嵌入式系統(tǒng)課件-第1章

第一章緒論1.1嵌入式系統(tǒng)概述1.2嵌入式系統(tǒng)基本組成1.3嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生發(fā)展歷程1.4嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)系統(tǒng)劃分計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以劃分為三大領(lǐng)域：桌面通用系統(tǒng)高端服務(wù)器系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)1.1.1嵌入式系統(tǒng)定義國(guó)外定義1

Devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants.用來(lái)執(zhí)行特定功能以微電腦與周邊構(gòu)成核心需要嚴(yán)格的時(shí)序與穩(wěn)定度全自動(dòng)操作循環(huán)嵌入式系統(tǒng)定義國(guó)外定義2

Anembeddedsystemisacomputersystemcontainedwithinsomelargerdeviceorproductwiththepurposeofprovidingmonitoringandcontrolservicestothatdevice.國(guó)外定義3Anysortofdevicewhichincludesaprogrammablecomputerbutitselfisnotintendedtobeageneral-purposecomputer.嵌入式系統(tǒng)定義系統(tǒng)角度定義：嵌入式系統(tǒng)是完成特定功能、硬件和軟件緊密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以是更大系統(tǒng)的一個(gè)完整子系統(tǒng)，也可以包含多個(gè)子嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)定義技術(shù)角度定義：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗和應(yīng)用環(huán)境等有特殊要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)控制、監(jiān)視或管理等功能嵌入式系統(tǒng)定義最簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)僅有執(zhí)行單一功能的控制能力，在唯一的ROM中僅有實(shí)現(xiàn)單一功能的控制程序，無(wú)嵌入式操作系統(tǒng)較復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，例如掌上電腦（PDA，PersonalDigitalAssistant）等，具有與PC幾乎一樣的功能很多復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)又是由若干個(gè)小型嵌入式系統(tǒng)組成的嵌入式系統(tǒng)示例——汽車(chē)控制系統(tǒng)馬達(dá)控制器車(chē)燈尾燈控制系統(tǒng)后車(chē)門(mén)控制系統(tǒng)前車(chē)門(mén)控制系統(tǒng)座椅控制系統(tǒng)發(fā)動(dòng)器控制系統(tǒng)所有的控制系統(tǒng)都是一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)1.1.2嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)專(zhuān)用性強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)的硬、軟件均是面向特定應(yīng)用對(duì)象和任務(wù)設(shè)計(jì)的，個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行操作系統(tǒng)的移植嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)1嵌入式系統(tǒng)特別強(qiáng)調(diào)“量身定做”的原則一旦任務(wù)變更，整個(gè)系統(tǒng)很可能需要重新設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)人員往往需要針對(duì)某一種特殊用途開(kāi)發(fā)出一個(gè)截然不同的嵌入式系統(tǒng)來(lái)，所以很難不經(jīng)過(guò)“大量”修改而直接將一個(gè)嵌入式系統(tǒng)全套用到其他的嵌入式產(chǎn)品上去嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)2功耗限制嵌入式系統(tǒng)中，尤其是在用電池供電的嵌入式系統(tǒng)中，這是一個(gè)主要考慮的因素大耗電量直接影響到硬件費(fèi)用，并影響電源壽命以及帶來(lái)散熱問(wèn)題嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)2有很多嵌入式系統(tǒng)的嵌入對(duì)象都是一些小型應(yīng)用系統(tǒng)，例如手機(jī)、MP3、數(shù)碼相機(jī)等，這些設(shè)備不可能配上容量較大的電源，因此低功耗一直是嵌入式系統(tǒng)追求的目標(biāo)為了降低系統(tǒng)的功耗，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般不存儲(chǔ)于磁盤(pán)等載體中，而都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片系統(tǒng)的存儲(chǔ)器之中嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)3低成本包含硬件成本和軟件成本硬件成本主要決定于所使用的微處理器、所需的內(nèi)存及相應(yīng)的外圍芯片軟件成本通常難于預(yù)測(cè)，但一個(gè)好的設(shè)計(jì)方法有利于降低軟件成本嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)4多速率系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)實(shí)時(shí)性任務(wù)，系統(tǒng)必須同時(shí)控制這些動(dòng)作，但這些動(dòng)作有些速度慢，有些速度快嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)5環(huán)境相關(guān)性嵌入式系統(tǒng)不是獨(dú)立的，而是與其被嵌入的設(shè)備緊密相關(guān)聯(lián)嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)6操作系統(tǒng)內(nèi)核小由于嵌入式系統(tǒng)很多是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對(duì)有限，所以?xún)?nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)7多樣性嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用多種多樣，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域嵌入式設(shè)備的類(lèi)型也日趨多樣化，有多種處理器和外圍設(shè)備的支持嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)8不可壟斷性PC有WinTel壟斷，而嵌入式系統(tǒng)工業(yè)是不可壟斷的高度分散的工業(yè)，沒(méi)有哪一個(gè)系列的處理器和操作系統(tǒng)能夠壟斷全部市場(chǎng)各不相同的應(yīng)用領(lǐng)域決定了不可能由少數(shù)公司、少數(shù)產(chǎn)品壟斷全部市場(chǎng)，因此嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的產(chǎn)品和技術(shù)，必然是高度分散的，留給各個(gè)行業(yè)高新技術(shù)公司的創(chuàng)新余地很大嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)9較長(zhǎng)的生命周期、產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定性嵌入式系統(tǒng)和實(shí)際應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的更新、換代也是和實(shí)際產(chǎn)品一同進(jìn)行的，因此基于嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，就具有較長(zhǎng)的生命周期嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)10實(shí)時(shí)性多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都有實(shí)時(shí)性要求，需要有對(duì)外部事件迅速反應(yīng)的能力實(shí)時(shí)系統(tǒng)的正確性依賴(lài)于運(yùn)行結(jié)果的邏輯正確性和運(yùn)行結(jié)果產(chǎn)生的時(shí)間正確性，即實(shí)時(shí)系統(tǒng)必須在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)正確地響應(yīng)外部物理過(guò)程的變化嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)11健壯可靠性目前主要有兩種機(jī)制來(lái)保證系統(tǒng)的可靠性，一是硬件機(jī)制，如硬件中的看門(mén)狗定時(shí)器，它可以在軟件失去控制后使系統(tǒng)重新開(kāi)始正常運(yùn)行；二是軟件機(jī)制，如內(nèi)存保護(hù)和重啟機(jī)制等為提高系統(tǒng)的可靠性，嵌入式系統(tǒng)中往往采用固態(tài)化存儲(chǔ)，軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片中，而不是存儲(chǔ)于磁盤(pán)等載體中1.1.3嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)區(qū)別嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行的任務(wù)是專(zhuān)用而確定的心臟監(jiān)視器只需運(yùn)行信號(hào)輸入、信號(hào)處理、心電圖顯示任務(wù)如要更改任務(wù)，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或在線維護(hù)嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)區(qū)別1桌面通用系統(tǒng)需要支持大量的、需求多樣的應(yīng)用程序?qū)ο到y(tǒng)中運(yùn)行的程序不作假設(shè)程序升級(jí)、更新等方便嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)區(qū)別2嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行需要高可靠性保障，比桌面系統(tǒng)的故障容忍能力弱很多嵌入式系統(tǒng)需要忍受長(zhǎng)時(shí)間、無(wú)人值守條件下的運(yùn)行嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境惡劣嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)區(qū)別3嵌入式系統(tǒng)大都有功耗約束，可引入間歇工作方式，從而降低功耗，節(jié)省能量桌面通用系統(tǒng)往往有固定電源供應(yīng)，功耗要求相對(duì)嵌入式系統(tǒng)低嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