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1,第12章 案例分析,2,内容,PDA GPS接收机 IP电话系统 水表智能抄表系统 防火墙 信息家电 嵌入式医用灭菌仪,3,1 PDA,PDA是Personal Digital Assistant的缩写，字面意思是“个人数字助理”。它最早出现于1993年，是由Apple公司推出的Newton Message Pad。此后，各种各样的PDA产品就大量涌现。 分类 广义-掌上电脑 狭义-电子记事本,4,1 PDA,PDA的配置和组成 嵌入式处理器 内存-ROM, RAM LCD显示器 输入系统-笔输入 通信功能-接口 网络功能-无线、modem,5,1 PDA,PDA的软件配置 操作系统 3COM公司的PalmOS 微软的Windows CE 英国的Psion公司的操作系统Epoc32 其它：Linux 应用软件 例：Microsoft推出了Pocket PC 2002软件包。该软件包在WinCE 3.0的基础上，集成了微软享誉全球的OFFICE软件（Pocket Office）和Internet浏览器（Pocket IE），并配备了强大的多媒体功能（录音、Media Player、Reader等），使PDA同时成为一部MP3播放机和一台掌上游戏机。,6,1 PDA,PDA的应用 普通应用 面向股民的股票分析系统 面向网络用户的上网软件和聊天系统 服务于医药卫生及保险等行业的医务和保险管理系统 警察PDA系统 工业组态工具PDA(有时称为手持终端) 其它：军事、与手机的结合等,7,1 PDA,发展趋势 （1）彩色显示将迅速取代黑白显示，并且，彩色液晶的指标不断提高，真彩色和快的刷新速度将是彩色PDA显示屏的发展方向； （2）电池寿命将大大延长； （3）更大容量的内存，包括RAM和FLASH； （4）随着手写识别技术和语音识别技术的进步，掌上电脑的输入将更加方便； （5）大量应用软件的涌现使掌上电脑功能更强； （6）软调制解调器技术大量应用，掌上电脑与通信终端相结合； （7）软硬件接口标准化，异种掌上电脑联网更容易； （8）可能以车载电脑、GPS终端、智能家电控制器、智能卡读写器和机顶盒等各种面目出现在不同的消费电子市场； （9）PDA与移动通信终端（如手机）的紧密结合； （10）处理器的性能不断提高。,8,1 PDA,几个PDA介绍-Casio的Cassiopeia EM500 1）操作系统：Windows CE 3.0（Pocket PC）； 2）CPU：NEC Vr4122的32位MIPS嵌入式处理器； 3）显示器：240320，TFT液晶显示，65536色； 4）存储器：16MB RAM，16MB ROM; 5）接口：RS232C串口、IRDA红外端口、USB接口、MMC卡槽、CF卡槽、内置扬声器、麦克风及立体声耳机插孔和直流（DC）插孔； 6）电源：可充电的锂电池（一般可使用6小时）。,9,1 PDA,几个PDA介绍-Sony的Palm产品Clie 1）操作系统：Palm OS（R）3.5版； 2）内存：8MB DRAM/2MB Flash/8MB 内存棒； 3）接口：USB接口、红外端口； 4）显示：高对比度、背灯式单色LCD，160160分辨率； 5）电源：内置的可充电的锂电池，正常情况下一次充电可以维持15天。,10,1 PDA,几个PDA介绍-Psion 5MX 1）操作系统：EPOC（32位，多任务处理）； 2）处理器：32位ARM710T RISC，36 MHz； 3）内存：16MB RAM； 4）CF卡槽：可使用一个Psion存储盘（CF标准，最多存储20 MB数据）； 5）显示：灰度等级16，640240像素，背光，触摸屏，100字符26行，高放大倍率，可视范围133mm50 mm； 6）键盘：专利保护，按指法排列的外置键盘，屏幕外的下侧有9个管理应用程序的图标快捷键，屏幕外的左侧有5个图标命令键； 7）接口：RS232接口，Modem接口（最大数据传输率可达115 KB/s），IRDA接口； 8）声音：内置扬声器，麦克风供数字式声音录入，外置系列按键（录音，停止/播放，返回和告警）； 9）电池：两节AA碱性电池（可用一个月），标准3V备份CR2032锂电池（用以更换电池时保护RAM）。,11,1 PDA,硬件设计-以C33 PDA为例 C33 PDA是基于EPSON S1C33 MCU开发的一款PDA原型机，设计目标针对中、低档PDA市场。该PDA可以提供完整的个人信息管理功能，如通信录、记事和备忘、日程安排、便笺、计算器、录音和辞典等。此外，还提供应用软件的动态加载功能，允许使用者增/删少量的新功能。 该PDA的开发可以完全遵循嵌入式系统的开发过程，即从需求分析出发，通过设计、编码、测试等阶段，然后正式投入使用。,12,1 PDA,硬件设计-硬件配置 （1）处理器：32位EPSON S1C33000 MCU系列，RISC，最大60 MHz（3.3V）； （2）内存；416 MBRAM，8MB Flash （3）显示：LCD，触摸屏，彩色； （4）接口：RS232快速串行接口，IRDA接口，USB接口，CF卡槽和Modem接口； （5）声音：内置扬声器、麦克风以及功放； （6）电源：电池。,13,1 PDA,硬件设计-功能模块设计,14,1 PDA,硬件设计-逻辑图设计：以总线为核心,15,1 PDA,硬件设计-CPU子系统,16,1 PDA,硬件设计-LCD子系统,17,1 PDA,硬件设计-SRAM子系统,18,1 PDA,硬件设计-Power支持电路子系统,19,1 PDA-PCB设计,一些电路板的EDA工具，具有自动布局和自动布线功能。