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1、第一讲 嵌入式系统介绍,电信学院 崔寅鸣Email: ,本讲主要内容,嵌入式系统概述 实验室介绍与课程说明 嵌入式系统概要介绍EELiod270开发系统介绍 Module板、EDR板 Banyan-UE仿真器ARM处理器简介 体系结构、编程模型、ARM指令系统,嵌入式系统概述,应用于航空航天军事,应用于消费电子产品,嵌入式Internet应用,嵌入式系统的定义（一）,IEEE对嵌入式系统的定义：Embedded system is a kind of device used to control, monitor or assist the operation of equipment, ma
2、chinery or plant.“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”,嵌入式系统的定义（二）,一般的定义：嵌入式系统是以应用为中心和以计算机技术为基础的，并且软硬件是可裁减的，能满足应用系统对功能、可靠性、实时性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。简单说，嵌入式系统就是应用软件与系统硬件的一体化。,嵌入式系统的特点,系统内核小：一般应用于小型电子装置。 专用性强：软硬件结合紧密，针对硬件进行系统的移植。 系统精简：系统软件和应用软件紧密融合，部分无明显区别。 实时多任务的操作系统： 合理调度多任务，RTOS开发平台。 专门的开发工具和环境。,实验室条件,深圳亿道公
3、司EELiod270教学开发平台 Intel Xscale270 微处理器，520MHz 完善的硬件平台 支持WinCE和Linux操作系统,课程主要内容,ARM与EEliod270开发系统介绍 嵌入式Linux系统的构建与启动分析 嵌入式Linux下程序开发,课程特点,理论结合实践，通过实验掌握知识、锻炼能力 课程涉及面广，要求软硬件综合能力高 硬件（嵌入式开发板、各种硬件接口） ARM汇编语言编程 C/C+语言编程 Linux操作系统 QT、Java等,课程安排（一）,217周（32学时） 2-4周理论课（6学时） 5-17周嵌入式Linux实验 嵌入式Linux基础实验（系统构建、Mak
4、efile实验、Bootloader实验、内核编译实验） 嵌入式Linux驱动程序开发实验（驱动程序结构、IO口驱动实验） GUI应用程序实验，QT移植实验（不用交报告） 自选综合实验（GUI应用开发,QT移植，支持GPRS/GPS/Camera）,评分标准,理论课：10 实验：90 实验表现50% 实验报告30% 出勤10%,内部网络资源,ftp服务器：218.192.169.64，port: 21, user: emb ，pwd: embedded EELiod硬件平台资料 ADS开发系统资料 嵌入式Linux BSP软件包 实验指导书 其他安装软件（虚拟机，Redhat9等）,参考书及资
5、料（一）,ARM嵌入式处理器结构与应用基础，北航出版社，马忠梅等， 2002 嵌入式系统Intel StrongARM结构与开发，北航出版社，陈章龙等， 2002 ARM应用系统开发详解，清华大学出版社，李驹光等， 2003 Redhat Linux 9 从入门与精通，Michael Jang著，邱仲潘等译，电子工业出版社 Linux编程宝典，John Goerzen著，魏永明等译，电子工业出版社,参考书及资料（二）,Alessandro Rubini，魏永明等译，linux设备驱动程序，第二版，中国电力出版社，2002 中国Linux论坛 嵌入式开发网,嵌入式系统的基本构成,嵌入式硬件系统
6、 嵌入式处理器 各种类型存储器 模拟电路及电源 接口控制器及接插件 嵌入式软件系统 板级支持包（BSP） 操作系统（OS/RTOS） 设备驱动（Device Driver） 协议栈（Protocol Stack） 应用程序（Application）,嵌入式处理器的分类,嵌入式微处理器（MPU) ARM Dragonball Mc9328 Mx1 Xscale270 嵌入式微控制器(MCU)8051、P51XA、MC68HC05/11/12/16、68300等 嵌入式DSP处理器 嵌入式片上系统（SOC-System On Chip） 嵌入式可编程片上系统（EPSOC）,ARM嵌入式微处理器,A
7、RM公司成立于1990年，Saxby和12名工程师 ARM=Advanced RISC Machine RISC（精简指令集） 的典型代表 32位处理器技术 嵌入式领域的主力军 ARM处理器有三大特点 体积小、功耗低、成本低，性能高 ARM/Thumb 32/16位双指令系统 全球众多的合作伙伴,ARM,ARM的产品 ARM处理器内核，以知识产权（IP）形式提供给IC生产厂家 硬核：有和特定工艺相连系的物理版图。 软核：用硬件描述语言或C语言写成，用于功能仿真 ARM开发工具、SOC开发工具、评估板等 ARM公司不生产芯片,ARM,赢利模式：专利授权费+版费 目前在通信领域处于统治地位，100
8、%的CDMA手机和85%以上的WCDMA手机 Intel Inside & Inside Intel ARM芯片年出货量超过几十亿片 ARM营收中，手机芯片占2/3,ARM嵌入式微处理器,嵌入式操作系统简介,使用操作系统的好处和坏处 底层硬件抽象化，多任务，在比较复杂的应用情况下优势明显 占用系统资源，简单应用情况下增加开发难度,嵌入式操作系统特点,除具有普通操作系统的功能如任务调度、中断处理等外，嵌入式操作系统还有以下特点： 编码体积小，适合有限的存储空间 面向应用，可裁减和移植 部分要求实时性强，又称实时多任务操作系统（RTOS） 可靠性高以及较强的网络功能,嵌入式操作系统结构,嵌入式操作
