第一讲 嵌入式系统概述(3课时).ppt

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1、No.12007东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心苏州市集成电路与系统重点实验室嵌嵌 入入 式式 系系 统统 设设 计计刘昊 2012nicky_研究方向：无线传感器网络芯片及应用技术No.22007课课 程程 介介 绍绍嵌入式系统嵌入式系统p嵌入式系统设计是现代电子电气、信息、自动控制，仪器仪表等产品开发基嵌入式系统设计是现代电子电气、信息、自动控制，仪器仪表等产品开发基础础,l科学技术发展，模糊了学科差别科学技术发展，模糊了学科差别l基础知识交叉，应用点不同：基础知识交叉，应用点不同：路由器路由器和和数控机床数控机床 p是相关知识综合体现为产品价值的设计技术，综合多门学科的应用设

2、计技术是相关知识综合体现为产品价值的设计技术，综合多门学科的应用设计技术l知识知识能力能力先修课程先修课程相关知识相关知识电路，电子线路电路，电子线路计算机体系结构计算机体系结构（微机原理）（微机原理）C C语言语言微处理器设计原理微处理器设计原理编译原理编译原理高级高级C C语言编程语言编程操作系统操作系统计算机网络计算机网络通信原理通信原理可编程逻辑器件可编程逻辑器件No.32007课程流程：课程流程：选课选课理论课理论课专题实验专题实验项目实验项目实验测试和答辩测试和答辩14次上课次上课（14周）周）待定）待定）自由选题设计自由选题设计18学时（学时（4周）周）课课 程程 计计 划划嵌入

3、式系统概论：嵌入式系统概论：理论课理论课36学时学时 2学分学分嵌入式系统设计：嵌入式系统设计：60学时学时 3学分学分No.42007课课程程目目标标了解嵌入式系统的组成和基本原理了解嵌入式系统的组成和基本原理掌握一种处理器内核及其指令体系、汇编语言：掌握一种处理器内核及其指令体系、汇编语言：ARM7TDMI掌握嵌入式系统的一般开发过程掌握嵌入式系统的一般开发过程 基于基于ARM处理器内核的交叉编译方法以及其开发工具：处理器内核的交叉编译方法以及其开发工具：ADS1.2掌握硬件设计基本流程掌握硬件设计基本流程 一种原理图和一种原理图和PCB设计工具，硬件设计基本知识设计工具，硬件设计基本知识

4、掌握一种嵌入式操作系统：掌握一种嵌入式操作系统：学习嵌入式学习嵌入式linux,驱动程序的开发驱动程序的开发了解一般嵌入式应用产品的开发流程，实现简单的嵌入式应用系统开发No.52007课程计划课程计划嵌入式系统概念和基本组成嵌入式系统概念和基本组成ARM嵌入式微处理器原理和嵌入式微处理器原理和ARM体系结构体系结构ARM 编程原理和异常处理编程原理和异常处理ARM指令集和汇编语言编程（作业一次）指令集和汇编语言编程（作业一次）嵌入式系统开发过程和调试原理嵌入式系统开发过程和调试原理嵌入式系统硬件设计原理嵌入式系统硬件设计原理(一）一）嵌入式系统硬件设计原理（二）嵌入式系统硬件设计原理（二）嵌

5、入式操作系统原理嵌入式操作系统原理嵌入式系统软件设计嵌入式系统软件设计无线传感器网络介绍无线传感器网络介绍无线传感器网络芯片无线传感器网络芯片BL6010及其开发平台及其开发平台无线传感器网络节点嵌入式设计案例无线传感器网络节点嵌入式设计案例No.62007本节课的内容本节课的内容1.1 嵌入式系统定义嵌入式系统定义1.2 嵌入式系统的组成原理嵌入式系统的组成原理p硬件架构硬件架构p软件架构软件架构p开发过程开发过程1.3 嵌入式系统设计的发展趋势嵌入式系统设计的发展趋势pSOC系统芯片应用系统芯片应用No.72007嵌入式系统的概念嵌入式系统的概念“嵌入式智能工具将是PC机和因特网之后最伟大

