最新嵌入式原理系统PPT课件

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1、嵌入式原理系统嵌入式原理系统21 1、掌握一种学习方法、掌握一种学习方法2 2、学习了解嵌入式技术研发的基本概念、方法、学习了解嵌入式技术研发的基本概念、方法和知识和知识3 3、获得嵌入式开发设计实践经验、获得嵌入式开发设计实践经验希望大家有所收获希望大家有所收获3456789l它们被广泛地应用到工业控制系统、仿真系统、医疗仪它们被广泛地应用到工业控制系统、仿真系统、医疗仪器、信息家电、通信设备等众多领域中。器、信息家电、通信设备等众多领域中。lPDAPDA在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，作为企业专用解决方案，如物流管理、条码扫描、移动作

2、为企业专用解决方案，如物流管理、条码扫描、移动信息采集等信息采集等l自动控制领域，不仅可以用于自动控制领域，不仅可以用于ATMATM机，自动售货机，工机，自动售货机，工业控制等专用设备，和移动通讯设备结合、业控制等专用设备，和移动通讯设备结合、GPSGPS、娱乐、娱乐相结合，硬件方面，不仅有各大公司的微处理器芯片，相结合，硬件方面，不仅有各大公司的微处理器芯片，还有用于学习和研发的各种配套开发包。还有用于学习和研发的各种配套开发包。l尤其是在最近几年，嵌入式设备不断地进入到新的应用尤其是在最近几年，嵌入式设备不断地进入到新的应用领域，比如领域，比如PDAPDA、手持设备、手持设备、AutoPC

3、AutoPC、智能电话和机项、智能电话和机项盒（盒（STBSTB）等。）等。嵌入式技术正在形成一种产业嵌入式技术正在形成一种产业 10l在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术。在广在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术。在广播电视领域，美国已开始由模拟电视向数字电视转变，播电视领域，美国已开始由模拟电视向数字电视转变，欧洲的欧洲的DVBDVB（数字电视广播）技术已在全球大多数国家（数字电视广播）技术已在全球大多数国家推广。推广。l北京数字电视，凤凰数字卫视，高清晰、互动点播、北京数字电视，凤凰数字卫视，高清晰、互动点播、机顶盒。机顶盒。l在中国有在中国有80008000万有线电视网用户，万

4、有线电视网用户，1 1亿以上的有线电话亿以上的有线电话网用户，为其发展提供了巨大市场。网用户，为其发展提供了巨大市场。l针对如此巨大的市场，嵌入式系统的研发和生产也给针对如此巨大的市场，嵌入式系统的研发和生产也给我国信息产业实现跨越式发展提供了良好的机遇。我国信息产业实现跨越式发展提供了良好的机遇。嵌入式技术正在形成一种产业嵌入式技术正在形成一种产业 11l据国外某研究机构的统计，据国外某研究机构的统计，19991999年，嵌入式操作系统全年，嵌入式操作系统全球产值球产值3.623.62亿美元，比亿美元，比19981998年的年的3.053.05亿美元增长了亿美元增长了18.7%18.7%。而

5、另一研究机构则预计，从。而另一研究机构则预计，从19971997年到年到20012001年，年，嵌入式系统市场将以年均嵌入式系统市场将以年均240240的速度增长，的速度增长，20012001年的年的市场规模将达到市场规模将达到317317亿美元亿美元l再从手持设备市场来看，再从手持设备市场来看，20002000年的全球产销量为年的全球产销量为12901290万万部，而到部，而到20042004年时预计将为年时预计将为63406340万部。万部。l据预测，据预测，20012001年中国信息家电市场将达到年中国信息家电市场将达到500500亿亿-700-700亿亿元，元，20042004年有望达

6、到年有望达到35003500亿亿-5000-5000亿元。亿元。l目前，嵌入式操作系统的品种较多，一年前的统计显示，目前，嵌入式操作系统的品种较多，一年前的统计显示，仅用于信息家电的嵌入式操作系统就有仅用于信息家电的嵌入式操作系统就有4040种左右。种左右。嵌入式系统市场分析嵌入式系统市场分析12l高级酒店，电话、高级酒店，电话、TVTV、INTERNETINTERNET、PLAYPLAY、EMAILEMAIL、KEYKEY、无线集成；无线集成；美国正在启动一项计划，网络无线介入平台美国正在启动一项计划，网络无线介入平台l飞机的电子设备，巴黎、东京、汉城等城市地铁买票系统飞机的电子设备，巴黎、

7、东京、汉城等城市地铁买票系统l电子菜单、日本数码相机等；电子菜单、日本数码相机等；l未来超市购买东西不排队，未来超市购买东西不排队，施乐施乐XeroxXerox公司于公司于7070年代初开始实施其年代初开始实施其无纸办公室的计划，首先开发了自动付款机系统。它设想要求超市无纸办公室的计划，首先开发了自动付款机系统。它设想要求超市中的每件商品都有一个存贮商品价钱的芯片。当商品小推车经过记中的每件商品都有一个存贮商品价钱的芯片。当商品小推车经过记帐。当信用卡帐。当信用卡“扫过扫过”时，就给出清单，这样记账时就不用排队了。时，就给出清单，这样记账时就不用排队了。l医疗电子病历、手持医疗仪器、德国血压仪

