嵌入式系统概述

1、第一章嵌入式系统概述，本章的学习目的和主要内容，学习目的：通过本章掌握嵌入式系统的基本知识、产品开发流程和调试方法的基本知识。主要内容：1。嵌入式系统的概念2。嵌入式系统的发展3。嵌入式系统的特点4。嵌入式系统的配置5。嵌入式系统的类型6。嵌入式处理器和专用集成电路7。嵌入式系统的调试方法8。嵌入式系统的应用9。嵌入式系统的发展趋势，1.1嵌入式系统的概念，1 .内涵定义：嵌入式系统以应用程序为中心，基于计算机技术，软件、硬件可切割，是满足应用系统对功能、可靠性、成本、卷、电源的严格要求的专用计算机系统。2.外延定义：将数字计算机系统分为通用计算机和嵌入式系统两类。通用计算机是指小型计算机(P

2、C)、大型计算机、服务器等，其他计算机称为嵌入式系统。1.2开发嵌入式系统和嵌入式处理器，1 .嵌入式系统开发计算机技术的单板计算机时代：嵌入式系统的快速发展和大规模应用是微处理器问世后，这个时代嵌入式系统的核心是基于通用处理器(Intel，Motorola，Zilog)的单板计算机。单片机时代：20世纪80年代，集成电路制造商开始将微处理器、I/O端口、A/D转换、D/A转换、串行接口、RAM和ROM集成到单个超大规模集成电路(VLSI)中，为应用程序设计创建嵌入式微控制器微控制器。2 .嵌入式处理器的发展第一代嵌入式处理器(4位)1971，英特尔4004嵌入式处理器。70年代末，8位，in

3、tel8048，motorola6800内核。第二代嵌入式处理器(8位CMOS工艺)80年代，英特尔51系列，motorola68HC05系列。第三代嵌入式处理器集成，丰富的外围设备集成。纯单片机，并行开发两种可扩展产品。第四代嵌入式处理器低功耗技术(3.3v、2.7v、1.8v)、闪存技术、高性能(32位)。实现数据收集、流程控制、模糊控制、娱乐等功能的多种智能系统。3 .嵌入式系统的发展趋势，嵌入式应用软件开发需要强大的开发工具和操作系统支持网络的必然趋势提供友好的多媒体人机界面，支持小尺寸、微功耗和低成本的小型电子设备，1.3嵌入式系统的特点。嵌入式系统和通用计算机系统中的其他嵌入式系统

4、通常针对特定的应用程序。嵌入式系统是尖端计算机技术、半导体技术和电子技术与各产业具体应用相结合的产物。嵌入式系统的硬件和软件都必须有效设计。嵌入式系统的应用软件因行业应用而异。与嵌入式系统和特定应用程序有机结合。大多数嵌入式系统没有自己的开发功能。2 .嵌入式微处理器的特点是具有强大的实时多任务处理支持能力。具有强大的存储保护功能。可扩展的处理器结构。嵌入式微处理器功耗很低。3.嵌入式操作系统(EOS)具有良好的硬件适应性(可移植性)，可支持尽可能多的硬件平台。使用存储时使用较少的硬件资源，例如10，000字节。高可靠性。熟悉高效的GUI。某些应用程序需要EOS的实时性能。可裁剪性，如微内核结

5、构和模块化结构设计。4 .嵌入式系统中通用处理器的通用性(例如总线结构、中断技术、与外部组件的扩展连接等)。嵌入式处理器由通用处理器核心和外部设备组成，在相同类型的外部设备上执行的功能相似。嵌入式软件开发人员有时需要关注硬件的细节。软件开发在内核级别编程，需要了解操作系统的调用细节。嵌入式系统的开发者，尤其是系统/产品的架构师或系统分析员，需要掌握硬件和软件的综合知识，并对硬件系统和软件系统进行方案选择和综合设计。嵌入式系统的软件开发人员必须熟悉各种嵌入式操作系统的使用方法。操作系统、编程语言和开发工具各不相同。嵌入式系统的设计者根据应用需要选择硬件和软件平台非常重要。嵌入式系统开发通常是由行

