嵌入式系统(第1-3嵌入式系统)

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1、,嵌入式系统基础,青岛理工大学,课程意义,课程设置的必要性： 应用需求越来越复杂 微处理器技术快速发展 嵌入式技术成为核心 课程内容与目标： 理解嵌入式系统的概念和基本要素 掌握嵌入式系统软硬件设计的基本方法 实践嵌入式系统项目的开发流程 为深入开展嵌入式系统相关科研项目奠定基础。,课程目的,本课程介绍了嵌入式系统的前沿技术和发展趋势，重点讲述了基于ARM微处理器的嵌入式硬件平台、嵌入式操作系统(Linux）和嵌入式软硬件系统开发技术。 采用理论学习和实践并重的教学方法，着重培养学生的实际动手能力，通过熟悉开发环境与开发流程、编程实践等基础实验，使学生能够掌握嵌入式系统设计的基本方法。,需要的

2、基础知识,先导课程 计算机操作系统 微机原理 C语言 需要了解的基础知识 了解操作系统、单片机和微机原理的基本概念，能够熟练使用C语言。,教材及参考资料,马忠梅等，ARM&Linux嵌入式系统教程（第2版）,北京航空航天大学出版社 2008, 贾智平，张瑞华，嵌入式系统原理与接口技术，清华大学出版社， 韦东山 主编,嵌入式Linux应用开发完全手册,人民邮电出版社，2008年版 杜春雷著： ARM体系结构与编程，清华大学出版社，2003年，第1版。 美David E.Simon著： An Embedded Software Primer，机械工业出版社，2005年，第1版 马洪连著： 嵌入式系

3、统设计教程，电子工业出版社，2006年，第1版。 杨水清编著，ARM嵌入式Linux系统开发技术详解，电子工业出版社，2008年，第一版 2005 田泽,嵌入式系统开发与应用,北京航空航天大学出版社,2005 周立功,ARM嵌入式系统基础教程,北京航空航天大学出版社,2005 ARM Limited, ARM Architecture Reference Manual ， 探矽工作室,嵌入式系统开发圣经,中国青年出版社,2002,网络资源,嵌入式资讯网， 嵌入式365网， 嵌入式联盟， 嵌入式开发论坛， 21IC中国电子网， 深圳市英蓓特信息技术有限公司 嵌入式开发网， 嵌入式世界网， 嵌入式

4、控制技术研究室 ， ,学习嵌入式软硬件系统的基本概念、基本原理和设计方法 获得嵌入式开发设计的基本 经验 获得学分 为未来职场的发展奠定技术基础,大家能够期望的收获,您的期望合理吗？,通过本门课程的学习，你将获得以下知识： 提高C语言编程能力（期望值：） 学会使用实时操作系统，了解多任务（期望值：） 了解嵌入式软件开发流程（期望值：） 掌握基本嵌入式硬件知识（期望值：） 独立或合作开发出嵌入式应用软件（期望值：） 掌握嵌入式软件编程（期望值：） 掌握硬件设计知识（期望值：） 学会操作系统移植（期望值：） 成为嵌入式系统设计高手（期望值：）,ARM人员都在做什么 1 硬件设计 2 系统移植 3

5、驱动开发 4 应用开发 其中推荐把注意力放在后两个上，3有难度，4比较灵活，最重要的是都是找工作的砝码。,考核方式 平时作业及和表现（占40%）+笔试（60%）,考核方式和评分标准,第1章 嵌入式系统概述,嵌入式系统的发展、定义、特点、组成、分类 嵌入式系统硬件核心、软件核心 嵌入式实时操作系统 评估嵌入式系统处理器的主要指标 嵌入式系统的应用 嵌入式系统相关技术 嵌入式系统发展趋势,嵌入式系统概述,计算机系统的三大领域 服务器市场 功能强 利润最大的市场 可用性强 可扩展性 桌面市场 最广阔的市场 嵌入式市场 潜力最大的市场,嵌入式系统概述,以往计算机分类： 大型计算机、中型机、小型机和微计

6、算机 目前计算机分类： 超级计算机，大型计算机、工作站、微计算机、亚微计算机 亚微计算机(嵌入式计算机) 是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中,嵌入式系统概述,“嵌入式系统”（ Embedded System ）一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。 IT业面临的3大任务： 用PC技术处理人所不能处理的事务； 使每一传统设备都能连上计算机； 数字化产品得到广泛普及。 随着各行业对信息自动化需求的不断提高，嵌入式系统的应用前景非常广阔。,嵌入式系统概述,在后PC时代，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、各类产业商业、人们的日常生活等方方面面

7、。 70年代出现了嵌入式系统的概念，此时的嵌入式系统一般不采用操作系统，它们只是实现某个控制功能，使用循环程序处理外界的请求。当应用系统变得越来越复杂的时候，每增加一项新功能，都可能需要从头开始设计。所以没有操作系统就成为了一个比较大的缺点。 C语言使操作系统的开发变得更加简单。从80年代开始，出现了各种各样的商用嵌入式操作系统，比较著名的有VxWorks、pSOS和Windows CE等等，近些年，嵌入式Linux也得到了越来越多的应用。,嵌入式系统概述,90年代后，以计算机和软件为核心的数字化技术取得了迅猛发展，掀起了一场数字化技术革命。多媒体技术与Internet的应用迅速普及，消费电子

