嵌入式课程-第1讲

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1、嵌入式课程嵌入式课程- -第第 1 1 讲讲本文由 Y 疯牛涕淌 Y 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。嵌入式系统机械工程学院 曹阳第一讲 嵌入式系统综述课程设置相关问题课程主要内容 课程设置安排 实验室环境嵌入式系统的基本概念嵌入式系统的定义 嵌入式系统的构成要素微处理器 操作系统嵌入式系统的基本开发流程开发流程 调试方法课程设置的必要性应用需求日益复杂 微处理器技术长足发展 社会对嵌入式技术人才的需求据统计 2002 年 16/32 位嵌入式处理器的销售 额已接近 70 亿美元嵌入式软件技术成为核心嵌入式处理器快速成长$70 亿

2、 亿课程目的了解嵌入式系统的概念和体系结构 掌握嵌入式系统的软硬件开发方法开发和调试流程 开发工具培养能力培养快速、高效的英文专业资料阅读能力 培养实验操作和解决问题的能力 培养细致、耐心、坚持不懈的科研精神 自主创新、团结合作课程主要内容ARM 微处理器介绍 ARM 体系结构与指令系统、编程模型 Mc9328 Mx1 处理器与 ADS 开发系统介绍 最小嵌入系统（无操作系统）软硬件开发 (汇编与 c 语言编程) 嵌入式 Linux 操作系统介绍 嵌入式 Linux 下设备驱动程序开发 应用软件开发课程安排（1）1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.嵌入式系统综述 ARM 体系结构 ARM

3、指令系统 基于 MC9328MX1的最小系统设计 嵌入式 linux 操作系统 linux 设备驱动开发 应用程序开发课程安排（2）第一章 嵌入式系统概述 简要介绍嵌入式系统的基本概念、ARM微处理器的分 类及特点、嵌入式操作系统的分类及其特点，以及嵌入 式系统的开发过程。 第二章 ARM 体系结构与编程模型 主要介绍 ARM 处理器核的结构、存储器结构和 JTAG 接 口，以及 ARM 处理器的编程模型。 第三章 ARM 指令系统 介绍 ARM 体系的指令系统和寻址方式，包括 32 位的 ARM 指令集和 16 位的 Thumb 指令集，以及ARM 宏汇编 与汇编程序设计基础。课程安排（3）

4、第四章 基于 MC9328MX1 的最小系统 系统介绍 MC9328MX1 微处理器的总体结构，存储器组 织，系统控制模块，外围控制模块，以及 MC9328MX1 ADS 开发板的结构。主要内容包括：微处理器总体结构， 引脚的含义和设置，存储器组织，bootstrap 启动模式， SDRAM 接口与控制，FLASH 接口与控制，中断控制器 的设置，时钟控制与复位，电源电路，JTAG 接 口,UART 串口。 第五章 嵌入式linux 开发基础 介绍基于 MC9328MX1ADS 和嵌入式 Linux 的交叉开发环 境的创建过程、基本开发工具以及进行简单应用程序设 计的方法。课程安排（4）第六章

5、 BootLoader 与嵌入式 LINUX 内核分析 介绍基于MC9328MX1ADS 开发系统的 BootLoader 的功 能与结构、以及嵌入式Linux 内核的启动过程。 第七章 嵌入式 LINUX 的根文件系统 介绍嵌入式 linux 的根文件系统的基本结构、文件系统类 型的选择以及创建过程。 第八章嵌入式 LINUX 设备驱动程序 介绍嵌入式 linux的设备驱动的基本概念、结构框架与实 现，键盘驱动程序分析，以及帧缓冲显示驱动实现方法。课程安排（5）实验环节 汇编及 c 程序实验 linux 基本操作及交叉编译环境的创建 内核裁减和文件系统创建 键盘实验 LCD 实验 触摸屏实验