)區(qū)別4嵌入式系統(tǒng)比桌面通用系統(tǒng)可用資源少得多為降低系統(tǒng)成本，降低功耗，嵌入式系統(tǒng)的資源配置遵循夠用就行嵌入式系統(tǒng)與桌面通用系統(tǒng)區(qū)別5嵌入式系統(tǒng)本身不具備自主開(kāi)發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后用戶(hù)通常也不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改，它必須有一套開(kāi)發(fā)工具和相應(yīng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)和修改開(kāi)發(fā)：交叉編譯調(diào)試：仿真器、虛擬機(jī)升級(jí)1.1.4嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)按實(shí)時(shí)性分類(lèi)根據(jù)是否具有實(shí)時(shí)性，可分為嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)和嵌入式非實(shí)時(shí)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)性的強(qiáng)弱，又可分為硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)和軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)1硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（HardRealTime）：系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)格的要求，如果系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不能滿足，或者在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能完成事件的處理，就要引起系統(tǒng)崩潰或致命的錯(cuò)誤軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)（SoftRealTime）：系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間有要求，但是如果系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不能滿足，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)致命的錯(cuò)誤或崩潰嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)1從實(shí)踐上說(shuō)，軟實(shí)時(shí)和硬實(shí)時(shí)之間的區(qū)別通常與系統(tǒng)的時(shí)間精度有關(guān)，因此，典型的軟實(shí)時(shí)任務(wù)的調(diào)度精度必須大于千分之一秒(ms)，而硬實(shí)時(shí)任務(wù)為微秒級(jí)嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)1硬實(shí)時(shí)Vs軟實(shí)時(shí)1s100ms10ms1ms100ms10ms1msSoftHard網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)自動(dòng)檢票機(jī)電子游戲嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)2按應(yīng)用形態(tài)劃分，嵌入式系統(tǒng)可分為設(shè)備級(jí)（工控機(jī)）、板級(jí)（單板、模塊）、芯片級(jí)（MCU、DSP）和SoC級(jí)嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)2設(shè)備級(jí)模式主要指工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（產(chǎn)業(yè)電腦或工業(yè)電腦），英文簡(jiǎn)稱(chēng)IPC（IndustrialPersonalComputer），專(zhuān)門(mén)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)通過(guò)將通用計(jì)算機(jī)加固而實(shí)現(xiàn)的，具有通用計(jì)算機(jī)的形態(tài)和操作系統(tǒng)抗電磁干擾、抗沖擊、抗振動(dòng)、防塵、防過(guò)壓、防過(guò)流等優(yōu)勢(shì)嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)2板級(jí)模式是指以各種性能卓越的工業(yè)級(jí)32位通用微處理器（如X86處理器）為核心構(gòu)成的功能模塊或功能板，如一些通用CPU處理器生產(chǎn)廠家將在通用微處理器方面的技術(shù)和產(chǎn)品“移植”到嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，制成x86的小型工控板或工控卡，在各種自動(dòng)化設(shè)備、數(shù)字機(jī)械產(chǎn)品中有非常廣闊的應(yīng)用空間嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)2芯片級(jí)模式是基于嵌入式處理器（如MCU、DSP等）的嵌入式系統(tǒng)根據(jù)各種應(yīng)用系統(tǒng)的不同要求，選用相應(yīng)的嵌入式處理器芯片、存儲(chǔ)器（RAM和ROM）及I/O接口芯片等組成相應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)相應(yīng)的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