第一章嵌入式概述.ppt

1、嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，教學(xué)目標(biāo)：注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，盡量減少繁瑣的理論知識介紹，使學(xué)生快速掌握嵌入式系統(tǒng)基本工具的使用，并有應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。本課程以基于ARM Linux的GCC C為重點(diǎn)，介紹嵌入式系統(tǒng)的基本概念，理解其設(shè)計(jì)方法，學(xué)習(xí)基本工具和嵌入式編程技術(shù)的使用。學(xué)生基礎(chǔ)：C語言、操作系統(tǒng)、單片機(jī)等。課程內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配(36學(xué)時(shí))，1。嵌入式系統(tǒng)概述(第1章和第2章)，2小時(shí)，2小時(shí)，2小時(shí)，3小時(shí)，2小時(shí)，4小時(shí)，4小時(shí)，2小時(shí)，4小時(shí)，4小時(shí)，2小時(shí)，5小時(shí)，5小時(shí)，2小時(shí)，5小時(shí)，2小時(shí)，5小時(shí)，5小時(shí)，2小時(shí)，5小時(shí)，5小時(shí)，5小時(shí)，2小時(shí)，5小時(shí)，2小時(shí)

2、，5小時(shí)，5小時(shí)，5小時(shí)，4小時(shí)6，嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)4小時(shí)7， 嵌入式設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計(jì)2小時(shí)8分，嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)示例2小時(shí)9分，課程設(shè)計(jì)6小時(shí)，考試方法，出勤率10%實(shí)驗(yàn)30%期中20%期末課程設(shè)計(jì)40%，第一堂課，嵌入式系統(tǒng)簡介本節(jié)、1、3、2、4，嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC機(jī)的區(qū)別，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，什么是嵌入式系統(tǒng)？ 嵌入式系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？嵌入式系統(tǒng)的組成？目前主流的嵌入式微處理器是什么？當(dāng)前主流的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是什么？嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法？嵌入式軟件開發(fā)流程？1.嵌入式系統(tǒng)P1的定義。嵌入式系統(tǒng)的一

3、般定義“嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，對功能、可靠性、成本、體積和功耗有嚴(yán)格要求，可裁減軟硬件的特殊計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?！鼻度胧较到y(tǒng)與應(yīng)用緊密結(jié)合，具有很強(qiáng)的特異性，因此必須根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁剪和利用。(1)小操作系統(tǒng)內(nèi)核由于嵌入式系統(tǒng)一般用于小型電子設(shè)備，系統(tǒng)資源相對有限，內(nèi)核比傳統(tǒng)操作系統(tǒng)小得多。例如，ENEA公司的OSE分布式系統(tǒng)的內(nèi)核只有5K，而Windows的內(nèi)核要大得多(window7 25MB)(具有很強(qiáng)的專用性)，而P3流線型的嵌入式系統(tǒng)，()系統(tǒng)一般沒有明顯的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的區(qū)別，也不要求其功能設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過于復(fù)雜，這一方面有利于控制系統(tǒng)成本，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安

4、全。()高實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)這是嵌入式軟件的基本要求，軟件需要固態(tài)存儲來提高速度。軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性和實(shí)時(shí)性。(5)嵌入式系統(tǒng)需要開發(fā)工具和環(huán)境。因?yàn)樗痪邆洫?dú)立開發(fā)的能力，即使在設(shè)計(jì)完成之后，用戶通常也不能修改程序的功能，而必須有一套開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境。這些工具和環(huán)境通?；谕ㄓ糜?jì)算機(jī)上的硬件和軟件設(shè)備，以及各種邏輯分析儀和混合信號示波器。開發(fā)時(shí)，通常有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念。主機(jī)用于程序開發(fā)，目標(biāo)機(jī)是最后一臺執(zhí)行機(jī)，因此開發(fā)需要交替組合。嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，P2，硬件結(jié)構(gòu)，硬件層包括嵌入式微處理器，存儲器(特別提款權(quán)，只讀存儲器，閃存等)。)、通用設(shè)備接口和輸入輸出接口

5、(模數(shù)、數(shù)模、輸入輸出等)。)。嵌入式核心控制模塊由嵌入式處理器增加電源電路、時(shí)鐘電路和存儲電路組成。其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在只讀存儲器中。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。一般來說，嵌入式微處理器有以下四個(gè)特點(diǎn)：它們對實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力?？梢詫?shí)現(xiàn)多任務(wù)和短中斷響應(yīng)時(shí)間，從而最大限度地減少內(nèi)部代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間。并且具有很強(qiáng)的存儲區(qū)域保護(hù)功能。這是因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已經(jīng)模塊化，為了避免軟件模塊之間的錯(cuò)誤交叉動作，有必要設(shè)計(jì)一個(gè)強(qiáng)大的內(nèi)存保護(hù)功能，這也有利于軟件診斷。可擴(kuò)展的處理器架構(gòu)。為了開發(fā)出最能滿足應(yīng)用需求的高性能嵌入式微處理器。低功耗。特別是對于便攜式無線和

