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1、第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室1主要内容n1.1 引言n1.2 嵌入式系统的定义n1.3 嵌入式系统的体系结构n1.4 嵌入式系统的特点n1.5 嵌入式系统的发展历史及趋势n1.6 嵌入式系统的应用第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室2本讲简要说明n目的与要求 掌握嵌入式系统的定义、体系结构；熟悉嵌入式系统 的特点；了解嵌入式系统的发展历史、应用、发展趋 势和实现n授课重点 嵌入式系统的定义、体系结构和特点n授课难点 无n阅读章节：第1.11.6节n作业：补充作业第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室31.1 引言n幼苗到参天大树
2、 经过三十多年的发展，嵌入式系统从最开始的涓涓细 流，发展壮大成了目前数量最多，使用范围最广的电 子信息系统 在人们的日常生活中，嵌入式设备几乎随处可见，已 经成为生活的重要组成部分n嵌入式系统虽然数量众多，但却往往不为人所知 嵌入式计算机系统一般隐藏在产品中 在使用过程中主要完成无形的信息处理，用户不容易 感知到它的存在第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室41.2 嵌入式系统的定义n计算机分类 从通用性角度来分类：通用计算机和嵌入式计算机n通用计算机系统 巨型机、大型机、小型机、微型机 服务器、工作站、台式机、笔记本计算机n嵌入式系统 坦克、导弹、飞机、军舰、雷达 DVD
3、机、电视机、微波炉、洗衣机、电冰箱、热水器 手机、MP3播放器、数码相机、数码摄像机、机顶盒 键盘、鼠标、 闪存盘、CD-ROM、交换机、路由器第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室51.2 嵌入式系统的定义（续）n嵌入式系统 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 简而言之，是含有处理器的专用软硬件系统 具有自主的信息处理能力（信息装备）nIEEEs Definition Devices used to control, monitor, or assist the operation of
4、 equipment, machinery or plants（用于控制、监视或 者辅助操作机器和设备的装置）第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室61.2 嵌入式系统的定义（续）n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 分为系统级、模块级、芯片级 系统级：各种类型的工控机 以标准总线互联（背板结构）的工控机：CPCI、 PCI-ISA、VME 、STD 模块级：各种类型的带CPU的模块 嵌入式CPU模块：PC104模块、Biscuit板 芯片级：各种以微控制器、DSP、嵌入式微处理器为核 心的产品 个性化设计第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算
5、机学院601室71.3 嵌入式系统的体系结构第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室81.3 嵌入式系统的体系结构（续）第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室91.3 嵌入式系统的体系结构（续）n硬件层 嵌入式处理器 嵌入式微处理器、微控制器、DSP SoC(System on Chip)FPGA、ASIC存储器系统 ROM、FLASH、E2PROM、SRAM、SDRAM等 中断控制器、DMAC、定时器/计数器 UART、USB控制器、LCD控制器 其它I/O接口 CAN、Zigbee、蓝牙、ECC、3DES等等第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院
6、601室101.3 嵌入式系统的体系结构（续）n中间层（BSP） 板级支持包（Board Support Package）系统软件与底层硬件隔离 相关硬件的初始化 数据的输入输出操作 硬件设备的配置功能 特点 硬件相关性 操作系统相关性第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室111.3 嵌入式系统的体系结构（续）n操作系统层 嵌入式操作系统（EOS） 标准内核（API） 封装资源时钟、定时器、中断、DMA、I/O 简化软件设计、提高软件系统可靠性 文件子系统 图形子系统 网络子系统 其它通用模块 CAN、蓝牙、Zigbee、Modbus、LIN协议栈第一章 嵌入式系统概论* 国
7、防科技大学计算机学院601室121.3 嵌入式系统的体系结构（续）n应用层 与应用密切相关 面向目标和用户 完成特定的功能 例如 星载遥感图像处理系统 星载ATM交换机第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室13第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室141.4 嵌入式系统的特点n面向特定应用 嵌入式处处理器与通用处理器的最大不同就是嵌入式处处 理器工作在针对特定用户设计的系统中n综合性强 嵌入式系统是将计算机技术、半导体技术和电子技术 与各个行业的具体应用相结合后的产物 是一个技术密集、资金密集、知识高度分散、不断创 新的知识集成系统n设计高效 可裁剪嵌入式系
8、统的硬件和软件都必须高效率地 设计，量体裁衣、去除冗余第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室151.4 嵌入式系统的特点（续）n程序固化 软件一般都固化在存储器芯片或处理器本身中，这样 提高了系统的执行速度和可靠性n需要独立的开发系统 嵌入式系统本身不具备自举开发能力，必须有一套开 发工具和环境才能进行开发n生命周期长 嵌入式系统和具体应用结合在一起，其升级换代一般 与具体产品同步进行，因此具有较长的生命周期n可靠性高、成本低、资源受限、功耗低等等第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室161.5 嵌入式系统的发展历史及趋势n20世纪70年代单片机出现 197