6、的发明”。美国著名未来学家美国著名未来学家 尼葛洛庞帝尼葛洛庞帝IEEE（国际电子电气工程师协会）定义：嵌入式系统是嵌入式系统是“控制、监视或者辅助其它设备、机器或车间运行的装置控制、监视或者辅助其它设备、机器或车间运行的装置”Devices used to control，monitor、or assist the operation of equipment、machinery or plants.国内普遍认同的定义：以以特特定定应应用用为为中中心心、以以计计算算机机技技术术为为基基础础，软软硬硬件件可可裁裁剪剪，适适应应应应用用系系统统对对功功能能、可可靠靠性性、功耗、成本、体积等严格约

7、束的功耗、成本、体积等严格约束的专用计算机系统专用计算机系统。软件巨头微软在2002年将嵌入式系统定义为：完成某一特定功能、或是使用某一特定嵌入式应用软件的计算机或计算装置。完成某一特定功能、或是使用某一特定嵌入式应用软件的计算机或计算装置。嵌入式系统，是区别与第一类常见的计算机的第二类计算设备它是嵌入式到其他系统中的。嵌入式系统，是区别与第一类常见的计算机的第二类计算设备它是嵌入式到其他系统中的。No.82007世界正在改变世界正在改变设备变得更加设备变得更加智能p多功能多功能p适用性增强适用性增强内容正在内容正在数字化p利用利用PCPC上的大量资源上的大量资源p各种设备内容共享各种设备内容

8、共享设备变得更加设备变得更加互连p与与 Internet,Internet,其他设备其他设备,PCs,Servers,PCs,Servers等等的互连互通的互连互通p与原有与原有 IT IT 基础设施的互连基础设施的互连No.92007各种设备的生态环境各种设备的生态环境Device Ecosystem Device Ecosystem 事实上，所有的通信事实上，所有的通信事实上，所有的通信事实上，所有的通信都因为都因为都因为都因为PCPC而增强而增强而增强而增强照片照片照片照片,音乐音乐音乐音乐,电影及电影及电影及电影及其他视频产品的存其他视频产品的存其他视频产品的存其他视频产品的存储与管理

9、中心储与管理中心储与管理中心储与管理中心时时需要高时时需要高时时需要高时时需要高可靠性可靠性可靠性可靠性,在家在家在家在家里或车上里或车上里或车上里或车上2356898#147*Digital Video CameraWebPadsSecurity VideoConferencingPhone&VoicemailCell PhoneTVAuto PCHiFi AudioInternetGamesPocket PCsNo.102007MobilePhones,45%MobilePhones,45%Converged Devices,3%Converged Devices,3%Compressed

10、 Audio,13%Compressed Audio,13%Cable/DSL,5%Cable/DSL,5%Automotive,5%Automotive,5%DSC,3%DSC,3%DVD,3%DVD,3%Printers,2%Printers,2%DTV,2%DTV,2%Set top box,2%Set top box,2%PVR,1%PVR,1%POS,1%POS,1%Thin Clients,1%Thin Clients,1%Digital Camera,1%Digital Camera,1%IP Phones,0%IP Phones,0%WLAN Access,0%WLAN Acc

11、ess,0%Res Gateway,0%Res Gateway,0%Others,13%Others,13%嵌入式设备市场机会嵌入式设备市场机会1.6Billionunits*1.6Billionunits*基于基于2005年的数据年的数据No.112007嵌入式系统的分类按行业分类嵌入式系统的分类按行业分类消费类电子产品消费类电子产品p个人通信与娱乐系统（手机、个人通信与娱乐系统（手机、DC、DV、MP3、PMP、Video Game etc.）p家电类产品家电类产品p办公自动化（打印机，复印机、传真机）办公自动化（打印机，复印机、传真机）网络通信类产品网络通信类产品p通信类交换设备通信类交

12、换设备p网络设备（交换机、路由器、网络安全）网络设备（交换机、路由器、网络安全）汽车电子类产品汽车电子类产品p引擎控制引擎控制p安全系统安全系统p汽车导航与娱乐系统汽车导航与娱乐系统工业控制类产品工业控制类产品p工控工控 PCp交互式终端（交互式终端（POS、税控收款机、银行终端）、税控收款机、银行终端）p安全监控、数据采集与传输安全监控、数据采集与传输p仪器仪表仪器仪表医疗电子医疗电子军工及航天军工及航天No.122007嵌入式系统的特征嵌入式系统的特征和应用相结合，一定是在执行特定的功能。嵌入式系统和通用计算机的关键区别就在于应用不同。嵌入式系统的核心思想：面向应用嵌入式系统的核心思想：面