8、、医疗电子病历、手持医疗仪器、德国血压仪、举例说明举例说明13l通讯行业：华为、中兴、大唐、通讯行业：华为、中兴、大唐、l国内国内ITIT业：联想、同方、方正、业：联想、同方、方正、l外资企业：微软、外资企业：微软、IBMIBM、GEGE、l工业领域：工业领域：SiemensSiemens、ABBABB、研华、研华、l国内中小型高新技术企业国内中小型高新技术企业社会对嵌入式系统设计人才的迫切需求社会对嵌入式系统设计人才的迫切需求14l l嵌入式系统设计是一门综合性的课程，涉及涉及电子、嵌入式系统设计是一门综合性的课程，涉及涉及电子、嵌入式系统设计是一门综合性的课程，涉及涉及电子、嵌入式系统设计

9、是一门综合性的课程，涉及涉及电子、计算机、自动控制计算机、自动控制计算机、自动控制计算机、自动控制等诸多专业知识，综合性强，可包括等诸多专业知识，综合性强，可包括微机原理、单片机设计、操作系统等微机原理、单片机设计、操作系统等微机原理、单片机设计、操作系统等微机原理、单片机设计、操作系统等课程内容。嵌入式课程内容。嵌入式系统是系统是软件、硬件设计的完美结合软件、硬件设计的完美结合软件、硬件设计的完美结合软件、硬件设计的完美结合。l理论与实践相结合：实践是嵌入式系统课程的重要环节，理论与实践相结合：实践是嵌入式系统课程的重要环节，缺乏实践的嵌入式系统课程是纸上谈兵。缺乏实践的嵌入式系统课程是纸上

10、谈兵。l通过嵌入式系统课程学习，可提升嵌入式系统设计的专通过嵌入式系统课程学习，可提升嵌入式系统设计的专业知识和实际设计能力。业知识和实际设计能力。l知识的积累是与精力和时间的付出成正比的，要成为高知识的积累是与精力和时间的付出成正比的，要成为高手和专家，就需要不断的努力。手和专家，就需要不断的努力。l学无止境。学无止境。对提高专业知识和实践能力大有帮助对提高专业知识和实践能力大有帮助15本节提要本节提要1 13 32 25 54 4为什么要学习嵌入式系统为什么要学习嵌入式系统嵌入式系统的定义、特点及架构嵌入式系统的定义、特点及架构嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统与单片机、嵌

11、入式系统与单片机、PC的区别的区别嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域16二、嵌入式系统的定义、特点与体系结构二、嵌入式系统的定义、特点与体系结构嵌入式应用嵌入式应用信息家电信息家电智能玩具智能玩具军事电子军事电子通信设备通信设备移动存贮移动存贮工控设备工控设备智能仪表智能仪表汽车电子汽车电子网络设备网络设备消费电子消费电子军事国防军事国防电子商务电子商务网络网络工业控制工业控制17IEEEIEEE定义定义 根据根据IEEEIEEE的定义：的定义：嵌入式系统是嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器用于控制、监视或者辅助操作机器用于控制、监视或者辅助操作机器用于控制、监视或者辅助操作机

12、器和设备的装置和设备的装置和设备的装置和设备的装置”（原文为（原文为devices used to control,devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plantsmachinery or plants）。）。可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附

13、属装置。18一般定义一般定义 “以以应用应用为中心、以为中心、以计算机技术计算机技术计算机技术计算机技术为基础、为基础、软件硬件可裁剪软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求功耗严格要求的的专用专用计算机系统。计算机系统。”19l嵌入式系统是以嵌入式系统是以嵌入式应用嵌入式应用为目的的计算机系统。可为目的的计算机系统。可分为系统级、板级、片级分为系统级、板级、片级l系统级：各种类型的工控器、系统级：各种类型的工控器、PC104PC104模块模块l板级：各种类型的带板级：各种类型的带CPUCPU的主板及的主板及OEMOEM产品产品l片级：各种以单片机、片级

14、：各种以单片机、DSPDSP、微处理器为核心的产品、微处理器为核心的产品微机学会的定义微机学会的定义20嵌入式系统的几个重要特征嵌入式系统的几个重要特征（1 1）系统内核小）系统内核小l由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多以内核较之传统的操作系统要小得多。l比如比如ENEAENEA公司的公司的OSEOSE分布式系统，内核只有分布式系统，内核只有5K5K，而，而WindowsWindows的内核则要大得多。的内核则要大得多。21（）专用性强（）专用性强l嵌入式系统的个性化很强，

15、其中的嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植。l即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。的变化和增减不断进行修改。l同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程同时针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的序的编译下载要和系统相结合，这种修改和通用软件的“升级升级”是完全不同的概念。是完全不同的概念。22（）系统精简（）系统精简l嵌入式系统嵌入式