6、业人员和信息技术(IT)人员协作完成的。1.4嵌入式系统的配置，1 .嵌入式系统的硬件嵌入式核心芯片EMPU嵌入式微处理器、EMCU嵌入式微控制器、EDSP嵌入式数字信号处理器、ESoC嵌入式片上系统EPSoC嵌入式可编程片上系统。嵌入式系统的内存系统程序内存(ROM、EPROM、闪存)、数据内存(随机存储)和辅助存储。嵌入式系统的I/O接口通常集成在集成处理器中，通常无需单独扩展。典型嵌入式系统基本配置硬件，2 .嵌入式系统软件嵌入式操作系统应用程序软件、嵌入式系统组件(4个)、嵌入式处理器和硬件平台嵌入式软件系统嵌入式操作系统(可选)-实时操作系统RTOS I/O接口系统，3 .嵌入式系统

7、的开发工具和开发系统硬件开发工具模拟器等其他(示波器等)软件开发工具的编译、链接、定位软件，通常使用c语言进行软件调试，1.5嵌入式系统的种类，1 .单微处理器通常由单芯片嵌入式处理器组成，它集成了存储、I/O设备、接口设备(如A/D转换器)等。2.嵌入式处理器可扩展系统嵌入式处理器由按需使用片上的存储或可扩展存储的存储组成。3.复杂的嵌入式系统复杂的嵌入式系统中使用的嵌入式处理器的字符宽度通常为16位、32位等，适用于大型应用程序。1.6嵌入式产品开发流程，1 .需求分析阶段功能：此功能是用户在产品用途、服务范围域、主要功能等方面首先提出的。效能：处理器的处理速度反映在处理器速度上，处理器速

8、度更快、效能更好、成本更高、效能和成本更高。成本：产品的成本包括两部分：开发成本和制造成本。规格：包括产品的尺寸、重量、功耗等。2 .程序设计阶段的体系结构设计包括系统是硬实时系统还是软实时系统等。软件配置主要组件选择；系统成本、尺寸和功耗；硬件和软件分区。硬件设计主要完成硬件目标板的设计、调试、测试工作，包括根据功能将整个硬件面板划分为子系统，每个子系统作为一个模块执行其功能。选择零件；电路原理图设计；给出了硬件的编程参数。软件设计软件设计应根据软件的总体功能设计采用向下设计方法。模块划分；将模块分解为函数或子例程，并定义函数的原型、输入/输出参数和算法，以规定函数之间的接口和调用关系。设计

9、错误处理者事件。3 .科研开发阶段的科研开发阶段主要是根据设计方案为软件和硬件开发选择开发平台，完成系统原型。从硬件平台、软件平台(嵌入式操作系统)、编程语言和开发工具中选择开发平台。硬件开发：根据硬件目标板的设计方案，进行电路设计图的设计、印刷电路板的设计、制作、焊接、调试、测试等。软件开发：包括准备交叉开发环境、软件开发、编译链接和定位、在目标板下安装、调试和测试，以及代码优化。4.系统测试阶段硬件测试完成硬件目标板电路功能和指标的测试侧重于指标。软件测试a .准确性测试：查找并修复软件中的错误和缺陷，以降低产品的裴珉姬维修成本并降低风险。测试方法：黑盒测试、白盒测试、灰盒测试。b .性能

10、测试：统计测量运行时间。软件和硬件协作测试，1.7嵌入式系统的调试方法，1 .应用基于主机的调试工作方式示例a. uC/OSII、Vxworks、Linux B .基于windows环境的部分代码调试开发过程a .设计和开发b .软件迁移硬件和操作系统相关部分2。远程调试程序和调试代理包括远程调试程序调试程序和调试代理。调试器在开发主机上运行，调试代理在目标系统上运行。调试器和调试代理通过通信技术连接。典型的远程调试程序：VxWorks操作系统上的Tornado调试程序和VRTX操作系统上的XRAY调试系统。2 .配置远程调试程序和调试代理远程调试程序系统，3 .ROM emulator RO

