嵌入式系統(tǒng)設(shè)計-李秀娟--第1章

1、1嵌入式系統(tǒng)設(shè)計嵌入式系統(tǒng)設(shè)計2第第1 1章章 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)你所要知道的嵌入式系統(tǒng)，就在你的身你所要知道的嵌入式系統(tǒng)，就在你的身邊，就在你的手頭邊，就在你的手頭本章內(nèi)容本章內(nèi)容31.1 1.1 嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介11.2 1.2 嵌入式系統(tǒng)的歷史與發(fā)展嵌入式系統(tǒng)的歷史與發(fā)展2 1.3 1.3 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)31.41.4嵌入式操作系統(tǒng)的選型原則嵌入式操作系統(tǒng)的選型原則44本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容v主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：什么是嵌入式系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的組成與特點嵌入式系統(tǒng)的組成與特點嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史與應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史與應(yīng)用領(lǐng)域常見

2、的幾種典型嵌入式操作系統(tǒng)常見的幾種典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹如何進行嵌入式系統(tǒng)選型的。介紹如何進行嵌入式系統(tǒng)選型的。v基本要求：基本要求：認識、理解嵌入式系統(tǒng)無處不在的特點，初步掌握認識、理解嵌入式系統(tǒng)無處不在的特點，初步掌握嵌入式系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，激發(fā)學習嵌入式系統(tǒng)的興嵌入式系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，激發(fā)學習嵌入式系統(tǒng)的興趣。趣。本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容51.1嵌入式系統(tǒng)簡介v什么是嵌入式系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)v嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成v嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的特點v嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)的分類v嵌入式系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)與PCPC機的區(qū)別機的區(qū)別1.11.1嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)簡介61.1.

3、11.1.1什么是嵌入式系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)（1 1）廣義上對嵌入式系統(tǒng)的定義：凡是帶有微處理器的專）廣義上對嵌入式系統(tǒng)的定義：凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)。用軟硬件系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)。（2 2）根據(jù)）根據(jù)IEEE(IEEE(國際電氣電子工程師協(xié)會國際電氣電子工程師協(xié)會) )對嵌入式系統(tǒng)的對嵌入式系統(tǒng)的定義：定義：“用于控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機器或甚至工廠操用于控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機器或甚至工廠操作的裝置作的裝置”（原文為：（原文為：Devices Used to Control, Monitor or Devices Used to Control, Mo

4、nitor or Assist the Operation of Equipment, Machinery or PlantsAssist the Operation of Equipment, Machinery or Plants）。）。（3 3）國內(nèi)普遍認同的嵌入式系統(tǒng)的定義：以應(yīng)用為中心，）國內(nèi)普遍認同的嵌入式系統(tǒng)的定義：以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適合于應(yīng)用系統(tǒng)對其以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適合于應(yīng)用系統(tǒng)對其功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面嚴格要求的專用計功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。算機系統(tǒng)。（4 4）應(yīng)用上對嵌入式系

5、統(tǒng)通俗的定義：嵌入式系統(tǒng)是一種）應(yīng)用上對嵌入式系統(tǒng)通俗的定義：嵌入式系統(tǒng)是一種專用于某個應(yīng)用或者產(chǎn)品的基于計算機的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以專用于某個應(yīng)用或者產(chǎn)品的基于計算機的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以結(jié)合處理器的系統(tǒng)電路和專屬軟件，成為一個獨立的系統(tǒng)或結(jié)合處理器的系統(tǒng)電路和專屬軟件，成為一個獨立的系統(tǒng)或者更大的系統(tǒng)的一部分。者更大的系統(tǒng)的一部分。71.1.21.1.2嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成v從宏觀上講，嵌入式系統(tǒng)也是由硬件結(jié)構(gòu)和軟件從宏觀上講，嵌入式系統(tǒng)也是由硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)組成。結(jié)構(gòu)組成。硬件結(jié)構(gòu)包括核心處理器、定時器、存儲器等硬件結(jié)構(gòu)包括核心處理器、定時器、存儲器等一系列微電子芯片與器件，一系列

