医学课件嵌入式系统与pca技术

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1、,顾庆水 Email: Tel: 83202204 Address: 科技实验大楼808室,嵌入式系统与PCA技术,课程设置的必要性 应用需求日趋复杂 微处理器技术长足发展 嵌入式软件技术成为核心课程涉及的主要内容 阐述嵌入式系统的要素 介绍嵌入式系统软硬件设计基础 介绍嵌入式系统最新设计理念 项目开发流程与自由实验,课程设置的预期目标,对嵌入式系统设计技术有比较全面的了解，并具备一定的设计实践能力，为深入开展相关研究奠定良好的基础。 理解并掌握实时操作系统和实时软件开发技术,课程内容（课堂部分）,第一章 嵌入式系统概述 第二章 PXA255开发系统 第三章 嵌入式开发环境的建立 第四章 嵌入

2、式操作系统 第五章 设备抽象层(板级支持包) 第六章 嵌入式文件系统 第七章 嵌入式系统的调试 第八章 嵌入式Linux的设备驱动 第九章 嵌入式GUI 基于Intel Xscale开发板的实验,课程内容(实验部分),1、ADS软件的使用及PXA255测试 2、移植嵌入式Linux操作系统 3、移植MinGui到PXA255 4、嵌入式应用程序的设计,实验平台,教学安排,理论教学（16学时） 上机实践（16学时） 分基础实验和课外实验（需另外申请） 2学分 考核方式 实验成绩（实验报告）30 理论笔试（考试）70,预备基础,C、C+、汇编语言 数据结构 操作系统原理 单片机、微机原理、组成原理

3、 电子、电路、信号、通讯 多媒体、网络协议,参考资料,1、教材 嵌入式系统开发原理与实践，陈文智等编，清华大学出版社2、参考书及资料1）Linux 内核源代码情景分析毛德操 胡希明，浙江大学出版社2）Linux 驱动程序(第二版) 魏永明等 译， 中国电力出版社 3）嵌入式Linux系统设计与应用，王学龙编著，清华大学出版社 4）嵌入式技术与系统Intel Xscale结构与开发,陈章龙 北航出版社5）嵌入式系统 采用公开源代码合StrongARM/Xscale处理器 毛德操 、胡希明 浙江大学出版社6）PCA技术培训教程7）http:/ 10） 或者http:/ 明确目标 认真听课、积极实验

4、 常查阅手册、参考书,第一章 嵌入式系统概述,计算机系统的三大领域,服务器 利润最大的市场 可用性 可扩展性 有效带宽 桌面 最广阔的市场 嵌入式 潜力最大的市场,1. 嵌入式系统介绍,嵌入在电子设备内部的计算系统 任何包含一个或多个专用的计算机、微处理器或微控制器的电子设备 能执行特定功能的计算机硬件和软件的结合体 广义定义:任何一个非计算机的计算系统,嵌入式系统的核心-嵌入式微处理器对实时多任务有很强的支持能力； 具有功能很强的存储区保护功能； 可扩展的处理器结构； 嵌入式微处理器一般功耗要求较严格,1.1 计算机工业的分类,以往计算机分类： 大型计算机、中型机、小型机和微计算机 目前计算

5、机分类： 超级计算机，大型计算机、工作站、微计算机、亚微计算机亚微计算机(嵌入式计算机) 是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中,1.2 嵌入式系统的定义,英国电机工程师学会的定义:“嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器和车间运行的装置” 通常执行特定功能 以微电脑和外围构成核心 严格的时序和稳定性要求 全自动操作循环,精确定义: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嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度

6、分散、不断创新的知识集成系统。,1.3 嵌入式系统工业的特点和要求,1.3.1 嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业 PC由WINTEL垄断 嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。,面向用户、面向产品、面向应用 升级换代也是和具体产品同步 ,具有较长的生命周期软件和硬件结合紧密 嵌入式处理器的发展也体现出稳定性 普通处理器18月 嵌入式处理器810年,1.3.2 嵌入式系统具有的产品特征,1.3.3 嵌入式系统软件的特征,软件要求固态化存储 软件代码高质量、高可靠性 系统软件(OS)的高实时性是基本要求 多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路

7、的基础,1.3.4 嵌入式系统开发需要开发工具和环境,通用计算机具有完善的人机接口界面嵌入式系统本身不具备自举开发能力这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。,1.3.5 嵌入式系统软件需要RTOS开发平台,通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口(API)，但一 般不是实时的。 嵌入式系统则不同，应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行。 但为了保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。需要选配RTOS开发平台,1.3.6 嵌入式系统开发人员以应用专家为主,通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士。 嵌入

