嵌入式系统概述整本书课件电子教案.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,嵌入式系统原理与应用 2008,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,嵌入式系统原理与应用 2008,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,嵌入式系统概述,嵌入式系统的概念,嵌入式系统的特点,嵌入式系统的演变,嵌入式系统的基本组成,嵌入式系统的应用,嵌入式系统的开发过程,嵌入式系统研究热点,嵌入式系统原理与应用 2008,1.,嵌入式系统的概念,1.1,计算机系统分类,以往计算机分类：大型计算机、中型机、小型机和微计算机,目前计算机分类：超级计算机、大型计算机、工作站、微计算机、亚微计算机,亚微计算机,(,嵌入式计算机,),是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中,计算机系统不仅仅是,:,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式系统的概念,1.2,嵌入式系统的范围,嵌入在电子设备内部的计算系统,任何包含一个或多个专用的计算机、微处理器或微控制器的电子设备,能执行特定功能的计算机硬件和软件的结合体,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式系统的概念,A“short list”of embedded systems,Anti-lock brakes,Auto-focus cameras,Automatic teller machines,Automatic toll systems,Automatic transmission,Avionic systems,Battery chargers,Camcorders,Cell phones,Cell-phone base stations,Cordless phones,Cruise control,Curbside check-in systems,Digital cameras,Disk drives,Electronic card readers,Electronic instruments,Electronic toys/games,Factory control,Fax machines,Fingerprint identifiers,Home security systems,Life-support systems,Medical testing systems,Modems,MPEG decoders,Network cards,Network switches/routers,On-board navigation,Pagers,Photocopiers,Point-of-sale systems,Portable video games,Printers,Satellite phones,Scanners,Smart ovens/dishwashers,Speech recognizers,Stereo systems,Teleconferencing systems,Televisions,Temperature controllers,Theft tracking systems,TV set-top boxes,VCRs,DVD players,Video game consoles,Video phones,Washers and dryers,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式系统的概念,1.3,英国电机工程师学会的定义,:,“,嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或甚至工厂操作的装置”,通常执行特定功能,以微电脑和外围构成核心,严格的时序和稳定性要求,全自动操作循环,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式系统的概念,1.4,精确定义,:,以,应用为中心,、以,计算机技术为基础,、软件硬件可裁剪、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,嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式系统的概念,1.5,嵌入式系统的的其它定义,嵌入式系统的简单定义,嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。,可以认为凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统,嵌入式系统的狭义定义,使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己的操作系统并且具有某些特定功能的系统,微处理器专指,32,位以上的微处理器,广义定义,:,任何一个非计算机的计算系统,嵌入式系统原理与应用 2008,2.,嵌入式系统的特点,2.1,嵌入式系统的特点,:,系统内核小：一般应用于小型电子装置。