16、系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。23（）高实时性（）高实时性OSOSl这是嵌入式软件的基本要求，而且这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固态存储，软件要求固态存储，以提高速度以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性、实时。软件代码要求高质量和高可靠性、实时性。性。24（5 5）嵌入式软件开发走向标准化）嵌入式软件开发走向标准化l嵌入式系统的应用程序嵌入式系统的应用程序可以没有操

17、作系统直接在芯片可以没有操作系统直接在芯片上运行。上运行。l为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以为了合理地调度多任务、利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，用户必须自行选配及和专家库函数接口，用户必须自行选配RTOSRTOS（RealRealTime Operating SystemTime Operating System）开发平台，这样才能保）开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。障软件质量。25（6 6）嵌入式系统需要开发工具和环境）嵌入式系统需要开发工具和环境l由于其本身不具备自主开发

18、能力，即使设计完成以由于其本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后，用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改，后，用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。必须有一套开发工具和环境才能进行开发。l这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。l开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序开发时往往有主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。替结

19、合进行。26嵌入式系统的架构嵌入式系统的架构输入输入输出输出操作系统操作系统应用程序应用程序软件软件结构结构硬件硬件结构结构27 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下微处理器一般就具备以下4 4个特点个特点l对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。低限度。l具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结具有功能很强的存储区保护功能

20、。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。l可扩展的处理器结构，以能最迅速地开发出满足应用的最高性能可扩展的处理器结构，以能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。的嵌入式微处理器。l嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式

21、系统更是如此，如需要功耗只有功耗只有mWmW甚至甚至WW级。级。嵌入式处理器嵌入式处理器28嵌入式微处理器嵌入式微处理器全世界只有4%的计算机处理芯片用于计算机中Source:Embedded Systems Programming,May 1999Average car has about 15 microprocessors.Mercedes S-class:63 microprocessors!32-bit嵌入式微处理器16-bit8-bit4-bit250 million1 billion1 billion1 billion125 million PCsIntel,AMDMotorol

22、a,ARM,MIPS,i960,x86,其中只有其中只有4%4%的的微处理器微处理器29嵌入式微处理器分类嵌入式微处理器分类30（1）嵌入式微控制器）嵌入式微控制器l嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种位的电子嵌入式微控制器的典型代表是单片机，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。器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。l单片机芯片内部集成单片机芯片内部集成ROM/EPROMROM/EPROM、RAMRAM、总线、总线逻辑、总线、总线逻辑、定时定时/计数器、看门狗、计数器、看门狗、I/OI/O、串行口、脉宽调制输出、串行口、脉宽调制输出、A/DA/D、D/AD/A、

23、Flash RAMFlash RAM、EEPROMEEPROM等各种必要功能和外设。等各种必要功能和外设。31l微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从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。而使功耗和成本下降、可靠性提高。l微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器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。称为微控制器。32（2）嵌入式）嵌入式DSP处理器处理器lDSPDSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结处理器是专门用于信号处理方

24、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、构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFTFFT、谱、谱分析等各种仪器上分析等各种仪器上DSPDSP获得了大规模的应用。获得了大规模的应用。lDSPDSP的理论算法在的理论算法在7070年代就已经出现，但是由于专门的年代就已经出现，但是由于专门的DSPDSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPUMPU等由分立等由分立元件实现。元件实现。1982 1982年世界上诞生了首枚年世界上诞生了首枚DSPDSP芯片。在语音合芯片。在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。成和编码解码器

25、中得到了广泛应用。DSP DSP的运算速度进一的运算速度进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。面。l 目前最为广泛应用的嵌入式目前最为广泛应用的嵌入式DSPDSP处理器是处理器是TITI的的TMS320C2000/C5000TMS320C2000/C5000系列，另外如系列，另外如IntelIntel的的MCS-296MCS-296和和SiemensSiemens的的TriCoreTriCore也有各自的应用范围。也有各自的应用范围。33lMPUMPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPUCP

26、U演变而来的。演变而来的。l与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，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，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，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。34l和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重和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、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有器类型有Am186/88Am186/88、38

27、6EX386EX、SC-400SC-400、Power PCPower PC、6800068000、MIPSMIPS、ARM/ARM/StrongARMStrongARM系列等系列等35lSoC SoC 就是就是System on Chip System on Chip，SoCSoC嵌入式系统微处理嵌入式系统微处理器就是一种电路系统。器就是一种电路系统。l它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，像是像是ARM RISCARM RISC、MIPS RISCMIPS RISC、DSPDSP或是其他的微处理或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，像

28、是通用串行端口器核心，加上通信的接口单元，像是通用串行端口（USBUSB）、）、TCP/IPTCP/IP通信单元、通信单元、GPRSGPRS通信接口、通信接口、GSMGSM通通信接口、信接口、IEEE1394IEEE1394、蓝牙模块接口等等，这些单元、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以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理芯片。芯片。（4）嵌入式片上系统）嵌入式片上系统(System On Chip)36lSoCSoC是追求产品系统最大包容的集成器件，是追求产品系统最大包容的集成器件，SOCSOC最大的特点最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在

