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1、第1章 嵌入式系统概述 内容 1. 嵌入式系统 2. 嵌入式系统的实现 3. 嵌入式软件 4.嵌入式开发内容 What?Why?How? 嵌入式 系统 本质上是一种计算机系统！ 计算机计算机 嵌入式系统的定义 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。 是用来控制、监视或辅助设备、机器或工厂运行的 装置。-电气工程师协会（IEE） 与个人计算机系统，服务器系统相对应 “后PC时代”:两者的分界线越来越不明确! 为什么需要嵌入式计算机？ 从方波发生器说起 硬件方波发生器 方波周期方波周期用过渡过程用过渡过程 公式可
2、以求出公式可以求出 ： ) 2 1ln(2 1 2 f R R CRT+= 方波发生器 软件软件+硬件硬件方波发生器方波发生器 ORG GOTOMAIN ORG0x04 GOTOINT_PRO MAIN CLRFSTATUS；选存储体0 CLRFPORTA；清A口 BSFSTATUS，RP0；选存储体1 MOVLW0xC7； PORTA输入， MOVWFTRISA；PORTA输出 BCFSTATUS，RP0；选存储体0 MOVFPORTA，0；读入频率序号 ANDLW0x07 CALLFeqTab；查延时常数 MOVWFDlySav；保存时间常数 Continue BSFPORTA，WaveO
3、ut ；输出波形（高电平） CALLDlyCnt BCFPORTA，WaveOut ；输出波形（低电平） CALLDlyCnt GOTOContinue FreqTab ADDWF PCL ; RETLW 0xEE；600Hz RETLW 0xB1；800Hz RETLW 0x8D；1000Hz RETLW 0x75；1200Hz RETLW 0x64；1400Hz RETLW 0x57；1600Hz RETLW 0x4D；1800Hz RETLW 0x45；2000Hz ；延时子程序 DlyTimMOVFDlySav，0 MOVWFDlyCnt DLoopDECFSZDlyCnt GOTOD
4、Loop RETURN 改变频率、占空比 嵌入式系统的特点 技术含量高：计算机、半导体、电子技术、 应用领域知识的结合 嵌入式系统是计算机技术、半导体技术以及电子技术与 各个行业的具体应用相结合的产物。这就决定了它必然 是一个技术密集、资金密集、不断创新的知识集成系统。 嵌入式系统的特点 嵌入式系统是定制的 嵌入式系统通常是面向用户、面向产品、面向特 定应用的。 嵌入式系统CPU都具有低功耗、体积小、集成度 高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的 任务集成在芯片内部，从而有利于整个系统设计 趋于小型化。 在对嵌入式系统的硬件和软件进行设计时必须重 视效率，去除冗余，针对用户的具体需求，对
5、系 统进行合理配置，才能达到理想性能。 嵌入式系统的特点 实时性、可靠性与稳定性 （波音飞机、神舟） 器件选用 容错 Reset vs. Watchdog 嵌入式系统的特点 生命周期长 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，其升 级换代也是和具体产品同步进行的。因此嵌入式 系统产品一旦进入市场，便具有较长的生命周期。 通用计算机：“Wintel联盟” 嵌入式系统：没有哪个公司的操作系统和处 理器能够垄断市场。 中国计算机发展的切入点？ 内容 1. 嵌入式系统 2. 嵌入式系统实现 3. 嵌入式软件 4.嵌入式开发内容 嵌入式系统实现 Microcontroller：低功耗，低价格，高吞吐率和
6、高可靠性的专用功能的应用 Microprocessor：需要高处理性能、复杂的应用 DSP：高速的乘法器和浮点能力，应用在需要 高密度数学计算的信号处理系统中 FPGA：可定制的计算体系结构，定制的接口 逻辑，可以在运算过程中在线配置以适合应用 的高密度计算； 类似于通用计算机中的CPU。在工作温度、抗 电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。 在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路 板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这 样可以大幅度减小系统体积和功耗。 嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安 装在一块电路板上，称为单板计算机。如STD- BUS、PC104等。 CPU ROM R
