嵌入式系统自学教程资料学习教案

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1、会计学1嵌入式系统自学嵌入式系统自学(zxu)教程资料教程资料第一页，共69页。1C H A P T E R绪论绪论(xln)第1页/共69页第二页，共69页。主要(zhyo)内容嵌入式系统(xtng)简介嵌入式处理器嵌入式操作系统嵌入式系统(xtng)的典型应用嵌入式系统的基本设计过程第2页/共69页第三页，共69页。第3页/共69页第四页，共69页。（系统角度）n术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统（被称之为嵌入的系统）的一个完整子系统。嵌入式的系统可以包含多个嵌入式系统。n广义定义n任何一个非计算机的计算系统第4页/共69页第五页，共69页。n片级：各种(zhn)以单片机、DSP、微处

2、理器为核心的产品第5页/共69页第六页，共69页。第6页/共69页第七页，共69页。n发展历史n 嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。一个手持的MP3和一个PC104的微型工业控制计算机都可以认为是嵌入式系统。n 嵌入式系统已经有了近30年的发展历史，它是硬件和软件交替发展的双螺旋式发展。n 最早的单片机是Intel公司的8048，它出现在1976年nMotorola同时推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，这些早期的单片机均含有256字节的RAM、4K的ROM、4个8位并口、1个全双工串行口、两个16位定时器。n 之后在80年代初，Intel又进一步完善(wnshn)了8048

3、，在它的基础上研制成功了8051。第7页/共69页第八页，共69页。、HopenHopen、Delta OSDelta OS等嵌入式操作系等嵌入式操作系统也相继出现。统也相继出现。第8页/共69页第九页，共69页。的设计方法和开发工具是嵌入式计算学科的关键技术。第9页/共69页第十页，共69页。第10页/共69页第十一页，共69页。第11页/共69页第十二页，共69页。第12页/共69页第十三页，共69页。第13页/共69页第十四页，共69页。n实时系统n实时系统的正确性依赖于运行结果的逻辑正确性和运行结果产生的时间正确性，即实时系统必须在规定的时间范围内正确地响应外部物理过程的变化。n嵌入式

4、系统实时系统n有些嵌入式系统没有实时性要求第14页/共69页第十五页，共69页。嵌入式系统(xtng)简介处理器存储器输入(shr)接口操作系统(co zu x tn)(协议栈)应用程序软件子系统软件子系统硬件子系统硬件子系统嵌入式系统组成输出接口外围设备外围设备第15页/共69页第十六页，共69页。第16页/共69页第十七页，共69页。第17页/共69页第十八页，共69页。第18页/共69页第十九页，共69页。第19页/共69页第二十页，共69页。第20页/共69页第二十一页，共69页。主要(zhyo)内容嵌入式系统(xtng)简介嵌入式处理器嵌入式操作系统嵌入式系统(xtng)典型应用嵌入

5、式系统的基本设计过程第21页/共69页第二十二页，共69页。n微处理器(Microprocessor Unit,MPU)n微控制器(Microcontroller Unit,MCU)n嵌入式DSP(Embedded Digital Signal Processor,EDSP)n片上系统(xtng)(System On Chip)第22页/共69页第二十三页，共69页。第23页/共69页第二十四页，共69页。n目前(mqin)主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等第24页/共69页第二十五页，共6

6、9页。第25页/共69页第二十六页，共69页。第26页/共69页第二十七页，共69页。第27页/共69页第二十八页，共69页。第28页/共69页第二十九页，共69页。第29页/共69页第三十页，共69页。ASIC CoreMemoryEmbedded ProcessorCoreAnalogFunctionsCommunicationSensorInterface第30页/共69页第三十一页，共69页。第31页/共69页第三十二页，共69页。主要(zhyo)内容嵌入式系统(xtng)简介嵌入式处理器嵌入式操作系统嵌入式系统典型(dinxng)应用嵌入式系统的基本设计过程第32页/共69页第三十三

7、页，共69页。第33页/共69页第三十四页，共69页。n操作系统分类(fn li)n微内核（micro-kernel）n单晶内核（monolithic kernel）n混合内核（hybrid kernel）第34页/共69页第三十五页，共69页。IEEE 的实时UNIX分委会认为(rnwi)实时操作系统应具备以下的几点:异步的事件响应 切换时间和中断延迟时间确定 优先级中断和调度 抢占式调度 内存锁定 连续文件 同步 第35页/共69页第三十六页，共69页。总的来说实时操作系统是事件驱动的，能对来自外界的作用和信号在限定的时间(shjin)范围内作出响应。它强调的是实时性、可靠性和灵活性,与实

8、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运行软件环境及开发环境。从实时系统的应用特点来看实时操作系统可以分为两种：一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统。第36页/共69页第三十七页，共69页。第37页/共69页第三十八页，共69页。前后(qinhu)台系统第38页/共69页第三十九页，共69页。n基本概念 中断服务程序处理异步事件，这部分可以看成(kn chn)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。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(xngwi)，后台也可以叫做任务级。这种系统在