件也以固件形式固化在ROM中，是典型的嵌入式系統(tǒng)形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)2系統(tǒng)級(jí)芯片SoC（SystemonChip）是把包括嵌入式處理器、I/O接口、存儲(chǔ)器等不同的功能模塊，根據(jù)應(yīng)用的要求集成在一塊芯片上嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)3按嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)來(lái)分類(lèi)循環(huán)輪詢(xún)系統(tǒng)有限狀態(tài)機(jī)系統(tǒng)前后臺(tái)系統(tǒng)單處理器多任務(wù)系統(tǒng)多處理器多任務(wù)系統(tǒng)循環(huán)輪詢(xún)系統(tǒng)循環(huán)輪詢(xún)系統(tǒng)initialize()while(true){ if(condition_1)action_1(); if(condition_2)action_2(); ...... if(condition_n)acition_n();}CheckforInputDoSomething循環(huán)輪詢(xún)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)而言，便于編程和理解，執(zhí)行效率高沒(méi)有中斷的機(jī)制，程序運(yùn)行良好，不會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)的問(wèn)題缺點(diǎn)有限的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诖罅康腎/O服務(wù)的應(yīng)用，不容易實(shí)現(xiàn)有限狀態(tài)機(jī)系統(tǒng)有限狀態(tài)機(jī)系統(tǒng)舉例有限狀態(tài)機(jī)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于小的系統(tǒng)而言，便于編程和理解可以快速執(zhí)行只是通過(guò)改變輸出功能來(lái)改變機(jī)器的響應(yīng)缺點(diǎn)有限的應(yīng)用領(lǐng)域不能保證確定性對(duì)于大的應(yīng)用系統(tǒng)，難于調(diào)試前后臺(tái)系統(tǒng)是中斷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一種后臺(tái)是一個(gè)循環(huán)輪詢(xún)系統(tǒng)一直在運(yùn)行前臺(tái)是由一些中斷處理過(guò)程組成的當(dāng)有一前臺(tái)事件(外部事件)發(fā)生時(shí)，引起中斷,進(jìn)行前臺(tái)處理,處理完成后又回到后臺(tái)(通常又稱(chēng)主程序)需要考慮的是中斷的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)，中斷嵌套，中斷處理過(guò)程與主程序的協(xié)調(diào)(共享資源)問(wèn)題前后臺(tái)系統(tǒng)中斷1中斷2主程序中斷1中斷1中斷2前后臺(tái)系統(tǒng)初始化處理1事件1處理2事件2NYYNISR1ISR2前臺(tái)處理后臺(tái)處理ISR3單處理器多任務(wù)系統(tǒng)對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)采用中斷處理程序加一個(gè)后臺(tái)主程序這種軟件結(jié)構(gòu)難以實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的、可靠的完成存在一些互不相關(guān)的程序需要在一個(gè)計(jì)算機(jī)中同時(shí)處理時(shí)此時(shí)需要采用實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)單處理器多任務(wù)系統(tǒng)單處理器多任務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：由多個(gè)程序、多個(gè)中斷處理程序和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）組成的有機(jī)的整體多個(gè)任務(wù)（程序）并行運(yùn)行，并行性通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)完成，任務(wù)間的相互通信和同步也需要操作系統(tǒng)的支持并發(fā)多任務(wù)：：：：：：后臺(tái)前臺(tái)ISRsTasks單處理器多任務(wù)系統(tǒng)單處理器多任務(wù)系統(tǒng)宏觀上看，所有的程序“同時(shí)運(yùn)行”，每個(gè)程序運(yùn)行在自己獨(dú)立的CPU上，即它們先后開(kāi)始了各自的運(yùn)行，且均未結(jié)束實(shí)際上，不同的程序是共享同一個(gè)CPU和其它硬件，因此，需要RTOS來(lái)對(duì)這些共享的設(shè)備和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理其實(shí)質(zhì)是若干程序在處理器中“交替執(zhí)行”把一個(gè)程序和一個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)，把任務(wù)分成的分開(kāi)的、獨(dú)立執(zhí)行的部分（稱(chēng)之為線程）單處理器多任務(wù)系統(tǒng)RTOS有一個(gè)可靠性很高的實(shí)時(shí)內(nèi)核，將CPU時(shí)間、中斷、I/O、定時(shí)器等資源都包括起來(lái)，根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，合理地在不同任務(wù)之間分配CPU的時(shí)間，調(diào)度、執(zhí)行線程，保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性單處理器多任務(wù)