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1、1.5 嵌入式系统概念与发展江西理工大学 信息工程学院吴君钦一、嵌入式系统概念20年来手持设备 性能、价格变化Game Player (1990)8-bit Z-80(1.05 MHz) 2.6“ 160 x 140 LCD $400 iPhone(2008)智能手机CPU: ARM11 (600 MHz) 4“ 320 X 240 colour LCDs 3G 上网, $500 预示移动互连网时代到来iPhone智能手机CPU性能：CPU: S3C6410是低功耗高性能的嵌入式处理器，目标市场：高性能手持设备、通用视频处理应用。w 三星S3C6410 ARM11处理器，最高主频可达750MH
2、z。w S3C6410内部集成64/32-bit高速总线w 集成了强大的硬件加速器（可以完成音视频处理、3D图象加速、显示缩放等任务）w 内部集成的多媒体解码器（支持mpeg4/h.263/h.264 的编码与解码支持VC1解码、NTSC、PAL制式电视信号输出）w 支持模拟摄像头和8位数字摄像头（最高4096*4096）输入1990年代前畅销产品大多数是非智能产品今天的畅销产品都离不开高性能处理器创新科技提高了我们的生活品质和工作效率嵌入式系统的应用嵌入式系统: 半导体电路和计算机交叉半导体计算机现实中的嵌入式系统嵌入式系统也无处不在, 嵌入式系统在很多产业中得到 了广泛的应用并逐步改变着这
3、些产业，包括:(1)工业自动化 (2) 国防(3) 运输 (4) 航天领域(5) 医疗保健例如神州飞船和长征火箭中肯定有很多嵌入式系统，导 弹的制导系统也是嵌入式系统，高档汽车中也有多达几十个 嵌入式系统。在日常生活中，人们使用各种嵌入式系统，但未必知道 它们。事实上，几乎所有带有一点“智能”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。 嵌入式系统的概念目前，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
4、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，并与应用对象紧密耦合在一起的计算机系 统。 嵌入式系统，是更大对象系统中的一个完整的部分 ，所以称为嵌入的系统。大的对象系统可以嵌入多个嵌入 式系统。嵌入式系统示例汽车控制系统马达控制器车灯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 式系统两个起源：() 诞生于微型机的嵌入式系统() 单片机的独立发展的道路两种应用模式:() 现代电子技术应用模式()
5、 计算机嵌入式应用模式嵌入式系统种类：MCU 、DSP 、CPU、FPGA（含软/硬IP-CORE)、多处理器SOC等二、嵌入式发展历程与产业模式半导体工业变迁：分立、小规模、中大规模、SOC计算机工业发展1970s1970sVerticalVertical SuppliersSuppliersFullyFully VerticallyVertically IntegratedIntegrated1980s1980sASICASIC VendorsVendorsSystemSystem ManufacturerManufacturerASICASIC VendorVendor1990s1990
6、sFablessFabless SemisSemisDesign &Design & DistributionDistributionManufacturingManufacturingEDAEDATodayTodayIP DrivenIP Driven DesignDesignDesignDesignEDAEDAIPIPManufacturingManufacturingFabFab Equipment Equipment半导体工业的分化嵌入式系统产业模式：IP为发端，形成扇型产业模式PC行业是一个高度垄断行业，wintel联盟几乎把所由工作都做完了，嵌入式应用千差万别，软件硬件都不可能由少
7、数公司所垄断，意味着工作机会高性能CPU是各种智能设备的心脏高性能CPU/MCU(ARMMIPS/PowerPC/8051等) IP（知识库) 是SoC设计的一个元件Mixed Signal/AnalogMemoryMemoryMemoryStandard CellsMicro- processorI/O Cells嵌入式系统已经渗透到我们生活的每个角落ARM公司是IP(知识库)授权推广最成功的公司系统和产品设计公司芯片设计公司Motorola, Nokia, Sony, SamsungLenovo, TCL, Haier, Canon, SanyoZTE, HuaWei, UTStarcom
8、etc Intel, TI, FreescaleQualcomm, Datang, HEDOKI, Sharp, NECetc IP供应商ARM 商业模式ARMLicense feeIPARM creates IP through design activityPartnerProduct eg chipPartner combines ARM IP and Partner IP/ technology into product OEM CustomerRoyaltyUnit priceOEM builds ARM core-based product from Partner into en