29、处理器片内嵌入操是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。作系统的代码模块。l运用运用VHDLVHDL等硬件描述语言不需要再像传统的系统设计一样，等硬件描述语言不需要再像传统的系统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点点的连接焊制，只需要使用绘制庞大复杂的电路板，一点点的连接焊制，只需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。商进行生产。37l由于由于SOCSOC往往是专用的，所以大部分都不为用户

30、所知，如往往是专用的，所以大部分都不为用户所知，如 PhilipsPhilips的的Smart XASmart XA。SiemensSiemens的的TriCoreTriCore，MotorolaMotorola的的M-M-CoreCore，某些，某些ARMARM系列器件，系列器件，EchelonEchelon和和MotorolaMotorola联合研制联合研制的的NeuronNeuron芯片等。芯片等。lSOCSOC芯片也将在声音、图像、影视、网络及系统逻辑等应芯片也将在声音、图像、影视、网络及系统逻辑等应用领域中发挥重要作用。用领域中发挥重要作用。38 SoC SoC嵌入式系统微处理器所具

31、有的其他的好处可以分嵌入式系统微处理器所具有的其他的好处可以分为下列几点：为下列几点：l利用改变内部工作电压，降低芯片功耗。利用改变内部工作电压，降低芯片功耗。l减少芯片对外管脚数，简化制造过程。减少芯片对外管脚数，简化制造过程。l减少外围驱动接口单元及电路板之间的信号传递，减少外围驱动接口单元及电路板之间的信号传递，可以加快微处理器数据处理的速度。可以加快微处理器数据处理的速度。l内嵌的线路可以避免外部电路板在信号传递时所造内嵌的线路可以避免外部电路板在信号传递时所造成系统杂讯。成系统杂讯。39新的发展方向：新的发展方向：SOCSOCASIC CoreMemoryEmbedded Proce

32、ssorCoreAnalogFunctionsCommunicationSensorInterface40Moores 定律41RTOS是是32位嵌入式位嵌入式CPU的软件基础的软件基础lRTOSRTOS内核内核 提供提供CPUCPU的管理的管理l硬件初时化，硬件初时化，MMUMMU，定时器，中断，定时器，中断lRTOSRTOS内核提供任务，内存管理内核提供任务，内存管理lRTOSRTOS提供设备管理，文件和网络的支持提供设备管理，文件和网络的支持lRTOSRTOS提供提供C/C+C/C+，JAVAJAVA，图形模块等编程接口，图形模块等编程接口42常见的嵌入式操作系统常见的嵌入式操作系统 实

33、时嵌入式操作系统的种类繁多，大体上可分为两实时嵌入式操作系统的种类繁多，大体上可分为两种，商用型和免费型。种，商用型和免费型。l商用型的实操作系统功能稳定、可靠，有完善的技商用型的实操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但往往价格昂贵。术支持和售后服务，但往往价格昂贵。l免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，目前免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，目前主要有主要有LinuxLinux和和C/OSC/OS，稳定性与服务性存在挑战。，稳定性与服务性存在挑战。43VxWorkslVxWorksVxWorks操作系统是美国操作系统是美国WindRiverWindRiver公司于公司

34、于19831983年设计开发年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（的一种嵌入式实时操作系统（RTOSRTOS），具有良好的持续发），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。式实时操作系统领域牢牢占据着一席之地。lVxWorksVxWorks所具有的显著特点是：所具有的显著特点是：可靠性、实时性和可裁减性。可靠性、实时性和可裁减性。它支持多种处理器，如它支持多种处理器，如x86x86、i960i960、Sun SparcSun Sparc、Motorola MC68xxxMotorol

35、a MC68xxx、MIPS MIPS、POWER PCPOWER PC等等。等等。l 大多数的大多数的VxWorks APIVxWorks API是专有的，火星机器人。是专有的，火星机器人。44Windows EmbeddedlWindows CE 3.0Windows CE 3.0：一种针对小容量、移动式、智能化、：一种针对小容量、移动式、智能化、3232位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统。位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统。l针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台，一种功能丰富的操作系统平台，Wi

36、ndowsCE WindowsCE嵌入但不够嵌入但不够实时，属于软实时操作系统，实时，属于软实时操作系统，l由于其由于其WindowsWindows背景，界面比较统一认可。背景，界面比较统一认可。l操作系统的基本内核需要至少操作系统的基本内核需要至少200K200K的的ROMROM。45Palm OSlPalm OSPalm OS是著名的网络设备制造商是著名的网络设备制造商3COM3COM旗下的旗下的Palm Palm ComputingComputing掌上电脑公司的产品。掌上电脑公司的产品。l3COM3COM、CISCOCISCO竞争竞争lPalm OSPalm OS在在PDAPDA市场上

37、占有很大的市场份额，市场上占有很大的市场份额，Palm OS Palm OS的的市场份额占到将近市场份额占到将近90%90%，最近下降，最近下降7070，目前主要与，目前主要与WIN WIN CECE进行激烈竞争。进行激烈竞争。46QNXl 加拿大加拿大QNXQNX公司的产品。公司的产品。l QNX QNX是在是在X86X86体系上面开发出来的，这和别的体系上面开发出来的，这和别的RTOSRTOS不一样，不一样，别的好多别的好多RTOSRTOS都是从都是从68K68K的的CPUCPU上面开发成熟，然后再移植上面开发成熟，然后再移植到到X86X86体系上面来的。体系上面来的。l QNX QNX是

