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1、嵌入式系统及应用,课程目的,理论与实践相结合 以嵌入式系统基础及嵌入式软件的核心嵌入式实时操作系统为重点，以应用为目的，全面介绍嵌入式系统 使大家既能对嵌入式系统及开发有一个全景的把握，又能深入理解嵌入式实时操作系统。 配套多种嵌入式平台的C/OS-II实验，提供丰富的实验和手册,课程特点,利用PC机就可以自己动手搭建嵌入式系统的开发平台，熟悉应用开发，更方便地学习和理解嵌入式系统的基础知识： 从纯软件到硬/软件结合 从“纸”上谈兵（编程序）到“板”上谈兵 从“懂”怎么做到“会”做 从讲/听到讲/听/做,嵌入式软件工程中心,计算机应用博士点主要方向之一 自“八五”以来长期从事嵌入式系统软件的研
2、究、开发、产业化及人才培养 承担多项国家级嵌入式软件相关的项目，包括863软件重大专项、国防预研、发改委软件产业化专项、电子发展基金等 获得省部级科技进步奖三项 培养硕士以上人员近百人,嵌入式软件工程中心,充分整合科技成果和产业化积淀，构筑嵌入式软件基础研究、应用基础研究和产业化创新平台 面向智能手机、数字娱乐终端、航空航天等领域研发达到国际领先水平的嵌入式软件相关技术 推动我国嵌入式软件技术和产业的发展 成为嵌入式软件专业人才培训和实习基地 成为国内最大的、在国际上具有影响力的嵌入式软件研究工程中心。,课程的主要内容,嵌入式系统基础，约12节课 嵌入式系统导论（什么是嵌入式系统？嵌入式系统分
3、类、发展历程、特点、应用领域、发展趋势）, 约3节课 嵌入式硬件系统基础（基本组成，嵌入式微处理器：ARM、MIPS、X86、SH等，总线、存储系统、输入/输出与典型接口等， W90P710/SH7709S ），约7节课 嵌入式软件系统基础（分类、特点、体系结构、运行流程、操作系统、开发工具）,约2节课,课程的主要内容,嵌入式实时内核，约14节课 任务管理与调度（任务、任务管理、调度算法）, 约6节课 同步、互斥与通信（信号量、信箱、队列、事件、异步信号） , 约4节课 中断和时间管理（中断分类、处理过程、中断管理机制、硬件时钟设备、与OS的管理关系、时间管理机制） , 约2节课 内存管理和I
4、/O管理（特点和管理机制） , 约2节课,课程的主要内容,嵌入式系统软件的开发, 约4节课 嵌入式系统开发模式 嵌入式软件开发工具 软件分析设计方法 复习：2节课 实验：16节课,实验系统的内容,目标平台,开发工具,嵌入式操作系统,实验项目,实验系统的内容,配套8个实验项目，具体是： 开发环境建立实验：1个/平台 实时内核实验：7个 任务的基本管理 优先级反转 优先级继承 信号量：哲学家就餐问题的实现 消息队列 时钟中断 C/OS-II的内存分配,教材及参考资料,嵌入式实时操作系统及应用开发，罗蕾主编，北京航空航天大学出版社. Jean J.Labrosse. 嵌入式实时操作系统uC/OS-I
5、I(第2版). 北京航空航天大学出版社.及uC/OS-II ebook 嵌入式计算系统设计原理 （美）Wayne Wolf Computers as Components：Principles of Embedded Computing System Design Jean J.Labrosse. 嵌入式实时操作系统uC/OS-II(第2版). 北京航空航天大学出版社. C.M.Krishna, Kang G.Shin. REAL-TIME SYSTEMS. Tsinghua University Press, McGraw-Hill. A Survey of Real-time Operat
6、ing Systems. WHAT MAKES A GOOD RTOS.,参考资料,Real-time Embedded Software Systems OSEK/VDX Operating System. Version 2.2.2. July 5th, 2004. Charting Past, Present, Future Research in Ubiquitous Computing. Priority Inheritance Protocols: An Approach to Real-Time Synchronization CLDCSpecification1.1 ,课程成绩
7、,课程成绩平时成绩实验成绩期末考试成绩 平时成绩 20分，其中作业两次每次5分，中期课堂测验10分 实验成绩 25分，平时5分，上机考试20分 期末考试：闭卷考试55分，第十一周左右,第一章 嵌入式系统导论,主要内容,嵌入式系统概述 嵌入式系统的应用领域 嵌入式系统的发展趋势,第一节 嵌入式系统概述,无处不在的嵌入式系统 嵌入式系统的定义 嵌入式系统的发展历程 嵌入式系统的特点 嵌入式系统的分类,计算机发展的三大阶段,第一阶段：始于五十年代的由IBM, Burroughs, Honeywell等公司率先研制的大型机。 第二阶段：始于七十年代的个人计算机。 第三阶段：计算机正迈入下一个充满机遇的
8、阶段“后PC时代”或“无处不在的计算机”阶段。,计算的发展过程,资源使用的灵活性,计算的自由性,无处不在的计算机,施乐公司Palo Alto研究中心主任Mark Weiser认为： “从长远来看，PC机和计算机工作站将衰落，因为计算机变得无处不在：例如在墙里、在手腕上、在手写电脑中(象手写纸一样)等等，随用随取、伸手可及”。,无处不在的计算机,全世界的计算机科学家正在形成一种共识: 计算机不会成为科幻电影中的那种贪婪的怪物, 而是将变得小巧玲珑, 无处不在. 他们藏身在任何地方, 又消失在所有地方, 功能强大, 确有无影无踪. 人们将这种思想命名为: “无所不在的计算机”。,嵌入式系统无处不在
