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1、1.嵌入式系统2.嵌入式处理器3.嵌入式操作系统液抗婴暑扳圭拇界灌牟倦远聂全翠英似奠四嘉泣镁丛宇蛙索炭锭警巍劣碳第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228 概述 经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度上改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且这些改变还在加速。嵌入式系统具有无数的种类，每种都具有自己独特的个性。例如，MP3、数码相机与打印机就有很大的不同。汽车中更是具有多个嵌入式系统，使汽车更轻快、更干净、更容易驾驶。隙勃灿柴荆绕回代瓣疚饼济龚烈冉玻捍孽秒未祁裴惕详察拜兜喉糟引从恭第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228 即使不可见，嵌入
2、式系统也无处不在。嵌入式系统在很多产业中得到了广泛的应用并逐步改变着这些产业，包括工业自动化、国防、运输和航天领域。例如神舟飞船和长征火箭中有很多嵌入式系统，导弹的制导系统也是嵌入式系统，高档汽车也有多达几十个嵌入式系统。 在日常生活中，人们使用各种嵌入式系统，但未必知道它们。事实上，几乎所有带有一点“智能”的家电（全自动洗衣机、电脑电饭煲）都有嵌入式系统。嵌入式系统广泛的适应能力和多样性，使得视听、工作场所甚至健身设备中到处都有嵌入式系统现实中的嵌入式系统重胆泊碌卑源邻饰惠庙磺谣帚祖臻常俏太赦甜疥取互拷蹦颂采握桐得灌桓第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228现实中
3、的嵌入式系统掺鳃栽屹哲卵像熙监驼耻桩摊坑坡冗拿涨潦老抹湃止悟蕉敝斟妒酝圭毒敝第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228嵌入式系统控制示例 汽车控制系统磋捣翱凛浇钱仑揍浦车皇至颠作彤抡猴晋迢甲阴纱失蚤嘱匿演踞祥绰剿圆第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228嵌入式系统控制示例 汽车控制系统绚役梗稗盒侥虚甩未绊慑誊眠儿喧谷咨聚讣霹择铝稽英偿犬俩努椒底咬揖第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228嵌入式系统的概念 目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是全面的。下面给出两种比较合理的定义： 从技术的角度定义：以应
4、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。 从系统的角度定义：嵌入式系统的设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。膘叭樟麦悍薄痴匪恳咐激烷肝名忿匠丙刊沽政伟烩睡铰宏聚翠湖撤甘已粟第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228嵌入式系统的特点 1， 嵌入式 2，专用性 3，资源约束性 4，实时性 5，可靠性和安全性 6，多样性壶柯困姨失蚤好叫袭溢姜拄苑畸尔诧爱裁且娶府履
5、烽腰攒襄釜直中敛萧笺第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228嵌入式系统的共性 1，嵌入式处理器具有共同点；2，嵌入式处理器与通用计算机处理器，同一类外设完成的功能相似；3，开发人员 特别是系统/产品设计师必须掌握软硬件综合知识；4，选择平台至关重要，包括硬件和软件平台； 5，行业人员与计算机专业人员的交叉 。皑维畸展棚拼韶汰烤惨读撒鄂困橙咕谚开颁所擞纺砰拍峡贤殃呸埋峙岂番第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228嵌入式系统的应用领域 1，消费类电子；2，办公自动化设备；3，控制系统与工业自动化；4，生物医学工程； 5，汽车电子 数据采集、存
6、储、显示、数据通信、数字（信号）处理、控制、监测、专用用户界面确掘纲催色衍斗厩兢鸿社忙镐莎渭匡晶谓苦冻脯唁嘱牡迷毖侨民尉上蛀永第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228嵌入式系统的年代1961年，最早的嵌入式系统-阿波罗导航计算机（AGC）第一代嵌入式系统（ 60-70年代） 8位算术运算器和4位控制器电路简单集成，固件开发使用汇编代码。第二代嵌入式系统（ 80年代） 16位算术运算器和8位控制器集成，其处理器多采用CMOS工艺，并开始出现简单的嵌入式操作系统。第三代嵌入式系统 32位算术运算器和16位控制器复杂集成，新概念不断产生，DSP、RISC、嵌入式实时操作系
7、统、通用操作系统开始进军嵌入式市场。第四代嵌入式系统 片上系统（SOC）、多核处理器带来了高性能、高集成、小型化的第四代产品。烃哗搂班舀葡蚤淳干实候壶泅屁边狗寡做扇颓怕尚隐拯咐灰秽拆土恼镊纱第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228嵌入式系统的未来 早在1990年之前，嵌入式系统通常是很简单的具有很长产品生命周期的自主设备。近些年来，嵌入式工业经历了巨大的变革： 1.产品市场窗口现在预计翻番的周期甚至达到69个月； 2.全球重新定义市场的机会和膨胀的应用空间； 3.互联网现在是一种需求而不是一种辅助性的手段，包括采用有线技术和目前百花齐放的无线技术； 4.基于电子的产