当然，对于强大的EDA工具，我们可以使用这些自动功能；但是，对于普通的EDA工具，设计的电路板如果比较复杂（超过6层板），一般建议使用人工布局和布线。 人工布局和布线，通常的做法是参照原理图进行布线，布线完成后可以利用EDA软件工具对布线的结果进行设计规则检查（Design Rule Check，DRC），这种检查是原理图和PCB图的交叉检查，因此可靠性非常高。 根据PCB图就可制成所需的C33 PDA电路板（PCB）。PCB板制作完成后，需要对PCB版进行检查，通常PCB板的制造厂家会进行这一工序。为了可靠起见，研发时检查PCB的工艺也是必要的。,20,1 PDA,软件配置,21,1 PDA,软件开发 需求分析 概要设计 详细设计 编码和运行,22,内容,PDA GPS接收机 IP电话系统 水表智能抄表系统 防火墙 信息家电,23,2 GPS接收机,GPS概述 GPS技术的研究人员都在研究如何利用GPS接收机在高动态环境下进行精确定位，同时降低接收机的成本。但是直到现在，许多民用GPS接收机的实时动态性能和定位精度还是不高。 原因-处理器的性能不高。 高性能的处理器成本较高 采用ARM处理器-本例,24,2 GPS接收机-方框图,LNA,25,2 GPS接收机-原理框图,原理框图,26,2 GPS接收机-方框图,操作系统平台的选择 Nucleus Plus SDT2.51或ADS1.2 仿真器等 性能考虑 处理速度：AT91M40800 MIPS/MHz：180mW40MHz，3.3V 功耗,27,内容,PDA GPS接收机 IP电话系统 水表智能抄表系统 防火墙 信息家电,28,3 水表智能抄表系统,智能抄表系统框图 抄表手机 智能水表 汇集器与网络系统 公司业务网络,智能水表,智能水表,汇集,抄表手机,公司系统主机,29,3 水表智能抄表系统,智能抄表系统框图 抄表手机 智能水表 汇集器与网络系统,30,3 水表智能抄表系统,智能抄表系统框图 抄表手机,FLASH,SDRAM,LCD TCM-A0902,USB9603,31,内容,PDA GPS接收机 IP电话系统 水表智能抄表系统 防火墙 信息家电,32,4 防火墙,33,4 防火墙,技术发展 包过滤技术 代理技术 状态监视技术 产品形式 普通的计算机+防火墙软件 专用防火墙-嵌入式系统,34,4 防火墙-硬件组成,（1）CPU/MPU：计算处理来自系统的所有指令。 （2）ROM：用于存放系统启动、初始化、自检和基本操作系统程序。 （3）FLASH MEMORY：用于存放操作系统映像，包括网络模块等。 （4）NVRAM：用于存放配置文件，掉电后文件依然存在。 （5）RAM：程序代码的运行空间和公共缓存区。 （6）以太网口：与以太网络进行数据通信的接口。 （7）UART：用于提供给用户一个配置管理接口，即通常所说的CONSOLE(控制台)口。,35,4 防火墙,性能参数,36,内容,PDA GPS接收机 IP电话系统 水表智能抄表系统 防火墙 信息家电,37,5 信息家电,概述 大型计算机（贵族时代） 微机（平民时代） 信息家电（普通消费品） 两个方面 智能化-集成了嵌入式处理器 网络化-与internet的连接 目标 提高人们的生活品质,38,5 信息家电-主要功能,（1）播放数字视频节目； （2）支持多协议的Internet功能，具有良好的Web性能，使家中设备良好地实现Internet共享； （3）支持多家电网络协议的家庭网络控制中心功能，提供足够的宽带通信服务接口，同时还应当能够对家用电器实施各种有效的控制机制； （4）具有家庭信息服务器的功能，为家庭事务管理提供必要的数据服务，最终完成家庭购物、办公、交互教学、视频点播等全方位应用,39,5 信息家电-特点,（1）处理器发展趋向低成本、高整合性与低功耗； （2）整合数字与模拟处理的技术； （3）较PC更强调通讯能力； （4）利用软件增加产品的差异性。,40,5 信息家电-目前主要类型,可访问internet的智能电话 具有自学习与记忆功能的厨房家电 普及性电脑/掌上电脑 机顶盒：电视系统=显示器+机顶盒 交互式电视 带硬盘的电视机或家电,41,5 信息家电,硬件平台 片上系统：SOC 嵌入式芯片 Webchip,42,5 信息家电-软件系统,（1）设备驱动程序层 很显然，该层是根据硬件平台的不同而为操作系统提供的设备驱动规则，同时也为应用程序提供了一个透明的软件接口。 （2）操作系统层 使用嵌入式操作系统，例如Win CE，Linux等。 （3）逻辑资源层 该层中的软件为可选择安装的模块。主要有TCP/IP模块、文件系统等。 （4）中间件层 （5）应用层,设备驱动程序层,应用层,操作系统中间件,逻辑资源层,操作系统层,43,Bitbus总线,概述,44,bitbus拓扑结构,主节点 344,DIO 4410,DIO 4420,DIO 4410,DIO 4420,每段1200m，共10段 速率：62.5kbps，375kbps异步, 2.4Mbps同步,45,344板结构,RUPI44系列,ROM,RAM,ISA总线接口,Bitbus网络接口,译码器,系统配置与节点地址,46,344电路结构,RUPI44系列,ROM,RAM,ISA总线接口,Bitbus网络接口,译码器,系统配置与节点地址,47,344-CPU子系统,48,344-存储器子系统,49,344-系统配置与节点地址,50,344-AT总线接口,51,344-与PC通信的双向队列,52,小结,通过案例，介绍嵌入式系统的开发过程 嵌入式系统的组成 硬件系统 处理器 存储器 I/O系统 软件系统 操作系统 应用软件,