《嵌入式系统基础ppt培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《嵌入式系统基础ppt培训课件（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 嵌入式系统基础,主要内容,1,3,2,4,嵌入式系统概念,嵌入式处理器,嵌入式操作系统,实时操作系统的内核,5,嵌入式技术发展现状及趋势,1.1.1 嵌入式系统的定义,嵌入式系统不同于常见的计算机系统，不以独立的设备物质形态出现，没有统一的外观，它根据主体设备已经应用的需要嵌入在设备内部、发挥着运算、处理、存储及控制的作用。,体系结构,嵌入式处理器,支撑硬件,嵌入式软件,微处理器、微控制器、SOC等,存储介质、通信部件、显示部件、控制部件等,驱动程序、操作系统、BSP、应用中间件等,嵌入式系统定义1、嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、成本
2、、体积、功耗和可靠性严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统主要有嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及特定的应用程序等四部分组成，是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。2、IEEE（国际电气和电子工程师协会）定义： Embedded System is devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants.,1.1.2 嵌入式系统的组成,软件,输入,输出,处理器,存储器,1.1.2 嵌入式系统的组成,嵌入式系统硬件基本结构,嵌入式系统软件体系结构,嵌入式处理
3、器,嵌入式处理器可以分成以下几大类:(1)嵌入式微处理器(2)嵌入式微控制器(3)嵌入式DSP处理器(4)嵌入式片上系统(SOC) 其中使用最为广泛的有ARM，MIPS，PowerPC，MC68000等。,外围设备,外围设备是指在一个嵌入式系统中，除了嵌入式处理器以外的完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件。,根据外围设备的功能可分为以下3类： 存储器：静态易失型存储器(RAM，SRAM)、动态存储器(DRAM)和非易失型存储器(Flash)。其中，Flash以可擦写次数多、存储速度快、容量大及价格低等优点在嵌入式领域得到了广泛的应用。 接口：应用最为广泛的包括并口、RS-232串口、
4、IrDA红外接口、SPI串行外围设备接口、I2C(Inter IC)总线接口、USB通用串行总线接口、Ethernet网口等。 人机交互：LCD、键盘和触摸屏等人机交互设备。,嵌入式操作系统,嵌入式操作系统是用来管理存储器分配、中断处理、任务间通信和定时器响应，以及提供多任务处理等的软件模块集合。,嵌入式操作系统常常有实时要求，所以嵌入式操作系统往往又是“实时操作系统”。,应用软件,嵌入式系统的应用软件是针对特定的实际专业领域的，基于相应的嵌入式硬件平台，并能完成用户预期任务的计算机软件。,嵌入式软件的特点如下： (1)软件要求固态化存储。 (2)软件代码要求高质量、高可靠性。 (3)系统软件
5、的高实时性是基本要求。 (4)多任务实时操作系统成为嵌入式应用软件的必需。,1.1.3 嵌入式系统的特点,其最本质的三个特点为: 嵌入性、专用性和计算机体系。具体而言： 1、嵌入性：很多嵌入式系统用户界面不够友好，甚至没有。（如：汽车上的ABS系统等）这是因为某些系统不需要和用户进行数据交互，就能够完成任务。这就不强调界面友好美观与PC不同。,1.1.3 嵌入式系统的特点,2、专用性：在嵌入式领域，有集成了众多通信接口的通信处理器；有集成音频、视频接口的用于摄像的专用处理器；还有低功耗的手机处理器等等，几乎每一个特定的市场，都有一种特定的功能，特别的处理器与之对应。这也就觉得了嵌入式处理器品种
6、的千差万别，不像在PC领域，处理器主流Intel和AMD两大品牌。（Intel Xscale， Intel StongARM，Motorola PowerPC，ARM，Toshiba SHX）,1.1.3 嵌入式系统的特点,3、计算机体系：嵌入式系统是软硬件结合的，但又有他的特殊性，如软件相对特定，因为嵌入式系统的专用性，所以嵌入式系统的软件往往都是针对特定系统特定功能而专门开发的；同时有些嵌入式系统有较高的实时性要求（如核武器的导航系统），有些需要功耗极低（如手持设备），需要工作在低温环境或者其他恶劣环境、成本控制严格等，另外如电信设备的嵌入式系统要求非常的稳定等等。,1.1.4 嵌入式系统
7、的应用,嵌入式应用,信息家电,智能玩具,军事电子,通信设备,移动存贮,工控设备,智能仪表,汽车电子,网络设备,消费电子,军事国防,电子商务,工业控制,1.1.5 实时系统,实时系统(Real Time System)是指产生系统输出的时间对系统至关重要的系统。从输入到输出的滞后时间必须足够小到一个可以接受的时限内。,实时系统通常具备以下重要的特性：1实时性2并行性 3多路性 4独立性 5可预测性 6可靠性,概念,特性,实时系统中主要通过3个指标来衡量系统的实时性，即：响应时间(Response Time)：指计算机从识别一个外部事件到做出响应的时间。生存时间(Survival Time)：指数
8、据的有效等待时间，在这段时间里数据是有效的。吞吐量(Throughput)：指在一段给定时间内，系统可以处理事件的总数。吞吐量通常比平均响应时间的倒数小一点。,衡量实时性的指标,实时系统的分类,根据响应时间可分为3种类型：1强实时系统：响应时间在毫秒级或微秒级2弱实时系统：响应时间在数十秒3普通实时系统：响应时间在几秒,根据确定性可分为2种类型： 1硬实时系统：同响应时限紧密相关，一旦超过时限将导致严重的负效益。2软实时系统：如果超出时限一般不会造成严重后果。,主要内容,1,3,2,4,嵌入式系统概念,嵌入式处理器,嵌入式操作系统,实时操作系统的内核,5,嵌入式技术发展现状及趋势,一、 嵌入式
9、处理器分类,嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 微控制器(Microcontroller Unit, MCU) DSP处理器(Digital Signal Processor, DSP) 片上系统(System On Chip，SOC),嵌入式微处理器,嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。与计算机处理器不同的是，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，配上必要的扩展外围电路，如存储器的扩展电路、I/O的扩展电路和一些专用的接口电路等，这样就可以最低的功耗和资源满足嵌入式应用的特殊要求。嵌入式微处理器虽然在功