9、5年TI推出了第一片4位单片机TMS-1000 1976年Intel：80488051（8位）n20世纪90年代 ARM（1991年，32位） ARM7系列、ARM9系列 ARM10E系列、 ARM11系列 SecurCore系列、Cortex系列 Power PC、MIPS第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室171.5 嵌入式系统的发展历史及趋势（续）n20世纪80年代 实时操作系统出现 1981年，Ready System: VRTX32 WindRiver: VxWorks 实时性强、可靠性高n20世纪90年代 实时多任务操作系统 WindRiver: VxWorks
10、 Microsoft: WinCE 友好的图形界面第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室181.5 嵌入式系统的发展历史及趋势（续）n市场巨大、发展迅速、前景广阔 产品种类不断丰富，应用范围不断普及 性能不断提高 核心处理芯片位数更高 多种媒体处理能力的汇聚 功耗不断降低，体积不断缩小 软件成为影响价格的主要因素 硬件模块化、标准化 软件越来越复杂第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室191.5 嵌入式系统的发展历史及趋势（续）n程序设计语言 汇编语言C语言C+语言n优秀的开发环境 软件开发环境完善、友好的工具链 项目管理、编辑、编译、调试、下载 硬件开发环
11、境 开发板、仿真器、万用电表、示波器、逻辑分析仪n嵌入式系统设计工程 硬件、软件、开发环境集成化、一体化 网络化、图形化、多媒体化第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室20固件设计语言 选用情况第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室211.6 嵌入式系统的应用n工业控制n仪器仪表n办公设备n家用电器n消费电子n机器人n军事应用n航空航天n第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室22工业控制第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室23网 络 通 信第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室24图 像 设 备第一章
12、嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室25消 费 电 子第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室26导 航 设 备第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室27坦克自行加榴炮步兵战车第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室28第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室29战斗机防空导弹轰炸机第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室30机 械 脚 示 教第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室31神 舟 六 号第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室32火星一无所有的荒漠“索杰纳
13、” 轮探测车“火星探路者”飞船第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室33M81漩涡星系 哈勃望远镜浩瀚迷人的宇宙等待我们去探索忙忙宇宙无垠，何处觅得知音大航天时代已来临，谁是开路先锋第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室34补充读物 工控机n工业控制计算机 指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量 与控制用的计算机，简称工控机。符合一定的技术、 尺寸规范，由专业厂家生产 基于背板（底板，BackPlane）结构的工控机 基于模块结构的工控机n与商用及个人机比较 工控机的特点是强大的过程输入输出能力，高可靠性 与实时性 类似之处：普通微处理器、Embed
14、ded Win2000/XP、 Embedded Linux、普通硬盘第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室35PISA总线型n背板结构 PISA，包含PCI、ISA总线的半长卡n特点 可用于对空间要求极高的应用中（半长卡） 在PISA系统中可运行旧的ISA卡（升级 ） PCI总线导线的长度减少了一部分，减少了电磁容量发 散/再发散的问题第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室36基于 PISA 总线 无源背 板结构 工控机 第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室37Compact PCIn背板结构 CompactPCI总线 PCI总线的电气
15、规范 标准针孔连接器（IEC-1076-4-101） 欧洲卡规范（IEC297/IEEE 1011.1） n特点 使用工业标准、牢固的欧卡规格 支持热插拔、热切换、多处理器能力 CompactPCI最多可支持八个板 PCI总线母板只能扩充到三个或四个板第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室38CPCI连接器以太网卡第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室39工业ATX主板第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室40补充读物 嵌入式系统的实现（构成）n个性化实现 嵌入式处理器+标准通用集成电路器件 嵌入式处理器+可编程器件 SoC（SoPC）IP核 第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室41嵌入式处理器+标准通用集成电路器件第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室42=CFPGAData BusAddress BusData Bus RoutingAddress Decoders微控制器+可编程器件第一章 嵌入式系统概论* 国防科技大学计算机学院601室43CPU CoreMCROMSRAMRSA3DESTRNGISRTimer0Timer1WDTISO7816-3PLLCacheE2PROM SoC设计智能卡第一章 嵌入式系统概论* 国防科技