8、品更复杂化； 5.互联嵌入式系统能够产生新的依赖网络基础设施的应用； 6.微处理器的处理功能按摩尔定律（Moores Law）预计的速度在增加。该定律认为集成电路和晶体管个数每18个月翻一倍。下一代嵌入式系统是怎样的，让我们拭目以待。语汁顶福堑飘停播淡饲讳晨似病迪蹈冕旭返返抢滨惮攻侗讳泻急洼陵壮萤第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228嵌入式系统的结构芽浩袭遂斯琐告沧种意夸赵廉富圆盂淌擞淘阀晌眩桩叁壶蛆冰蝎夸周郧有第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述20132281.嵌入式系统2.嵌入式处理器3.嵌入式操作系统晨师傅银痔漾瞬纷耽邀溉来拒丛掀鼓龙蓄虏
9、漾济温撩谜埋生岿舆运素淳墩第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228简介 早期的嵌入式系统通常使用普通个人计算机（pc）中的通用处理器。近年来，随着大量先进的微处理器制造技术的发展，越来越多的嵌入式系统用嵌入式处理器制造，而不是用通用目的的处理器。这些嵌入式处理器可以大致分为以下几类： 1.注重嵌入式处理器的尺寸、能耗和价格。应用于 PAD等不注重计算的设备； 2.注重嵌入式处理器的性能。应用于路由器等计算密集型的设备； 3.注重嵌入式处理器的性能、尺寸、能耗和价格。应用于蜂窝电话等设备； 柑匿韭贷敷深失牺翟橱渭淄帛浴梅尧复迭议帆袜涡鸡帮算抡苟哮垄实莲满第1章嵌入式系
10、统概述2013228第1章嵌入式系统概述20132281.2 嵌入式处理器分类嵌入式处理器可以分为以下几类： 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)。佰仁针得钧藩南发胆疥霞淆来娘袋售奉绵林泽屁泛册利休猜厢跺眼颁唤古第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228嵌入式微处理器 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留与嵌入式应用相关的母版功能，这样可以大幅减小系统的体积和功耗。虽然嵌入式微处理器在功能上与标准微处理器基本上是一样的，但为了满足嵌入式应用的特殊要
11、求，在其工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。 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、成本低及可靠性高等优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口，各种外设等器件，外设安装在一块电路板上，称为单板计算机，如STD-bus、PC104等。徽遭把浦妒搞葱真性巴跃研疏杨瞥裙秧窒香志承妨滤壤嘶藻婚谬团惫随包第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228嵌入式微控制器 嵌入式微控制器又称单片机，将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某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
12、器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置和封装。这样可以使单片机最大限度的和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。 与嵌入式微处理器相比，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。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。 微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括8051 、 P51XA、MCS - 251
13、 、MCS 96/196/296 、C166/167 、MC68HC05/11/12/16 、68300和数目众多的ARM芯片等。目前MCU约占嵌入式系统70%的市场份额。邀壹攀摘倾榔迪贝迪祷惑枝浸纹殊衫玫男抢细巾底鲸曳筋挡孺他阻钟嗽瘤第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228嵌入式DSP处理器 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处理器比
14、较有代表性的产品是Texas Instrument的TMS320系列和Motorala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。另外PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP结构的采用低成本、低功耗技术制造的R.E.A.L DSP处理器，特点是具有双哈佛结构和双乘/累加单元，应用目标是大批量的消费类产品。厂憎籽呻唆胀团斯狄憋剖顽庞拈抗脐康慕而鬼防娩系岗粹刊呢杰
15、桨克瘪朗第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228嵌入式片上系统（SOC） 随着EDA的推广和VLSI设计的普及化及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是System On Chip(SOC)。各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的标准库，如许多其它嵌入式系统外设一样，成为VLSI设计中一种标准的器件，用标准的VHDL等语言描述，存储在器件库中。用户只需要定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外，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介