6、微電子芯片與器件，軟件結(jié)構(gòu)是由嵌入在存儲器中的嵌入式操作系軟件結(jié)構(gòu)是由嵌入在存儲器中的嵌入式操作系統(tǒng)（統(tǒng)（Embedded Operating SystemEmbedded Operating System，簡稱，簡稱EOSEOS）和）和控制應(yīng)用軟件組成?？刂茟?yīng)用軟件組成。v從應(yīng)用上講，嵌入式系統(tǒng)是硬件和軟件結(jié)構(gòu)相結(jié)從應(yīng)用上講，嵌入式系統(tǒng)是硬件和軟件結(jié)構(gòu)相結(jié)合的綜合體，共同實現(xiàn)諸如實時控制、監(jiān)視、管理、合的綜合體，共同實現(xiàn)諸如實時控制、監(jiān)視、管理、移動計算、數(shù)據(jù)處理等各種自動處理任務(wù)。移動計算、數(shù)據(jù)處理等各種自動處理任務(wù)。簡言之，嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支簡言之，嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入

7、式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是可獨立工作的它是可獨立工作的“器件器件”。1.1.2 1.1.2 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成8嵌入式系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)9嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的核心是嵌入式處理器，其作用嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的核心是嵌入式處理器，其作用是控制、輔助系統(tǒng)運行的硬件單元。嵌入式處理器分是控制、輔助系統(tǒng)運行的硬件單元。嵌入式處理器分為：為：嵌入式微處理器嵌入式微處理器(Micro Processor Unit(Micro Processor Unit，MPU)

8、MPU)嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Micro(Micro Controller UnitController Unit， MCU)MCU)嵌入式嵌入式DSP (Digital Signal Processor)DSP (Digital Signal Processor)嵌入式片上系統(tǒng)（嵌入式片上系統(tǒng)（System On ChipSystem On Chip，SOCSOC）10嵌入式處理器分類嵌入式處理器分類11（1 1）嵌入式微處理器（）嵌入式微處理器（MPUMPU）相同點：相同點：MPUMPU的作用與通用計算機中的的作用與通用計算機中的CPUCPU類似類似不同點：在具體應(yīng)用時只保留了與嵌

9、入式應(yīng)用緊密相不同點：在具體應(yīng)用時只保留了與嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除了冗余功能關(guān)的功能硬件，去除了冗余功能在實際應(yīng)用中，在實際應(yīng)用中，MPUMPU裝配在專門設(shè)計的電路板上俗稱裝配在專門設(shè)計的電路板上俗稱“核心板核心板”優(yōu)點體積小、重量輕、成本低、可靠性高優(yōu)點體積小、重量輕、成本低、可靠性高流行類型有流行類型有Am186/88Am186/88、386EX386EX、SC-400SC-400、Power PCPower PC、6800068000、MIPSMIPS、ARM/ StrongARMARM/ StrongARM系列等。系列等。12（2 2）嵌入式微控制器（）嵌入式微控制器（MC

10、UMCU）MCUMCU俗稱單片機，是將微處理器、存儲器俗稱單片機，是將微處理器、存儲器( (少量的少量的RAMRAM， ROMROM或兩者都有或兩者都有) )和其它外設(shè)封裝在同一片和其它外設(shè)封裝在同一片集成電路內(nèi)集成電路內(nèi)MCUMCU的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。功耗和成本下降、可靠性提高。有代表性微控制器有有代表性微控制器有MCS-8051MCS-8051、MCS-251MCS-251、MCS-MCS-96/196/29696/196/296、P51XAP51XA、C166/167C166/167系列以及系列以及

11、MCU MCU 8XC930/9318XC930/931、C540C540、C541C541系列，還有支持系列，還有支持I I2 2C C、CAN-BusCAN-Bus、LCDLCD及眾多專用及眾多專用MCUMCU和兼容系列。和兼容系列。13（3 3）嵌入式）嵌入式DSPDSPDSPDSP是專門用于信號處理方面的嵌入式處理器是專門用于信號處理方面的嵌入式處理器DSPDSP特點是對離散時間信號進行極快地處理與計算，特點是對離散時間信號進行極快地處理與計算，提高了編譯效率和執(zhí)行速度。提高了編譯效率和執(zhí)行速度。DSPDSP已經(jīng)在數(shù)字濾波、已經(jīng)在數(shù)字濾波、FFTFFT、譜分析、圖像處理等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大

