嵌入式系统第一讲研嵌入式系统介绍.ppt
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1、第一讲第一讲嵌入式系统介绍嵌入式系统介绍电信学院电信学院 崔寅鸣崔寅鸣本讲主要内容本讲主要内容n n嵌入式系统概述嵌入式系统概述实验室介绍与课程说明实验室介绍与课程说明实验室介绍与课程说明实验室介绍与课程说明嵌入式系统概要介绍嵌入式系统概要介绍嵌入式系统概要介绍嵌入式系统概要介绍n nEELiod270开发系统介绍开发系统介绍ModuleModule板、板、板、板、EDREDR板板板板Banyan-UEBanyan-UE仿真器仿真器仿真器仿真器n nARM处理器简介处理器简介体系结构、编程模型、体系结构、编程模型、体系结构、编程模型、体系结构、编程模型、ARMARM指令系统指令系统指令系统指令
2、系统嵌入式系统概述嵌入式系统概述应用于航空航天军事应用于航空航天军事应用于消费电子产品应用于消费电子产品嵌入式嵌入式Internet应用应用嵌入式系统的定义(一)嵌入式系统的定义(一)IEEE对嵌入式系统的定义:对嵌入式系统的定义:Embedded system is a kind of device used to control,monitor or assist the operation of equipment,machinery or plant.“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置的装置”嵌入式系统的定义(二)嵌入式系统的定义(二)
3、一般的定义:一般的定义:嵌入式系统是以应用为中心和以计算机技嵌入式系统是以应用为中心和以计算机技术为基础的,并且软硬件是可裁减的,能术为基础的,并且软硬件是可裁减的,能满足应用系统对功能、可靠性、实时性、满足应用系统对功能、可靠性、实时性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。用计算机系统。简单说,嵌入式系统就是应用软件与系统硬简单说,嵌入式系统就是应用软件与系统硬件的一体化。件的一体化。嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点n n系统内核小:一般应用于小型电子装置。系统内核小:一般应用于小型电子装置。n n专用性强:软硬件结合紧密,针对硬件进专用性强
4、:软硬件结合紧密,针对硬件进行系统的移植。行系统的移植。n n系统精简:系统软件和应用软件紧密融合,系统精简:系统软件和应用软件紧密融合,部分无明显区别。部分无明显区别。n n实时多任务的操作系统:实时多任务的操作系统:合理调度多任合理调度多任务,务,RTOS开发平台。开发平台。n n专门的开发工具和环境。专门的开发工具和环境。实验室条件实验室条件n n深圳亿道公司深圳亿道公司EELiod270教学开发平台教学开发平台n nIntelXscale270IntelXscale270微处理器,微处理器,微处理器,微处理器,520MHz520MHzn n完善的硬件平台完善的硬件平台完善的硬件平台完善
5、的硬件平台n n支持支持支持支持WinCEWinCE和和和和LinuxLinux操作系统操作系统操作系统操作系统课程主要内容课程主要内容n nARM与与EEliod270开发系统介绍开发系统介绍n n嵌入式嵌入式Linux系统的构建与启动分析系统的构建与启动分析n n嵌入式嵌入式Linux下程序开发下程序开发课程特点课程特点n n理论结合实践,通过实验掌握知识、锻炼理论结合实践,通过实验掌握知识、锻炼能力能力n n课程涉及面广,要求软硬件综合能力高课程涉及面广,要求软硬件综合能力高硬件(嵌入式开发板、各种硬件接口)硬件(嵌入式开发板、各种硬件接口)硬件(嵌入式开发板、各种硬件接口)硬件(嵌入式
6、开发板、各种硬件接口)ARMARM汇编语言编程汇编语言编程汇编语言编程汇编语言编程C/C+C/C+语言编程语言编程语言编程语言编程LinuxLinux操作系统操作系统操作系统操作系统QTQT、JavaJava等等等等课程安排(一)课程安排(一)318周周n n3-5周理论课周理论课n n6-18周嵌入式周嵌入式Linux实验实验系统构建系统构建系统构建系统构建驱动程序实验驱动程序实验驱动程序实验驱动程序实验自选综合实验自选综合实验自选综合实验自选综合实验评分标准评分标准n n理论课:理论课:10n n实验:实验:90内部网络资源内部网络资源ftp服务器:,服务器:,port:21,user:e