,系统精简：无系统软件和应用软件的明显区别。,专用性强：软硬件结合紧密、针对硬件进行系统的移植。,资源有限：通常要求产品廉价、耗电少、体积小、速度快等。,实时性：实时多任务的操作系统、合理调度多任务,专门的开发工具和环境。,2.2,嵌入式系统软件的特征,:,软件要求固态化存储,软件代码高质量、高可靠性,系统软件,(OS),的高实时性是基本要求,多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式系统的特点,Microcontroller,CCD preprocessor,Pixel coprocessor,A2D,D2A,JPEG codec,DMA controller,Memory controller,ISA bus interface,UART,LCD ctrl,Display ctrl,Multiplier/Accum,Digital camera chip,lens,CCD,一个,嵌入式,系统的典型例子,数码相机,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式系统的特点,2.3,嵌入式系统具有的产品特征,:,面向用户、面向产品、面向应用,升级换代也是和具体产品同步、具有较长的生命周期,软件和硬件结合紧密,嵌入式,处理器,的发展也体现出稳定性,普通处理器,18,月,嵌入式处理器,8-10,年,2.4,嵌入式系统工业的特点和要求,嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业,PC,由,WINTEL,垄断,嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式系统的特点,2.5,嵌入式系统开发的特点,嵌入式系统开发需要开发工具和环境,通用计算机具有完善的人机接口界面,嵌入式系统本身不具备自举开发能力,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。,嵌入式系统软件需要,RTOS,开发平台,通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口,(API),，但一般不是实时的。,嵌入式系统则不同，应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行。,但为了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。需要选配,RTOS,开发平台,嵌入式系统原理与应用 2008,3.,嵌入式系统的演变,3.1,计算机用于控制设备或嵌入系统的历史几乎与计算机自身的历史一样长,计算机控制系统,单片机掀起电子化浪潮,微处理器高速发展推动了嵌入式系统,3.2,嵌入式系统的演变,8031/8051,单片机系统，自行编写程序；,68360/386EX,控制系统，自己编写简单的操作系统；,32,位嵌入式处理器,pSoS,嵌入式操作系统,tcp/ip,协议栈；,各种,SoC+,嵌入式,Linux/VxWorks+,嵌入式,Web,设备,server,以及各种复杂网络协议栈,GUI,图形界面无线模块现代可移动的网络智能设备,3.3,后,PC,技术的时代,小到,mp3,、,PDA,等微型数字化产品，大到网络家电、智能家电、车载电子设备,嵌入式系统是这个后,PC,时代的擎天之柱,世界电子产品产值已超过数万亿美元，并且逐年递增,嵌入式系统原理与应用 2008,4.,嵌入式系统基本构成,嵌入式硬件系统,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）,设备驱动（,Device Driver）,操作系统（,OS/RTOS）,协议栈（,Protocol Stack）,应用程序（,Application）,存储器及外围电路,嵌入式处理器,嵌入式操作系统,应用软件,嵌入式系统原理与应用 2008,4.1,嵌入式系统的硬件基本构成,嵌入式系统原理与应用 2008,4.2,嵌入式系统的软件基本构成,嵌入式操作系统设备驱动及一些中间件,协议栈（,JAVA VM/JITs),应用软件,板级支持包（,BSP）,Windows CE,Pocket PC,Palm,Symbian and Linux,编译器、调试器和仿真器,嵌入式系统原理与应用 2008,4.3,嵌入式处理器,嵌入式处理器,:,嵌入式微处理器（,MPU),ARM,（本课程使用,ARM920T)Dragonball MC9328 Mx1,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,）,嵌入式系统原理与应用 2008,4.3.1,嵌入式微控制器（,MCU,）,主要是指单片机,片内集成,ROM/EPROM、RAM、FLASH/EEPROM,、总线、定时器、计算器、看门狗、,I/O、,串行口、,PWM（,脉宽调制输出）、,A/D、D/A、,等各种必要功能和外设,一般来讲具有以下特点,可单片完成功能，片内可有,ROM/RAM/FLASH,，并带所需的通信接口，,I/O,等，外设资源丰富，适于控制,体积小，功耗低，成本低，可靠性高,仍是嵌入处理器主流，占,70,左右,典型器件：,通用系列：,8051,、,P51XA,、,MCS-251,、,MCS-96/196/296,、,C166/167,、,MC68HC05/11/12/16,、,68300,等,半通用系列：支持,USB,接口的,MCU 