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1、嵌入式系统设计基础 2016春季学期 李肃义,第一章 绪 论,1.1 嵌入式系统的定义和组成 1.2 嵌入式处理器 1.3 嵌入式操作系统 1.4 嵌入式系统的发展与应用,教学目的和要求,了解嵌入式系统的组成以及应用领域。 重点掌握嵌入式系统的定义、嵌入式系统的性能特点。,*嵌入式系统的定义和组成,超级计算机 2015年世界排名： 1、中国国防科技大学研制的“天河二号”超级计算机，以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度获得四连冠。 2、美国能源部下属橡树岭国家实验室的“泰坦”则连续4次屈居亚军，其浮点运算速度为每秒17.59千万亿次。,超级计算机、大型机、小型机、服务器、PC机、专用机、微型计
2、算机,嵌入式系统定义 通俗：嵌入对象体系中的专用计算机系统。 国际电气和电子工程师协会（IEEE）：devices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants 。 国内较权威的定义：“以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可剪裁，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”。,嵌入式系统的定义和组成,嵌入式系统特点 （1）体积小、功耗低、专用性：成本、便携、功能和功耗 （2）高可靠性和实时性：运行环境差异大 （3）高效率地设计：量体裁衣、去除冗余，
3、在有限资源上实现高性能 （4）需要开发环境和调试工具：采用宿主机-目标机的开发模式,嵌入式系统的定义和组成,嵌入式系统的组成,嵌入式系统的定义和组成,嵌入式系统的组成 1、硬件 处理器：嵌入式微处理器（MPU）、嵌入式微控制器（MCU）、嵌入式数字信号处理器（DSP）、嵌入式片上系统（SOC）。 存储系统：RAM、ROM、FLASH。操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。 外围电路：时钟及系统复位电路。 外部设备：实现人机接口的键盘、显示器等设备及接口电路。 接口： I2C、SPI、UART和USB等。在设计系统的时候，通常只要把处理器和外设进行物理连接就可以实现外围接口扩展了。,嵌入式系统
4、的定义和组成,嵌入式系统的组成 2、软件 一般由嵌入式操作系统和应用软件组成。 应用软件是嵌入式系统中的上层软件，它定义了嵌入式设备的主要功能和用途。,嵌入式系统的定义和组成,嵌入式微处理器 MPU 保留了和嵌入式系统应用紧密相关的功能硬件，添加了必要的扩展电路与接口电路。 MPU具有小体积、高性能、低功耗特点， 对实时和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。 MPU一般为32位。目前主要的类型有ARM公司的ARM系列和Cortex系列、IBM公司的Power PC、MIPS公司的MIPS系列等。在我国ARM内核的MPU占主导地位。,*嵌入式处理器,嵌入
5、式微控制器 MCU MCU又称为单片机：将中央处理单元、存储器及其外围电路、外设接口集成在一个芯片中，用于构成各种工业控制单元、实现嵌入式应用的智能化微控制器。 MCU具有集成度高、体积小、可靠性高、性价比高、低功耗特点，,嵌入式处理器,DSP DSP是专门用于数字信号处理方面的处理器。在数字滤波、FFT、谱分析、语音合成和处理、编码解码器、图像处理等领域获得了大规模的应用。 比较有代表性的产品是TI的TMS320系列、ADI公司的ADSP21XX系列、Motorola公司的DSP56000系列以及Siemens的TriCore等。,嵌入式处理器,SoC SoC技术是一种高度集成化、固件化的系
6、统集成技术。使用SoC技术设计系统的核心思想，就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。 SoC设计的关键技术主要包括总线架构技术、IP核可复用技术、软硬件协同设计技术、SoC验证技术、可测性设计技术、低功耗设计技术、超深亚微米电路实现技术等，此外还要做嵌入式软件移植、开发研究，是一门跨学科的新兴研究领域。,嵌入式处理器,苹果SoC片上系统 Apple A4基于ARM处理器架构，内部集成基于45纳米制程的一颗ARM Cortex-A8处理器内核以及一颗PowerVR SGX 535图形处理内核。,嵌入式处理器,Apple A4核心显微拍照图,早期的嵌入式系统大多采用8或16位单片机作为核心
7、控制器，无操作系统，程序员直接对硬件设备进行编程。 当嵌入式系统规模增大、功能加强，在嵌入式操作系统环境下开发应用软件，程序员不必直接面对嵌入式硬件设备，而是采用嵌入式软件开发环境，可大大提高效率，降低成本，缩短周期。,*嵌入式操作系统,嵌入式操作系统（EOS）相对于一般操作系统而言，仅指操作系统的内核（或者微内核），其他的诸如窗口系统界面或是通讯协议等模块，可以另外选择。 EOS具有多任务管理、存储管理、周边资源管理与中断管理功能。 常用的EOS有VxWorks、嵌入式Linux、Windows CE、C/OS-II和PalmOS等。 国产的开源嵌入式操作系统有RT-Thread、DeltaOS等。,嵌入式操作系统,发展 从单片机的出现到今天各种嵌入式微处理器、微控制器的广泛应用，嵌入式系统的发展历程，大致经历了以下4个阶段。 （1）无操作系统阶段 （2）简单操作系统阶段 （3）实时操作系统阶段 （4）面向Internet阶段,*嵌入式系统发展与应用,应用,嵌入式系统发展与应用,军事、国防,