13、向应用,隐蔽在应用表象后面的隐蔽在应用表象后面的“控制者控制者”！以嵌入式微处理器为核心：p和通用计算机具有类似的体系结构和通用计算机具有类似的体系结构p其其软软件件可可大大可可小小，简简单单如如无无操操作作系系统统的的冰冰箱箱控控制制，复复杂杂到到飞飞行行控控制制系系统统150150个个嵌嵌入入式式处处理器并行处理理器并行处理软件以固件（Firmware）的形式存在，系统全自动循环操作，严格的时序和稳定性要求No.132007嵌入式系统工业的特点嵌入式系统工业的特点嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业 pPC由由WINTEL垄断垄断p嵌入式系统工业

14、的基础是以应用为中心的嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片芯片”设计和面向应用的软件设计和面向应用的软件产品开发。产品开发。l面向用户、面向产品、面向应用面向用户、面向产品、面向应用 升级换代也是和具体产品同步升级换代也是和具体产品同步,具有较长的生命周期具有较长的生命周期 p软件和硬件结合紧密软件和硬件结合紧密p嵌入式嵌入式处理器处理器的发展也体现出稳定性的发展也体现出稳定性l普通处理器普通处理器18月月l嵌入式处理器嵌入式处理器810年年No.142007嵌入式系统开发的特点嵌入式系统开发的特点 开发环境开发环境p通用计算机具有完善的人机接口界面通用计算机具有完善的人机接口界面p嵌入

15、式系统本身不具备自举开发能力，采用嵌入式系统本身不具备自举开发能力，采用交叉编译交叉编译的方式的方式p这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。仪、混合信号示波器等。开发特性开发特性p通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口(API)，但一，但一般不是实时般不是实时的。的。p嵌入式系统则不同，应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行。嵌入式系统则不同，应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行。p但为了保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间

16、，保障软件质量。但为了保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。需要选配需要选配RTOS开发平台开发平台No.152007嵌入式系统开发人员以应用专家为主嵌入式系统开发人员以应用专家为主 通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士。面的专业人士。嵌入式系统则是要和各个不同行业的应用相结合的，其开嵌入式系统则是要和各个不同行业的应用相结合的，其开发人员往往是各个应用领域的专家。发人员往往是各个应用领域的专家。因此开发工具的易学、易用、可靠、高效是基本要求。因此开发工具的易学、易用、可靠、高效是基本要求。模块化

17、模块化No.162007本节课的内容本节课的内容1.1 嵌入式系统定义嵌入式系统定义1.2 嵌入式系统的组成原理嵌入式系统的组成原理p硬件架构硬件架构p软件架构软件架构p开发过程开发过程1.3 嵌入式系统设计的发展趋势嵌入式系统设计的发展趋势pSOC系统芯片应用系统芯片应用No.172007嵌入式系统的组成模式嵌入式系统的组成模式嵌入式系统是面向特定应用的计算机系统嵌入式系统是面向特定应用的计算机系统,具有和通用计算具有和通用计算机类似的体系架构机类似的体系架构:硬件硬件复杂嵌入式系统操作系统操作系统中间件中间件应用程序应用程序硬件硬件简单嵌入式系统应用软件应用软件No.182007嵌入式系统

18、完全架构嵌入式系统完全架构操作系统内核操作系统内核：任务调度任务调度：中断管理：中断管理：内存管理：内存管理：任务同步和通信：任务同步和通信：时钟管理：时钟管理No.192007嵌入式嵌入式处理器处理器可编程可编程逻辑器件逻辑器件存储器存储器电源模块电源模块解决方案解决方案人机接口人机接口嵌入式系统必备接插件嵌入式系统必备接插件PowerPC微处理器微处理器ARM内核微处理器内核微处理器TMS320C6000系列系列DSPIntel公司公司XscalePXA255MicrochipPIC24XXVirtexII VirtexII Platform Platform FPGA FPGA Virt