8XC930/931,、,C540,、,C541,；支持,I2C,、,CAN-Bus,、,LCD,及众多专用,MCU,和兼容系列,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式微控制器（,MCU,）,嵌入式系统原理与应用 2008,4.3.2,嵌入式,DSP,处理器,系统结构和指令算法经过特殊设计，增强了数字信号处理能力（数字滤波、,FFT,、谱分析等）,适于运算量大，特别是向量运算、指针线性寻址较多的智能算法实现,主要应用于带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，带有加解密算法的键盘，,ADSL,接入、实时语音压解系统，虚拟现实显示等,代表产品有,TI,的,TMS320C2000/C5000,和,Motorola,的,DSP56000,通用,DSP,与嵌入式,DSP,的区别,通用,DSP,的制造商主要是,Agree,、,ADI,、,Motorola,和,TI,四大厂商,;,而嵌入式,DSP,的供应商超过,100,家,产品种类繁多,;,通用,DSP,主要完成高速数据处理的功能,;,而嵌入式,DSP,则更多地与,ASIC,、,ASSP,、,FPGA,、,MCU,等共处一体,;,目前,通用,DSP,的应用更集中在通信领域,;,而嵌入式,DSP,是消费类电子产品的主要选择,;,嵌入式,DSP,由于应用的要求,具备相对较低的功耗。,嵌入式系统原理与应用 2008,4.3.3,嵌入式,SOC,System On Chip,片上系统/系统芯片,将很多功能模块集成到单个芯片上,各种通用处理器内核作为,SOC,设计公司的标准库，用,VHDL,等语言描述,除个别无法集成外，嵌入式系统的大部分集成到一或几片芯片中,优点,可利用降低片内工作电压，减少功耗,减少芯片对外引脚数，使系统板简洁，减小体积,减少原来芯片间的信号传递，提高了处理速度；减少了信号传递过程中可能造成的干扰，提高了可靠性,软硬件无缝结合，可直接在片内嵌入操作系统代码模块,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式,SOC,大致分为通用和专用两类,通用,Siemens,的,TriCore,Motorola,的,M-Core,Echelon,和,Motorola,联合研制的,Neuron,专用,Philips,的,SmartXA,例如,ARM+DSP,ARM+ARM,嵌入式系统原理与应用 2008,4.3.4,嵌入式,SOPC,SOPC,可编程片上系统,技术基础,超大规模可编程逻辑器件及其开发工具的成熟,FPGA,晶体管集成密度提高,FPGA,成本足以与,ASIC,抗衡,FPGA,的设计、综合、仿真、测试工具性能已达到相当高水平,微处理器核以,IP,的形式嵌入到,FPGA,中,IP Core,的开发理念逐渐深入，标准,IP,库日益丰富,信号处理算法、软件算法和控制逻辑等均以,IP,核的形式体现,目前已比较成熟的,SOPC,开发平台：,Xilinx Spartan II FPGA,和,MicroBlaze,软处理器,IP Core,Xilinx Virtex II pro FPGA,和,PowerPC,硬处理器,IP Core,Altera XA1/XA10/Nois FPGA,和处理器,IP Core,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式,SOPC,嵌入式系统原理与应用 2008,4.3.5,嵌入式微处理器,MPU,由通用计算机的,CPU,发展而来,与通用,CPU,区别：,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,以最低功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求,与工业控制计算机相比，嵌入式处理器体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式微处理器,MPU,目前主要嵌入式微处理器有：,MIPS,X86,系列,Am186/188,、,386EX,开发方便，移植容易,体积大、功耗高、实时性差,ARM,系列,小体积、低功耗、低成本、高性能,支持,16/32,位双指令集,全球众多的合作伙伴,PowerPC,系列，,Motorola,和,IBM,联合开发的微处理器核,另外还有,SPARC,、,68000,SC-400,等,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式微处理器,MPU-MIPS,典型的嵌入式微处理器,MIPS:,MIPS,公司是一家设计制造高性能、高档次及嵌入式,32,位和,64,位处理器的厂商，在,RISC,处理器方面占有重要地位,MIPS,于,80,年代处开始,RISC,处理器设计，,90,年代中后期开始将战略重点放在嵌入式处理器设计,1999,年，,MIPS,发布了,MIPS 