9、,彼此互连,即使远在火星,面对6万年才有一次的机会，科学家们积极行动起来从6月开始，先后有欧洲的“火星快车”、美国“勇气号”和“机遇号”等三颗火星探测器飞往火星，而日本一颗本已在太空“迷失方向”的火星探测器也在关键时刻及时“醒”来，开始了久违的火星之旅。,火星与地球，这一对在星空中遥遥相望的“兄弟”，迎来6万年来“最亲密的接触”，在2003年8月27日这一天，火星距离地球最近达到55756622(5千多万)公里。,勇气号,自1997年10月15日发射以来，经历了7年35亿公里航程的卡西尼号太空船在2004年7月1日10时30分进入土星轨道，开始进行人类有史以来对土星及其31颗已知卫星最详尽的探
10、测。,土星探测,“哥伦比亚”号，整个系统的起飞重量达2000吨，高56米。,“小鹰”号标准排水量为60100吨，满载排水量达81123吨，舰长323.6米，舰宽39.6米，吃水11.4米，是世界上最大的常规动力航空母舰。舰员2930名，其中军官155名；航空人员2480名，其中军官320名。飞机：F-14D战斗机20架，F/A-18战斗机36架，E-2C预警机和EA-6B电子干扰机各4架，6架S-3B反潜机，6架直升机，2架ES-3A。,Smart Dust,http:/robotics.eecs.berkeley.edu/pister/SmartDust/,Wearable Computin
11、g,嵌入式设备无处不在， 但桌面系统还依然有用,无处不在的计算机是计算机与使用者的比率达到和超过100:1的阶段 无处不在的计算机包括通用计算机和嵌入式计算机系统 在100:1比例中95%以上都是嵌入式计算机系统，并非通用计算机,通用计算机看得见的计算机,如：PC机、服务器、大型计算机等。,显示器,主 机,鼠 标,键 盘,硬 件,诸如主机、显示器、键 盘、鼠标等看得见部件,软件,应用程序可按用户 需要随时改变, 即重新编制。,通用计算机看得见的计算机,嵌入式系统定义,看不见的计算机，一般不能被用户编程, 它有一些专用的I/O设备, 对用户的接口是应用专用的。 An embedded syste
12、m is a computer system contained within some larger device or product with the intent purpose of providing monitoring and control services to that device. “Any sort of device which includes a programmable computer but itself is not intended to be a general-purpose computer.” 通常将嵌入式计算机系统简称为嵌入式系统。,嵌入式
13、系统定义,IEEE: “Device used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants”. 嵌入式系统是以应用为中心、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。,嵌入式系统定义,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。 包含有计算机，但又不是通用计算机的计算机应用系统。,通用计算机与嵌入式系统对比,嵌入式系统的组成,嵌入式系统一般由嵌入式硬件和软件组成 硬件以微处理器为核心
14、集成存储器和系统专用的输入/输出设备 软件包括：初始化代码及驱动、嵌入式操作系统和应用程序等，这些软件有机地结合在一起，形成系统特定的一体化软件。,嵌入式系统的发展历程,嵌入式系统的出现和兴起（1960-1970） 嵌入式系统开始走向繁荣，软件和硬件日臻完善（1971-1989） 嵌入式系统应用走向纵深（1990年-现在）,嵌入式系统的出现和兴起,出现：20世纪60年代以晶体管、磁芯存储为基础的计算机开始用于航空等军用领域。 第一台机载专用数字计算机是奥托内蒂克斯公司为美国海军舰载轰炸机“民团团员”号研制的多功能数字分析器(Verdan)。 同时嵌入式计算机开始应用于工业控制。1962年一个美
15、国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制(DDC)。,嵌入式系统的出现和兴起,兴起：在19651970年，当时计算机已开始采用集成电路，即第三代计算机。在军事、航空航天领域、工业控制的需求推动下。 第一次使用机载数字计算机控制的是1965年发射的Gemini3号，第一次通过容错来提高可靠性是1968年的阿波罗4号、土星5号。 1963年DEC公司推出PDP8并发展成PDP11系列，成为工业生产集中控制的主力军。 在军用领域中，为了可靠和满足体积、重量的严格要求，还需为各个武器系统设计五花八门的专用的嵌入式计算机系统。,嵌入式系统开始走向繁荣,嵌入式系统大发展是在微处理器问世之后 1973年
16、至1977年间各厂家推出了许多8位的微处理器，包括Intel 8080/8085，Motorola 的6800/6802，Zilog的Z80和Rockwell的6502。 微处理器不单用来组成微型计算机，而且用来制造仪器仪表、医疗设备、机器人、家用电器等嵌入式系统。 仅8085/Z80微处理器的销售就超过7亿片,其中大部分是用于嵌入式工业控制应用。,嵌入式系统开始走向繁荣,微处理器的广泛应用形成了一个广阔的嵌入式应用市场，计算机厂家除了要继续以整机方式向用户提供工业控制计算机系统外，开始大量地以插件方式向用户提供OEM产品，再由用户根据自己的需要构成专用的工业控制微型计算机，嵌入到自己的系统设备中。 为了灵活兼容，形成了标准化、模块化的单板机系列。流行的单板计算机有Intel公司的iSBC系列、Zilog公司的MCB等。 由于兼容的要求，这就导致了工业控制微机系统总线的诞生。,嵌入式系统开始走向繁荣,1976年Intel推出Multibus，1983年扩展为带宽达40MB/S的Multibus。 1978年Prolog设计简单的S
