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嵌入式系统的概述嵌入式系统的概述提纲提纲 嵌入式系统概念嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域嵌入式系统应用领域 浙大浙大嵌入式系统教学嵌入式系统教学 浙大嵌入式系统科研浙大嵌入式系统科研2嵌入式系统与桌面通用系统的区别嵌入式系统与桌面通用系统的区别(4/7)p嵌入式系统运行需要嵌入式系统运行需要高可靠性高可靠性保障，比桌面系统的故障保障，比桌面系统的故障容忍能力弱很多容忍能力弱很多p嵌入式系统需要忍受嵌入式系统需要忍受长时间长时间、无人值守无人值守条件下的运行条件下的运行p嵌入式系统运行的嵌入式系统运行的环境恶劣环境恶劣9嵌入式系统与桌面通用系统的区别嵌入式系统与桌面通用系统的区别(5/7)p嵌入式系统大都有嵌入式系统大都有功耗约束功耗约束。n如：珍贵文物微气象环境监测如：珍贵文物微气象环境监测n要求要求1 1分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，1 1年更新年更新一次。采用常规的方法，能量只能持续工作一次。采用常规的方法，能量只能持续工作5 5天！天！n引入间歇工作方式，从而降低功耗，节省能量。引入间歇工作方式，从而降低功耗，节省能量。10嵌入式系统与桌面通用系统的区别嵌入式系统与桌面通用系统的区别(6/7)p嵌入式系统比桌面通用系统嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少可用资源少得多得多n为降低系统成本，降低功耗，嵌入式系统的资源配置遵循够用为降低系统成本，降低功耗，嵌入式系统的资源配置遵循够用就行！就行！p嵌入式系统的开发需要嵌入式系统的开发需要专用工具专用工具和和特殊方法特殊方法：n开发：交叉编译、交叉链接开发：交叉编译、交叉链接n调试：仿真器、虚拟机调试：仿真器、虚拟机n更新：在线升级等更新：在线升级等11嵌入式系统与桌面通用系统的区别嵌入式系统与桌面通用系统的区别(7/7)p 嵌入式系统开发是一项嵌入式系统开发是一项综合综合的计算机应用技术的计算机应用技术n系统结构：状态控制器、中断控制器处理系统结构：状态控制器、中断控制器处理n汇编语言：操纵外围设备、端口汇编语言：操纵外围设备、端口n操作系统：设置运行任务、通讯、互斥操作系统：设置运行任务、通讯、互斥n编译原理：交叉编译、编译原理：交叉编译、bootloaderbootloader加载加载12提纲提纲 嵌入式系统概念嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域嵌入式系统应用领域 浙大浙大嵌入式系统教学嵌入式系统教学 浙大嵌入式系统科研浙大嵌入式系统科研13嵌入式系统的发展历程嵌入式系统的发展历程p嵌入式系统出现于嵌入式系统出现于2020世纪世纪6060年代，年代，4040多年来随着计算机技多年来随着计算机技术、电子信息技术的发展，嵌入式系统的各项技术蓬勃发术、电子信息技术的发展，嵌入式系统的各项技术蓬勃发展，市场迅猛扩大，已深入生产和生活的各个角落。展，市场迅猛扩大，已深入生产和生活的各个角落。p嵌入式系统发展的三个阶段嵌入式系统发展的三个阶段n嵌入式系统的出现和兴起嵌入式系统的出现和兴起 （1960196019701970）n嵌入式系统走向繁荣，软件、硬件日臻完善（嵌入式系统走向繁荣，软件、硬件日臻完善（1971197119891989）n嵌入式系统应用走向纵深化发展嵌入式系统应用走向纵深化发展 （19901990至今）至今）14嵌入式系统的出现和兴起嵌入式系统的出现和兴起p第一代电子管计算机第一代电子管计算机(1946(194619571957年年)，无法满足嵌入式计算所要求，无法满足嵌入式计算所要求的体积小、重量轻、耗电少、可靠性高、实时性强等一系列要求。的体积小、重量轻、耗电少、可靠性高、实时性强等一系列要求。p6060年代，第二代晶体管计算机系统开始应用：年代，第二代晶体管计算机系统开始应用：n第一台机载专用数字计算机是美国海军舰载轰炸机第一台机载专用数字计算机是美国海军舰载轰炸机“民团团员民团团员”号研制的多功能数字分析器号研制的多功能数字分析器(VerdanVerdan)。n19621962年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制。年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制。