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)將復(fù)雜的系統(tǒng)分解為相對(duì)獨(dú)立的多個(gè)線程，達(dá)到“分而制之”的目的，從而降低系統(tǒng)的復(fù)雜性保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性系統(tǒng)的模塊化好，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性單處理器多任務(wù)系統(tǒng)缺點(diǎn)需要增加功能：線程間的協(xié)調(diào)、同步和通信功能需要對(duì)每一個(gè)共享資源互斥需要使用RTOS，增加系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)多處理器多任務(wù)系統(tǒng)多任務(wù)可運(yùn)行在多個(gè)處理器上，由操作系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度、處理宏觀上看是并發(fā)的，微觀上看也是并發(fā)的嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)4按嵌入式處理器的位數(shù)分類(lèi)（指微處理器一次處理的數(shù)據(jù)帶寬）4位、8位、16位、32位、64位……其中，4位、8位、16位嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)獲得了大量應(yīng)用，32位嵌入式系統(tǒng)正成為主流發(fā)展趨勢(shì)而一些高度復(fù)雜和要求高速處理的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始使用64位嵌入式處理器嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)4典型的8位微處理系統(tǒng)——MCS-51系列的單片機(jī)是低端嵌入式系統(tǒng)中用得最多的微處理器嵌入式系統(tǒng)的分類(lèi)4ARM系列是應(yīng)用較廣泛的32位微處理器，32位的DSP應(yīng)用的也很廣泛第一章緒論1.1嵌入式系統(tǒng)概述1.2嵌入式系統(tǒng)基本組成1.3嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生發(fā)展歷程1.4嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)基本組成圖處理器存儲(chǔ)器輸入接口操作系統(tǒng)應(yīng)用程序軟件子系統(tǒng)硬件子系統(tǒng)輸出接口外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序嵌入式系統(tǒng)軟、硬件框架最小嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的最小系統(tǒng)是指基于以某處理器為核心，可以運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)的最簡(jiǎn)單的硬件設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)是構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)的第一步，保證嵌入式處理器可以運(yùn)作然后逐步增加系統(tǒng)的功能，如：外圍硬件擴(kuò)展、軟件程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)移植、增加各種接口等，最終形成符合需求的完整系統(tǒng)最小嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)基本組成—硬件硬件：主要指嵌入式處理器和外圍設(shè)備嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心只保留與用戶(hù)需求緊密相關(guān)的功能部件，因此具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高等特點(diǎn)嵌入式處理器分類(lèi)嵌入式處理器嵌入式微控制器嵌入式微處理器嵌入式DSP處理器嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式微控制器嵌入式微控制器(MCU，MicroControllerUnit)，即單片微型計(jì)算機(jī)或單片機(jī)，它將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要硬件集成到一塊芯片中一般以一種CPU為核心，芯片內(nèi)集成了RAM、ROM、總線、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、A/D轉(zhuǎn)換接口、D/A轉(zhuǎn)換接口等各種必要功能模塊和外圍設(shè)備接口嵌入式微控制器實(shí)時(shí)控制功能特別強(qiáng)，其CPU可以對(duì)I/O端口直接進(jìn)行操作，位操作能力更是其它處理器無(wú)法比擬的由于CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口等集成在同一芯片內(nèi)，各部件間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時(shí)受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機(jī)的可靠性非常高嵌入式微控制器體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化。