12、作用。、譜分析、圖像處理等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用。廣泛應(yīng)用的是廣泛應(yīng)用的是TITI公司的公司的TMS320C2000/C5000TMS320C2000/C5000C6000C6000系列，系列，IntelIntel的的MCS-296MCS-296和和SiemensSiemens的的TriCoreTriCore也有各自也有各自的應(yīng)用對象。的應(yīng)用對象。14（4 4）嵌入式片上系統(tǒng)（）嵌入式片上系統(tǒng)（SOCSOC）SOCSOC指的是在單個芯片上集成嵌入式處理器內(nèi)核、指的是在單個芯片上集成嵌入式處理器內(nèi)核、存儲器以及外圍電路等構(gòu)成一個完整的嵌入式系統(tǒng)，存儲器以及外圍電路等構(gòu)成一個完整的嵌入式系統(tǒng)，包含了嵌

13、入式軟件的全部內(nèi)容。包含了嵌入式軟件的全部內(nèi)容。SOCSOC最大特點是直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的最大特點是直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊，成功實現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，系統(tǒng)特別代碼模塊，成功實現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，系統(tǒng)特別簡潔。簡潔。SOCSOC芯片在聲音、圖像、影視、網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)芯片在聲音、圖像、影視、網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)邏輯等應(yīng)用領(lǐng)域中的作用巨大邏輯等應(yīng)用領(lǐng)域中的作用巨大典型的典型的SOCSOC產(chǎn)品是產(chǎn)品是PhilipsPhilips的的Smart XASmart XA，SiemensSiemens的的TriCoreTriCore，MotorolaMotorola的的M-CoreM-Core等。

14、等。15嵌入式處理器小結(jié)嵌入式處理器小結(jié)硬件可裁減特性，方便擴展處理器結(jié)構(gòu)，硬件可裁減特性，方便擴展處理器結(jié)構(gòu)，軟件固化特性，具有很強的存儲區(qū)保護功能，避軟件固化特性，具有很強的存儲區(qū)保護功能，避免了在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤，同時也有利于軟件免了在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤，同時也有利于軟件診斷；診斷；支持實時和多任務(wù)能力，較短的中斷響應(yīng)時間，支持實時和多任務(wù)能力，較短的中斷響應(yīng)時間，內(nèi)部代碼運行時間和實時操作系統(tǒng)的執(zhí)行時間可減內(nèi)部代碼運行時間和實時操作系統(tǒng)的執(zhí)行時間可減少到最低限度；少到最低限度；低功耗，功耗能達到低功耗，功耗能達到mWmW級。級。16ARMARM簡介簡介ARMARM（Advance

15、d RISC MachinesAdvanced RISC Machines）是嵌入式系統(tǒng)業(yè)界著名品牌）是嵌入式系統(tǒng)業(yè)界著名品牌和技術(shù)。和技術(shù)。專門從事基于專門從事基于RISCRISC技術(shù)芯片設(shè)計開發(fā)的公司名字，該公技術(shù)芯片設(shè)計開發(fā)的公司名字，該公司主要出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)。在全世界有幾十家大司主要出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)。在全世界有幾十家大的半導體公司都使用的半導體公司都使用ARMARM公司的授權(quán)，公司的授權(quán)，也代表了嵌入式處理技術(shù)。也代表了嵌入式處理技術(shù)。ARMARM技術(shù)獲得更多的第三方技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，使整個系統(tǒng)成本降低，產(chǎn)品工具、制造、軟件的支持，使整個系統(tǒng)成本

16、降低，產(chǎn)品更容易進入市場被消費者所接受，具有競爭力。更容易進入市場被消費者所接受，具有競爭力。ARMARM微處理器約占據(jù)了微處理器約占據(jù)了3232位位RISCRISC微處理器微處理器75%75%以上的市場份以上的市場份額。額。ARM ARM 微處理器已遍及消費類電子產(chǎn)品、工業(yè)控制、通信系微處理器已遍及消費類電子產(chǎn)品、工業(yè)控制、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場。統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場。17嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。嵌入式操作系統(tǒng)不僅起到管理協(xié)調(diào)嵌入式處理器、嵌入式操作系統(tǒng)不僅起到管理協(xié)調(diào)嵌入式處理器、存儲器、電源等硬件資源的作用