38、一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循POSIXPOSIX相关标准，由于相关标准，由于QNXQNX具有强大的图形界面功能，因此具有强大的图形界面功能，因此很适合作为机顶盒、手持设备（手掌电脑、手机）、很适合作为机顶盒、手持设备（手掌电脑、手机）、GPSGPS设备的实时操作系统使用。设备的实时操作系统使用。47嵌入式嵌入式Linuxl嵌入式系统越来越追求数字化、网络化和智能化。因此原来嵌入式系统越来越追求数字化、网络化和智能化。因此原来在某些设备或领域中占主导地位的软件系统越来越难以为继，在某些设备或领域中占主导地位的软件系统越来越难以为继，整个系统必

39、须是开放的、提供标准的整个系统必须是开放的、提供标准的APIAPI，并且能够方便地，并且能够方便地与众多第三方的软硬件沟通。与众多第三方的软硬件沟通。lLinuxLinux是开放源码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多是开放源码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多LinuxLinux爱好者又是爱好者又是LinuxLinux开发的强大技术后盾。开发的强大技术后盾。lLinuxLinux的内核小、功能强大、运行稳定、系统健壮、效率高，的内核小、功能强大、运行稳定、系统健壮、效率高，易于定制剪裁，在价格上极具竞争力。易于定制剪裁，在价格上极具竞争力。lLinuxLinux不仅支持不仅支持x86 CPUx

40、86 CPU，还可以支持其他数十种，还可以支持其他数十种CPUCPU芯片。芯片。48 l嵌入式嵌入式Linux(Embedded Linux)Linux(Embedded Linux)是指对是指对LinuxLinux经过小型经过小型化裁剪后，能够固化在容量只有几百化裁剪后，能够固化在容量只有几百K K字节或几兆字字节或几兆字节的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合节的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用的专用LinuxLinux操作系统。嵌入式操作系统。嵌入式LinuxLinux的开发和研究是的开发和研究是目前操作系统领域的一个热点。主要有目前操作系统领域的一个热点。主要有R

41、TLinuxRTLinux和和 CLinuxCLinuxlLinuxLinux在嵌入式领域异军突起不过是近两年的事情，在嵌入式领域异军突起不过是近两年的事情，过去的一年中有过去的一年中有13%13%的用户已经开始使用嵌入式的用户已经开始使用嵌入式LinuxLinux系统进行开发工作；有系统进行开发工作；有52%52%的用户决定在未来的用户决定在未来2424个月个月内开始使用内开始使用LinuxLinux作为嵌入式操作系统的开发原型。作为嵌入式操作系统的开发原型。嵌入式嵌入式Linux及应用及应用49本节提要本节提要1 13 32 25 54 4为什么要学习嵌入式系统为什么要学习嵌入式系统嵌入式

42、系统的定义、特点及架构嵌入式系统的定义、特点及架构嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统与单片机、嵌入式系统与单片机、PC的区别的区别嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域50三、嵌入式系统与单片机、三、嵌入式系统与单片机、PCPC机的区别机的区别嵌入式系统嵌入式系统 单片机系统单片机系统l目前嵌入式系统的主流是以目前嵌入式系统的主流是以3232位嵌入式微处理器为核心位嵌入式微处理器为核心的硬件设计和基于实时操作系统（的硬件设计和基于实时操作系统（RTOSRTOS）的软件设计的软件设计l单片机系统多为单片机系统多为4 4位、位、8 8位、位、1616位机，不适合运行操作系位机，不

43、适合运行操作系统，难以进行复杂的运算及处理功能统，难以进行复杂的运算及处理功能l嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单片机大多采用软硬件流水设计片机大多采用软硬件流水设计l嵌入式系统设计的核心是软件设计（占嵌入式系统设计的核心是软件设计（占70%70%左右的工作量）左右的工作量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同，单片机系统软硬件设计所占比例基本相同51嵌入式系统与单片机在学习方法上不同嵌入式系统与单片机在学习方法上不同l单片机学习一般从硬件入手，从硬件体系结构、汇编语单片机学习一般从硬件入手，从硬件体系结构、汇编语言到硬件设计、软

44、件设计言到硬件设计、软件设计l嵌入式系统学习可以从软件入手，从应用层编程到操作嵌入式系统学习可以从软件入手，从应用层编程到操作系统移植、硬件平台设计较好，按单片机设计的学习流系统移植、硬件平台设计较好，按单片机设计的学习流程较难掌握程较难掌握52嵌入式系统嵌入式系统 PC机机l嵌入式系统一般是专用系统，而嵌入式系统一般是专用系统，而PCPC是通用计算平台是通用计算平台l嵌入式系统的资源比嵌入式系统的资源比PCPC少得多少得多l嵌入式系统软件故障带来的后果比嵌入式系统软件故障带来的后果比PCPC机大得多机大得多l嵌入式系统一般采用实时操作系统嵌入式系统一般采用实时操作系统l嵌入式系统大都有成本、