6、移動計(jì)算及通信設(shè)備中使用的電池供電的嵌入式系統(tǒng)，如果需要，功耗僅為毫瓦甚至瓦級。嵌入式處理器，嵌入式處理器分類，P23，(1)嵌入式微控制器，嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)，目前仍廣泛應(yīng)用于嵌入式設(shè)備中。只讀存儲器、隨機(jī)存取存儲器、總線、總線邏輯、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、看門狗、輸入/輸出、串行端口、脈寬調(diào)制輸出、模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換、閃存R0M、可編程只讀存儲器和其他必要的功能和外圍設(shè)備集成在單片機(jī)內(nèi)部。(2)專用于信號處理的嵌入式數(shù)字信號處理器，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法上經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，已廣泛應(yīng)用于數(shù)字濾波、快速傅立葉變換、頻譜分析等儀器中。自20世紀(jì)70年代以來，出現(xiàn)了數(shù)字信號處理器的理論算法，但由于特殊

7、的數(shù)字信號處理器尚未出現(xiàn)，這種理論算法只能通過微處理器等分立元件來實(shí)現(xiàn)。1982年，世界上第一個(gè)數(shù)字信號處理器芯片誕生了。它已廣泛應(yīng)用于語音合成和編解碼器。數(shù)字信號處理器的運(yùn)算速度進(jìn)一步提高，應(yīng)用領(lǐng)域從上述范圍擴(kuò)展到通信和計(jì)算機(jī)。目前，應(yīng)用最廣泛的嵌入式數(shù)字信號處理器是德州儀器的TMS320C2000/C5000系列。此外，英特爾的MCS-296和西門子的TriCore也有各自的應(yīng)用范圍。微處理器嵌入式微處理器是從通用計(jì)算機(jī)的中央處理器發(fā)展而來的。與計(jì)算機(jī)處理器不同，在實(shí)際的嵌入式應(yīng)用中，只保留與嵌入式應(yīng)用密切相關(guān)的功能硬件，并去除其他冗余功能部件，以最低的功耗和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。

8、與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。目前，嵌入式處理器的主要類型有Am186/88、386EX、SC-400、功率PC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。嵌入式系統(tǒng)需要內(nèi)存來存儲和執(zhí)行代碼。嵌入式系統(tǒng)的存儲器包括高速緩存、主存儲器和輔助存儲器。1)緩存緩存是一種小容量、高速度的內(nèi)存陣列。它位于主存儲器和嵌入式微處理器內(nèi)核之間，存儲著近年來微處理器最常用的程序代碼和數(shù)據(jù)。Cache的主要目標(biāo)是減少內(nèi)存(如主內(nèi)存和輔助內(nèi)存)對微處理器內(nèi)核造成的內(nèi)存訪問瓶頸，從而使處理速度更快，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)。主存主存是嵌入式微處理器可以直接訪問的寄存器

9、，用于存儲系統(tǒng)和用戶的程序和數(shù)據(jù)。它可以位于微處理器內(nèi)部或外部，容量為256KB1GB。根據(jù)具體應(yīng)用，一般片上存儲容量小、速度快，片外存儲容量大。通常用作主存儲器的存儲器有：只讀存儲器、非易失性存儲器、可編程只讀存儲器和可編程只讀存儲器等。隨機(jī)存取存儲器包括靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器和動態(tài)隨機(jī)存取存儲器。其中，或非門閃存以其可擦除次數(shù)多、存儲速度快、存儲容量大、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)在嵌入式領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。輔助存儲器輔助存儲器用于存儲大量程序代碼或信息。它有很大的容量，但它的讀取速度比主存慢得多，而且它被用來長時(shí)間存儲用戶信息。嵌入式系統(tǒng)中常見的外部實(shí)體包括硬盤、NAND閃存、CF卡

10、、MMC和SD卡。、通用設(shè)備接口和輸入/輸出接口。嵌入式系統(tǒng)需要某種形式的通用設(shè)備接口，如模數(shù)、數(shù)模、輸入輸出等。外圍設(shè)備通過與其它片外設(shè)備或傳感器連接來實(shí)現(xiàn)微處理器的輸入/輸出功能。每個(gè)外設(shè)通常只有一個(gè)功能，可以是片外的，也可以是內(nèi)置的。目前，嵌入式系統(tǒng)中常用的通用設(shè)備接口包括A/D(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換接口)和D/A(數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換接口)，I/O接口包括RS-232(串行通信接口)、以太網(wǎng)(以太網(wǎng)接口)、USB(通用串行總線接口)、音頻接口、VGA視頻輸出接口、I2C(現(xiàn)場總線)和SPI。嵌入式系統(tǒng)軟件一般由嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件組成。操作系統(tǒng)的兩個(gè)基本功能：使嵌入式硬件易于使用；高效組織和正

11、確使用計(jì)算機(jī)資源。有四個(gè)主要任務(wù)：進(jìn)程管理、進(jìn)程間通信和同步、內(nèi)存管理和輸入/輸出資源管理。常見的嵌入式操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)有很多種，大致可以分為兩種類型：商業(yè)型和自由型。商用真實(shí)操作系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠的功能、完整的技術(shù)支持和售后服務(wù)，但它們通常價(jià)格昂貴。免費(fèi)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在價(jià)格方面有優(yōu)勢。目前主要是Linux和C/OS，在穩(wěn)定性和服務(wù)方面都存在挑戰(zhàn)。VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)。它具有良好的可持續(xù)發(fā)展能力、高性能內(nèi)核和友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域占有一席之地。VxWorks具有可靠性、實(shí)時(shí)性和可還原

