单片机嵌入式简介

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1、我的联系方式： emil: ,单片机原理及其应用 主讲教师：张建国,课程性质 应用型课程,先修课程: 数字逻辑电路，微机原理,嵌入式系统简介 Introduction to Embedded System,西建大 张建国,3,嵌入式介绍内容,认识嵌入式技术 嵌入式技术的起源 嵌入式技术的现状 嵌入式系统的开发 WinCE系统开发 展望与总结,4,认识嵌入式技术,丰富多彩的嵌入式产品 无处不在的嵌入式技术 嵌入式系统的概念 嵌入式系统的特点 嵌入式系统的结构,5,丰富多彩的嵌入式产品,6,无处不在的嵌入式技术,消费电子：数码相机、MP3、游戏机等 信息家电：数字电视、机顶盒 智能电器：能上网的冰

2、箱、空调、洗衣机等 通信设备：手机、IP电话、网络设备等 便携设备：PDA、数据采集、测试装置等 工业设备: 数控设备、过程工业控制设备 商业金融：售货机、收款机、取款机等 汽车电子：智能化汽车 航空航天：飞行器控制、外星探测器 医疗设备：CT机，电子血压计等 交通管理：GPS导航、智能监控设施 军事领域：武器控制、车载电子设备等,7,嵌入式系统的概念,定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可裁剪，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 与通用计算机系统的不同：嵌入式系统是不同于常见计算机系统的一种计算机系统，它不以独立设备的物理形态出现，嵌入式系统的

3、部件根据主体设备及其应用的需要，嵌入在主体设备内部，发挥着运算、处理、存储及控制的作用，是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。,8,嵌入式系统的结构,从体系结构来看，嵌入式系统包括两部分： 1）嵌入式处理器为中心的嵌入式硬件系统； 2）由嵌入式操作系统和用户应用程序组成的嵌入式软件系统。注意：与传统的嵌入式控制系统相比，现在的嵌入式系统，强调“系统”-指的是嵌入式操作系统。,9,(4) 片上系统（System On ChipSOC）。,嵌入式处理器主要包括,(1) 嵌入式微处理器 (Embedded Microprocessor Unit)；,(2) 嵌入式微控制器(Embedde

4、d Microcontroller Unit) ，即单片机 ；,(3) 嵌入式数字信号处理器(Embedded Digital Signal Processor)；,10,相关支撑器件主要包括,定时器、序列发生器、控制器、各种传感器、显示设备(LCD、LED等)、通讯设备(Modem，GPS，GSM，GPRS，CDMA，IrDA/Fast IrDA, Bluetooth等)、接口设备（R232，IEEEl394 ，USB， PC卡，Smart卡，EthernetFast Ethernet，Parallel等)。,11,存储器主要包括,(1) 只读存储器（Read Only MemoryROM）

5、;,(2) 随机存储器（Read Random MemoryRAM） ;,(3) 闪速存储器（Flash moryFLASH） ;,(4) 电子硬盘（Electronic Hardisk EHD）.,12,嵌入式软件系统主要包括,(1) 与硬件相关的底层支持软件；,(2) 嵌入式操作系统；,(3) 图形用户界面（Graphics User InterfaceGUI）；,(4) 嵌入式数据库系统 ；,(5) 各种嵌入式控制与应用软件 。,嵌入式软件系统的体系结构,硬件,应用层,驱动层,操作系统层,中间件层,嵌入式软件运行流程,上电复位,系统升级,引导/升级系统,系统初始化,应用初始化,多任务应用

6、,板级初始化,远程升级,本地升级,基于多任务操作系统的嵌入式软件的主要运行流程 该运行流程主要分为5个阶段,15,嵌入式系统的特点,嵌入式系统是多学科融合的结果：计算机、电子、半导体、通信、控制等； 嵌入式系统通常是面向用户、面向产品、面向特定应用，开发人员很可能是各个应用领域的专家； 产品具有较长的生命周期； 软件固化存储，OS内核小，OS和应用程序的区分不明显； 需要另外的开发工具和环境：宿主机+目标机的开发方式/集成开发环境；,16,报告内容,认识嵌入式技术 嵌入式技术的起源 嵌入式技术的现状 嵌入式系统的开发 WinCE系统开发 展望与总结,17,嵌入式技术的起源,早期的嵌入式技术 嵌