17、，還為應(yīng)用軟件存儲器、電源等硬件資源的作用，還為應(yīng)用軟件提供統(tǒng)一服務(wù)。提供統(tǒng)一服務(wù)。嵌入式應(yīng)用軟件則是根據(jù)對象設(shè)備或產(chǎn)品編制出嵌入式應(yīng)用軟件則是根據(jù)對象設(shè)備或產(chǎn)品編制出來的解決具體任務(wù)的專用代碼，由用戶直接開發(fā)來的解決具體任務(wù)的專用代碼，由用戶直接開發(fā)或提出開發(fā)要求。嵌入式系統(tǒng)上的應(yīng)用軟件通?；蛱岢鲩_發(fā)要求。嵌入式系統(tǒng)上的應(yīng)用軟件通常是暫時不變的，所以常稱為是暫時不變的，所以常稱為“固件固件”。181.1.31.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入性。是指在某個對象體系中嵌入了計算機系統(tǒng)內(nèi)核。嵌入性。是指在某個對象體系中嵌入了計算機系統(tǒng)內(nèi)核。 專用性。是指嵌入式系統(tǒng)只是被用于解決一項或者

18、幾項特殊專用性。是指嵌入式系統(tǒng)只是被用于解決一項或者幾項特殊任務(wù)，每個嵌入式系統(tǒng)都面向一個特定應(yīng)用。任務(wù)，每個嵌入式系統(tǒng)都面向一個特定應(yīng)用?？刹眉粜浴Ｊ擒浻布O(shè)計高效、可裁減的完整的計算機體系可裁剪性。是軟硬件設(shè)計高效、可裁減的完整的計算機體系結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。集成性。是各種先進技術(shù)和各行業(yè)具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。集成性。是各種先進技術(shù)和各行業(yè)具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。精簡性。系統(tǒng)內(nèi)核小，沒有明顯的系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件區(qū)分。精簡性。系統(tǒng)內(nèi)核小，沒有明顯的系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件區(qū)分。交叉編譯。不具備自舉開發(fā)能力，需要開發(fā)工具和環(huán)境支持。交叉編譯。不具備自舉開發(fā)能力，需要開發(fā)工具和環(huán)境支持。開發(fā)過程中利用宿主機和目

19、標機思想。開發(fā)過程中利用宿主機和目標機思想。生命周期長。嵌入式系統(tǒng)與具體應(yīng)用有機結(jié)合在一起，產(chǎn)品生命周期長。嵌入式系統(tǒng)與具體應(yīng)用有機結(jié)合在一起，產(chǎn)品升級換代也是同步進行。升級換代也是同步進行。1.1.31.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的特點191.1.41.1.4嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)的分類v根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模和復雜度將嵌入式系統(tǒng)分根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模和復雜度將嵌入式系統(tǒng)分為小型嵌入式系統(tǒng)、中型嵌入式系統(tǒng)和復雜嵌入式為小型嵌入式系統(tǒng)、中型嵌入式系統(tǒng)和復雜嵌入式系統(tǒng)。系統(tǒng)。小型嵌入式系統(tǒng)一般采用小型嵌入式系統(tǒng)一般采用8 8位或者位或者1616位微控制器位微控制器設(shè)計，硬件與軟件復雜度很

20、小，需要進行板級設(shè)設(shè)計，硬件與軟件復雜度很小，需要進行板級設(shè)計，可以電池驅(qū)動。軟件開發(fā)時可以使用控制器計，可以電池驅(qū)動。軟件開發(fā)時可以使用控制器自帶專用編輯器、匯編器和交叉匯編器。像各類自帶專用編輯器、匯編器和交叉匯編器。像各類智能智能ICIC卡、醫(yī)用電子器械、鼠標、打印機控制器、卡、醫(yī)用電子器械、鼠標、打印機控制器、工業(yè)溫度記錄儀等。工業(yè)溫度記錄儀等。1.1.41.1.4嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)的分類201.1.41.1.4嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)的分類中型嵌入式系統(tǒng)是采用一個中型嵌入式系統(tǒng)是采用一個1616位或者位或者3232位的微控位的微控制器、微處理器制器、微處理器ARMARM或者