32,和,MIPS 64,架构标准，为,MIPS,处理器的开发奠定了基础,MIPS,公司开发了,32,位高性能，低功耗的处理器内核,MIPS 32 4Kc,和,64,位的处理器内核,MIPS 64 5Kc,应用范围：机顶盒、视频游戏机、,Cisco,路由器、激光打印机,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式微处理器,MPU-PowerPC,典型的嵌入式微处理器,PowerPC:,PowerPC,架构的特点是可伸缩性好，方便灵活,既有通用处理器，也有嵌入式微控制器和内核，应用范围非常广泛，从高端服务器、工作站到,PC,，从消费类电子到通信设备,基于,PowerPC,架构的处理器有,IBM,开发的,PowerPC 405 GP,，集成了,10/100M,以太网控制器、串行和并行接口、内存控制器以及其他外设的高性能嵌入式处理器,MPC823e,是一款高度综合的片上系统（,SOC,）,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式微处理器,MPU X86,典型的嵌入式微处理器,x86,由,8086,系列处理器发展而来,典型产品,Am186/188,386EX,NS Geode GX1 300MHZ,主要特点,开发容易,方便移植,体积大，功耗高，实时性差,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式微处理器,MPU-ARM,ARM,嵌入式微处理器,ARM,（,Advanced RISC Machines),公司是全球领先的,16/32,位,RISC,微处理器知识产权（,IP,）设计供应商。,ARM,转让他的,RISC,微处理器、外围和系统芯片设计技术给合作伙伴生产各种用途的处理器芯片。,ARM,已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费电子设备的嵌入式解决方案的,RISC,标准。,ARM,处理器有三大特点,体积小、功耗低、成本低，性能高,ARM/Thumb 16/32,位双指令系统,全球众多的合作伙伴,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式微处理器,MPU-ARM,CISC vs.RISC,CISCComplex Instruction Set Computer,复杂指令集,Intel,IA(Intel Architecture)32,架构,AMD,RISCReduced Instruction Set Computer,，精简指令集,SPARC,Sun,与,TI,开发,PA-RISC,HP,开发,Alpha,Compaq,开发,PowerPC,，,IBM,与,Motorola,开发,MIPS,ARM,二者在软件和硬件上都不兼容,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式微处理器,MPU-ARM,RISC,体系结构的特点,:,采用固定长度的指令格式，指令规整、简单（,ARM,指令为,32,位）,使用单周期指令，便于流水线操作,大量使用寄存器（,ARM,共有,37,个寄存器），数据处理指令只对寄存器操作，访问存储器只使用,Load/Store,指令。,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式微处理器,MPU-ARM,典型的,ARM,微处理器,:,Intel,公司的,StrongARM,系列：,SA-110/1100/1101/1110/1111,用于,Palm Pocket PC,和网络,Intel,公司的,XScale,系列：,PXA210/220/250/255,Cirrus Logic,公司的,ARM,系列：,EP7209/7211/7212/7312/9312,PS7500FE,，用于,MP3,Samsung,公司的,ARM,系列：,S3C44B0,S3C2400,S3C4510,，用于,ADSL,和,PDA,Motorola,半导体的,DragonBall MX1,，用于,PDA,和蓝牙,Qualcomm,公司的,MSP1000,、,MSM3000,、,MSM5000,、,MSM6000,，用于,CDMA,Philips,公司的,SAA7750,、,VWS22100,、,VCS94250,、,VWS26001,，用于,MP3,GSM,3G,BT,Triscend,公司的,ARM,产品：,A7,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式微处理器,MPU-ARM,ARM,应用广泛,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式微处理器,MPU-ARM,ARM,用于无线设备,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式微处理器,MPU-ARM,例：嵌入处理器应用于,GSM,商务手机,嵌入式系统原理与应用 2008,4.4,嵌入式软件技术发展现状与趋势,近十年来，嵌入式操作系统发展飞速，支持处理器不断丰富，功能不断增强。