趋增长的功能密度灵活的网络联接轻便的移动应用多媒体的信息处理、低功耗、人机界面友好互动支持二次开发和动态升级等嵌入式系统的发展趋势面向应用领域的、高度集成的、以32位嵌入式微处理器为核心的SOC（SystemOnChip）将成为应用主流SoC给系统带来高性能之外更多更重要的好处稳定性、体积、散热、功耗···

处理器外设存储器I/O“Systemonboard”“Systemonchip”USB以太网memory嵌入式系统的发展趋势嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量和缩短开发周期。

嵌入式操作系统将在现有的基础上，不断采用先进的操作系统技术，结合嵌入式系统的需求向:可适应不同的嵌入式硬件平台具有可移植、可伸缩、功能强大、可配置、良好的实时性、可靠性、高可用方向发展

嵌入式系统的发展趋势嵌入式开发工具支持多种硬件平台覆盖嵌入式软件开发过程各个阶段高效高度集成的工具集方向发展RequirementAnalysisSoftwareDesignCodingTestRelease嵌入式软件开发基本过程嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统联网成为必然趋势，驱动了大量新的应用针对外部联网要求，嵌入系统必需配有通信接口，需要TCP/IP协议簇软件支持。针对内部联网要求，新一代嵌入式系统还需具备IEEE1