11、M emulator概述a . ROM emulator的作用是节省程序开发(编辑、编译、下载、调试)过程的时间。b .使用ROM emulator，配置ROM emulator，4 .线上模拟线上模拟器概述线上模拟器(ICE)是最直接的模拟除错方法。此调试系统的内存由模拟器内存和用户内存两部分组成，两部分可以切换。ICE与目标系统的电气连接方法a .直接连接：ICE的插座易于插入目标系统的情况。b .间接连接：适用于ICE套接字不容易插入目标系统的情况。ICE的缺点a .价格昂贵的b .将导致信号的完整性问题，5 .DBM BDM是BDM(后台调试模式)由Motorola(当前Freesca

12、le company的电报)开发的调试接口。BDM的原理和功能BDM同时支持处理器控制和时序跟踪监控方法。6 .JTAG JTAG周期图，使用JTAG协议实现的调试核心，7。软件模拟器软件模拟器概述软件模拟器也称为仪表(Instruction Set Simulator，ISS)，用于模拟使用软件模拟的处理器硬件，包括命令系统、外部设备和输入/输出接口、终端和计时器。软件模拟器的优点a .软件和硬件并行开发b .低成本c .产品的设计性能评估软件模拟器的缺点a .只能模拟程序的准确性和错误，而不能模拟时序b .速度限制。示例：51、DSP、1.8嵌入式系统应用程序、消费电子产品示例：机顶盒、个

13、人移动设备、视频游戏播放器、IP电话。办公自动化产品实例：打印机、传真机、扫描仪、复印机和LCD投影仪控制系统和行业自动化实例：智能控制设备、智能仪表、现场总线设备、CNC机床、机器人生物医学系统实例：x射线机的控制部件、EEG和ECG设备、CT、超声波检查设备、以及，嵌入式系统应用，嵌入式应用，信息设备，智能玩具，军事电子，通信设备，移动存储，工业控制设备，智能仪表，汽车电子，网络设备，消费者电子，军事国防，电子、嵌入式视频服务器、现代家庭、嵌入式互联网应用、信息设备数字机顶盒、汽车电子产品(18个嵌入式控制模块)CAN总线网络、VOLVO S80汽车CAN总线网络、嵌入式应用汽车电子、智能

14、玩具和机器人、嵌入式技术应用行业控制、行业方面：机床、机床，军事侦察，2002年11月28日以色列的选举投票点，枪击事件造成至少7人死亡，数十人受伤。警察正在用机器人检查巴勒斯坦枪手的尸体。反恐镇压，小型飞机-“黑寡妇”，空中飞机，基于win ce的移动机器人平台，基于RTLinux的人形机器人，高48厘米重量： 6千克灵活性：20 DOF操作系统3360 RT-Linux接口形式： USB 1.0(硬件开发单板计算机方向嵌入式DSP系统方向片上系统方向2。软件开发操作系统嵌入式LINUX开发和应用，3 .系统开发平台完整嵌入式系统的网络系统集成改进和性能指标的友好人机界面，本章摘要，1。概念

15、：嵌入式系统的基础知识，包括嵌入式系统的定义、概念；从软件、硬件、开发工具等方面介绍了嵌入式系统开发的相关方面。2.调试方法：介绍了基于主机的调试、ROM模拟器、在线模拟器、BDM、JTAG、软件模拟器等嵌入式系统开发过程的调试方法。3 .介绍嵌入式系统产品的开发过程。4.介绍了嵌入式系统的应用和发展趋势。事故，1。什么是嵌入式系统？从两个方面阐述了嵌入式系统的基本概念。嵌入式系统开发简述。3.在硬件中，嵌入式系统由哪些部分组成？4.从软件系统的角度看，嵌入式系统由哪些部分组成？嵌入式系统的特点是什么？6.在嵌入式系统软件开发过程中，调试嵌入式系统软件的主要方法和手段是什么？每个特点是什么，并分别引用几个例子，说明这种调试手段的应用。开发嵌入式系统的计算机语言主要是什么？各在什么情况下使用？8.嵌入式系统产品开发的一般步骤是什么？每个阶段的主要任务是什么？9.嵌入式系统主要由软件和硬件两部分组成，其中一些可以用软件和硬件实现。那么，软件和硬件的分割一般是什么呢？请举例说明相同的功能可以用软件实现，也可以用