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1、嵌入式系统原理与开发,第1讲,2008年春季,2,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,3,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,4,本课程简介,本科生选修课 学分：3 总课时：54小
2、时 授课：18次，36小时 实验：18小时 考试：2小时 授课地点：教学楼C301教室 授课时间：每周一上午 第1、2节课,5,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,6,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
3、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/O管理（特点和管理机制） , 约2节课,7,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：34节课,8,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,9,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
4、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,10,教材及参考资料,嵌入式系统基础教程，俞建新等主编，机械工业出版社. 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-II(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
5、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 Operating Systems. WHAT MAKES A GOOD RTOS.,11,授课主教材介绍,嵌入式系统基础教程 俞建新 王健 宋健建 机械工业出版社 2008年3月第1版 书号： ISBN 978-7-111-22944-5 定价：42元 要求修课同学人手一本,12,综合实验教材,俞建新等编著 清华大学
6、出版社 本课程上机实验必备教材。给出了典型的嵌入式应用程序编写范例，适合本科生使用和自学。 配套的实验系统为JXARM2410或者CVT-PXA270。, 嵌入式应用程序开发综合实验9例,13,主要参考书,嵌入式系统开发与应用 田泽编著 北京航空航天大学出版社 ISBN: 7-81077-541-3 2005年1月第1版 定价：54.00元 简评：主要介绍嵌入式基本概念、ARM体系结构、ARM嵌入式程序设计、uCOS-II操作系统、设备驱动、 uCLinux操作系统。借用为宜。,14,参考资料,Real-time Embedded Software Systems OSEK/VDX Opera
7、ting 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 ,15,课程成绩,课程成绩平时成绩实验成绩期末考试成绩 平时成绩 5分， 实验成绩 25分 期末考试：闭卷考试70分,16,理论教学主要内容,嵌入式系统概述 可编程逻辑器件与IP核 嵌入式微处理
8、器与调试技术 ARM体系结构和指令集 ARM汇编语言程序设计 ARM开发工具 ARM中断、DMA和时间管理 嵌入式存储器和接口技术 嵌入式操作系统概论,17,前导课程知识,基础课程 计算机组成原理，微机原理与接口 软件专业课程 操作系统 汇编语言，ANSI C（标准 C），JAVA 硬件专业课程 电子线路，数字电路，集成电路设计,18,本课程的实验环节,包含四部分实验 基于ADS集成开发环境的ARM汇编语言实验 基于ADS集成开发环境的C语言实验 17个ARM300-S实验平台的常规实验 在ARM300-S实验平台完成一个综合实验 自行创意的综合实验 基于9例教材的改进型综合实验,19,第1章
9、 绪论,本章介绍以下内容： 什么是嵌入式系统？ 嵌入式系统的发展简史 嵌入式系统的特点 嵌入式系统的分类 嵌入式系统的基本组成 嵌入式处理器 嵌入式系统发展趋势 嵌入式系统的相关研究领域,20,1.1 什么是嵌入式系统？,顾名思义： 包含（安装）在电子装置（应用对象）内部的计算机系统称为嵌入式系统。 基本描述： 专门用途的计算机系统 常常用于控制 广泛存在 包含硬件和软件,21,嵌入式系统的释义,全称 嵌入式计算机 嵌入式计算机系统 简称 嵌入式系统 相关术语 嵌入式设备 嵌入式技术 有时还进一步简称为嵌入式,22,民用嵌入式设备或产品1,MOTOC350 彩屏WAP移动电话,彪骐数字机顶盒,
10、BlackBerry 7230移动电话,DL7100/DL7200 数字式示波器,嵌入式GIS,畅视2000可视电话,Palm Zire71型个人数字助理,23,民用嵌入式设备或产品2,24,苹果公司的媒体播放器和手机iPOD和iPHONE,25,嵌入式产品电子书阅读器,飞利浦Readius,亚马逊Kindle,26,手机的内部结构-1,27,手机的内部结构-2,28,手机的内部结构-3,29,手机的内部结构-4,诺基亚N95手机内部结构,30,诺基亚N95型手机基本技术指标,手机型号：诺基亚N95 通信制式：GSM 外形：滑盖 LCD色彩数：1600万 LCD分辨率：240 x 320 重量
11、：120克 电池：950 毫安时诺基亚电池 BL-5F 数码相机：500万像素 GPS模块：SiRF科技公司SirfIII芯片，可追踪20颗星 客户端手持设备操作系统：Symbian OS 9.3,31,用于水下勘测的螃蟹机器人,英国巴斯大学一位研究生设计的，它目前可以在陆地上任意移动，未来的开发设计将计划将它用于完全的水下勘测任务操作。,32,富士数码相机FinePix F460,富士公司2006年前后推出 500万像素中档相机 光学镜头：3倍变焦 LCD ：2.5英寸 电荷耦合器件(CCD)： 索尼公司500万像素的ICX505 图像处理芯片：ADI公司的AD9948A 读取CCD的输出信
12、号，图像数据处理,33,富士数码相机FinePix F460（续）,电机控制电路：三洋公司的ASIC(LB8659) 用于控制镜头拉伸、缩放和聚焦 微控制器：NEC公司的uPD78F0533 处理按键，完成主要的系统控制功能 内存储器：三星公司的SDRAM (K4M283233) 提供图像处理所需的工作内存,34,Finepix数码相机的解剖照片,35,嵌入式系统高端应用的产品,美国AGM-86B战略空射巡航导弹,美国火星登陆车,国产战斗机F-7MG,机器人,国产88式坦克,2002年型林肯黑木(Blackwood)汽车,36,嵌入式系统的定义（1）,根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的
13、定义： 嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置。” 英文原文为：devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants.,37,嵌入式系统的定义（2）,本课程使用的定义，也是国内高校流行的定义： 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监
14、视或管理等功能。,38,嵌入式系统的定义（3）,根据中国微机学会的定义： 嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统，可以分为系统级，板级，片级。 芯片级嵌入 含程序或算法的处理器 模块级嵌入 系统中的某个核心模块板 系统级嵌入 主计算机系统,39,专家观点（1）,嵌入式系统只是单板机在某种场合下的应用 个体经营的单片机公司经理语 我们的控制装置产品都用嵌入式系统设计方案 中科院自动化研究所工程师语 单片机是嵌入式系统的初级形态，SOC是嵌入式系统的高级形态 南京市单片机协会理事资深专家语。,40,专家观点（2）,要想成功地设计一个嵌入式系统，就必须寻找或开发一个合适的软件和硬件平台。 电子工
15、程专辑()主编语 嵌入式系统是信息产业走向二十一世纪知识经济时代的最重要的经济增长点之一，对中国的信息产业来说充满了机遇和挑战。 单片机实验室高级工程师语 国内外嵌入式系统市场是广阔天地，嵌入式系统是新的经济增长点。 北京计算机高级专家工控学会资深理事语。,41,参考解释（1）,Understand the Definition of an Embedded System An embedded system is any computer system or computing device that performs a dedicated function or is designed
16、for use with a specific embedded software application. Embedded systems may use a ROM-based operating system or they may use a disk-based system, like a PC. But an embedded system is not usable as a commercially viable substitute for general purpose computers or devices. 但是一个嵌入式系统不是通用计算机或装置的商业可行的替代用品,42,参考资料微软公司的网页,43,参考解释（2）,Embedded System Definition A specialized computer system that is part of a larger system or machine. Typically, an embedded system is housed on a single microprocessor boa