7、mb,pwd:embeddedEELiodEELiod硬件平台资料硬件平台资料硬件平台资料硬件平台资料ADSADS开发系统资料开发系统资料开发系统资料开发系统资料嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式LinuxLinux BSPBSP软件包软件包软件包软件包实验指导书实验指导书实验指导书实验指导书其他安装软件(虚拟机,其他安装软件(虚拟机,其他安装软件(虚拟机,其他安装软件(虚拟机,Redhat9Redhat9等)等)等)等)参考书及资料(一)参考书及资料(一)n nARM嵌嵌入入式式处处理理器器结结构构与与应应用用基基础础,北北航出版社,马忠梅等,航出版社,马忠梅等,2002n n嵌嵌入入式式系系统统In
8、tel StrongARM结结构构与与开开发,北航出版社,陈章龙等,发,北航出版社,陈章龙等,2002n nARM应应用用系系统统开开发发详详解解,清清华华大大学学出出版版社,李驹光等,社,李驹光等,2003n nRedhatLinux9从入门与精通,从入门与精通,MichaelJang著,邱仲潘等译,电子工业出版社著,邱仲潘等译,电子工业出版社n nLinux编程宝典,编程宝典,John Goerzen著,魏永著,魏永明等译,电子工业出版社明等译,电子工业出版社参考书及资料(二)参考书及资料(二)Alessandro Rubini,魏魏永永明明等等译译,linux设设备备驱驱动动程程序序,第
9、第二二版版,中中国国电电力力出出版版社社,2002 中国中国Linux论坛论坛 嵌入式开发网嵌入式开发网嵌入式系统的基本构成嵌入式系统的基本构成存储器及外围电路嵌入式处理器嵌入式操作系统应用软件n n嵌入式硬件系统嵌入式硬件系统嵌入式硬件系统嵌入式硬件系统嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式处理器各种类型存储器各种类型存储器各种类型存储器各种类型存储器模拟电路及电源模拟电路及电源模拟电路及电源模拟电路及电源接口控制器及接插件接口控制器及接插件接口控制器及接插件接口控制器及接插件n n嵌入式软件系统嵌入式软件系统嵌入式软件系统嵌入式软件系统板级支持包(板级支持包(板级支持包(板级支持包(B
10、SPBSP)操作系统(操作系统(操作系统(操作系统(OS/RTOSOS/RTOS)设备驱动(设备驱动(设备驱动(设备驱动(DeviceDriverDeviceDriver)协议栈(协议栈(协议栈(协议栈(ProtocolStackProtocolStack)应用程序(应用程序(应用程序(应用程序(ApplicationApplication)嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类n n嵌入式微处理器(嵌入式微处理器(MPU)ARMARMDragonballMc9328Mx1DragonballMc9328Mx1Xscale270Xscale270n n嵌入式微控制器嵌入式微控制器(MCU)805
11、18051、P51XAP51XA、MC68HC05/11/12/16MC68HC05/11/12/16、6830068300等等等等 n n嵌入式嵌入式DSP处理器处理器n n嵌入式片上系统(嵌入式片上系统(SOC-SystemOnChip)n n嵌入式可编程片上系统(嵌入式可编程片上系统(EPSOC)ARM嵌入式微处理器嵌入式微处理器n nARMARM公司成立于公司成立于公司成立于公司成立于19901990年,年,年,年,SaxbySaxby和和和和1212名工程师名工程师名工程师名工程师n nARM=AdvancedRISCMachineRISC(精简指令集)(精简指令集)的典型代表的典型
12、代表32位处理器技术位处理器技术嵌入式领域的主力军嵌入式领域的主力军n nARMARM处理器有三大特点处理器有三大特点处理器有三大特点处理器有三大特点体积小、功耗低、成本低,性能高体积小、功耗低、成本低,性能高体积小、功耗低、成本低,性能高体积小、功耗低、成本低,性能高ARM/Thumb32/16ARM/Thumb32/16位双指令系统位双指令系统位双指令系统位双指令系统全球众多的合作伙伴全球众多的合作伙伴全球众多的合作伙伴全球众多的合作伙伴ARMn nARM的产品的产品ARM处理器内核,以知识产权(处理器内核,以知识产权(IP)形)形式提供给式提供给IC生产厂家生产厂家硬核:有和特定工艺相连