9、d- system product Business Development / Segment MarketingARM首推最新商业模式The most popular CPU in the world!嵌入式处理器各应用领域市场所占份额 （2004）n Ink Printern Digital Cameran Laser Printern Digital Video Cameran Hard Disk Drivesn Flash Cards n Networked Storagen Voice phonesn Feature phonesn Smart phones / PDA n Blu
10、etooth peripheralsn Set-top-boxn Digital Audion Gamingn DVDn SIMn Financialn Gvt ID/IT securityn Wireless LANn VoIPn Digital Modems n Home Gatewaysn ABS/Airbag/Safetyn Body & Dashboardn Infotainmentn Powertrainn White goodsn Brown goods (low end)n Industrial control66%7%1%7%2%2%8%7%1.27B% shown as s
11、hipment in Q3 32 位 CPU 发展浪潮：取代位机高端Continued downward pressure on costApplication requirements driving higher- performance MCUEngineers need faster and easier developmentHIGH PERFORMANCELOW COST“32-bit performance. but not at any price”Revenue ($ Millions)Demand accelerating for cost- sensitive high-
12、performance solutionAtmel AT91 ARM Microcontrollers26 7/20/2005 20ONLYEXTERNAL COMPONENTS REQUIREDAtmel AT91 ARM Microcontrollers27 7/20/2005 20个元件即可使32-bit SAM7运转起来On-chip peripherals- Power-On Reset - 1.8V Voltage regulator - Brown-out detector - Pull-ups - High-current I/Os - Clock outs - Reset o
13、ut - Slow-clock modeOscillatorPLL Filter3.3V供电202 Capacitors 1 Resistor2 Capacitors 1 Low Cost Crystal13 Capacitors1 SOTcomponentsDecouplingcapacitors= =0components+Atmel AT91 ARM Microcontrollers28 7/20/2005 片上元件，缩减元件清单，节省费用!SAM7SOn-chipCost Adder1.8V RegulatorYES$0Pull-Up ResistorsYES$0Multiple Cl
14、ock GeneratorYES$0Brown-Out DetectorYES$0USB 2.0 Full Speed TransceiverYES$0USB 2.0 Full Speed ControllerYES$0USB Crystal Oscillator + Crystal YES$0High-current DriversYES$0Slow Clock RC OSCYES$0Watchdog TimerYES$0ISO7816 ControllerYES$0Multi-Channel A/D ConverterYES$0Bidirectional Reset ControllerY
15、ES$0+ board space saving + board test savingBOM- On-chip - On-chip - On-chip - On-chipARM CPU年销售量200620亿片 /年201045亿片 / 年Non-MobileMobileRISC嵌入处理器、单片机、DSP总和每年超300亿片。 PC等台式机、笔记本、服务器不到5亿台。典型嵌入式处理器CPU + DebugProgram Memory Flash / ROMRAM / EEPROM“Standards” peripherals Timer, watchdog, PWM, LCD controll
16、er, GPIOAnalog peripherals I/O, PLL, A/DHigh end TimersNew Peripherals (Bluetooth, Wlan)Com peripherals I2C, CAN, SPI, SCI, USB, EthernetPeripherals nice to have DMA, SDram controller适应不同应用，容量大小/IO 腿数量有区别，价格也有很 大差异Automotive & Industrial Wireless communications Memory expansion 差异特性典型SOC应用调试应用开发固件开发Firmware Development系统底层开发Initial Debug仿真调试软件开发软件调试嵌入式系