,嵌入式操作系统支持微处理器：芯片从,8,位到,16,位、,32,位甚至,64,位。从支持单一品种的,CPU,芯片到支持多品种的。支持强大的核外功能，如文件系统，,TCP/IP,网络系统，窗口图形系统等。未来五年，嵌入式操作系统内核向微型化、高可靠可信、强实时、构件组件化发展；支撑开发环境向集成化、可调试化、支持模型驱动设计发展；支持无线通信和能源管理功能将日益重要,行业性开放系统日趋流行；面向领域特制的嵌入式操作系统走向开放、标准规范化、平台化,行业嵌入式软件形成了不同行业的标准，例如中国手机软件联盟制定了手机,API,标准。统一的行业标准具有开放、设计技术共享、软硬件重用、构件兼容、维护方便和合作生产的特点，是增强行业性产品竞争能力的有效手段，例如，欧共体汽车产业联盟规定以,OSEK,标准。,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式软件技术发展现状与趋势,自由开源的软件技术在嵌入式应用上尤其备受青睐，,Linux,渐成主流之一；以,J2ME/JINI,为代表的嵌入式技术将对嵌入式软件的发展产生深远影响。,嵌入式软件的技术领域不断扩大并逐成体系,相关技术包括，实时系统，仿真工具，编译技术等，形成包括嵌入式操作系统、数据库、中间平台软件在内的嵌入式软件体系。,嵌入式软件与互联网、普适计算、,SOC,的结合趋势加剧,迅猛发展的,SOC,再次推进了嵌入式软件与硬件系统进一步融合嵌入，嵌入式软件是其的灵魂与核心。嵌入式,IP,构件库技术，正在造就一个新兴的软件行业。互联网的“深度”联网，“动态自组”的传感器网络，推动嵌入式技术与互联网技术的“深层次”结合。对具有无所不在、自适应、游牧的、永恒的普适计算的嵌入式软件研究，将成为极为重要领域,嵌入式系统原理与应用 2008,5.,嵌入式系统的应用,goReader Internet eBook,Samsung AnyWeb,Internet Screen Phone,eRemote,Intelligent Home Controller,Tektronix TDS7000 Digital Oscilloscopes,Nixvue Digital Album,Digital Photo Album,嵌入式系统原理与应用 2008,5.1,无所不在的嵌入式系统,嵌入式系统的应用远远超过了各种通用计算机,一台通用计算机的外部设备中就包含了,5-10,个嵌入式微处理器：,键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、,Modem,、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、,USB,集线器等均是由嵌入式处理器控制的,在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。,嵌入式系统原理与应用 2008,无所不在的嵌入式系统,嵌入式系统原理与应用 2008,无所不在的嵌入式系统,嵌入式系统原理与应用 2008,5.2,嵌入式系统的市场,5.2,嵌入式系统的市场,家用市场,机顶盒、掌上电脑、,DVD,、,MP3,、数码相机、数字电视、,WebTV,、网络冰箱、网络空调、家庭网关、智能家用电器、车载导航器系统等,通信市场,电话交换系统，电缆系统，卫星和全球定位系统（,L3D,），数据交换设备，移动电话等,工业市场,制造工厂，污水处理系统，发电站和电力传输系统，自动化工厂，控制系统开发，维护和测试的工具，石油提炼和相关的贮运设施，建筑设备，计算机辅助制造系统，能源控制系统，核电站，机器人系统等,商业和金融市场,自动柜员机，信用卡系统，售货端系统，安全系统等,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式系统的市场,办公市场,电话系统，传真系统，复印机，计时系统，照相机和摄象机,运输市场,航空、铁路、公路运输系统，燃料服务，航空管理，信令系统，雷达系统，交通指挥系统，停车系统，售票系统，乘客信息系统，检票系统，行李处理系统，应急设备等,建筑市场,电力供应，备用电源和发电机，火警控制系统，供热和通风系统，电梯和升降系统，车库管理，安保系统，电子门锁系统，楼宇管理系统，闭路电视系统，电子保险柜，警铃等,医疗市场,心脏除颤器，心脏起搏器，患者信息和监视系统，,MN,光设备，理疗控制系统，电磁成像系统等,军事,武器控制,嵌入式系统原理与应用 2008,5.3.1,信息家电,嵌入式系统原理与应用 2008,信息家电,FreeScale Digital Home Center Reference Platform,数字媒体,(,数码音乐、影视、视频游戏,),等的快速发展和推广,使得人们迫切需要一个家庭网络平台,能够在家中任何地方自由下载各种音视频资料,并能实现远程控制,嵌入式系统原理与应用 2008,信息家电,信息家电应用特点,:,市场巨大,低成本要求,利润空间小,竞争激烈,人机界面友好,网络化,嵌入式系统原理与应用 2008,信息家电,嵌入式系统原理与应用 2008,信息家电,嵌入式系统原理与应用 2008,中国数字电视发展规划,:,2002,年完成地面广播传输标准的测试；,2002,年底颁布国家数字电视有线传输标准；,2003,年底前颁布国家数字电视地面广播标准和相关配套标准，确定数字电视标准体系；,2005,年在有条件的城市推广数字电视播出；,2008,年的北京奥运会上向全世界传输数字高清晰度电视节目，主要的大城市开始数字电视商业广播；,2015,年数字电视成为我国电视播出的主要方式。