13、系的物理版硬核:有和特定工艺相连系的物理版图。图。软核:用硬件描述语言或软核:用硬件描述语言或C语言写成,语言写成,用于功能仿真用于功能仿真ARM开发工具、开发工具、SOC开发工具、评估开发工具、评估板等板等ARM公司不生产芯片公司不生产芯片ARMn n赢利模式:专利授权费赢利模式:专利授权费+版费版费n n目前在通信领域处于统治地位,目前在通信领域处于统治地位,100%的的CDMA手机和手机和85%以上的以上的WCDMA手机手机n nIntelInside&InsideInteln nARM芯片年出货量超过几十亿片芯片年出货量超过几十亿片n nARM营收中,手机芯片占营收中,手机芯片占2/3
14、ARM嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式操作系统简介嵌入式操作系统简介n n使用操作系统的好处和坏处使用操作系统的好处和坏处底层硬件抽象化,多任务,在比较复杂的应底层硬件抽象化,多任务,在比较复杂的应底层硬件抽象化,多任务,在比较复杂的应底层硬件抽象化,多任务,在比较复杂的应用情况下优势明显用情况下优势明显用情况下优势明显用情况下优势明显占用系统资源,简单应用情况下增加开发难占用系统资源,简单应用情况下增加开发难占用系统资源,简单应用情况下增加开发难占用系统资源,简单应用情况下增加开发难度度度度嵌入式操作系统特点嵌入式操作系统特点n n除具有普通操作系统的功能如任务调度、除具有普通操作系统的功
15、能如任务调度、中断处理等外,嵌入式操作系统还有以下中断处理等外,嵌入式操作系统还有以下特点:特点:编码体积小,适合有限的存储空间编码体积小,适合有限的存储空间编码体积小,适合有限的存储空间编码体积小,适合有限的存储空间面向应用,可裁减和移植面向应用,可裁减和移植面向应用,可裁减和移植面向应用,可裁减和移植部分要求实时性强,又称实时多任务操作系部分要求实时性强,又称实时多任务操作系部分要求实时性强,又称实时多任务操作系部分要求实时性强,又称实时多任务操作系统(统(统(统(RTOSRTOS)可靠性高以及较强的网络功能可靠性高以及较强的网络功能可靠性高以及较强的网络功能可靠性高以及较强的网络功能嵌入
16、式操作系统嵌入式操作系统n n通常按体系的分类通常按体系的分类通常按体系的分类通常按体系的分类WindowsWindows兼容系列兼容系列兼容系列兼容系列WindowsCE/NT/XPWindowsCE/NT/XPLinuxLinux类类类类嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式Linux,uCLinux,RTLinuxLinux,uCLinux,RTLinuxAndroidAndroid及其派生的及其派生的及其派生的及其派生的iPhoneiPhone、oPhoneoPhone、LePhoneLePhone等等等等通信领域嵌入式操作系统通信领域嵌入式操作系统通信领域嵌入式操作系统通信领域嵌入式操作系统VxW
17、orks,Nucleus,VRTX,QNS,pSOSVxWorks,Nucleus,VRTX,QNS,pSOS其他如其他如其他如其他如SymbianSymbian、BlackBerryBlackBerry等等等等嵌入式操作系统结构嵌入式操作系统结构嵌入式嵌入式Linux特点特点免费和代码公开免费和代码公开免费和代码公开免费和代码公开支持多种硬件平台支持多种硬件平台支持多种硬件平台支持多种硬件平台可裁剪可裁剪可裁剪可裁剪使用成本低使用成本低使用成本低使用成本低强大的网络功能强大的网络功能强大的网络功能强大的网络功能支持支持支持支持GUIGUI开发开发开发开发丰富的开发技术资源丰富的开发技术资源丰
18、富的开发技术资源丰富的开发技术资源嵌入式系统的应用开发嵌入式系统的应用开发n n本实验室条件支持:本实验室条件支持:n n无无无无OSOSADSADS集成开发环境集成开发环境集成开发环境集成开发环境n n有有有有OSOS嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式LinuxLinuxWindowsCEWindowsCE嵌入式产品开发过程嵌入式产品开发过程集成开发环境集成开发环境n nARM ADS(ARM Developer Suits)它是它是ARMARM公司的集成开发环境,包括命令行公司的集成开发环境,包括命令行开发工具、图形开发工具、实用工具和支持开发工具、图形开发工具、实用工具和支持软件软件4 4部分,可
19、以进行编辑、编译及调试部分,可以进行编辑、编译及调试C C、C+C+及汇编程序。及汇编程序。ARMARM汇编及汇编及C C程序的编辑、编译程序的编辑、编译AXDAXD调试调试嵌入式应用开发的调试嵌入式应用开发的调试由于嵌入式系统的可用资源有限,嵌入式开发和调试工作通常由于嵌入式系统的可用资源有限,嵌入式开发和调试工作通常要通过高性能的宿主机完成。要通过高性能的宿主机完成。嵌入式应用软件通过宿主机上的交叉编译器,完成交叉编嵌入式应用软件通过宿主机上的交叉编译器,完成交叉编译和连接后下载到目标机。译和连接后下载到目标机。宿主机:进行嵌入式软件开发的主机宿主机:进行嵌入式软件开发的主机目标机:将要开