21、或者DSPDSP設(shè)計，硬件與軟件設(shè)計，硬件與軟件復雜度都比較大，硬件擴充了總線接口、網(wǎng)絡(luò)接復雜度都比較大，硬件擴充了總線接口、網(wǎng)絡(luò)接口，以解決硬件復雜性的問題。對于軟件開發(fā)如口，以解決硬件復雜性的問題。對于軟件開發(fā)如物理和虛擬設(shè)備驅(qū)動程序、任務(wù)調(diào)度優(yōu)化、中斷物理和虛擬設(shè)備驅(qū)動程序、任務(wù)調(diào)度優(yōu)化、中斷處理機制等程序，可以使用專用的編程工具如處理機制等程序，可以使用專用的編程工具如C C語言、語言、RTOSRTOS、源代碼設(shè)計工具、調(diào)試器和集成、源代碼設(shè)計工具、調(diào)試器和集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境(ODE)(ODE)和軟件調(diào)試工具。像計算機互聯(lián)和軟件調(diào)試工具。像計算機互聯(lián)網(wǎng)上的各種路由器、交換機、中繼器，

22、圖像處理、網(wǎng)上的各種路由器、交換機、中繼器，圖像處理、模式識別機，手持設(shè)備模式識別機，手持設(shè)備PADPAD，上網(wǎng)筆記本、銀行，上網(wǎng)筆記本、銀行系統(tǒng)的系統(tǒng)的ATMATM機等。機等。211.1.41.1.4嵌入式系統(tǒng)的分類嵌入式系統(tǒng)的分類復雜嵌入式系統(tǒng)的軟件與硬件都非常復雜，采用復雜嵌入式系統(tǒng)的軟件與硬件都非常復雜，采用可升級的處理器或者片上系統(tǒng)可升級的處理器或者片上系統(tǒng)SOCSOC和可編程邏輯和可編程邏輯陣列陣列FPGAFPGA，需要硬件和軟件協(xié)同設(shè)計?？绍浖?，需要硬件和軟件協(xié)同設(shè)計。可軟件硬化如加密和解密算法、離散余弦變換和逆變換硬化如加密和解密算法、離散余弦變換和逆變換算法，算法，TCP/I

23、PTCP/IP協(xié)議棧和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序功能；也可協(xié)議棧和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序功能；也可將某些硬件資源的功能用軟件實現(xiàn)。除了必要的將某些硬件資源的功能用軟件實現(xiàn)。除了必要的編程工具如編程工具如C C語言、語言、RTOSRTOS和其他編程工具等外，和其他編程工具等外，這樣的系統(tǒng)還需要十分昂貴開發(fā)工具，甚至還必這樣的系統(tǒng)還需要十分昂貴開發(fā)工具，甚至還必須為這些系統(tǒng)開發(fā)專門的編譯器。像實時視頻嵌須為這些系統(tǒng)開發(fā)專門的編譯器。像實時視頻嵌入式系統(tǒng)、高速網(wǎng)絡(luò)接口、無線入式系統(tǒng)、高速網(wǎng)絡(luò)接口、無線LANLAN設(shè)備、太空設(shè)備、太空救生艙等。救生艙等。221.1.51.1.5嵌入式系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)與PCPC機的區(qū)別機的區(qū)別

24、v最根本的區(qū)別是嵌入式系統(tǒng)是專用系統(tǒng)，而最根本的區(qū)別是嵌入式系統(tǒng)是專用系統(tǒng)，而PCPC機是公機是公共平臺。共平臺。在系統(tǒng)資源方面，嵌入式系統(tǒng)資源緊缺，沒有編譯在系統(tǒng)資源方面，嵌入式系統(tǒng)資源緊缺，沒有編譯器等相關(guān)開發(fā)工具；而器等相關(guān)開發(fā)工具；而PCPC機系統(tǒng)資源充足，有豐富機系統(tǒng)資源充足，有豐富的編譯器、集成開發(fā)環(huán)境、調(diào)試器等。的編譯器、集成開發(fā)環(huán)境、調(diào)試器等。在組成結(jié)構(gòu)上，嵌入式系統(tǒng)是面向特定應(yīng)用的處理在組成結(jié)構(gòu)上，嵌入式系統(tǒng)是面向特定應(yīng)用的處理器，總線和外設(shè)一般集成在處理器內(nèi)部，軟硬件緊器，總線和外設(shè)一般集成在處理器內(nèi)部，軟硬件緊密結(jié)合；而密結(jié)合；而PCPC機是通用處理器、標準總線和外設(shè)，機