12、性的顯著特點(diǎn)。它支持多種處理器，如x86、ARM、Sun Sparc、摩托羅拉MC68xxx、MIPS、POWER PC等。大多數(shù)VxWorks應(yīng)用編程接口都是專有的火星機(jī)器人。視窗嵌入式，視窗CE 3.0:一個(gè)模塊化的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，適用于小容量、移動、智能、32位和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。它為手持設(shè)備和無線設(shè)備的動態(tài)應(yīng)用和服務(wù)提供了功能性操作系統(tǒng)平臺。WindowsCE是嵌入式的，但不是實(shí)時(shí)的，屬于軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。由于其視窗背景，界面相對統(tǒng)一和公認(rèn)。操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核至少需要20萬個(gè)只讀存儲器。掌上電腦掌上電腦是著名網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商3COM旗下的掌上電腦公司的產(chǎn)品。與3COM和思科競爭的Palm OS

13、在PDA市場占有很大的市場份額，其市場份額接近90%，最近下降了70%。目前，它主要與WINCE激烈競爭。Linux的優(yōu)勢，linux: Linux是開源的，沒有黑盒技術(shù)。世界各地的許多Linux愛好者都是Linux開發(fā)的強(qiáng)大技術(shù)支持。Linux具有內(nèi)核小、功能強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定、系統(tǒng)健壯、效率高、易于定制和裁剪等優(yōu)點(diǎn)。Linux是一個(gè)免費(fèi)的操作系統(tǒng)，在價(jià)格上非常有競爭力。Linux不僅支持x86處理器，還支持?jǐn)?shù)十種其他的處理器芯片。Linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)中是非常完整的，而Linux對網(wǎng)絡(luò)中最常用的TCP/IP協(xié)議有著最完整的支持。它支持以太網(wǎng)，包括10兆位、100兆位和100千兆位，以及無線網(wǎng)

14、絡(luò)、托克爾環(huán)(Toker Ring Network)、光纖甚至衛(wèi)星。第一堂課是嵌入式系統(tǒng)概述。本節(jié)概述、1、3、2、4，嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)和pc機(jī)的區(qū)別，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，2，嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)和pc機(jī)的區(qū)別。目前，嵌入式系統(tǒng)的主流是基于32位嵌入式微處理器的硬件設(shè)計(jì)和基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)(RTOS)。單片機(jī)系統(tǒng)大多是4位、8位和16位機(jī)器，不適合操作系統(tǒng)，難以執(zhí)行復(fù)雜的操作和處理功能。嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)基于平臺的設(shè)計(jì)、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是軟件設(shè)計(jì)(約占工作量的70%)。單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)比例基本相同。嵌入式系

15、統(tǒng)和單片機(jī)在學(xué)習(xí)方法上是不同的。單片機(jī)學(xué)習(xí)一般從硬件開始，從硬件架構(gòu)和匯編語言到硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)可以從軟件開始。從應(yīng)用層編程到操作系統(tǒng)移植，硬件平臺設(shè)計(jì)較好，但根據(jù)單片機(jī)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)過程很難掌握。嵌入式系統(tǒng)PC機(jī)和嵌入式系統(tǒng)一般是特殊的系統(tǒng)。雖然PC機(jī)是一個(gè)通用的計(jì)算平臺，但嵌入式系統(tǒng)的資源比PC機(jī)少得多，嵌入式系統(tǒng)軟件故障的后果也比PC機(jī)大得多。嵌入式系統(tǒng)一般采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，大多數(shù)都有成本和功耗的要求。嵌入式系統(tǒng)受到各種微處理系統(tǒng)的支持，嵌入式系統(tǒng)需要特殊的開發(fā)工具。嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、PC機(jī)的區(qū)別，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)

16、域，3 .嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，P5，3。嵌入式系統(tǒng)在信息家電中的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒊蔀榍度胧较到y(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域，冰箱和空調(diào)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化將把人們的生活帶入一個(gè)新的空間。即使你不在家，你也可以通過電話線和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)控和汽車服務(wù)等交通管理中的應(yīng)用越來越廣泛，嵌入了全球定位系統(tǒng)模塊和全球移動通信系統(tǒng)模塊的移動定位終端已經(jīng)成功應(yīng)用于各種交通行業(yè)。目前，全球定位系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入普通人的家庭，你只需幾千美元就可以隨時(shí)隨地找到你的位置。第一堂課是嵌入式系統(tǒng)概述。本節(jié)概述了、1、3、2、4，嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)和pc機(jī)的區(qū)別，以及嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)主要分為三個(gè)部分：系統(tǒng)開發(fā)、嵌入式硬件開發(fā)和嵌入式軟件開發(fā)。4.嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、用戶要求、嵌入式處理