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1、1,ARM嵌入式系统,主讲 李宥谋Email:TEL：13891903656,西安邮电学院计算机系嵌入式教研室2009.8,2,教材,参考书 ARM嵌入式系统开发:软件设计与优化 ，作者：Andrew N.Sloss 北京航空航天大学出版社,ARM嵌入式系统基础教程,周立功 等编著北京航空航天大学出版社,3,ARM嵌入式系统实验指导周立功 等编写（北京航空航天大学出版社，） 实验地点：计算机系嵌入式实验室 （2#实验楼3层）,实验指导,计划学时：48学时其中：授课40学时：实验8学时，实验内容，ADS环境2学时，ARM汇编2学时，GPIO、定时器等4 学时课内外比例：课内1：课外1,课程安排,
2、4,考核要求,考试成绩（课堂教学内容）70上机成绩（上机出勤及编程情况） 15平时成绩（上课出勤及作业等学习情况） 15,5,预备铃响后必须进教室；迟到的学生坐在第一排； 旷课4次平时分扣为零分； 着装得体，不得穿拖鞋、背心进教室； 不准在教室吃东西，值日生要擦黑板。 按时完成作业。,课堂要求,6,ARM嵌入式系统-课程介绍,嵌入式：ARM系列的体系结构ARM7指令集及汇编程序设计,硬件接口电路原理软件接口编程方法,接口技术：,7,微机原理及嵌入式系统-网站资源,ARM公司网站http:/ ARM嵌入式系统实验教程软件：ADS1.2、 C/OS-II等本课程主要内容：第1章：嵌入式系统概述，概
3、念、组成、处理器以及OS第2章：ARM7体系结构与指令系统，RISC、ARM系列、寄存器、中断以及存储系统，第3章：寻址方式，ARM指令集，嵌入式程序设计第4章： ARM硬件结构与接口技术，引脚、存储器、控制模块、GPIO、中断、定时器及各种接口，总线接口,11,1.嵌入式系统2.嵌入式系统组成3.嵌入式处理器4.嵌入式操作系统,嵌入式系统概述,12,1.1 嵌入式系统,1.1.1 现实中的嵌入式系统,嵌入式系统的应用：工业自动化、国防、运输和航天领域。 例如神州飞船和长征火箭中嵌入式系统，导弹的制导系统中的嵌入式系统，高档汽车中也有多达几十个嵌入式系统。 在日常生活中，几乎所有带有一点“智能
4、”的家电（全自动洗衣机、电脑电饭煲）都是嵌入式系统。 嵌入式系统广泛的适应能力和多样性，使得视听、工作场所甚至健身设备中到处都有嵌入式系统。,嵌入式系统的诞生于微型计算机时代，随其诞生现代计算机领域中出现了通用计算机与嵌入式计算机的两大分支。 通用计算机：按照高速、海量的技术发展； 嵌入式计算机系统：则为满足对象系统嵌入式智能化控制要求发展。,13,现实中的嵌入式系统,14,嵌入式技术无处不在,处理文档、进行工作管理和生产控制的计算机,嵌入式技术的电子产品，如：MP3、PDA、手机、智能玩具，网络家电、智能家电、车载电子设备等,在工业和服务领域中，大量嵌入式技术也已经应用于工业控制、数控机床、
5、智能工具、工业机器人、服务机器人等各个行业，正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式,15,嵌入式系统示例,汽车控制系统,16,嵌入式系统示例,汽车控制系统,尾灯控制系统,后车门控制系统,前车门控制系统,座椅控制系统,发动器控制系统,所有的控制系统都是一个完整的嵌入式系统,17,嵌入式系统的应用领域,18,工业控制 、工业设备,过去在工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统等方面，大部分低端型设备主要采用是位单片机。,随着技术发展，目前许多设备除了进行实时控制，还须将设备状态，传感器的信息等在显示屏上实时显示。 需要性能更高的控制系统。,19,嵌入式系统应用领域信息
6、家电,信息家电将成为嵌入式系统最大的应用领域。,只有按钮、开关的电器显然已经不能满足人们的日常需求。,具有用户界面，能远程控制，智能管理的电器是未来的发展趋势，如冰箱、空调等的网络化、智能化等。,20,嵌入式系统应用领域消费类电子,21,消费类电子智能玩具、手持通讯的核心,22,智能玩具与机器人,23,交通管理、环境监测,交通管理在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭,水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。,加油站、停车场管理,24,嵌入式在Internet中的应用,25,军事
7、国防领域,26,航天领域,27,嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求,专用性：软、硬件按对象要求裁减,计算机：实现对象的智能化功能,三要素：嵌入、专用、计算机,嵌入式系统的特点:由三要素引出,1.1.2 嵌入式系统的定义及特点,根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。简单讲，就是嵌入到对象体中的专用计算机系统。,28,嵌入式系统的概念