p1965196519701970年，第三代集成电路化计算机系统应用：年，第三代集成电路化计算机系统应用：n第一次使用机载数字计算机控制：第一次使用机载数字计算机控制：19651965年发射的年发射的Gemini3Gemini3号号n第一次通过容错来提高可靠性：第一次通过容错来提高可靠性：19681968年阿波罗年阿波罗4 4号、土星号、土星5 5号。号。15嵌入式系统走向繁荣，软、硬件日臻完善嵌入式系统走向繁荣，软、硬件日臻完善p嵌入式系统的大发展是在微处理问世之后：嵌入式系统的大发展是在微处理问世之后：n19711971年年1111月，月，IntelIntel公司推出了第一片微处理器公司推出了第一片微处理器Intel4004Intel4004。人们再也不必为设计一台专用机而研制专用的电路、专用的运人们再也不必为设计一台专用机而研制专用的电路、专用的运算器了，只需以微处理器为基础进行设计。算器了，只需以微处理器为基础进行设计。n19761976年，第一个单片机年，第一个单片机Intel 8048Intel 8048出现。出现。n19821982年，第一个年，第一个DSPDSP出现，比同期的出现，比同期的CPUCPU快快10105050倍。倍。n8080年代后期，第三代年代后期，第三代DSPDSP芯片出现。芯片出现。p软件技术的进步使嵌入式系统日臻完善：软件技术的进步使嵌入式系统日臻完善：n早期嵌入式系统：采用早期嵌入式系统：采用汇编语言，基本不采用操作系统汇编语言，基本不采用操作系统n硬件的提升硬件的提升n软件技术发展软件技术发展16嵌入式系统应用走向纵深化发展嵌入式系统应用走向纵深化发展 p应用充分普及：应用充分普及：工业控制、数字化通讯、数字化家电工业控制、数字化通讯、数字化家电n汽车：汽车：5050个以上嵌入式微处理器个以上嵌入式微处理器n飞机：飞机：7070个以上嵌入式系统个以上嵌入式系统p嵌入式微处理器嵌入式微处理器3232位、位、6464位位p嵌入式实时操作系统使用比率越来越高嵌入式实时操作系统使用比率越来越高n早期：早期：1010；9090年代初：年代初：3030；目前：；目前：80809090p嵌入式系统开发工具越来越丰富嵌入式系统开发工具越来越丰富p嵌入式系统产业链形成嵌入式系统产业链形成17嵌入式系统产业链嵌入式系统产业链18嵌入式系统市场规模及平均增长率嵌入式系统市场规模及平均增长率（20032006）19嵌入式软件系统生命周期发展嵌入式软件系统生命周期发展20提纲提纲 嵌入式系统概念嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域嵌入式系统应用领域 浙大浙大嵌入式系统教学嵌入式系统教学 浙大嵌入式系统科研浙大嵌入式系统科研21嵌入式系统结构嵌入式系统结构p嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统（可选），以及用户的设备、嵌入式操作系统（可选），以及用户的应用软件系统等四个部分组成应用软件系统等四个部分组成 22一个典型的嵌入式系统应用一个典型的嵌入式系统应用23嵌入式微处理器嵌入式微处理器p10001000多种硬件处理器，分为多种硬件处理器，分为MCUMCU、DSPDSP、MPUMPU、SOCSOCnARM RISC ARM RISC （ARMARM）nTMS320 DSPTMS320 DSP（TITI）nTrimediaTrimedia （PhilipsPhilips）nStrongARMStrongARM （IntelIntel）nXscaleXscale （IntelIntel）nMIPS RISC MIPS RISC（MIPSMIPS）nDragonBallDragonBall（MotorolaMotorola）24外围硬件设备外围硬件设备 （1/2）p片外总线：片外总线：连接系统各个部件，进行互连和传输信息的信号线。连接系统各个部件，进行互连和传输信息的信号线。nESIAESIA总线、总线、SCSISCSI总线、总线、PCIPCI总线总线nAMBAAMBA总线：总线：ARMARM研发的总线规范研发的总线规范n专用总线专用总线wCompactPCICompactPCI总线：工业控制总线：工业控制wCANCAN总线：汽车电子总线总线：汽车电子总线w1553B1553B总线：航空工业总线总线：航空工业总线p电子盘：电子盘：采用采用flashflash芯片存储数据，体积小、功耗低、抗震芯片存储数据，体积小、功耗低、抗震nDOCDOC：Disk on ChipDisk on ChipnDOMDOM：IDEIDE电子盘电子盘nCFCF：CompactFlashCompactFlashnSMSM：Smart MediaSmart MedianMSMS：Memory StickMemory Stick25外围硬件设备外围硬件设备 （2/2）pI/OI/O设备设备nA/DA/D、D/AD/An中断控制器中断控制器nUARTUARTnLCDLCDp通讯设备通讯设备n有线通讯：有线通讯：IEEE1394IEEE1394、USBUSBn无线通讯：无线通讯：IrDAIrDA、BluetoothBluetooth、802.11b/g802.11b/g26嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统p典型的嵌入式实时操作系统（典型的嵌入式实时操作系统（RTOSRTOS）n近近200200种操作系统，种操作系统，VxWorksVxWorks、QNXQNX、WinCEWinCE、PalmOSPalmOSn面向面向SOCSOC的操作系统：的操作系统：SymbianSymbian的的EpocEpoc、Express LogicExpress Logic的的ThreadXThreadX、ATIATI的的NucleusNucleusn开放源码的操作系统：开放源码的操作系统：LinuxLinux系列、系列、uCuC/OS/OSp典型性能指标典型性能指标n内核大小：几内核大小：几K K几百几百K K；n调度时间片：调度时间片：1ms1ms；n实时任务响应时间：实时任务响应时间：20204040微妙微妙n一般任务响应时间：一般任务响应时间：2020微妙几百毫秒微妙几百毫秒27提纲提纲 嵌入式系统概念嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域嵌入式系统应用领域 浙大浙大嵌入式系统教学嵌入式系统教学 浙大嵌入式系统科研浙大嵌入式系统科研28嵌入式技术的应用手机嵌入式技术的应用手机韩国电信手机/电视遥控器二合一产品Sony Ericsson超小型手机电脑手机放在底座上成为电脑Nokia手机户外音响内置 DVB-H 移动电视手机p普通手机p智能手机n与PDA结合29p智能家居p智能家电Roto-Rooter公司马桶组合笔记本/ipod/冰箱/Xbox360/健身高科技的捕鼠器遮断红外线光束掉下笼子DangerBomb 闹钟 不起床就爆炸啰配备电子食谱的锅铲coo.boo智能型垃圾桶 i.Master浙江大学智能割草机浙江大学显示营养智能果汁机嵌入式技术的应用智能家居嵌入式技术的应用智能家居30嵌入式技术的应用嵌入式技术的应用PDAp个人信息助理p掌上电脑PDA 手机+GPS 导航 Dopod U1000，且支持SkyPEMap-Star的GPS定位设备华硕GPS导航器SONY GPS导航器Nokia 6110 四频 HSDPA/GPS 导航器31嵌入式技术的应用嵌入式技术的应用PMPiLuv可即时将视频录制到iPod/闪存卡上，与以前技术相反Sony家用影音综合设备XtremeMac开发的iPod音箱IPEVO支持Skype电话Nike的 iPod 帽Meizu M8Ipod nanoArchos带Wifi的704pPortable Media Player32p录音笔pFLY数字笔n能“看懂”在专用纸上所写的内容n能“阅读”写作和纠正语法错误n完成简单的算术运算n将英文互相翻译成西班牙文等pGenius数字便笺n存储100页便笺 n2000LPI分辨率n32MB板载内存n可通过USB连接电脑n笔迹识别软件pPolymer Vision手机书嵌入式技术的应用办公用品嵌入式技术的应用办公用品33嵌入式技术的应用手表嵌入式技术的应用手表pMartin Frey手表n日程表n和手机联动n获取网络连接和GPS定位信息p手表手机：M300n1英寸的显示屏nUSB接口n可播放音乐n支持蓝牙pNike的Speed+手表n结合 iPod 和运动计测p韩国防性罪犯的电子手镯n可追踪罪犯的定位和坐标p爱国者视频MP4手表34嵌入式技术的应用运动玩具游戏嵌入式技术的应用运动玩具游戏pGTX公司定位的运动跑鞋n内置的GPS接收器和可充电电池p遥控蜻蜓p次世代三大主流n三款主机Xbox 360，WII，PS3GameCube XboX360PS3Wii,手柄,手套,枪35嵌入式技术的应用摄像器材嵌入式技术的应用摄像器材p数码相机pDV36嵌入式技术的应用多媒体终端嵌入式技术的应用多媒体终端pIP电话p视频会议p可视电话基于视频电话的小型视频会议系统(MCU)语音识别电话基于H.323协议族的网络视频电话37嵌入式技术的应用家庭音响嵌入式技术的应用家庭音响p引入计算机技术的音响配备B&O与Core 2 Duo的P.Guerra家庭影院Sonos ZP80无线音响LG HD DVD/蓝光播放器Motorola支持M卡的 HD DVR 录像机iPhone38嵌入式技术的应用电视嵌入式技术的应用电视p高清电视p数字电视p立体显示技术LG内置数字录像机的 LCD TVAppleTV:Intel