45、功耗的要求嵌入式系统大都有成本、功耗的要求l嵌入式系统得到多种微处理体系的支持嵌入式系统得到多种微处理体系的支持l嵌入式系统需要专用的开发工具嵌入式系统需要专用的开发工具53本节提要本节提要1 13 32 25 54 4为什么要学习嵌入式系统为什么要学习嵌入式系统嵌入式系统的定义、特点及架构嵌入式系统的定义、特点及架构嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统与单片机、嵌入式系统与单片机、PC的区别的区别嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域54四、嵌入式系统的应用领域四、嵌入式系统的应用领域l电子通讯电子通讯l信息家电信息家电l网络安全、设备网络安全、设备l工业自动化工业自动化l精

46、密仪器精密仪器55嵌入式系统在信息家电中的应用 信息家电（信息家电（Information ApplianceInformation Appliance，IAIA）。一般可）。一般可认为，那些低单价、操作简单、可通过因特网发送或获认为，那些低单价、操作简单、可通过因特网发送或获取信息，将逐步分割或替代取信息，将逐步分割或替代PCPC的某些功能，并能与其它的某些功能，并能与其它信息产品交换资料或讯息的产品可统称为信息家电。信息产品交换资料或讯息的产品可统称为信息家电。56信息家电的分类及特点信息家电的分类信息家电的分类(1)(1)网络电视（网络电视（NetTVNetTV）(2)(2)网上游戏机（

47、网上游戏机（Internet gaming deviceInternet gaming device）(3)(3)智能掌上型设备智能掌上型设备(Internet smart handheld device)(Internet smart handheld device)(4)(4)网络电话（网络电话（Internet screen PhoneInternet screen Phone）(5)Consumer NC client(5)Consumer NC client等。等。信息家电技术特点：信息家电技术特点：(1)(1)处理器发展趋向低成本、高整合性与低耗能。处理器发展趋向低成本、高整合性与

48、低耗能。(2)(2)整合数字与模拟处理的技术。整合数字与模拟处理的技术。(3)(3)较较PCPC更强调通讯能力。更强调通讯能力。(4)(4)利用软件增加产品的差异性利用软件增加产品的差异性(高附加价值的关键高附加价值的关键)57信息家电的应用58信息家电提供的服务一、安全防范：智能安防可以实时监控着非法闯入、火灾、煤气泄露、紧急一、安全防范：智能安防可以实时监控着非法闯入、火灾、煤气泄露、紧急呼救的发生。呼救的发生。二、消费电子产品的智能控制：例如可以自动控制加热时间、加热温度的微二、消费电子产品的智能控制：例如可以自动控制加热时间、加热温度的微波炉，可以自动调节温度、湿度的智能空调，可以根据

49、指令自动搜索电视波炉，可以自动调节温度、湿度的智能空调，可以根据指令自动搜索电视节目并摄录的电视机节目并摄录的电视机/录像机等等。录像机等等。三、交互式智能控制：可以通过语音识别技术实现智能家电的声控功能；通三、交互式智能控制：可以通过语音识别技术实现智能家电的声控功能；通过各种主动式传感器（如温度、声音、动作等）实现智能信息家电的主动过各种主动式传感器（如温度、声音、动作等）实现智能信息家电的主动性动作响应。用户还可以自己定义不同场景智能信息家电的响应。性动作响应。用户还可以自己定义不同场景智能信息家电的响应。四、家庭信息服务：智能家庭服务器可以提供最新的股市情报、新闻、天气四、家庭信息服务

50、：智能家庭服务器可以提供最新的股市情报、新闻、天气预报、电视节目预报、甚至当前公路上的交通流量状况，还可以自动管理预报、电视节目预报、甚至当前公路上的交通流量状况，还可以自动管理用户的水电账单、银行和信用卡账户等财务信息。用户的水电账单、银行和信用卡账户等财务信息。五、自动维护：智能信息家电可以通过服务器直接从制造商的服务网站上自五、自动维护：智能信息家电可以通过服务器直接从制造商的服务网站上自动下载、更新驱动程序和诊断程序，实现智能化的故障自诊断、新功能自动下载、更新驱动程序和诊断程序，实现智能化的故障自诊断、新功能自动扩展。动扩展。六、家庭医疗保健：通过网络化的智能传感器，医院可以通过网络

51、对用户进六、家庭医疗保健：通过网络化的智能传感器，医院可以通过网络对用户进行身体检查。行身体检查。59目前信息家电平台的标准1.HAVI1.HAVI（Home Audio/Video interoperabilityHome Audio/Video interoperability）体系。是关于家庭网络中音频）体系。是关于家庭网络中音频/视频电子产品的互联和控制方面的标准。它建立在视频电子产品的互联和控制方面的标准。它建立在IEEE-1394IEEE-1394的底层协议基础上，的底层协议基础上，主要实现主要实现HAVIHAVI设备之间的数字音频设备之间的数字音频/视频内容的传送以及对该内容的操