6、 应用程序开发实验? ? ? ? ? ?内部网络资源ftp 服务器：218.192.170.231，port: 21 user: emb ，pwd: embeded Dragonball Mc9328 mx1 处理器参考手册 ADS 开发系统参考手册 最小系统开发软件Metroworks 嵌入式 Linux BSP 开发软件包 课程讲义ARM 中文版图书参考书及资料（一）马忠梅等，ARM & Linux 嵌入式系统教程， 北航出版社，2004 陈文智等,嵌入式系统开发原理与实践,清 华大学出版社,2005 马忠梅，ARM 嵌入式处理器结构与应用基 础，北航出版社，2002 陈章龙，嵌入式系统I

7、ntel StrongARM 结 构与开发，北航出版社，2002 李驹光，ARM 应用系统开发详解，清华大 学出版社，2003参考书及资料（二）ARM System-on-chip Architeture (中文版) ， 北航出版社，2002 Craig Hollabansh，陈雷等译，嵌入式 linux 硬件、软件与接口，电子工业出版社，2003 Alessandro Rubini，魏永明等译，linux 设备 驱动程序，第二版，电力出版社，2002 MC9328MX1 用户手册，Motorola，2002 构建嵌入式 Linux 系统，中文版，2005 中国 Linux 论坛 嵌入式世界

8、嵌入式系统的定义（1）专用计算机系统 （非 PC 智能电子设备）微处理器、定时器、存储器、传感器 ? 嵌入式的微型操作系统 ? 应用软件以应用为中心的定义? ? ? 以应用为中心 以计算机技术和通讯技术为基础 软件与硬件可剪裁 满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求嵌入式系统的定义（2）知识集成系统技术密集资金密集 ? 高度分散不可垄断 ? 面向应用不断创新嵌入式 Internet 技术是指设备通过嵌入式模块而非 PC 系统直 接接入 Internet，以Internet 为介质实 现信息交互的过程典型嵌入式系统的基本结构嵌入式应用软件 嵌入式操作系统软件 系统外围设备 嵌入式处理器硬件 系统

9、嵌入式硬件系统的基本构成嵌入式硬件系统? ? ? 嵌入式处理器 各种存储器 电源部分 接口控制器及外围设备典型嵌入式硬件系统嵌入式软件系统要素嵌入式软件系统? ? ? ? 板级支持包(BSP) 设备驱动 嵌入式操作系统 协议栈 应用程序等 应用软件 协议栈（JAVA VM/JITs) 嵌入式操作系统 设备驱动及一些中间件 ? 板级支持包（BSP） 板级支持包（ ）嵌入式系统的几个特征系统精简可用资源有限，其硬件和软件系统必须高率、 量体裁衣。 通常的原则 通常的原则：满足功能，尽可能精简。 通常的原则专用性强硬件和软件系统结合非常紧密。 产品具有较长的生命周期。嵌入式系统的几个特征高可靠性高可

10、靠性是嵌入式应用的基本要求 。 大多数应用要求较强的实时性。专用开发工具和环境嵌入式系统本身不具备自举开发能力，必须有 一套专用开发工具和环境 。嵌入式处理器分类嵌入式微处理器（EMPU)例如：龙珠系列处理器。 例如：8051 等 例如：TI 公司的TMS320 等嵌入式微控制器(EMCU)嵌入式 DSP 处理器嵌入式片上系统（SOC-System On Chip）嵌入式微处理器（EMPU）由通用计算机的 CPU 发展而来 与通用 CPU 区别：只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件， 去除其他的冗余功能部分 工作温度、抗电磁干扰、可靠性等得到加强需要配备 ROM、RAM、FLASH 等外设，可

11、 靠性与技术保密性降低。典型的嵌入式微处理器MIPSX86 系列Am186/188、386EX 开发方便，移植容易 体积大、功耗高、实时性差ARM 系列小体积、低功耗、低成本、高性能 支持 16/32 位双指令集 全球众多的合作伙伴PowerPC 系列Motorola 和 IBM 联合开发的微处理器核 另外还有SPARC、68000,SC-400 等典型的嵌入式微处理器MIPSMIPS 公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌 入式 32 位和 64位处理器的厂商，在 RISC 处理器 方面占有重要地位 MIPS 于 80 年代处开始 RISC 处理器设计，90 年代 中后期开始将战略重点放在嵌入