8、,目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是全面的。下面给出两种比较合理定义： 从技术的角度定义：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。从系统的角度定义：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。,29,嵌入式系统的历史,单片机模式和计算机模式,30,嵌入式系统的相关技术与发展趋势,互联网的普及半导体技术的改善3C（Compute,Communication,ConsumerElectronic ）技术的快速融合使用者的需求信息服务应用生活化,相关技术：多学科交叉， 计算
9、机、电子技术、微电子技术、集成电路设计等,31,未来嵌入式系统的发展趋势,32,1.嵌入式系统2. 嵌入式系统组成3.嵌入式处理器4.嵌入式操作系统,嵌入式系统概述,33,1.2 嵌入式系统的组成,微处理器、外围硬件、嵌入式操作系统、应用程序以及开发环境(软件分3层：HW/FM/AP ，HW硬件驱动或接口操作；FM中间层；AP应用层）,34,外围硬件: 嵌入式系统处理器以外的硬件，为系统提供运行条件(时钟和电源部件)和部分功能(内存、各种通讯端口等)。,1.2 嵌入式系统的组成,微处理器：是嵌入式系统的核心。嵌入式微处理器一般都具有较高的集成度。,嵌入式操作系统:：为应用程序提供必要运行环境（
10、任务调度），附加任务通讯、内存管理等功能。需移植和配置方可使用。,嵌入式应用程序：在没有操作系统的情况下，嵌入式的应用程序需要直接访问寄存器或者设备的地址来操作硬件。,开发环境：开发过程中起着至关重要的作用，并不是嵌入式系统产品的一部分，不同嵌入式系统开发环境不同。,35,1.3 嵌入式处理器,嵌入式处理器分为以下几大类：嵌入式微处理器；嵌入式微控制器；嵌入式DSP处理器；嵌入式片上系统（SOC）。,嵌入式处理器按应用分：注重嵌入式处理器的尺寸、能耗和价格。应用于PDA等不注重计算的设备；注重嵌入式处理器的性能。应用于路由器等计算密集型的设备；注重嵌入式处理器的性能、尺寸、能耗和价格。应用于蜂
11、窝电话等设备；,36,嵌入式微处理器（EMPU）,Embeded Microprocessor Unit(EMPU) ,在应用中，为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。 嵌入式微处理器优点:体积小、重量轻、成本低、可靠性高，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。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。,37,嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU),嵌入式微控制器
12、又称单片机，一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。 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。 嵌入式微控制器种类多，括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多ARM芯片等。目前MCU占嵌入式系统约70的市场份额。,38,嵌入式DSP处理器（数字信号处理）,
13、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 ，如DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等。PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP结构低成本、低功耗技术上制造的R. E. A. L DSP处理器，,39,嵌入式片上系统(System On Chip, SOC ),随着EDA的推广和VLSI设计
14、的普及化及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，即SOC，除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去。应用系统变得简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。 SoC可以分为通用和专用两类。通用系列包括Infineon的TriCore、Motorola的M-Core、某些ARM系列器件等。专用SoC一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是Philips的Smart XA，它将XA单片机内核和支持超过2048 位复杂RSA算法的CCU单元制作在一块硅片上，形成一个可加载JAVA或C语言的专用的SOC，可用于公众互联网如Internet安全方面。SOC 下一步向片上网络（Network on Chip，NoC）发展,40,1.嵌入式系统2.嵌入式系统组成3.嵌入式处理器4.嵌入式操作系统,嵌入式系统概述,41,1.4 嵌入式操作系统,概述,计算机系统由硬件和软件组成，初期没有操作系统这个概念，用户使用监控程序来使用计算机。 随着计算机技术的发展，计算机系统的硬件、软件资源也愈来愈丰富，监控程序已不能适应计算机应用的要求。 于是在六十年代中期监控程序又进一步发展形成了操作系统(Operating System)。发展到现在，广泛使用的有三种操作系统：多道批处理操作系统分时操作系统实时操作系统,