9、处理的及时性上比实际可以做到的要差。ISRISRISRISR后台前台中断服务程序时间前后(qinhu)台系统嵌入式操作系统第39页/共69页第四十页，共69页。操作系统(co zu x tn)硬件硬件驱动操作系统用户程序第40页/共69页第四十一页，共69页。实时操作系统（RTOS）第41页/共69页第四十二页，共69页。代码(di m)的临界区第42页/共69页第四十三页，共69页。资源(zyun)第43页/共69页第四十四页，共69页。任务A共享资源任务B任务C信号量共享资源访问共享资源(zyun)之前申请信号量其它任务(rn wu)访问受阻而不能使用共享资源得到允许后，才能使用共享资源第

10、44页/共69页第四十五页，共69页。任务(rn wu)第45页/共69页第四十六页，共69页。任务(rn wu)切换第46页/共69页第四十七页，共69页。内核(ni h)第47页/共69页第四十八页，共69页。调度(diod)第48页/共69页第四十九页，共69页。非占先(zhn xin)式内核第49页/共69页第五十页，共69页。占先(zhn xin)式内核第50页/共69页第五十一页，共69页。任务(rn wu)优先级第51页/共69页第五十二页，共69页。中断(zhngdun)第52页/共69页第五十三页，共69页。前后台系统中断(zhngdun)ISR任务ISR非占先操作系统任务A

11、任务B任务CISR占先操作系统任务A任务B任务C第53页/共69页第五十四页，共69页。时钟(shzhng)节拍第54页/共69页第五十五页，共69页。n嵌入式操作系统增加ROM/RAM等额外开销，510的CPU额外负荷。第55页/共69页第五十六页，共69页。第56页/共69页第五十七页，共69页。主要(zhyo)内容嵌入式系统(xtng)简介嵌入式处理器嵌入式操作系统嵌入式系统的典型(dinxng)应用嵌入式系统的基本设计过程第57页/共69页第五十八页，共69页。嵌入式应用信息家电智能(zh nn)玩具军事(jnsh)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消费电子军

12、事国防军事国防电子商务网络网络工业控制工业控制第58页/共69页第五十九页，共69页。goReader Internet eBookSamsung AnyWebInternet Screen PhoneeRemoteIntelligent Home ControllerTektronix TDS7000 Digital OscilloscopesNixvue Digital AlbumDigital Photo Album一些(yxi)典型的嵌入式系统应用实例第59页/共69页第六十页，共69页。第60页/共69页第六十一页，共69页。第61页/共69页第六十二页，共69页。现代化家庭(jit

13、ng)第62页/共69页第六十三页，共69页。第63页/共69页第六十四页，共69页。第64页/共69页第六十五页，共69页。nn处理器发展趋向低成本、高整合性与低耗能。n整合数字与模拟处理的技术。n较PC更强调通讯能力。n利用软件增加产品的差异性(高附加价值的关键)第65页/共69页第六十六页，共69页。信息家电定义代表性产品网络电视具有机顶盒或内建网络连接的电视Microsoft WebTV网络可视电话具有集成网络接入的屏幕电话InfoGear iPhone网络游戏机具有集成网络接入的游戏操纵台Sega Dreamcast网络智能手持器件蜂窝电话、个人数据助理（PDA）和其它集成网络接入的

14、便携式器件3Com Palm AT&T PocketNet Phone Nokia 9000,9000I,9110,7110NC委托（clients）提供网络接入以及能下载应用软件的器件IBM NetStationPC-中间器件通过PC接入网络以下载内容的器件DIAMON Multimedia Rio Player Nuvomedia Rocket e-BookAudible Mobile PlayerSource:IDC,Hambrecht&Quist第66页/共69页第六十七页，共69页。主要(zhyo)内容嵌入式系统(xtng)简介嵌入式处理器嵌入式操作系统嵌入式系统(xtng)应用及发

15、展趋势嵌入式系统的基本设计过程第67页/共69页第六十八页，共69页。n以自顶向下的角度来看，系统设计(shj)从系统需求分析开始；第二步是规格说明，在这一步我们对需设计(shj)的系统功能进行更细致地描述，这些描述并不涉及系统的组成；第三步是系统结构设计(shj)，在这一阶段以大的构件为单位设计(shj)系统内部详细构造，明确软、硬件功能的划分；第四步是构件设计(shj)，它包括系统程序模块设计(shj)、专用硬件芯片选择及硬件电路设计(shj)；第五步是系统集成，在完成了所有构件设计(shj)的基础上进行系统集成，构造出所需的完整系统。需求分析规格说明体系结构设计构件设计系统调试与集成第68页/共69页第六十九页，共69页。