25、是通用處理器、標準總線和外設(shè)，軟硬件相對獨立。軟硬件相對獨立。在軟件危機方面，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件一般不能重在軟件危機方面，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件一般不能重新編程開發(fā)，而新編程開發(fā)，而PCPC機應(yīng)用程序可以重新編程。嵌入機應(yīng)用程序可以重新編程。嵌入式系統(tǒng)軟件故障導致的故障后果比式系統(tǒng)軟件故障導致的故障后果比PCPC大得多。大得多。1.1.51.1.5嵌入式系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)與PCPC機的區(qū)別機的區(qū)別231.1.51.1.5嵌入式系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)與PCPC機的區(qū)別機的區(qū)別在效率性能方面，嵌入式系統(tǒng)大都有成本、在效率性能方面，嵌入式系統(tǒng)大都有成本、功耗和實時性要求，而功耗和實時性要求，而PCPC機一般沒有

26、實時性機一般沒有實時性要求；要求；在開發(fā)平臺與開發(fā)方式方面，嵌入式系統(tǒng)需在開發(fā)平臺與開發(fā)方式方面，嵌入式系統(tǒng)需要專用的開發(fā)工具，采用交叉編譯方式，開發(fā)要專用的開發(fā)工具，采用交叉編譯方式，開發(fā)平臺一般是通用計算機，運行平臺是嵌入式系平臺一般是通用計算機，運行平臺是嵌入式系統(tǒng)；而統(tǒng)；而PCPC機開發(fā)平臺和運行平臺都是通用計機開發(fā)平臺和運行平臺都是通用計算機。算機。在外觀形式類型上，嵌入式系統(tǒng)是在外觀形式類型上，嵌入式系統(tǒng)是“看不見看不見”的嵌入了計算智能的電子裝置或設(shè)備，且形式的嵌入了計算智能的電子裝置或設(shè)備，且形式多樣、應(yīng)用領(lǐng)域廣，以應(yīng)用領(lǐng)域分類；而多樣、應(yīng)用領(lǐng)域廣，以應(yīng)用領(lǐng)域分類；而PCPC機

27、是實實在在的計算機，按其體系結(jié)構(gòu)、運算機是實實在在的計算機，按其體系結(jié)構(gòu)、運算速度和規(guī)模可分為大型機、中型機、小型機和速度和規(guī)?？煞譃榇笮蜋C、中型機、小型機和微機。微機。241.2 1.2 嵌入式系統(tǒng)的歷史與發(fā)展嵌入式系統(tǒng)的歷史與發(fā)展v嵌入式系統(tǒng)的歷史嵌入式系統(tǒng)的歷史v嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域v嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1.2 1.2 嵌入式系統(tǒng)的歷史與發(fā)展嵌入式系統(tǒng)的歷史與發(fā)展251.2.1嵌入式系統(tǒng)的歷史v嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，可以追溯到嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，可以追溯到2020世紀世紀七十年代單片機的產(chǎn)生時期；七十年代單片機的產(chǎn)生時期；v19761

28、976年年IntelIntel公司生產(chǎn)出了第一個單片機公司生產(chǎn)出了第一個單片機80488048開始，開始，MotorolaMotorola公司同時推出了公司同時推出了68HC0568HC05，ZilogZilog公司也推出了公司也推出了Z80Z80系列，嵌入式系統(tǒng)時期；系列，嵌入式系統(tǒng)時期；v到了到了8080年代初，年代初，IntelIntel成功研制了成功研制了MCS-51MCS-51單片機，開單片機，開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展時代；創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展時代；v9090年代以后，隨著嵌入式系統(tǒng)實時性要求的提高和年代以后，隨著嵌入式系統(tǒng)實時性要求的提高和軟件規(guī)模的不斷上升，實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（

29、軟件規(guī)模的不斷上升，實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOSRTOS）逐步成為國際嵌入式系統(tǒng)的主流。逐步成為國際嵌入式系統(tǒng)的主流。1.2.1 1.2.1 嵌入式系統(tǒng)的歷史嵌入式系統(tǒng)的歷史261.2.2 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域v信息家電信息家電v家庭智能管理系統(tǒng)家庭智能管理系統(tǒng)vPOSPOS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)v工業(yè)控制工業(yè)控制v交通管理交通管理v環(huán)境工程與自然環(huán)境工程與自然v機器人機器人1.2.2 1.2.2 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域271.2.3 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢v嵌入式系統(tǒng)智能化嵌入式系統(tǒng)智能化v自然友好的人機界面自然友好的人機界面v規(guī)?；缧袠I(yè)協(xié)作規(guī)?；缧袠I(yè)協(xié)作v進一步的