20、发的目标板目标机:将要开发的目标板嵌入式开发的调试方法嵌入式开发的调试方法大致有以下几种调试方法:大致有以下几种调试方法:模拟调试方式模拟调试方式模拟调试方式模拟调试方式ROMMonitorROMMonitor方式(或方式(或方式(或方式(或AngelAngel方式)方式)方式)方式)ICEICE仿真仿真仿真仿真JTAGJTAG调试与仿真调试与仿真调试与仿真调试与仿真模拟开发调试方式模拟开发调试不需开发板硬件,一台不需开发板硬件,一台PCPC即可即可纯软件模拟嵌入式处理器的功能和指令。如纯软件模拟嵌入式处理器的功能和指令。如ARMARM公司的公司的ARMulatorARMulator模拟器。模
21、拟器。它虽然简单可行,但是缺乏在线调试和实时它虽然简单可行,但是缺乏在线调试和实时仿真功能。仿真功能。ROMMonitor调试方式(一)调试方式(一)ROMMonitor方式(或方式(或Angel方式)方式)ROM MonitorROM Monitor(或(或AngelAngel)是运行在目标机的)是运行在目标机的FlashFlash或或ROMROM的一段程序,它主要负责监控的一段程序,它主要负责监控目标机上被调试程序的运行情况。通过和宿目标机上被调试程序的运行情况。通过和宿主机的配合,完成嵌入式系统的调试。主机的配合,完成嵌入式系统的调试。它是目前低廉有效的一种调试方式。之前课它是目前低廉有
22、效的一种调试方式。之前课程使用程使用MetrowerksMetrowerks公司的公司的CodeWarriorCodeWarrior进行进行开发调试时要用到的开发调试时要用到的Metro-TRKMetro-TRK就属于这类就属于这类软件。软件。ROMMonitor调试方式(二)调试方式(二)ICE在线仿真模式在线仿真模式n n在线仿真在线仿真(InCircuitEmulator)传统硬件级仿真调试模式传统硬件级仿真调试模式 取取下下目目标标板板MPUMPU;在在线线仿仿真真器器可可以以完完全全仿仿真真MPUMPU的行为;通过卡座等连接到目标板。的行为;通过卡座等连接到目标板。它它支支持持单单步
23、步执执行行、断断点点、反反汇汇编编、源源程程序序级级调调试。试。优优点点:功功能能非非常常强强大大,软软硬硬件件均均可可做做到到完完全全实实时在线调试时在线调试 缺点:缺点:适合于简单的适合于简单的MPUMPU 一般滞后一般滞后MPUMPU几个月几个月 价格昂贵价格昂贵宿主机目标板仿真器硬件连接示意图JTAG仿真调试方式(一)仿真调试方式(一)n nJTAG(Joint Test Action Group)联合测)联合测试行动小组,是试行动小组,是IEEE的一个标准的一个标准n nJTAG初始主要用于芯片内部测试,可对初始主要用于芯片内部测试,可对具有具有JTAG接口的芯片的硬件电路进行边接口
24、的芯片的硬件电路进行边界扫描和故障检测界扫描和故障检测n n后用于调试:在芯片内部定义后用于调试:在芯片内部定义TAP(Test Access Port),可以访问寄存器和挂在总线,可以访问寄存器和挂在总线上的设备上的设备JTAG仿真调试方式(二)仿真调试方式(二)n nJTAG调试器调试器n n硬件简单,只进行并口硬件简单,只进行并口硬件简单,只进行并口硬件简单,只进行并口/usb/usb和和和和JTAGJTAG接口的电接口的电接口的电接口的电平转换平转换平转换平转换n n主要工作由主机软件完成,如主要工作由主机软件完成,如主要工作由主机软件完成,如主要工作由主机软件完成,如JTAG/usb
25、JTAG/usb协议协议协议协议转换等转换等转换等转换等n n速度慢,一般速度慢,一般速度慢,一般速度慢,一般10K/s10K/s级别级别级别级别n nJTAG仿真器仿真器n n硬件复杂,除完成硬件复杂,除完成硬件复杂,除完成硬件复杂,除完成JTAG/usbJTAG/usb协议转换,可能协议转换,可能协议转换,可能协议转换,可能有有有有MPUMPU进行控制进行控制进行控制进行控制n n提供并口提供并口提供并口提供并口/USB/USB接口等,速度快接口等,速度快接口等,速度快接口等,速度快n n价格贵价格贵价格贵价格贵JTAG仿真调试方式(三)仿真调试方式(三)n nJTAG仿真器仿真器 ARM
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