在單片機(jī)產(chǎn)品的引腳封裝方面，有的單片機(jī)引腳已減少到8個(gè)或更少，從而使應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、接插件減少、安裝簡(jiǎn)單方便嵌入式微處理器嵌入式微處理器(EMPU，EmbeddedMicroprocessorUnit)是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU簡(jiǎn)化而來(lái)的只保留了與嵌入式應(yīng)用密切相關(guān)的功能部件功耗低、處理器結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展、存儲(chǔ)保護(hù)、調(diào)試功能豐富、支持實(shí)時(shí)多任務(wù)ARM、MIPS、PowerPC等嵌入式DSP處理器嵌入式DSP處理器(EDSP，EmbeddedDigitalSignalProcessor)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合執(zhí)行DSP算法，編譯效率和指令執(zhí)行速度也相對(duì)較高在數(shù)字濾波、FFT(快速傅里葉變換)和譜分析等方面，DSP算法正在大量被引入嵌入式領(lǐng)域嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式片上系統(tǒng)(SoC，SystemonChip)結(jié)合了許多功能模塊，將整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上各種通用處理器內(nèi)核作為SoC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，與許多其他嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為VLSI設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件IP（IntellectualPropertyCore，知識(shí)產(chǎn)權(quán)核）核的設(shè)計(jì)是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵外圍設(shè)備電源部分：交流電、電池供電存儲(chǔ)器接口類(lèi)型：RS232接口、I2C總線接口、USB接口和以太網(wǎng)接口等I/O設(shè)備:包括了鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、LCD和觸摸屏等負(fù)責(zé)人機(jī)交互的輸入輸出設(shè)備嵌入式系統(tǒng)基本組成—軟件嵌入式軟件與嵌入式系統(tǒng)是密不可分的，嵌入式軟件就是基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件，它也是計(jì)算機(jī)軟件的一種，同樣由程序、數(shù)據(jù)及文檔組成，是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分主要包括嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件及驅(qū)動(dòng)程序嵌入式系統(tǒng)基本組成—軟件嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)中最基本的軟件，它負(fù)責(zé)分配、回收、控制和協(xié)調(diào)全部軟硬件資源的并發(fā)活動(dòng)，并且提供應(yīng)用程序的運(yùn)行環(huán)境和接口，是應(yīng)用程序運(yùn)行的基礎(chǔ)嵌入式應(yīng)用軟件是服務(wù)于某種專(zhuān)用應(yīng)用領(lǐng)域、基于某一特定的嵌入式硬件平臺(tái)、用來(lái)達(dá)到用戶(hù)預(yù)期任務(wù)的計(jì)算機(jī)軟件第一章緒論1.1嵌入式系統(tǒng)概述1.2嵌入式系統(tǒng)基本組成1.3嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生發(fā)展歷程1.4嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)和興起（1960-1970）嵌入式系統(tǒng)開(kāi)始走向繁榮，軟件和硬件日臻完善（1971-1989）嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深（1990年-現(xiàn)在）1.3.1嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)和興起出現(xiàn)：20世紀(jì)60年代以晶體管、磁芯存儲(chǔ)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)（第二代計(jì)算機(jī)）開(kāi)始用于航空等軍用領(lǐng)域第一臺(tái)機(jī)載專(zhuān)用數(shù)字計(jì)算機(jī)是奧托內(nèi)蒂克斯公司為美國(guó)海軍艦載轟炸機(jī)“民團(tuán)團(tuán)員”號(hào)研制的多功能數(shù)字分析器同時(shí)嵌入式計(jì)算機(jī)開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)控制：1962年一個(gè)美國(guó)乙烯廠實(shí)現(xiàn)了工業(yè)裝置中的第一個(gè)直接數(shù)字控制(DDC)嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)和興起興起：在1965～1970年，當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)已開(kāi)始采用集成電路，即第三代計(jì)算機(jī)1965年發(fā)射的雙子3號(hào)使用機(jī)載數(shù)字計(jì)算機(jī)控制；1968年的阿波羅4號(hào)、土星5號(hào)第一次通過(guò)容錯(cuò)來(lái)提高可靠性在軍用領(lǐng)域中，為了可靠和滿足體積、重量的嚴(yán)格要求，為各個(gè)武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)五花八門(mén)的專(zhuān)用的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.3.2嵌入式系統(tǒng)開(kāi)始走向繁榮嵌入式系統(tǒng)大發(fā)展是在微處理器問(wèn)世之后人們?cè)僖膊槐貫樵O