52、作，如播视频内容的传送以及对该内容的操作，如播放、录像、回放等。典型的放、录像、回放等。典型的AVAV内容有由信息家电平台接受的数字电视和由数字内容有由信息家电平台接受的数字电视和由数字录像机、录像机、CDCD等所产生的内容。互操作性是等所产生的内容。互操作性是HAVIHAVI标准的主要特点，一个标准的主要特点，一个HAVIHAVI设备设备上的应用软件可以探测并直接使用联入上的应用软件可以探测并直接使用联入HAVIHAVI网络上其他设备所提供的功能。网络上其他设备所提供的功能。2.Jini2.Jini技术。是技术。是SunSun公司提出的基于公司提出的基于JavaJava的一项技术。它可以使各

53、种设备方便地连的一项技术。它可以使各种设备方便地连到网络上。即：任何计算设施不需预先配置和安装，便可在任何时间地点加入到网络上。即：任何计算设施不需预先配置和安装，便可在任何时间地点加入网络，并能和网络中已有的各种软硬件一起协调工作完成分布式计算。网络，并能和网络中已有的各种软硬件一起协调工作完成分布式计算。JiniJini体体系结构的目的是将成组的设备和软件构件联合成一个单系结构的目的是将成组的设备和软件构件联合成一个单 一、动态的分布式系统。一、动态的分布式系统。联合后的联邦系统向用户提供如下能力：联合后的联邦系统向用户提供如下能力：(a)(a)简单的网络访问；简单的网络访问；(b)(b)

54、网络的易于网络的易于管理；管理；(c)(c)在保持单机或工作站的灵活性、统一响应和控制的情况下，支持由邦在保持单机或工作站的灵活性、统一响应和控制的情况下，支持由邦联系统提供的共享能力。联系统提供的共享能力。3.OSGi(Open Service Gateway Initiative)3.OSGi(Open Service Gateway Initiative)开发服务网关。是由开发服务网关。是由EricssonEricsson、ABB ABB、Alcatel Alcatel、CiscoCisco、IBM IBM、Nortel Nortel、Siemens Siemens、HP HP、Orac

55、le Oracle、Philips Philips、SunSun、MotorolaMotorola、Lucent Lucent等电信、计算机、电器巨人发起建立的一个工作组和等电信、计算机、电器巨人发起建立的一个工作组和开放式的论坛。其主要的功能是，为连接开放式的论坛。其主要的功能是，为连接 Internet Internet上的商业服务和下一代智能上的商业服务和下一代智能电器定义一个开放的标准。因此电器定义一个开放的标准。因此OSGi OSGi 将成为智能信息家电平台服务标准。将成为智能信息家电平台服务标准。OSGiOSGi规范将为规范将为InternetInternet服务提供商服务提供商(

56、ISP)(ISP)、网络控制员、设备制造商提供通过运行在、网络控制员、设备制造商提供通过运行在家中或远程地点的网关服务器传递各种电子商务服务的公共平台。家中或远程地点的网关服务器传递各种电子商务服务的公共平台。OSGiOSGi在在20002000年刚刚发布了它的服务网关规范年刚刚发布了它的服务网关规范1.01.0。60信息家电平台软件的总体结构嵌入式应用嵌入式应用网络浏览网络浏览 E-mail E-mail 游戏游戏 传真传真 VOD IP VOD IP中间件和运行中间件和运行环境环境统一的应用程序编程界面统一的应用程序编程界面资源管理器资源管理器HAViHAVi管理器管理器JINIJINIU

57、PnPUPnPJaJava va TVTVOPEN TVOPEN TVHomeAPIHomeAPIJava VMJava VM逻辑资源基本逻辑资源基本OSOSTCP/IPTCP/IP文件系文件系统统图形界面图形界面中文环境中文环境LinuxLinux，PsosPsos，OS OpenOS Open等嵌入式操作系统等嵌入式操作系统驱动程序驱动程序驱动程序管理器驱动程序管理器HomePNAHomePNA驱动器驱动器 USBUSBBLUETOOBLUETOOTH TH CEBUSCEBUSIEEE139IEEE1394 4IEEE802.2IEEE802.2IEEE802.11IEEE802.11P

58、OWER POWER LineLineSWAPSWAP其它驱动其它驱动基本基本OSOSLinuxLinux，PsosPsos，OS OpenOS Open等嵌入式操作系统等嵌入式操作系统驱动程序驱动程序驱动程序管理器驱动程序管理器HomePNAHomePNA驱动器驱动器BLUETOOTHBLUETOOTHIEEE1394IEEE1394IEEE802.2IEEE802.2Ieee802.11Ieee802.11USBUSBCEBUSCEBUSPOWER LinePOWER LineSWAPSWAP其它驱动其它驱动61典型的信息家电产品信息家电信息家电定义定义代表性产品代表性产品网络电视网络电视

59、具有机顶盒或内建网络连具有机顶盒或内建网络连接的电视接的电视Microsoft WebTV网络可视电话网络可视电话具有集成网络接入的屏幕具有集成网络接入的屏幕电话电话InfoGear iPhone网络游戏机网络游戏机具有集成网络接入的游戏具有集成网络接入的游戏操纵台操纵台Sega Dreamcast网络智能手持器件网络智能手持器件蜂窝电话、个人数据助理蜂窝电话、个人数据助理（PDAPDA）和其它集成网络接）和其它集成网络接入的便携式器件入的便携式器件3Com Palm AT&T PocketNet Phone Nokia 9000,9000I,9110,7110NC委托（委托（clients）