7、入式操作系统的出现 采用嵌入式操作系统的优点,18,早期的嵌入式技术,微处理器-单板机-单片机、DSP等 早期的嵌入式应用大都不采用操作系统，只是为了实现某些特定功能，使用一个简单的循环控制程序对外界的控制请求进行处理。 问题： 不利于扩展新功能； 加入网络协议栈比较麻烦； 应用程序移植性差；,19,(1)嵌入式系统必须面向用户、面向产品、面向应用；,嵌入式系统的产品特征,(2)嵌入式系统处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约，这些均是各半导体厂商之间竞争的热点；,(3)嵌入式系统的软硬件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面

8、积上实现更高的性能。,20,21,后PC时代嵌入式系统应用领域的 产品类型,客户端平台,PC,瘦型终端,STB,PS DC,嵌入系统,OA,Cell phones,Palm HPC,InternetFile Server,通讯基础,路由器电信设施,服务器平台 互联网 文件服务 邮件服务,HDTV GPS GIS,22,嵌入式系统的应用领域,嵌入式系统广泛应用于工业、农业、商业、金融、科研、国防、医疗、运输等一系列关系国民经济的各个领域。,23,1)自动化控制领域,（1）自动化制造设备；（2）发电厂；（3）化工过程自动化相关设备；（4）电网系统；（5）工业用自动仪表与检测设备；（6）供水及污水处

9、理设备； （7）装瓶设备；（8）模拟仪器；（9）CAD系统等。,24,（1）飞行控制器；（2）导弹控制器；（3）卫星控制器；（4）火箭控制器；（5）航天器姿态控制器；（6）航天器定位控制器；（7）宇航服飞行控制器；（8）月球车控制器；（9）火星车控制器等。,2)航空航天领域,25,（1）民航； （2）火车； （3）汽车； （4）轮船； （5）地铁； （6）雷达系统； （7）燃料设施； （8）信号系统； （9）空中交通控制系统； （10）交通信号； （11）售票系统； （12）停车场管理系统； （13）出租车里程计价器等。,3)交通运输领域,26,（1）工业用生产线机械臂；（2）勘探类机器人；

10、（3）家用机器人； （4）表面修整机器人； （5）混凝土喷射机器人； （6）隧道工程机器人； （7）挖掘用机器人； （8）组装机器人； （9）检测用机器人等。,4)机器人领域,27,（1）供电系统（供电、监测、控制、保护）； （2）备用照明及发电机； （3）消防控制系统； （4）供热及通风系统； （5）电梯、升降设备； （6）安全及监视系统； （7）保险柜防盗系统； （8）门禁系统； （9）自动售货机等。,5)楼宇设施,28,（1）电话交换机； （2）卫星全球定位系统（GPS）；（3）数据交换设备； （4）电话； （5）移动电话； （6）具有无线通讯功能的HPC等。,6)通信领域,29,（1）

11、复印机； （2）传真机； （3）时间记录系统； （4）移动电话； （5）摄像机； （6）录像机； （7）数字照相机； （8）空调机等。,7)办公设施,30,（1）自动柜员机（ATM）； （2）信用卡系统； （3）刷卡机； （4）POS系统； （5）验钞机； （6）服务台监控系统等。,8)银行、金融和商业领域,31,（1）心脏起搏器； （2）病人信息及监控系统；（3）电磁成像系统（CT）；（4）步行监视器； （5）药剂控制及配药系统；（6）心电图及脑电图设备；（7）X光设备;(8) 远程心脏监护仪;(9) 远程血压监护仪等。,9)医疗设备,32,（1）能源测量器； （2）雷达测速器； （3）环境