Pentium M 1.0 GHz 2MB of L2 高速缓存nVidia G72M 显示卡 64MB DDR2 内存内置的 40GB 硬盘播放 iTunes能输出 1080p 高画质影像的 iPod Dock数字电视机顶盒39嵌入式技术的应用通讯设备嵌入式技术的应用通讯设备p有计算机能力的各种通讯设备p路由器/交换机/防火墙等Buffalo 路由器/USB 网卡套装VPN产品产品千兆网关防火墙千兆网关防火墙 40嵌入式技术的应用仪器仪表嵌入式技术的应用仪器仪表pDCG(动态心电图仪)p便携式多参数监护仪p中医指套传感器脉象虚拟仪器p推拿手法测试仪p电动机故障状态监测保护系统 监控仪手持仪41嵌入式技术的应用交通相关嵌入式技术的应用交通相关p汽车电子n处理器个数可达三位数n车载w娱乐，定位等n车控wABS、EBD等p其他中国版月球车汽车立体声音响HD Radio扩展包 改装遮阳板 DVD/TV/MP342嵌入式技术的应用军工嵌入式技术的应用军工p武器控制系统p数字化单兵系统n有苛刻要求w尺寸和重量w功率消耗w震动和冲击w温度和湿度21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统夜视扫描、全球定位、指挥通信43嵌入式技术的应用新兴硬件嵌入式技术的应用新兴硬件GPS/蓝牙双拼模块芯片龙芯2号增强型处理器芯片Intel进入二十倍数时代，五年后给我们八十核心处理器服用的 RFID 芯片 Intel Tolapai计划要把南北桥做在芯片中44提纲提纲 嵌入式系统概念嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域嵌入式系统应用领域 浙大浙大嵌入式系统教学嵌入式系统教学 浙大嵌入式系统科研浙大嵌入式系统科研45课程课程应该扮演应该扮演什么角色什么角色？领域多领域多样性样性教学多教学多样性样性实现多实现多样性样性通讯通讯 汽车电子汽车电子信息家电信息家电消费产品消费产品 其它其它控制控制电子工程电子工程计算机计算机信电信电仪器仪表仪器仪表硬件硬件系统软件系统软件应用软件应用软件综合综合46嵌入式系统课程的地位嵌入式系统课程的地位472002年2003年浙江大学计算机系开始开设微机课程浙江大学计算机系开始开设微机课程在软件学院开设嵌入式系统课程在软件学院开设嵌入式系统课程教学组成员多次参加教学组成员多次参加INTEL全国高校嵌入式教学研讨会全国高校嵌入式教学研讨会2004年与与IBM展开嵌入式，操作系统等相关课程联合教学展开嵌入式，操作系统等相关课程联合教学2004-2006自编讲义和实验指导书自编讲义和实验指导书,陆续出版相关的教材陆续出版相关的教材2007年不断丰富和改革实验平台、建立了实验室环境不断丰富和改革实验平台、建立了实验室环境 开设历史微软教育部精品课程微软教育部精品课程”和和“教育部英特尔精品课程教育部英特尔精品课程”国家精品课程国家精品课程48教材与教学内容自编教材为主、国内优秀教材和规划教材为参考、外文教材为指导 l嵌入式系统开发原理与实践嵌入式系统开发原理与实践 l边干边学边干边学Linux内核指导内核指导 本门课程分数比例分配如下l出勤、课堂讨论等平时成绩：约出勤、课堂讨论等平时成绩：约30l实验报告质量与成绩：实验报告质量与成绩：约约50l期终考查（或考试）成绩：期终考查（或考试）成绩：约约20l有特色贡献者可以在以上总分的基础上再加分。有特色贡献者可以在以上总分的基础上再加分。课程共设64课时，理论课32学时，实验课32学时49教材主教材主教材参考教材参考教材50教学条件（实验）实验平台5次更新换代n1）2002使用自主开发的实验平台。n2）2003年由Intel捐赠了Xscale（Sitsang）及EIA 各15套，HP公司捐赠的Pocket PC h5500共计180套。n3）2004年由与亿道公司合作，购买Pxa255实验板30套、龙珠实验板30套以及相关嵌入式实验设备，在紫金港校区建设了本科生嵌入式实验室并嵌入式系统创新中心。n4）2005年初，购买PXA272共计10块，使得学生能够在进行更高端的嵌入式平台学习与实践。n5）2006年底，由Xilinx公司赠送了Virtex-II PRO实验平台以相关开发软件50套，更丰富了实验环境，使得学生能进行嵌入式可重构计算系统进行学习实践。51今年7月份，即将第五次更新。52教学方法与手段网络教学网络教学实践教学实践教学对外交流对外交流成果成果53精品课程网站()54提纲提纲 嵌入式系统概念嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域嵌入式系统应用领域 浙大浙大嵌入式系统教学嵌入式系统教学 浙大嵌入式系统科研浙大嵌入式系统科研5556