,嵌入式系统原理与应用 2008,5.3.2,车载系统,嵌入式系统原理与应用 2008,车载系统,嵌入式系统原理与应用 2008,车载系统,车载系统应用特点,:,与汽车工业相配套,利润空间较大,可靠性要求较高,无线通讯要求,嵌入式系统原理与应用 2008,车载系统,FreeScale 68HC908AZ32A:8-Bit Microcontroller,嵌入式系统原理与应用 2008,车载系统,FreeScale 68HC908AZ32A,Features:,8.4-MHz internal bus frequency,32K bytes of FLASH Memory,512 bytes of on-chip EEPROM,1024 bytes of on-chip RAM,Serial peripheral interface module(SPI),Serial communications interface module(SCI),8-Bit,15-Channel Analog-to-Digital Converter(ADC-15),16-Bit,6-Channel Timer Interface Module(TIMA-6),16-Bit,2-Channel Timer Interface Module(TIMB),MSCAN Controller(Freescale Scalable CAN),嵌入式系统原理与应用 2008,5.3.3,医疗行业应用,医疗行业应用特点,:,市场广阔,进入门槛较高,利润极高,影像实时采集子系统,影像分析处理子系统,影像的查询、管理和存储子系统,图文编辑及打印子系统,数字图像回写子系统,远程会诊子系统,系统管理子系统,嵌入式系统原理与应用 2008,5.3.4,军事工业应用特点,军事工业应用特点,:,市场垄断性强,高利润,可靠性要求高,安全性要求高,成本要求不高,嵌入式系统原理与应用 2008,军事工业应用特点,尺寸和重量,:,在军事和航天环境中，空间是非常珍贵的。对用于航天器或航空器上的计算机系统的尺寸大小要求是苛刻的。重量是在航空器或飞机上采用的另一个重要因素，但在工业上应用并不重要。,功率消耗,:,电池寿命自然是设计运动或可携带军事系统和空间设备的关键问题。因为发热与功耗成正比，降低功耗就成了对工作在较高温度环境中的系统的重要要求。,震动和冲击,:,军事和空间系统要适合在恶劣运动环境中工作和贮存。这些环境包括：大范围或小范围的重复运动；芯片、模块和模板可能部分或全部变位或断线；由于震动而加重的电化学反应引起的腐蚀，使模板互连金手指管脚的导电性能变差；由于使用硬盘驱动器致使数据的完整性成为难题等。,温度和湿度,:,大多数军事和空间系统是工作在温度和湿度环境相对不可控的条件下。用于军事和空间产品的电子产品的可靠工作范围必须在,-40+85,。,嵌入式系统原理与应用 2008,军事工业应用特点,军事工业产品,数字化单兵信息装备,夜视扫描、全球定位、指挥通信,21,世纪部队旅及旅以下作战指挥系统（,FBCB2,）,C4ISR,系统,(,指挥、控制、通讯、电脑、情报、监视、侦察,),21,世纪部队旅及旅以下作战指挥系统（,FBCB2,）,作为美国陆军战斗指挥系统的一部分，,FBCB2,应用软件将在,Applique+V4,型计算机上运行，构成旅及旅以下级别陆军的数字化战斗指挥信息系统。,FBCB2,系统将向作战的士兵和指挥官、战斗支援部队以及战斗服务支援部队提供在行进中、近实时的事态感知以及指挥和控制信息，使他们在屏幕上就能分辨出友方部队和敌方部队。,嵌入式系统原理与应用 2008,6.,嵌入式系统开发过程,任务分析,操作系统选择,处理器选择,硬件设计,操作系统移植,应用程序设计,驱动及,BSP,设计,代码固化,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式系统开发过程,嵌入式系统原理与应用 2008,6.1,任务分析,6.1,任务分析,由于嵌入式系统是以应用为中心，对系统的可靠性、系统的开发周期、体系成本等都有严格的要求。因此，嵌入式系统开发首先要对任务进行详细地分析，使得系统能较好地满足要求。其中主要包括对系统功能的分析、对系统软硬件的特殊要求、实时性的水平、系统模块的分解、要达到的水平等,嵌入式系统原理与应用 2008,6.2,处理器选择,处理器选择,:,工作频率,技术指标,功耗,处理器的核（,ARM,处理器）,片内存储器容量,片内外围电路及其扩展能力,软件支持工具,是否内置调试工具,供应商能否提供评估板,操作系统选择,:,实时性,开发周期,开发资源等,嵌入式系统原理与应用 2008,6.3,软硬件开发,硬件设计,驱动程序及,BSP,开发,处理器供应商可能会提供相关的内容。