教程系列一--嵌入式系统简介

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1、天行健，君子以自强不息；地势坤，君子以厚德载物 天行健，君子以自强不息；地势坤，君子以厚德载物 天 嵌 通 途 工 作 室天 嵌 通 途 工 作 室 教程系列 教程系列 嵌入式系统简介嵌入式系统简介 工作室网址 工作室网址 BBS BBS 金 陵 科 技 学 院 金 陵 科 技 学 院 信息技术学院 信息技术学院 天嵌通途工作室教程系列 / EmbedRoad Studio Tutorials Series 天嵌通途工作室 天嵌通途工作室 EmbedRoad StudioEmbedRoad Studio 六度空间 六度空间 10472500891047250089 jinwenjie2007

2、jinwenjie2007 第 2 页 共 11 页 天嵌通途工作室天嵌通途工作室是由学生自发组织的半商业性质的团体， 主要由 是由学生自发组织的半商业性质的团体， 主要由金陵科技学院金陵科技学院嵌入式爱好者以及软件工程爱好者组成， 有计划有组织的进行嵌入式以及 WEB 技术方面的 嵌入式爱好者以及软件工程爱好者组成， 有计划有组织的进行嵌入式以及 WEB 技术方面的 交流交流、研究研究和和推广推广工作。工作。 序 言 序 言 本篇文章是从东南大学国家 ASIC 中心自主研发的 SEP3203 嵌入式微处理器应用文 档中整理而来，主要针对初窥嵌入式门径或者对嵌入式感兴趣的学弟学妹们，希望能静

3、下心来好好读一读，相信不论是现在对嵌入式系统的理解程度还是今后对自己的发展方向 的把握都会有更加深入。 “嵌入式入门难”已经是个公认的话题了，但更要相信“只要有恒心，铁杵也能磨成 针” 。现在想起我当初学习嵌入式的情景，还真的有点羡慕众位学弟学妹，你们现在有老师 或者学哥学姐的辅导，有他们留下的丰富的软硬件资源，有非常棒的实验学习环境，当然 更重要的是有这么多志同道合的伙伴，可以相互扶持、相互激励。 我记得我初次接触嵌入式是一位同学邀我去听单片机的课。我的专业是通信工程，那 时还在学习数模电，而且嵌入式对我来说还是跨专业，当时对单片机的认识几乎是零，只 是在图书馆看书时扫过几眼介绍 51 芯片

4、的书。 后来因在单片机课堂上回答出一个问题受到 表扬，然后发现自己渐渐喜欢上了它。有时候一句鼓励往往能影响一个人今后的路，同时 我也坚信不论学习任何东西都要从学习赞美他人开始，要善于发现队友的优点，这样团队 才能坚若磐石、长盛不衰。现在一般搞工程的公司项目分类很细，拿 SOC 来说，有设计、 前仿、后仿、成片等一系列过程，我所处的行业是前仿，是在 SOC 芯片成片之前来验证芯 片架构以及各外围控制器有没有 BUG，所以和 SOC 设计人员联系要相当紧密，否则仿真时 出错我们自己基本上也找不出设计上的问题，因为这个设计肯定有问题，要不也不需要我 们来仿真验证了。 但这两个部门毕竟不是一个部分，

5、有时公司为了劳动力或其他财务原因， 这两个部门会分处两地，那交流更加不方便了。我们遇到问题时，学哥总是教导我们“先 怀疑自己，再怀疑别人 先 怀疑自己，再怀疑别人” ，即使确定是另一边出现问题，也要编写相应的验证程序用来列 举出充分的理由、限定 BUG 的范围，两边的人都不怎么熟，如果互相推诿，那工作就无法 开展了。 我学习嵌入式时最初是听刘裕老师的课，后来偶然的机会遇到了叶崧老师，他对我以 后的影响非常的大，也从这时开始我的嵌入式学习从理论到了实战。回想当初学习时几乎 没有任何的资源，后来我狠了狠心自费买了一块周立功的开发板，虽然有详细的资料了， 但也因当初没有任何的开发经验，不知道从何开始