8、式系统则是要和各个不同行业的应用相结合的，其开发人员往往是各个应用领域的专家。 因此开发工具的易学、易用、可靠、高效是基本要求。,1.4 嵌入式系统的组成,1.4.1 嵌入式计算机内核分类,嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) 嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) 嵌入式片上系统(System On Chip),嵌入式微处理器(EMPU),通用计算机中的CPU 专门设计的电路板 只保留和嵌入式应用有关的母板功能

9、增强工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面 功能与和工业控制计算机相似 嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等,嵌入式微控制器(MCU),又称单片机 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 微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。,代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/

10、296、 MC68HC05/11/12/16等。另外还有许多半通用系列如：支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系统约70的市场份额。,嵌入式DSP处理器(EDSP),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(EDSP),有代表性的产品是Texas Inst

11、ruments的 TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。 TMS320系列处理器包括用于控制的C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。 DSP56000目前已经发展成为DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。,嵌入式片上系统(SOC),在一个硅片上实现一个复杂的系统 整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去 应用系统电路板将变得很简洁 SOC可以分为通用和专用两类。 通用系列包括Infineon(Siemens)的TriCore，Motorola的M-Core，某些AR

12、M系列器件，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。 专用SOC一般专用于某个或某类系统中。有代表性的产品是Philips的Smart XA,1.4.2 嵌入式系统软件的特征,(1) 软件要求固态化存储 (2) 软件代码高质量、高可靠性 (3) 系统软件(OS)的高实时性是基本要求 (4) 多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础,嵌入式软件主流,VxWorks 是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。 Os-9是主要为高科技产品设计的，提高了很好的安全和容错性，并且有很好的升级能力和灵活性。 Palm Os，是Palm公司的操作系统，和微

13、软的Windows CE是PDA操作系统的两大巨头。,嵌入式操作系统特点,编码体积小：适合在嵌入式系统的有限存储空间中运行面向应用，可裁减和移植：可进一步缩小编码体积实时性强：一般都要求实时多任务操作系统（Real Time Operating System, RTOS）可靠性高：嵌入式系统可无需人工干预就能独立运行，并处理各类事件和故障,嵌入式操作系统,基于或面向Windows兼容:Windows CE,嵌入式Linux工业与通信类：VxWorks, pSOSystem, Symbian单片机类： C/OS面向Internet类： Palm OS,IDC数据:2006年全球操作系统份额对比

14、Symbian：53% 微软：27% Palm：10% Linux：4.2% 其他：5.8%,Symbian,Symbian为1998年6月，由Ericsson、Nokia、Psion，及Motorola合资成立，成立目的以发展无线信息产品为主，特别是结合行动电话与PDA功能的手持式智慧装置；其中，Psion把本身软件部门转移到Symbian，并提供发展手持式智慧装置所需的操作系统EPOC。 诺基亚、三星、索尼爱立信、爱立信、西门子、松下、Motorola 国内厂商门槛太高：消耗2000万到1亿美金，近乎天价，看来不参股Symbian就没戏,微软Windows Mobile智能手机,PalmO

15、S,Palm一直都是全球PDA市场的绝对老大，但是在东方尤其是中国市场上，Palm已经落后在了它最大的竞争对手微软身后。 PDA的全称是Personal Digital Assistant，也就是个人数字助手，最初只是帮助人们规划日常的安排或者一些简单的运算处1理等工作，但是随着硬件技术的不断发展，现在的PDA已经达到了几年前台式PC的运算能力，在Palm的鼎盛时期，Palm OS占据了PDA市场90%以上的份额。智能手机本身还是一个移 动通讯的终端，显然这对于消费者来说，是更具有吸引力的。,Linux智能手机,MontavistaLinux+Qtopia OpenPDA 5-7-10-年底

16、“Linux OS + Java软件”一直是摩托罗拉最倚重的平台，也是其倾注了最多心血的秘密武器。据Bernstein研究公司称，摩托罗拉用了三年的时间研制基于Linux的MotoJUIX操作系统，投入的研发经费高达1.5亿美元。,1.5 嵌入式系统的应用 -无处不在的嵌入式系统,嵌入式系统的应用远远超过了各种通用计算机 一台通用计算机的外部设备中就包含了5-10个嵌入式微处理器： 键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、Modem、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、USB集线器等均是由嵌入式处理器控制的。 在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。,