12、监测设备； （4）各种监控系统等。,10)测试、监视设备,33,（1）数字电视； （2）智能冰箱； （3）全自动洗衣机； （4）微波炉； （5）电饭煲； （6）智能家电控制系统等。,11)智能家电,34,（1）个人数字助理（PDA）； （2）智能手机； （3）手持电脑（HPC）； （4）学习机等。,12)类PC产品,35,（1）网络化的工业自动化 目前已经有大量的8、16、32、64 位嵌入式微处理器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源的主要途径，如制药工业过程控制、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统等。,13)网络应用,36,（2）智能公路 交通管理、车辆导航、

13、流量控制、信息监测与汽车服务； （3）VR库房 粮库、油库、食品库等；,13)网络应用,37,（4）植物工厂 特种植物工场，如实现野生名贵药材的远程监控培养和种植，无土栽培技术应用， 智能种子工程等。 （5）INTERNET接入终端设备台式设备或掌上设备可以提供与INTERNET方便快捷的接驳。,13)网络应用,38,（5）上网信息家电 冰箱、空调等的网络化。 （6）工业制冷冷库、中央空调、超级市场冰柜的网络化。,13)网络应用,39,（7）VR精品店 客户可以在Internet上实时地看到存货状况。（8）VR家政系统水、电、煤气表的自动抄表，安全防火、防盗系统。,13)网络应用,40,（9）

14、POS网络及电子商务 公共交通无接触智能卡(Contactless Smartcard, CSC)发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机。 （10）环境工程与自然 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。,13)网络应用,41,4.嵌入式系统的种类,嵌入式系统的种类繁多,主要分为：,1）深度嵌入式系统,2）类PC嵌入式系统,3）分布式嵌入式系统,42,1)深度嵌入式系统的特征,(1)它是一种微型的计算机系统，但没有一般计算机系统的外观，没有键盘、显示器等。,(2)软件程序是嵌入在存储器中，没有明显的标志和外观，较难发现。,(3)可能

15、是整个控制系统中的一部分或一个独立的设备。,(4)这类系统的软件不能备份，较难修改或不可修改。,(5)强调实时性，但不强调与用户有友好的交互性。,43,(1)它是一种超微型的计算机系统，有一般计算机系统的外观，并有键盘、虚拟键盘、LCD显示器等。,(2)软件程序是嵌入在存储器中，有明显的标志和外观。,(3)可能是整个控制系统中的一部分或一个独立的设备。,(4)这类系统的软件能备份，并能修改。,(5)强调与用户有友好的交互性，但不强调实时性。,2)类PC嵌入式系统的特征,44,3）分布式嵌入式系统,2.在充分考虑未来网络发展的基础上，着眼于综合网络上各个独立子嵌入式系统的处理能力，通过这些分散的

16、、耦合的、独立的子嵌入式系统之间的通讯与协作来完成复杂的、大量不同的信息处理任务。,1.兼顾深度嵌入式系统和类PC嵌入式系统的分布式嵌入式系统。,45,嵌入式操作系统的出现,随着嵌入式系统的功能要求日益复杂，硬件功能越来越强大，使用操作系统是必须的，并且可能的； C语言被广泛用于嵌入式操作系统开发； 从20世纪80年代开始，出现了各种各样；商用嵌入式操作系统，大多为专用系统开发，从而形成了目前多种嵌入式操作系统并存的局面； 嵌入式操作系统的功能包括：任务管理、存储管理、时钟管理、进程间通信与同步、设备管理、文件系统、图形界面、网络接口等。,46,采用嵌入式操作系统的优点,在嵌入式应用中使用操作系统，可以把复杂的应用分解成多个任务，简化了应用系统软件的设计； 程序的设计和扩展变得容易，不需要大的改动就可以增加新的功能； 使控制系统的实时性得到保证； 通过有效的系统服务，嵌入式实时操作系统使得系统资源得到更好的利用； 良好的多任务设计，有助于提高系统的稳定性和可靠性.,