30、網(wǎng)絡(luò)支持進一步的網(wǎng)絡(luò)支持v小尺寸、微功耗、低成本小尺寸、微功耗、低成本v物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用1.2.3 1.2.3 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢28嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的趨勢291.3 1.3 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)v嵌入式軟件系統(tǒng)是將所有程序，包括操作系統(tǒng)、驅(qū)嵌入式軟件系統(tǒng)是將所有程序，包括操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序、應(yīng)用程序等等的程序代碼全部都燒進一個動程序、應(yīng)用程序等等的程序代碼全部都燒進一個RAMRAM里，即固化。因此，有人把嵌入式軟件系統(tǒng)形里，即固化。因此，有人把嵌入式軟件系統(tǒng)形象的比喻為庫象的比喻為庫( Library)( Library)函數(shù)，可以在系統(tǒng)執(zhí)行過程中函數(shù)，可

31、以在系統(tǒng)執(zhí)行過程中直接調(diào)用，不能修改直接調(diào)用，不能修改操作系統(tǒng)的作用301.3 嵌入式操作系統(tǒng)vAndroid Android 系統(tǒng)中文俗稱安卓。系統(tǒng)中文俗稱安卓。AndroidAndroid操作系統(tǒng)的內(nèi)操作系統(tǒng)的內(nèi)核屬于核屬于LinuxLinux內(nèi)核的一個分支，具有典型的內(nèi)核的一個分支，具有典型的LinuxLinux周期周期和功能，是半開源操作系統(tǒng)。和功能，是半開源操作系統(tǒng)。 GoogleGoogle公司免費開源代公司免費開源代碼。碼。vAndroidAndroid從高層到低四層架構(gòu)體系從高層到低四層架構(gòu)體系：應(yīng)用程序?qū)?。包含了許多應(yīng)用程序。應(yīng)用程序?qū)?。包含了許多應(yīng)用程序。應(yīng)用程序框架層。應(yīng)

32、用程序框架層。AndroidAndroid開發(fā)的基礎(chǔ)。開發(fā)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)運行庫層。系統(tǒng)庫、核心庫與系統(tǒng)運行庫層。系統(tǒng)庫、核心庫與DalvikDalvik虛擬機。系統(tǒng)庫虛擬機。系統(tǒng)庫包含一些包含一些C/C+C/C+庫，通過庫，通過 Android Android 應(yīng)用程序框架為開發(fā)者應(yīng)用程序框架為開發(fā)者提供服務(wù)。提供服務(wù)。AndroidAndroid運行時的核心庫是運行時的核心庫是AndroidAndroid的一些核心的一些核心APIAPI，DalvikDalvik虛擬機被設(shè)計一個設(shè)備，每一個虛擬機被設(shè)計一個設(shè)備，每一個AndroidAndroid應(yīng)用程應(yīng)用程序都擁有一個獨立的序都擁有一個獨立的D

33、alvikDalvik虛擬機實例。虛擬機實例。linuxlinux核心層。核心層。AndroidAndroid是基于是基于Linux2.6Linux2.6內(nèi)核，其核心系統(tǒng)服內(nèi)核，其核心系統(tǒng)服務(wù)如安全性、內(nèi)存管理、進程管理、網(wǎng)路協(xié)議以及驅(qū)動模務(wù)如安全性、內(nèi)存管理、進程管理、網(wǎng)路協(xié)議以及驅(qū)動模型都依賴于型都依賴于LinuxLinux內(nèi)核。內(nèi)核。Android Android 311.3 嵌入式操作系統(tǒng)vLinux Linux 是是自由和開放源碼的類是是自由和開放源碼的類UnixUnix操作系統(tǒng)，用操作系統(tǒng)，用C C語言寫成，目前存在著多種語言寫成，目前存在著多種LinuxLinux版本都是基于版本

34、都是基于LinuxLinux內(nèi)核。內(nèi)核。vLinuxLinux內(nèi)核提供對多種處理器的支持，支持跨平臺，內(nèi)核提供對多種處理器的支持，支持跨平臺，支持多用戶、多任務(wù)，是一個先進的操作系統(tǒng)。支持多用戶、多任務(wù)，是一個先進的操作系統(tǒng)。v世界上運算最快的世界上運算最快的1010臺超級計算機運行的都是臺超級計算機運行的都是LinuxLinux操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)，LinuxLinux也可以安裝在各種嵌入式系統(tǒng)也可以安裝在各種嵌入式系統(tǒng)設(shè)備中。設(shè)備中。Linux Linux 321.3 嵌入式操作系統(tǒng)vCC/OS-II/OS-II是專門為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的實時操作系是專門為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的實時操作系統(tǒng)。統(tǒng)。 C