9、系统,通常按体系的分类 Windows兼容系列 Windows CE/NT/XP Linux类 嵌入式Linux, uCLinux,RTLinux Android及其派生的iPhone、oPhone、LePhone等 通信领域嵌入式操作系统 VxWorks, Nucleus,VRTX,QNS,pSOS 其他如Symbian、BlackBerry等,嵌入式Linux,特点 免费和代码公开 支持多种硬件平台 可裁剪 使用成本低 强大的网络功能 支持GUI开发 丰富的开发技术资源,嵌入式系统的应用开发,本实验室条件支持： 无OS ADS集成开发环境 有OS 嵌入式Linux Windows CE,嵌
10、入式产品开发过程,集成开发环境,ARM ADS （ARM Developer Suits） 它是ARM公司的集成开发环境，包括命令行开发工具、图形开发工具、实用工具和支持软件4部分，可以进行编辑、编译及调试C、C+及汇编程序。 Metrowerks CodeWarrior for ARM ADS v1.2 ARM汇编及C程序的编辑、编译 AXD调试,嵌入式应用开发的调试,由于嵌入式系统的可用资源有限，嵌入式开发和调试工作通常要通过高性能的宿主机完成。嵌入式应用软件通过宿主机上的交叉编译器，完成交叉编译和连接后下载到目标机。 宿主机：进行嵌入式软件开发的主机 目标机：将要开发的目标板,嵌入式开发
11、的调试方法,大致有以下几种调试方法： 模拟调试方式 ROM Monitor方式（或Angel方式） ICE仿真 JTAG调试与仿真,模拟开发调试方式,模拟开发调试 不需开发板硬件，一台PC即可 纯软件模拟嵌入式处理器的功能和指令。如ARM公司的ARMulator模拟器。 它虽然简单可行，但是缺乏在线调试和实时仿真功能。,ROM Monitor调试方式（一）,ROM Monitor方式（或Angel方式） ROM Monitor（或Angel）是运行在目标机的Flash或ROM的一段程序，它主要负责监控目标机上被调试程序的运行情况。通过和宿主机的配合，完成嵌入式系统的调试。 它是目前低廉有效的一
12、种调试方式。之前课程使用Metrowerks公司的CodeWarrior进行开发调试时要用到的Metro-TRK就属于这类软件。,ROM Monitor调试方式（二）,ICE在线仿真模式,在线仿真(In Circuit Emulator) 传统硬件级仿真调试模式 取下目标板MPU；在线仿真器可以完全仿真MPU的行为；通过卡座等连接到目标板。 它支持单步执行、断点、反汇编、源程序级调试。 优点：功能非常强大，软硬件均可做到完全实时在线调试 缺点： 适合于简单的MPU 一般滞后MPU几个月 价格昂贵,JTAG仿真调试方式（一）,JTAG（Joint Test Action Group）联合测试行动
13、小组，是IEEE的一个标准 JTAG初始主要用于芯片内部测试，可对具有JTAG接口的芯片的硬件电路进行边界扫描和故障检测 后用于调试：在芯片内部定义TAP（Test Access Port)，可以访问寄存器和挂在总线上的设备,JTAG仿真调试方式（二）,JTAG调试器 硬件简单，只进行并口/usb和JTAG接口的电平转换 主要工作由主机软件完成，如JTAG/usb协议转换等 速度慢，一般10K/s级别 JTAG仿真器 硬件复杂，除完成JTAG/usb协议转换，可能有MPU进行控制 提供并口/USB接口等，速度快 价格贵,JTAG仿真调试方式（三）,JTAG仿真器ARM处理器为了方便调试，内含E
14、mbeded ICE 宏单元，并留有JTAG调试接口，支持在线仿真。它无需目标存储器，不占用目标系统的端口。使用集成开发环境配合JTAG仿真器是目前最常用的一种调试方式。,JTAG仿真调试方式（四）,嵌入式Linux开发调试,嵌入式Linux工具链 交叉编译器GCC arm-linux-gcc 项目管理工具MAKE 调试工具GDB break 设置断点 Run 执行程序 Step 单步跟踪进入 Next 单步不进入函数 Print, Display 显示变量值 Quit,EELiod270开发系统介绍,XScale架构PXA270,时钟频率分312MHz、 416MHz、 520MHz 及62
15、4MHz四种 内部集成Intel Wireless MMX技术，该技术可提供额外的性能以支持3D游戏和高级视频 采用了SpeedStep低功耗技术，通过智能管理电压和频率变化实现节省高达55%的功耗 集成了快速捕捉（Intel Quick Capture）技术，使镜头支持400万以上像素,XScale特点,采用ARMV5TE指令集 无线MMX指令单元 IMMU和DMMU I-Cache和D-Cache 写缓冲器（8入口的高速FIFO） 协处理器 电源管理与性能监控 调试单元,XScale协处理器,CP0：用于DSP处理，更好的处理多媒体信息，包含一个40位累加器，并增加了8条新的指令。 CP1
16、：用于无线MMX指令数据传输和状态控制等 CP6：为PXA27X新增的协处理器，主要用于减少访问中断控制寄存器的时间。 CP14：用于系统的性能监视、时钟管理、电源管理和软件调试 CP15：用于MMU控制,PXA270,XSBase270开发平台,触摸屏,8” TFT LCD 640*480,JTAG接口,120pin 扩展接口,PXA270 520MHz,32Pin LCD接口,CF 卡,喇叭,SD/MMC卡,SIM Card,Camera,全功能串口,RTC Battery,红外收发器,RS485,红外串口,Can Bus,以太网口,USB Host,音频输入输出,USB Slave,4*4矩阵键盘,高亮度LED*8,GPS模块接口,步进电机,BT串口,功能转换开关,直流电机,Flash*32M,Sdram*64M,平台硬件分层,分EDR板（底板）和Module板（模块板或核心板） Module板 最小系统 EDR板 功能接口板,