7、AM 外设1 外设2 单板计算机 嵌入式微处理器 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。 在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正 在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用 单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采 用嵌入式DSP处理器。 嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是 Texas Instruments的TMS320系列和Motorola的 DSP56000 系列。 数字信号处理器（DSP） 现场可编程门阵列（FPGA） FPGA其实是一个包含有大量门电路的 逻辑元件, 它的每一个门的定义可以由使 用者来定
8、义,如同一张白纸或是一堆积木， 自由地实现一个数字系统。 FPGA可以能完成任何数字器件的功能， 上至高性能CPU下至简单的74电路，都 可以用它来实现。 利用FPGA的在线修改能力，随时修改 设计而不必改动硬件电路。 嵌入式微控制器又称单片机，它将整个计算 机系统集成到一块芯片中 以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集 成ROM、RAM、总线、定时/计数器、I/O、 串行口、A/D、D/A等各种功能和外设 微控制器单片机 单片化，体积小，功耗和成本低、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，因此称微控制器。 MCU占嵌入式系统约7
9、0的市场份额 品种和数量多 8051、AVR、PIC 数目众多ARM芯片等。 微控制器单片机 复位 部件 看门狗 部件 晶振 部件 I/O 部件 中断 部件 ROM 部件 SRAM 部件 定时器 部件 CPU核 微控制器单片机 Atmel：ATtiny10 AVR微控制器 8-pad UDFN封装，大小仅为220.6mm，重量不到8mg 微控制器单片机 内容 1. 嵌入式系统 2.嵌入式系统实现 3. 嵌入式软件 4.嵌入式开发内容 嵌入式软件 概述 计算机系统由硬件和软件组成。 软件工作量 超过系统工作量的2/3 软件成本 超过系统总成本的2/3 组成： 引导程序-bootloader 操作
10、系统 设备驱动程序 应用程序 开发调试工具 嵌入式软件的实现 基本概念 应用程序一般是一个无限的循环，可称 为前后台系统或超循环系统。 很多基于微处理器的产品采用前后台系 统设计，例如微波炉、电话机、玩具等。 在另外一些基于微处理器应用中，从省 电的角度出发，平时微处理器处在停机 状态，所有事都靠中断服务来完成。 前后台系统 基本概念 中断服务程 序处理异步事件， 这部分可以看成 前台行为，前台 也叫中断级。时 间相关性很强的 关键操作一定是 靠中断服务程序 来保证的。 循环中调用 相应的函数完成 相应的操作，这 部分可以看成后 台行为，后台也 可以叫做任务级。 这种系统在处理 的及时性上比实
11、 际可以做到的要 差。 ISR ISR ISR ISR 后台前台 中断服务程序 时 间 前后台系统 嵌入式操作系统 概述 监 控 程 序 操 作 系 统 实时操作系统 分时操作系统 多道批处理操作系统 时 间 先 后 适用于多个用户共享系 统资源 适用于计算中心等较大 的计算机系统 适用于嵌入式设备和有 实时性要求的系统中 实时操作系统是我 们介绍的重点 嵌入式操作系统 基本概念 操作系统是计算机中最基本的程序。操作系统负 责计算机系统中全部软硬资源的分配与回收、控制与 协调等并发的活动；操作系统提供用户接口，使用户 获得良好的工作环境；操作系统为用户扩展新的系统 功能提供软件平台。 操作系统
12、 硬件 硬件驱动 操作系统 用户程序 嵌入式操作系统 总的来说实时操作系统是事件驱动的， 能对来自外界的作用和信号在限定的时 间范围内作出响应。它强调的是实时性、 可靠性和灵活性, 与实时应用软件相结合 成为有机的整体起着核心作用。 用于实时性要求高的实时控制系统，嵌 入式实时操作系统具有规模小(一般在几 K几十K 内)、可固化使用。实时性强 (在毫秒或微秒数量级上) 。 内容 1. 嵌入式系统 2.嵌入式系统实现 3. 嵌入式软件 4.嵌入式开发内容 嵌入式开发内容 需求分析、系统设计 硬件开发 芯片选型 板级设计 加工、调试 软件开发 结构设计 系统移植、驱动开发 应用程序开发 系统调试 学习嵌入式开发要掌握什么？ 掌握一般的开发流程和软硬件实现技能 掌握一款主流单片机的特性和用法 掌握典型应用需求的解决方案 掌握软硬件调试、故障诊断方法和微妙 问题的对策 举一反三，与时俱进，因地制宜 SOPC 嵌入式产品高度定制化 需要9个串口的应用 FPGA的逻辑门数已达上千万门， 可以实现系统级设计 SOPC-世界上最多功能的嵌入式处理 器！? SOPC结构 SOPC处理器 SOPC外设 SOPC开发流程 硬件/软件？ 软硬件划分 硬件可通过“程序”来改变 软件/硬件的界限不再清晰 重构计算：Reconfigurable computer 可进化计算机？