(shè)計(jì)一臺(tái)專(zhuān)用機(jī)而研制專(zhuān)用的電路、專(zhuān)用的運(yùn)算器了，只需以微處理器為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)1973年至1977年間各廠家推出了許多8位的微處理器，包括Intel8080/8085，Motorola的6800/6802，Zilog的Z80和Rockwell的6502嵌入式系統(tǒng)開(kāi)始走向繁榮微處理器不單用來(lái)組成通用計(jì)算機(jī)，而且用來(lái)制造儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人、家用電器等嵌入式系統(tǒng)微處理器的廣泛應(yīng)用形成了一個(gè)廣闊的嵌入式應(yīng)用市場(chǎng)，計(jì)算機(jī)廠家除了要繼續(xù)以整機(jī)方式向用戶(hù)提供工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外，開(kāi)始大量地以插件方式向用戶(hù)提供OEM產(chǎn)品，再由用戶(hù)根據(jù)自己的需要構(gòu)成專(zhuān)用的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)，嵌入到自己的系統(tǒng)設(shè)備中嵌入式系統(tǒng)開(kāi)始走向繁榮單片機(jī)、DSP出現(xiàn)隨著微電子工藝水平的提高,集成電路設(shè)計(jì)制造商開(kāi)始把嵌入式應(yīng)用所需要的CPU、I/O接口、A/D、D/A轉(zhuǎn)換、串行接口以及RAM、ROM集成到一個(gè)芯片中，制造出嵌入式微控制器（單片機(jī)）專(zhuān)門(mén)用于高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理的數(shù)字信號(hào)處理器DSP也于1982年出現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)始走向繁榮軟件技術(shù)的進(jìn)步使嵌入式系統(tǒng)日臻完善在微處理器出現(xiàn)的初期，為了保障嵌入式軟件的時(shí)間、空間效率，軟件只能用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)由于微電子技術(shù)的進(jìn)步、硬件提升，對(duì)軟件的時(shí)空效率的要求不再那么苛刻了，嵌入式計(jì)算機(jī)的軟件開(kāi)始使用C等高級(jí)語(yǔ)言對(duì)于復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)除了需要高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具外，還需要嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持嵌入式系統(tǒng)開(kāi)始走向繁榮80年代初開(kāi)始出現(xiàn)了一批軟件公司，推出商品化的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和各種開(kāi)發(fā)工具商用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)工具的出現(xiàn)和推廣應(yīng)用，使嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)從作坊式向分工協(xié)作規(guī)?；姆较虬l(fā)展，促使嵌入式應(yīng)用擴(kuò)展到更廣闊的領(lǐng)域1.3.3嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深進(jìn)入20世紀(jì)90年代，在分布控制、柔性制造、數(shù)字化通信和數(shù)字化家電等巨大需求的牽引下，嵌入式系統(tǒng)的硬件、軟件技術(shù)進(jìn)一步加速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、VCD、數(shù)字電視、路由器、交換機(jī)等都是嵌入式系統(tǒng)波音777寬體客機(jī)上約有1000個(gè)嵌入式處理器可能在家里發(fā)現(xiàn)幾十到上百的嵌入系統(tǒng)在為你服務(wù)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深4位、8位、16位嵌入式處理器芯片已逐步讓位于32位嵌入式處理器芯片面向不同應(yīng)用領(lǐng)域的（Application-Specific）、功能強(qiáng)大、集成度高、種類(lèi)繁多、價(jià)格低廉、低功耗的32位芯片已大量應(yīng)用于各種各樣的軍用和民用設(shè)備DSP向高速、高精度、低功耗發(fā)展DSP與嵌入式片上系統(tǒng)（SoC）已成為現(xiàn)實(shí)，并已大量應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，如手機(jī)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深隨著嵌入式處理器性能的提高，嵌入式軟件的規(guī)模也隨著發(fā)生指數(shù)型增長(zhǎng)低價(jià)位的32位處理器日益復(fù)雜的應(yīng)用產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間壓力開(kāi)發(fā)成本的提高嵌入式軟件危機(jī)32位芯片將能夠執(zhí)行由上百萬(wàn)行C代碼構(gòu)成的復(fù)雜程序，使得嵌入式應(yīng)用具備高度復(fù)雜和智能化的功能軟件的實(shí)現(xiàn)從某種意義上說(shuō)決定了產(chǎn)品的功能，已成為新產(chǎn)品成功與否的關(guān)鍵因素

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用走向縱深嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)使用比率越來(lái)越高，嵌入式系統(tǒng)已大量采用嵌入式操作系