8、、计算机、通信（3C）一体化趋势日趋明显，嵌入式技术再度成为一个研究热点。 综观嵌入式技术的发展，大致经历了4个阶段。,第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器系统。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言程序对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。 主要特点：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简便、价格低廉，当时在国内工业领域应用较为普遍，但是已经远远不能适应现代化工业控制和新兴的信息家电等领域的需求。,嵌入式系统发展 - 第一阶段,嵌入式系统发展 - 第二阶段,第二阶段是以嵌入式CPU为

9、基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。 主要特点：CPU种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统具有一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业，用户界面不够友好；系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。,第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。 主要特点：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核精小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口（API），开发应用程序简单；嵌入式应用软件丰富。,嵌入式系统发展 - 第三阶段,嵌入式系统发展 - 第四阶段,

10、第四阶段是以嵌入式Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。 目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外，但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，嵌入式设备与Internet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。,嵌入式微处理器在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了510个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、网卡、Modem、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、USB集线器等均是由嵌入式处理器控制。在制造工业、过程控制、通讯、仪器仪表、汽车、军事装备、消费类产品等方面

11、均是嵌入式计算机的应用领域。 嵌入式系统与一般的PC机应用系统不同，不同的嵌入式系统彼此之间差别也很大。嵌入式系统一般功能单一，简单，在兼容性方面要求不高，但是在大小、成本方面限制较多。 目前，嵌入式系统还没有比较权威、比较统一的定义，人们从不同的角度来理解嵌入式系统，描述嵌入式系统。,嵌入式系统定义,嵌入式系统描述一,嵌入式系统被定义为：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。,嵌入式系统是指嵌入式计算机及其应用系统，是指嵌入各种设备及应用产品内部的计算机系统，它主要完成信号控制的功能，体积小，结构紧凑，可作为一

12、个部件埋藏于所控制的装置中，它提供用户接口、管理有关信息的输入输出、监控设备工作，使设备及应用系统有较高智能和性价比。,嵌入式系统描述二,嵌入式系统是计算机技术，通信技术，半导体技术，微电子技术，语音图象数据传输技术，甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的更新换代产品，是技术密集，投资强度大，高度分散，不断创新的知识密集型系统。反映当代最新技术的先进水平。,嵌入式系统描述三,嵌入式系统是一个分散的工业,充满了竞争、机遇与创新,没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。 从某种意义上来说，通用计算机行业的技术是垄断的。占整个计算机行业90%的PC产业，其中80%采用Intel的80

13、x86体系结构，芯片基本上出自Intel，AMD等几家公司。在操作系统和文字处理器方面，Microsoft的Windows及Word占8090%，凭借操作系统还可以搭配其它应用程序。因此当代的通用计算机工业的基础被认为是由Wintel（Microsoft和Intel 90年代初建立的联盟）垄断的工业。,嵌入式系统描述四,嵌入式系统面向用户，面向产品，面向应用。如果独立于应用，自行发展，则会失去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约,这也是各个半导体厂商之间竞争的热点。,嵌入式系统描述五,嵌入式系统定义：是现代科学多学科互相融合的以应用

14、技术产品为核心，以计算机技术为基础，以通信技术为载体，以消费类产品为对象，引入各类传感器，进入Internet网络技术的连接，从而适应应用环境的产品。嵌入式系统无多余软件，软件以固化态出现，硬件亦无多余存储器，可靠性高，成本低，体积小，功耗少，包含于各种不同类型的设备。,嵌入式系统综合描述,嵌入式系统定义,一般定义 以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪,应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在一起的系统（技术角度） 嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。（系统角度） 术

15、语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统（被称之为嵌入的系统）的一个完整子系统。嵌入式的系统可以包含多个嵌入式系统。 广义定义 任何一个非计算机的计算系统,IEEE定义 嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作的机器、设备或装置”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 通常执行特定功能 嵌入式系统的核心-嵌入式微处理器 严格的时序和稳定性要求 全自动操作循环,嵌入式系统定义,Institute of Electrical and Electro

16、nics Engineers (IEEE) 美国电气和电子工程师协会,微机学会定义 嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统。可分为系统级、板级、片级 系统级：各种类型的工控机、PC104模块 板级：各种类型的带CPU的主板及OEM产品 片级：各种以单片机、DSP、微处理器为核心的产品,嵌入式系统定义,嵌入式系统定义,广义上讲，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可称为嵌入式系统。如各类单片机和DSP系统。这些系统在完成较为单一的专业功能时具有简洁高效的特点。但由于他们没有操作系统，管理系统硬件核软件的能力有限，在实现复杂多任务功能时，往往困难重重，甚至无法实现。 从狭义上讲，我们更加强调那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己操作系统，具有特定功能，用于特定场合的嵌入式系统。本课程中的嵌入式系统是指狭义上的嵌入式系统。,嵌入式系统简介,发展历史 嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。一个手持的MP3和一个PC104的微型工业控制计算机都可以认为是嵌入式系统。