12、式处理器设计1999 年，MIPS 发布了 MIPS 32 和 MIPS 64 架构标准， 为 MIPS处理器的开发奠定了基础 MIPS 公司开发了 32 位高性能，低功耗的处理器内核 MIPS 32 4Kc 和 64 位的处理器内核 MIPS 64 5Kc应用范围：机顶盒、视频游戏机、Cisco 路由器、 激光打印机典型的嵌入式微处理器PowerPCPowerPC 架构的特点是可伸缩性好，方便灵活 既有通用处理器，也有嵌入式微控制器和内核， 应用范围非常广泛，从高端服务器、工作站到 PC，从消费类电子到通信设备 基于 PowerPC 架构的处理器有IBM 开发的 PowerPC 405 GP

13、，集成了 10 /100M 以太 网控制器、串行和并行接口、内存控制器以及其他外 设的高性能嵌入式处理器 MPC823e 是一款高度综合的片上系统（SOC）典型的嵌入式微处理器x86由 8086 系列处理器发展而来最早的嵌入式处理器，目前在网卡、终端设备、工控等仍有不少 应用。典型产品Am186/188,386EX NS Geode GX1 300MHZ主要特点 开发容易 方便移植 体积大，功耗高，实时性差嵌入式微控制器（EMCU）主要是指单片机片内集成 ROM/EPROM、RAM、FLASH/EEPROM、 总线、定时器、计算器、看门狗、I/O、串行口、 PWM（脉宽调制输出） 、A/D、D

14、/A、等各种必 要功能和外设特点单片化，体积小，功耗低，可靠性强。仍是嵌入式处理器的主流，占 70左右典型的嵌入式微控制器典型器件：通用系列：8051、P51XA、MCS-251、MCS96/196/296、C166/167、 MC68HC05/11/12/16、68300 等 半通用系列：支持 USB 接口的 MCU 8XC930/931、 C540、C541；支持 I2C、CAN-Bus、LCD 的众 多专用 MCU 和兼容系列嵌入式 DSP（EDSP）系统结构和指令算法经过特殊设计，增强了 数字信号处理能力（数字滤波、FFT、谱分 析等） 适于运算量大，特别是向量运算、指针线性 寻址较多

15、的智能算法实现 主要应用于带有智能逻辑的消费类产品，生 物信息识别终端，带有加解密算法的键盘， ADSL 接入、实时语音压解系统，虚拟现实显 示等 代表产品有 TI 的TMS320C2000/C5000 和 Motorola 的 DSP56000嵌入式 SOCSystem On Chip,片上系统/系统芯片 将很多功能模块集成到单个芯片上各种通用处理器内核作为 SOC 设计公司的标准库，用 VHDL 等语言描述 除个别无法集成外，嵌入式系统的大部分集成到一或 几片芯片中优点可利用降低片内工作电压，减少功耗 减少芯片对外引脚数，使系统板简洁，减小体积 减少原来芯片间的信号传递，提高了处理速度；减

16、少 了信号传递过程中可能造成的干扰，提高了可靠性 软硬件无缝结合，可直接在片内嵌入操作系统代码模 块MCU 销售统计不同体系结构嵌入式 CPU 销售量对比关于 ARMARM=Advanced RISC Machine RISC 的典型代表 32 位处理器技术 嵌入式领域的主力军 ARM 的产品 ARM 处理器内核，以 IP 的形式提供给 IC 生产厂家 硬核：有和特定工艺相连系的物理版图。 软核：用硬件描述语言或 C 语言写成，用于功能 仿真 ARM 开发工具、SOC开发工具、评估板等 ARM 公司不生产芯片ARM 处理器(1)ARM 是 Advanced RISC Machines 的缩写，ARM 处理器采用 RISC（Reduced Instruction Set Computer）技术，即 采用精简指令集体系结构。 RISC 相对于 CISC 体系结构，其设计思路是如何使计算机 结构更加简单合理地提高运行速度。目前它还没有严格 的定义。 据统计,CISC 的指令集中，约 20