19、exVirtex（E E）系列）系列 FPGAFPGASpartanSpartan（XLXL）系列）系列FPGAFPGASpartanIISpartanII（E E）系列）系列FPGAFPGAXC95(XL)XC95(XL)系列系列 CPLDCPLDCoolRunnerCoolRunner系列系列 CPLDCPLD嵌入式系统硬件构成嵌入式系统硬件构成XilinxTI Power TrendTI Power Trend嵌入式电源方案嵌入式电源方案MAXIM MAXIM 电源芯片电源芯片Liner Liner 公司电源芯片公司电源芯片NS NS 公司电源芯片公司电源芯片怀特电子高可靠性存储器系列怀

20、特电子高可靠性存储器系列IDTIDT公司公司FIFOFIFO及双口及双口RAMRAMCypressCypress公司高速公司高速SRAMSRAM系列系列现代电子公司现代电子公司SDRAMSDRAM系列系列IntelIntel公司公司 大容量大容量FlashFlash系列系列AMP公司接插件系列公司接插件系列AI公司公司PCB插座系列插座系列AMP&AI嵌入式系统的硬件构成嵌入式系统的硬件构成STN/TFT STN/TFT 液晶显示屏液晶显示屏键盘键盘/鼠标控制器芯片鼠标控制器芯片LEDLED显示显示Philips,cirrus Philips,cirrus 公司公司 音频系列音频系列ADI,T

21、IADI,TI公司公司 AD/DAAD/DA系列系列通信接口通信接口以太网接口芯片以太网接口芯片TI,MAXIM RS485/232TI,MAXIM RS485/232芯片芯片西门子等无线通讯模块西门子等无线通讯模块总线总线No.202007嵌入式视频服务器的架构嵌入式视频服务器的架构数码多媒体产品数码多媒体产品No.212007基于嵌入式处理器的视频监控终端设计方案基于嵌入式处理器的视频监控终端设计方案电源系统电源系统其他外设RJ45接口接口以太网以太网MACNOR FLASHSDRAM摄像头摄像头SA7111模拟模拟视频视频信号信号CCIR数字数字视频信号视频信号图像图像压缩压缩USB/G

22、PRS无线传输模块无线传输模块喇叭录音CODEC时钟G4ARMARM7TDMI7TDMIAC97AC97TIMERTIMERPWMPWMRS232RS232EMIEMI存存存存储储接口接口接口接口SPISPI、IICIICUSBCUSBCNo.222007嵌入式微处理器的演变嵌入式微处理器的演变CharacteristicsCharacteristicsCharacteristicsCharacteristicsCharacteristicsCharacteristicsCharacteristicsCharacteristics19801980199019901996199619981998

23、68000Z80808680 x8680 x86CPU32CPU32680 x0680 x0i960i960MIPSMIPSSPARCSPARCColdFIREColdFIREAlphaAlphaSH1/2/3SH1/2/3ARMARMSPARCSPARCi960i960MIPSMIPSPentiumPentium80 x8680 x86PowerPCPowerPCCPU32CPU32680 x0680 x0100-500Kips2 10mHz1-2Mips1.0 25mHz10-25Mips.5-.8 50-100mHz10-200Mips.2-.5 100-300mHzSH4/5SH4/5

24、SH-DSPSH-DSPSH1/2/3SH1/2/3ARMARMSPARCSPARCi960i960MIPSMIPSPentiumPentium80 x8680 x86PowerPCPowerPCCPU32CPU32680 x0680 x0SA1500SA1500MAP1000MAP1000AltiVECAltiVECMercedMercedMCOREMCORESHARCSHARC563xx563xxLucentLucent1600016000C6xC6xSI20SI20TriCoreTriCoreNo.232007嵌入式微处理器嵌入式微处理器No.242007ARM公司概述公司概述 ARM（

25、Advanced RISC Machines）既是一个公司的名字，也是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。ARM公司1991年成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术知识产权（知识产权（IPIP）核）核的微处理器（即我们通常所说的ARM微处理器），已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、无线系统等各类产品市场。基于ARM技术的微处理器，其应用占据了32位RISC处理器75%以上的市场份额。ARM技术正在逐步渗透到我们生活的各个方面。No.252007uARMARM（Advanced RISC MachinesAdvanced RISC Machines）