60、提供网络接入以及能下载提供网络接入以及能下载应用软件的器件应用软件的器件IBM NetStationIBM NetStationPC-PC-中间器件中间器件通过通过PCPC接入网络以下载内接入网络以下载内容的器件容的器件DIAMON Multimedia Rio Player Nuvomedia Rocket e-BookAudible Mobile PlayerSource:IDC,Hambrecht&Quist626364嵌入式技术在交通管理、环境监测中的应用嵌入式技术在交通管理、环境监测中的应用l交通管理在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务交通管理在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车

61、服务方面，目前方面，目前GPSGPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元庭，只需要几千元l水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。测。l加油站加油站l停车场管理停车场管理l65基于基于ARMARM的嵌入式控制器方案设计的嵌入式控制器方案设计 66本节提要本节提要1 13 32 25 54 4为什么要学习嵌入式系统为什么要学习嵌入式系统嵌入式系统的定义、特点及架构嵌入式系统的定义、特点及架构

62、嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统与单片机、嵌入式系统与单片机、PC的区别的区别嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域67五、嵌入式系统技术发展趋势五、嵌入式系统技术发展趋势l软件设计比重日益突出软件设计比重日益突出l组件设计技术组件设计技术lSOCSOCl硬件软件化硬件软件化68 经济性（经济性（POSPOS开发失败，几十万、几万、开发失败，几十万、几万、5 5千、千、5 5百）百）计算机要很便宜，让更多的人能买得起；计算机要很便宜，让更多的人能买得起；小型化（笔记本、小型化（笔记本、PDAPDA）人们携带方便；人们携带方便；可靠性（汽车可靠性（汽车VCDVCD，挑动问题）

63、，挑动问题）能够在一般环境条件下或者是苛刻的环境条件下运行；能够在一般环境条件下或者是苛刻的环境条件下运行；高速度（飞机刹车系统）高速度（飞机刹车系统）能够迅速地完成数据计算或数据传输；能够迅速地完成数据计算或数据传输；智能性（知识推理、模糊查询、识别、感知运动）智能性（知识推理、模糊查询、识别、感知运动）使人们用起来更习惯，对人们更有使价值。使人们用起来更习惯，对人们更有使价值。宏观方面发展趋势宏观方面发展趋势69软件工程方法在嵌入式系统中的应用软件工程方法在嵌入式系统中的应用嵌入式系统开发的工作重点正在向软件转移。嵌入式系统开发的工作重点正在向软件转移。如：以机械控制系统为例，如：以机械控

64、制系统为例，1010年前机械、硬件和软件在年前机械、硬件和软件在机电系统中所占的比重分别是机电系统中所占的比重分别是65%65%、20%20%和和15%15%，而在，而在EMSEMS中则是中则是30%30%、15%15%和和55%55%。嵌入式系统软件开发的特点：嵌入式系统软件开发的特点：l实时性实时性l模块化模块化l组件化组件化l可重用可重用70基于组件的嵌入式系统软件开发方法基于组件的嵌入式系统软件开发方法基于组件的嵌入式系统软件开发的优点基于组件的嵌入式系统软件开发的优点1 1、可以选用商业成熟的软件组件、可以选用商业成熟的软件组件2 2、可以重用以往经过测试的高可靠性软件模块、可以重用

65、以往经过测试的高可靠性软件模块3 3、提高软件质量、缩短产品面市时间、提高软件质量、缩短产品面市时间4 4、降低成本、减少费用、降低成本、减少费用71基于端口对象（基于端口对象（PBO）的嵌入式软件设计）的嵌入式软件设计A.设设 备备 驱驱 动动 的的 传传 统统 设设 计计B.组组 块块 式式 设设 备备 驱驱 动动代码在主处理器执行代码在主处理器执行（进程流驱动）（进程流驱动）传感器数据 致动输出原始数据 原始数据代码在主处理器执行代码在主处理器执行（数据流驱动）（数据流驱动）传感器数据 致动输出算法控制算法控制算法控制算法控制数据过滤数据过滤指令过滤指令过滤读读写写读读对话对话写写IPC的共享数据的共享数据组件式设备驱动组件式设备驱动启动启动初始化初始化激活激活循环循环传感器传感器I/O电路电路致动器致动器传感器传感器I/O电路电路致动器致动器采用PBO方法，用户可以定制自己的嵌入式应用组件库，方便地实现软件、硬件可重用72硬件设计软件化硬件设计软件化 可编程芯片在嵌入式系统设计中的应用促进了硬件设计向可编程芯片在嵌入式系统设计中的应用促进了硬件设计向软件设计发展：软件设计发展：l对象：对象：FPGAFPGA，CPLDCPLD，ASICASICl工具：工具：VHDLVHDLl编程：硬件工程师编程：硬件工程师