35、C/OS-II/OS-II絕大部分的代碼是用絕大部分的代碼是用C C語言編寫的，語言編寫的，包含一小部分匯編代碼，使之可供不同架構(gòu)的微處包含一小部分匯編代碼，使之可供不同架構(gòu)的微處理器使用。理器使用。v CC/OS-II/OS-II也是源碼公開，便于移植和維護也是源碼公開，便于移植和維護。CC/OS-II/OS-II331.3 嵌入式操作系統(tǒng)vWindows CE Windows CE 是微軟公司嵌入式移動計算平臺的基是微軟公司嵌入式移動計算平臺的基礎(chǔ)，也是一個可定制，可裁剪的嵌入式操作系統(tǒng)，礎(chǔ)，也是一個可定制，可裁剪的嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作系統(tǒng)。是基于掌上型電腦類的

36、電子設(shè)備操作系統(tǒng)。Windows CEWindows CE不開源。不開源。v基于基于Windows CEWindows CE構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)大致可以分為構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)大致可以分為四個層次，其中硬件層和四個層次，其中硬件層和OEMOEM層由硬件層由硬件OEMOEM廠商提廠商提供，操作系統(tǒng)層由微軟公司提供，應(yīng)用層由獨立軟供，操作系統(tǒng)層由微軟公司提供，應(yīng)用層由獨立軟件開發(fā)商提供。自底層向上依次是：件開發(fā)商提供。自底層向上依次是： 硬件層硬件層 OEMOEM層層 操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)層 應(yīng)用層應(yīng)用層341.3 嵌入式操作系統(tǒng)vVxWorksVxWorks操作系統(tǒng)是美國操作系統(tǒng)是美國WindRiverW

37、indRiver公司于公司于19831983年年設(shè)計開發(fā)的一款嵌入式實時操作系統(tǒng)，是由設(shè)計開發(fā)的一款嵌入式實時操作系統(tǒng)，是由400400多個多個相對獨立、短小精悍的目標模塊組成，其核心模塊相對獨立、短小精悍的目標模塊組成，其核心模塊甚至可以微縮到甚至可以微縮到8 KB8 KB。 vVxWorksVxWorks具有可裁剪微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，高效的任務(wù)管具有可裁剪微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，高效的任務(wù)管理與通訊，支持多種物理介質(zhì)及標準的、完整的理與通訊，支持多種物理介質(zhì)及標準的、完整的TCP/IPTCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。vVxWorksVxWorks操作系統(tǒng)本身以及開發(fā)環(huán)境都是專有的，操作系統(tǒng)本身以及開發(fā)環(huán)境

38、都是專有的，價格一般都比較高。價格一般都比較高。v早期主要用于軍事領(lǐng)域。早期主要用于軍事領(lǐng)域。VxWorksVxWorks 351.3 嵌入式操作系統(tǒng)vPalm OSPalm OS是一種是一種3232位的嵌入式操作系統(tǒng)，早期由位的嵌入式操作系統(tǒng)，早期由U.S. U.S. RoboticsRobotics研制的專門用于掌上電腦產(chǎn)品研制的專門用于掌上電腦產(chǎn)品PalmPalm的操作系的操作系統(tǒng)，后來統(tǒng)，后來IBMIBM、SonySony、HandspringHandspring等廠商取得授權(quán)，在等廠商取得授權(quán)，在各自旗下產(chǎn)品中使用。各自旗下產(chǎn)品中使用。vPalm OSPalm OS運行要求內(nèi)存與處理器資源較小，速度也運行要求內(nèi)存與處理器資源較小，速度也很快，但不支持多線程，長遠發(fā)展受到限制。很快，但不支持多線程，長遠發(fā)展受到限制。Palm OSPalm OS361.4 嵌入式系統(tǒng)的選型原則嵌入式系統(tǒng)選型主要依據(jù)它們在硬件、操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)選型主要依據(jù)它們在硬件、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件及適用場合等方面進行?；驹瓌t：應(yīng)用軟件及適用場合等方面進行。