6、，并没有收到很好的效果，还是只记了 一大堆的理论。后来参加了一次嵌入式竞赛，情况才得到好转，现在分析原因，总觉得是 因竞赛有了学习方向，也有了动力的缘故。 现在我走出了象牙塔，开始闯荡人生，大学里的东西不能说全都有用，但有一点可以 肯定：有技术，走哪里都不会被歧视，都不会没饭吃。 这篇文章我把它作为“天嵌通途工作室”教程系列的开篇，今后还会有更多教程面世， 也欢迎各位访问天嵌通途工作室网站( 欢迎批评指正。 六度空间 六度空间 2010 年 3 月 30 日 天嵌通途工作室 天嵌通途工作室 EmbedRoad StudioEmbedRoad Studio 六度空间 六度空间 104725008

7、91047250089 jinwenjie2007 jinwenjie2007 第 3 页 共 11 页 天嵌通途工作室天嵌通途工作室是由学生自发组织的半商业性质的团体， 主要由 是由学生自发组织的半商业性质的团体， 主要由金陵科技学院金陵科技学院嵌入式爱好者以及软件工程爱好者组成， 有计划有组织的进行嵌入式以及 WEB 技术方面的 嵌入式爱好者以及软件工程爱好者组成， 有计划有组织的进行嵌入式以及 WEB 技术方面的 交流交流、研究研究和和推广推广工作。工作。 第一章 嵌入式系统简介 第一章 嵌入式系统简介 摘自东南大学国家 ASIC 中心自主研发的 SEP3203 嵌入式微处理器应用文档

8、摘自东南大学国家 ASIC 中心自主研发的 SEP3203 嵌入式微处理器应用文档 嵌入式系统可以理解为 PC 取反，即除了 PC 以外其他都是嵌入式系统。IBM 首先提出 pc（即 personal computer）的概念，PC 时代经历了最鼎盛的时代，即上世纪九十年代到 这个世纪初，PC 的鼎盛归功于因特网的普及。PC 时代之后就进入了后 PC（Post-PC）时代 postpersonal computer era，即无所不在的计算，在这个时代以嵌入式系统为主。所谓 嵌入式系统即专用的计算机系统或者说是 PC 的智能设备。 嵌入式系统很明显的特点是： 第一，以应用为中心，以计算机技术为

9、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；第二，技术密集资金密集、高度 分散不可垄断、面向应用不断创新的知识集成系统（CSEA） 。 PC 时代，Intel 和微软几乎占据垄断的地位，而在嵌入式系统领域，生产芯片的厂家 有超过 150 多家，而比较有名的开发嵌入式软件的商用计算机公司更是有不下二十家，所 以这个领域基本上不存在非常严重的垄断。为什么？可能有两个原因：第一，嵌入式系统 的应用太广泛了；第二，这个领域不断的在出现新的想法，新的创新的思路，这些新的想 法和思路总会催生新的商业应用，不可能由一个公司来垄断。 为什么要使用嵌入式操作系统

10、？早期的嵌入式系统开发，一般都是由一个工程师完成 的，软件开发工作只占全部工作的 5%10%；随着科技的发展，80 年代软件开发工作已经 占到全部工作的 50；近几年，随着硬件复杂性、多样性和应用复杂性的增加，软件开发 工作急剧增长，经常达到全部工作的 7080。传统的开发模式已经不能适应系统复杂 性的增长，而嵌入式操作系统的引入，极大的方便了嵌入式软件的开发和维护。 嵌入式系统按表现形式（硬件范畴）可以分为三类： 1. 芯片级嵌入（含程序或算法的处理器; 2. 模块级嵌入（系统中的某个核心模块）; 3. 系统级嵌入。 按实时性要求（软件范畴）可以分为三类： 1. 非实时系统（PDA） ； 2

11、. 软实时系统（消费类产品） ； 3. 硬实时系统（导引头等工业和军工系统） 。 软实时系统并不要求限定某一任务必须在一定的时间内完成，只要求各任务运行得越 快越好；硬实时系统对系统响应时间有严格要求，一旦系统响应时间不能满足，就可能会 引起系统崩溃或致命的错误，一般在工业控制中应用较多。 嵌入式系统的基本要素分为嵌入式处理器系统和嵌入式软件系统。 嵌入式处理器系统包括：嵌入式处理器、各种类型的存储器、模拟电路及电源、接口 控制器及接插件。 嵌入式软件系统包括：实时操作系统（RTOS） 、板级支持包（BSP） 、设备驱动（Device 天嵌通途工作室 天嵌通途工作室 EmbedRoad Stu