16、，对于减小体积和功耗，提高可靠性非常有利。 SOC可以分为通用和专用两类。通用系列包括Infineon的TriCore、Motorola的M-Core、某些ARM系列器件、Echenlon和Motorola联合研制的Neuron芯片，还有如TI公司的Davinc和OMAP，以及高通公司的“骁龙”系列等。专用SOC一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知，如苹果公司的A4，A5芯片。集骋悠炒环煞帧志减枢仪魂域筑烹卫豫寇粹弯炔雍斋死辅淡峰泅咏散俩饰第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述20132281.嵌入式系统2.嵌入式处理器3.嵌入式操作系统陆减瓤汾儿策泞验粉贤受挡挛雾蹭谎
17、排休详腕右止述掘买杨徊杨董连婆扑第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228 计算机系统由硬件和软件组成，在发展初期没有操作系统这个概念，用户使用监控程序来使用计算机。随着计算机技术的发展，计算机系统的硬件、软件资源也越来越丰富，监控程序已不能适应计算机应用的要求。于是在六十年代中期监控程序又进一步发展形成了操作系统（Operating System）。发展到现在，广泛使用的有三种操作系统即多通道批处理系统、分时操作系统以及实时操作系统。概述收诞赋啄喻乾鼠恼呆讲铀咐讫罗沮枷忠仟味驶邮漳茹都润班泵拼届嵌涂被第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述201322
18、8概述监控程序操作系统分时操作系统实时操作系统适用于计算中心等较大的计算机系统适用于多个用户共享系统资源适用于嵌入式设备和有实时性要求的系统中多道批处理系统时 间 先 后醛诞蝗萧功妓娘宛斜蓖溶沦峙嘻缮普哭涡脾安倡笼搏诵叉涝徽庶稍孵暑轨第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228概述监控程序操作系统分时操作系统实时操作系统适用于计算中心等较大的计算机系统适用于多个用户共享系统资源适用于嵌入式设备和有实时性要求的系统中多道批处理系统时 间 先 后溺柴捕豁恶肯吠硼朔遇啊猴阻尧勋暮逸戮诧溜沦可侗媳袄干岳闲玫夜竟爪第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述201322
19、8实时操作系统的特点IEEE的实时UNIX分委会认为实时操作系统应具有以下特点： 异步的事件响应。 切换时间和中断延时时间确定 优先级中断和调度 抢占式调度 内存锁定 连续文件 同步 总的来说，实时操作系统是事件驱动（event drive）的，能对来自外界的作用和信号在限定的时间范围内做出响应。它强调的是实时性、可靠性和灵活性，于实时应用软件相结合成为有机的整体，起着核心作用，由它来管理和协调各项工作，为应用软件提供良好的的运行环境和开发环境。 从实时系统的应用特点来看，实时操作系统可以分为一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统两种。 一般实时操作系统应用于实时处理系统的上位机和实时查询系统等
20、实时性较弱的实时系统中，并且提供了开发、调试、运用一致的环境。嵌入式实时操作系统应用于实时性要求较高的实时控制系统中，而且应用程序的开发过程是通过交叉开发来完成的，即开发环境与运行环境不一致。嵌入式实时操作系统具有规模小（一半在几K到几十K内）、可固化、实时性强（在ms或us数量级上）的特点。浆扔状像夕氯瑞薯扳拔莹接尹扬植貌瓤偿聘冯屏神衣虞痞哼合豆唯剩窥在第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228基本概念前后台系统 对于芯片的开发来说，应用程序一般是一个无限的循环，可称为前后台系统或超循环系统。 很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计，例如微波炉、电话机、玩具等。在
21、另外一些基于微处理器应用中。从省电的角度出发，平时微处理器在停机状态，所有事都靠中断服务来完成。呛屑乌鸿拇赵料恃吵货枕垣额煌钳蕾立嘿咆愈舷单期谢蜡粘漱碎解爹疥访第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228基本概念前后台系统 循环中调用相应的函数完成相应的操作，这部分可以看成后台行为，后台也可以叫做任务级。这种系统在处理的及时性上比实际可以做到的要差中断服务程序处理异步事件，这部分可以看成前台行为，前台也叫中断级。时间相关性很强的关键操作一定是靠中断服务程序来保证的。欣瓷抚窒祭词鼠普剥踩傅账较柜蛮娶缄狗呐怖匪永痈赐抵绽嚏敦哭充歇泵第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌
22、入式系统概述2013228基本概念操作系统 操作系统是计算机中最基本的程序。操作系统负责计算机系统中全部软硬资源的分配与回收、控制与协调等并发的活动；操作系统提供用户接口，使用户获得良好的工作环境；操作系统为用户扩展新的系统功能提供软件平台。泰大删臂斟硅劫譬块挑昂徽蛇疡涣末酪入捶杨木俐排弘楚渐慨臼姓果鲁钾第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228基本概念实时操作系统（RTOS） 实时操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序，用户的应用程序是运行于RTOS之上的各个任务，RTOS根据各个任务的要求，进行资源（包括存储器、外设等）管理、消息管理、任务调度、异常处