10、能上与标准微处理器基本相同，但一般在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面都做了各种增强。与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点。,目前主要的嵌入式处理器类型有ARM 、MIPS、Am186/88、386EX、PowerPC、68000系列等。,微控制器,又称单片机，这种位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。 单片机芯片内部集成Flash、RAM、总线逻辑、定时器/计数器、WatchDog、I/O，串行口、脉宽调制输出、A/D，D/A等各种必要的功能模块和外围部件。 代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/19
11、6/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300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。,DSP处理器,DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。 DSP处理器有两个发展来源，一是DSP处理系统经过单片化、电磁兼容（EMC）改造以及增加片上外设，成为DSP处理器；二是在通用单片机或SoC中增加DSP协处
12、理器。 DSP处理器比较有代表性的产品是TI公司的TMS320系列、ADI公司的ADSP21XX系列和Motorola公司的DSP56000系列。,片上系统,SoC就是System on Chip，SoC是一种基于IP（Intellectual Property）核嵌入式系统设计技术。 它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，ARM RISC、MIPS RISC、DSP或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，例如通用串行端口（USB）、TCP/IP通信单元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、蓝牙模块接口等等，这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理芯片。
13、嵌入式片上系统设计的关键是IP核的设计。IP核分为硬核、软核和固核，是嵌入式技术的重要支持技术。,二、典型的嵌入式处理器,1ARM处理器 2MIPS处理器 3PowerPC处理器 4MC68K/Coldfire处理器 5x86处理器,ARM处理器,ARM（Advanced RISC Machines）公司是全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权设计供应商。,ARM处理器有3大特点： 小体积、低功耗、低成本而高性能； 16/32位双指令集； 全球众多的合作伙伴。,ARM处理器分ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、ARM11、Cortex和SecurCore系列。,MIPS处理器,
14、MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）技术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。,MIPS的定位很广。在高端市场它有64位的20Kc系列，在低端市场有SmartMIPS。MIPS技术公司则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。在通用方面，MIPS R系列微处理器用于构建SGI的高性能工作站、服务器和超级计算机系统。在嵌入式方面，MIPS K系列微处理器是目前仅次于ARM的用得最多的处理器之一（1999年以前MIPS是世界上用得最多的处理器），其应用领域覆盖游戏机、路
15、由器、激光打印机、掌上电脑等各个方面。,PowerPC体系结构的特点是可伸缩性好，方便灵活。PowerPC处理器品种很多，既有通用的处理器，又有微控制器和内核。其应用范围非常广泛，从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统，从消费类电子产品到大型通信设备，无所不包。基于PowerPC架构的处理器有IBM 公司开发的PowerPC 405 GP，它是一个集成10/100Mbps以太网控制器、串行和并行端口、内存控制器以及其它外设的高性能嵌入式处理器。,PowerPC处理器,Apple机以前使用的就是Motorola 68000(68K)，比Intel公司的8088还要早。但现在，Apple、Moto
16、rola公司已放弃68K而专注于ARM了。,MC68K/Coldfire处理器,x86系列处理器是最常用的，它起源于Intel架构的8080，发展到现在Pentium 4、Athlon和AMD的64位处理器Hammer。486DX是当时和ARM、68K、MIPS、SuperH齐名的五大嵌入式处理器之一。现有基于x86的STPC高度集成系统。,x86处理器,1.3.3 常见的嵌入式操作系统,VxWorks,C/OS,C/OS-,Windows CE,嵌入式Linux,PalmOS,QNX,Delta OS,Hopen OS,pSOS,VxWorks,VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），具有良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域牢牢占据着一席之地。 VxWorks所具有的显著特点是： 可靠性、实时性和可裁减性。 它支持多种处理器，如x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS 、POWER PC等等。 以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如火星探测器（1997年7月4日登陆火星表面）。,