12、dioEmbedRoad Studio 六度空间 六度空间 10472500891047250089 jinwenjie2007 jinwenjie2007 第 4 页 共 11 页 天嵌通途工作室天嵌通途工作室是由学生自发组织的半商业性质的团体， 主要由 是由学生自发组织的半商业性质的团体， 主要由金陵科技学院金陵科技学院嵌入式爱好者以及软件工程爱好者组成， 有计划有组织的进行嵌入式以及 WEB 技术方面的 嵌入式爱好者以及软件工程爱好者组成， 有计划有组织的进行嵌入式以及 WEB 技术方面的 交流交流、研究研究和和推广推广工作。工作。 Driver） 、协议栈（Protocol Stack

13、） 、图形用户界面（GUI） 、文件系统、应用程序 （Application）等。 嵌入式系统是计算机软件与硬件的综合体，可涵盖机械或其他的附属装置。整个综合 体设计的目的在于满足某种特殊功能。嵌入式系统的架构可以分为硬件及软件部分，其中 硬件的设计包括单芯片控制电路的设计、网络功能设计、无线通信设计及应用接口等，软 件为信息、通信网络或消费性电子等产品系统中的必备软件，用于硬件产品的驱动、控制 处理或基本接口功能，以提升硬件产品的价值，为该硬件产品不可或缺的重要部分，它常 以控制器或驱动程序等方式出现。嵌入式系统在于结合微处理器或微控制器的系统电路与 其专用的软件，来达到系统运作效率成本的最

14、优化。现今嵌入式系统大多数的产品仍然以 低档的 8 位处理器配合少量的内存与电路来作控制， 不过高端的嵌入式系统产品已逐渐增 加，本书将以高端的嵌入式系统产品为主来介绍。 第二章 嵌入式系统的应用 第二章 嵌入式系统的应用 摘自东南大学国家 ASIC 中心自主研发的 SEP3203 嵌入式微处理器应用文档 摘自东南大学国家 ASIC 中心自主研发的 SEP3203 嵌入式微处理器应用文档 嵌入式系统的应用前景是非常广泛的。 实际上嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、 工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面中。 随着国内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式技

15、术和人们的生活越来越紧 密结合，人们将会无时无处不接触到嵌入式产品。从家里的洗衣机、电冰箱，到作为交通 工具的自行车、小汽车，到办公室里的远程会议系统等等。 特别是以蓝牙（BlueTooth）为代表的小范围无线接入协议的出现，使嵌入式无线电的 概念悄然兴起。当嵌入式的无线电芯片的价格可被接受时，它的应用可能会无所不在。在 家中、办公室、公共场所，人们可能会使用数十片甚至更多这样的嵌入式无线电芯片，将 一些电子信息设备甚至电气设备构成无线网络；在一款最新的奔驰轿车里面，使用了多达 64 个微处理器，这 64 个微处理器分别控制刹车系统、安全系统、胎压检测、雨刷、车门、 汽车娱乐等等所有的东西；在

16、车上、旅途中，人们利用这样的嵌入式无线电芯片可以实现 远程办公、远程遥控，真正实现把网络随身携带。 今天凡移动电话、手表、电子游戏机、PDA、电视、冰箱等通信产品与家用电子，电动 机车、电动自行车乃至于电车等电动交通工具的控制核心，无不与嵌入式系统息息相关。 而在后 PC 时代，家电、玩具、汽车、新一代手机、数码相机、先进的医疗仪器乃至于即 将到来的智能型房屋、智能型办公室、及其他跟电相关的器材设备更是缺少不了嵌入式系 统这个核心技术。 下面介绍几种具体的应用。 1. 嵌入式移动数据库：所谓的移动数据库是支持移动计算的数据库，有两层含义。 一是用户在移动的过程中可以联机访问数据库资源。二是用户可以带着数据库移 动。典型的应用场合有在开着的救护车上查询最近的医院。该系统由前台移动终 天嵌通途工作室 天嵌通途工作室 EmbedRoad StudioEmbedRoad Studio 六度空间 六度空间 10472500891047250089 jinwen