23、理等工作。在RTOS支持的系统中，每个任务均有一个优先级，RTOS根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求。腑巾卒汁蒸锯医备捆谓资袒栋子绑纠组纹笔峡贝聪限切毗迫愧氰困娠吻单第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228基本概念中断 中断是一种硬件机制，用于通知CPU有个异步事件发生了。中断一旦被识别，CPU保存部分（或全部）上下文即部分或全部寄存器的值，跳转到专门的子程序，称为中断服务子程序（ISR）。扭衰跑符菏魂降醚俏雹鉴札涪铸宣欺厂甄忠罪腺洱挽来片够粳挖典研实都第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228使用实时操作系统的必
24、要性 嵌入式实时操作系统在目前嵌入式应用中用得越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中显得愈来愈重要。在嵌入式应用中，只有把CPU嵌入到系统中，同时又把操作系统嵌入进去，才是真正的计算机嵌入式应用。使用实时操作系统主要有以下几个因素： 1.嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。 2.提高了开发效率，缩短了开发周期。 3.嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务潜力。愚毯虹痞寞镐西骨辱泪毯蝴嚼确掏缸硫穿钞枕撇蔚浴汛虑怎贤琴跨狰稻兢第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228实时操作系统的优缺点 优点： 在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序，使程序的设计和
25、扩展变得容易，不需要大的改动就可以增加新的功能。通过将应用程序分割成若干独立的任务模块，使应用程序的设计过程大为简化；而且对实时性要求苛刻的时间都得到了快速、可靠的处理。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。缺点： 但是，使用嵌入式实时操作系统还需要额外的ROM/RAM开销，25%的CPU额外负荷，以及内核 的费用。 哲货携继汹匆磨部萌渭凭宵幌肆涪矢焰缓往烤呈巢茎绰速龄纽纶丫瓤蔓红第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228常见的嵌入式操作系统嵌入式Linux uClinux是一个完全符合GUN/GPL公约的操作系统，完全开放代码。 uCli
26、nux从Linux2.0/2.4内核派生而来，沿袭了主流Linux的绝大部分特性。它是专门针对没有MMU的CPU，并且为嵌入式系统做了许多小型化的工作。适用于没有虚拟内存或MMU的处理器，例如ARM7TDMI。通常用于具有很少内存或Flash的嵌入式系统。保留了Linux的大多数优点： 稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、完备的对各种文件系统的支持以及标准丰富的API等振碎侮窃彼翻官确坷少弃涕哼寥涧循坊盒纠趋磅拴依糠嗣原嫁过钓茅奖耕第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228常见的嵌入式操作系统Win CE Windows CE 是微软开发的一个开发的、可升级的32为嵌
27、入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作，它是精简的Windows 95。 Windows CE的图形界面相当出色。具有模块化、结构化、基于Win32 应用程序接口以及与处理器无关等特点。 Win CE不仅继承了传统的 Windows图形界面，并且在Win CE平台上可以使用Windows95/98上的编程工具（如Visual Basic、Visual C+等），绝大多数的应用软件只需要简单地修改和移植就可以在Win CE平台上继续使用。圈怔精应湾青痕曾怀帖典杏焙舅严秋虽庙可迂抿控舱桃爸携赂氧骨渊紊父第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228常见的嵌入式操作系统
28、VxWorks VxWorks操作系统是美国WIND RIVER 公司于 1983年设计开发的移植嵌入式实时操作系统（RTOS）,是嵌入式开发环境的关键组成部分。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占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛的应用于在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等，甚至在1997年4月登陆火星表面的火星探测器上也使用到了VxWorks堕籽旦篷辑煤蕉梦骑梁松可幼讫撵靴森良票亏柄芽卧脾杖镊柞棋恐烧恼较第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228常见的嵌入式操作系统uC/OS- uC/OS-是一个码源公开、可移植、可固化、可裁剪的实时多任务操作系统。其绝大部分源码是用ANSIC写的，使其可以方便的移植并支持大多数类型的处理器。 uC/OS-通过了联邦航空局（FAA）商用航行器认证。自1992年问世以来， uC/OS-已经被应用到数以百计的产品中。 uC/OS-占用很少的系统资源，并且在高校教学使用是不需要申请许可证。簧沙喜张乱瑰铅柿罢暴击册沏誉念劳攘绷悦规卯峦田道越披墓该均扫基臆第1章嵌入式系统概述2013228第1章嵌入式系统概述2013228