,操作系统的移植,将所选的操作系统移植到设计的目标板的过程,应用程序设计,代码固化,嵌入式系统原理与应用 2008,6.4,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,嵌入式系统原理与应用 2008,6.5,嵌入式开发的调试方法,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）,在线仿真,(ICE),内嵌,JTAG,仿真,嵌入式系统原理与应用 2008,6.5.1,模拟开发调试方式,它通过基于宿主机的软件，在主机上模拟目标机中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。,嵌入式系统原理与应用 2008,6.5.2 ROM Monitor,调试方式,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种调试方式。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。,嵌入式系统原理与应用 2008,6.5.3,在线仿真,(ICE),调试方式,In-Circuit Emulator,（实时在线仿真）,在线仿真,(ICE),它通过在线仿真器，取代目标板的,MPU,，仿真嵌入式处理器芯片的行为。它支持单步执行、断点、反汇编、源程序级调试。,仿真器通常价格比较昂贵，通常用在,ARM,硬件开发中，软件开发则较少用。,嵌入式系统原理与应用 2008,6.5.4 JTAG,仿真调试方式,JTAG,（,Joint Test Action Group,）,JTAG,仿真器,ARM,处理器内含,Embeded 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。,宿主机,目标板,仿真器,硬件连接示意图,嵌入式系统原理与应用 2008,JTAG,仿真调试方式,嵌入式系统原理与应用 2008,6.5.5,常用集成开发环境,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。,Multi 2000,Multi 2000,是,Green Hills,软件公司（,）开发的集成开发环境。它支持,C/C+/Ada 95/Fortran,编程语言，可运行与,Windows,和,UNIX,平台。,Hitool for ARM,Hitool for ARM,是上海祥佑数码科技的集成开发环境（,）,Embest IDE,Embest IDE,是深圳英蓓特公司（,）推出的一个集成开发环境。,嵌入式系统原理与应用 2008,7,嵌入式系统研究热点,国内外的主要研究方向,嵌入式系统的硬件软件协同设计方法；,采用构件、中间件技术的网络操作系统,分布嵌入式系统的实时性问题,嵌入式系统的多目标交叉编译和交叉调试工具的研究。,嵌入式系统原理与应用 2008,嵌入式系统研究热点,国内研究及应用情况,:,国内无晶圆厂半导体公司：,中兴集成，购买,ARM922T CPU,授权，用于生产网络系统芯片,上海华虹集成电路，购买,ARM SC100 CPU,授权，用于,Java,智能卡,大唐，购买,ARM946E CPU,授权，用于,SCDMA,基带芯片,晶圆代工厂,中芯国际,大学及政府机构,清华大学、东南大学、北航等高校,上海集成电路研究中心,第三方公司（开发工具，解决方案,/,参考设计，等）,周立功、英蓓特、远峰、量子、微芯力、麦克泰、亿道、博创等,RTOS,公司,普天慧信、科银京成、北京凯思昊鹏、中科红旗等,主要原设备制造商均支持,ARM,结构,GSM,、,CDMA,、,PHS,等通信终端设备制造商,PDA,、,POS,、,E-Book,、,GPS,等制造商,操作系统基本原理,操作系统基本功能,控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件,(,或程序集合,),是用户与计算机之间的接口。,UNIX DOS Linux Windows 98 Windows NT,扩充机器功能，方便用户使用,;,提高系统效率。,存储器管理、处理机管理、设备管理、文件管理、用户接口,操作系统的形成和发展,手工阶段,批处理,多道程序设计技术和多道成批系统,分时 操作系统,实时操作系统,网络操作系统,分布式系统,多道程序设计技术和多道成批系统,多道程序设计技术,:,在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。,多道 宏观上并行 微观上串行,批量操作系统,:,该系统把用户提交的作业成批地送入计算机内存，然后由作业调度程序自动地选择作业运行。,优点：缩短作业之间的交接时间，减少处理机的空闲等待时间，提高系统的吞吐量。缺点：用户响应时间较长。用户既不能了解自己程序的运行情况，也不能控制计算机。,分时 操作系统,由于中断技术的使用，使得一台计算机能连接多个用户终端，用户可通过各自的终端使用和控制计算机，我们把一台计算机连接多个终端的计算机系统称为分时计算机系统，或称分时系统。,把处理机的响应时间分成若于个大小相等（或不相等）的时间单位，称为时间片（如,100,毫秒），每个终端用户获得,CPU,，就等于获得一个时间片，该用户程序开始运行，当时间片到（用完），用户程序暂停运行，等待下一次运行。,任务 多任务,操作系统的特性之一是并发与共享，即在系统中（内存）同时存在几个相互独立的程序，这些程序在系统中既交叉地运行，又要共享系统中的资源，这就会引起一系列的问题，包括：对资源的竞争、运行程序之间的通信、程序之间的合作与协同等符。,要解决这些问题，用程序的概念已经不能描述