26、是微处理器行业的一家知名企业，）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的设计了大量高性能、廉价、耗能低的 RISC RISC 处理器处理器、相关技术及软件。、相关技术及软件。u技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费控制、消费/教育类多媒体、教育类多媒体、DSP DSP 和移动式应用等。和移动式应用等。uARM ARM 将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和 OEM OEM 厂商，厂商，每个厂商得到的都是一套独一无二的每个厂商得到

27、的都是一套独一无二的 ARM ARM 相关技术及服务。利用这种合相关技术及服务。利用这种合伙关系，伙关系，ARM ARM 很快成为许多全球性很快成为许多全球性 RISC RISC 标准的缔造者。标准的缔造者。u目前，总共有目前，总共有 100100家半导体公司与家半导体公司与 ARM ARM 签订了硬件技术使用许可协议，签订了硬件技术使用许可协议，其中包括其中包括 IntelIntel、IBMIBM、LG LG 半导体、半导体、NECNEC、SONYSONY、飞利浦和国民半导体、飞利浦和国民半导体这样的大公司。这样的大公司。uARM ARM 处理器已经处理器已经占领了全球手机占领了全球手机/平

28、板市场平板市场。2006 2006 年，全球年，全球 ARM ARM 芯片芯片出货量为出货量为 20 20 亿片，亿片，2010 2010 年预计将达到年预计将达到 45 45 亿片。亿片。ARM公司介绍公司介绍No.262007ARM微处理器及其发展ARM微处理器的几个系列：微处理器的几个系列：ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列、Intel的XScale系列、Cortex系列。ARM体系结构的发展：体系结构的发展：（1）V1V3版本；（2）V4T版本；（3）V5版本；（4）V6版本；（5）V7版本。ARM公司为新的ARM V7架构定义了三大分

29、工明确的系列：“A”系列面向尖端的基于虚拟内存的操作系统和用户应用；“R”系列针对实时系统；“M”系列针对微控制器和低成本应用系统。No.272007No.282007No.2920072010ARM 为实现高性能的数字信号控制推出了为实现高性能的数字信号控制推出了 Cortex-M4 处理器处理器Microsoft 成为成为 ARM 架构授权使用方架构授权使用方ARM 和和 TSMC 签署了长期协议以便基于签署了长期协议以便基于 ARM 处理器（缩小到处理器（缩小到 20 纳米）实现优化的片上系纳米）实现优化的片上系统统ARM Mali 成为被最广泛授权的嵌入式成为被最广泛授权的嵌入式 GP

30、U 架构架构2009ARM 宣布实现具有宣布实现具有 2GHz 频率的频率的 Cortex-A9 双核处理器双核处理器ARM 推出体积最小、功耗最低和能效最高的处理器推出体积最小、功耗最低和能效最高的处理器 Cortex-M02008ARM 宣布销售宣布销售 100 亿台处理器亿台处理器2007向移动设备市场售出向移动设备市场售出 50 亿台亿台 ARM Powered 处理器处理器发布了发布了 ARM Cortex-M1 处理器处理器发布了发布了 AMBA 自适应验证自适应验证 IPARM 推出推出 Cortex-A9 处理器以实现可扩展性能和低功耗设计处理器以实现可扩展性能和低功耗设计AR

31、M 推出针对智能卡应用的推出针对智能卡应用的 SecurCore SC300 处理器处理器No.302007No.312007Dragonball -MX1No.322007Asic中心设计的中心设计的SEP3203处理器的结构处理器的结构No.332007低速低功耗传感网低速低功耗传感网SoCSoC芯片芯片“无线传感器网络无线传感器网络节点节点SoCSoC芯片和射频芯片和射频芯片芯片”（863863计划计划20072007年课题）年课题）参加参加“低功耗传感低功耗传感器网络核心芯片及器网络核心芯片及片上系统研发与产片上系统研发与产业化业化”（0303重大专重大专项项20092009年课题）年

32、课题）No.342007 32位RISC处理器，运行速率200MHz（可配置）低功耗，低成本实现28Mbps短距离带宽传输双模通信基带适应于不同中高速传感网应用场景片内集成可配置低中频射频收发器中高速传感网中高速传感网SoCSoC芯片芯片No.352007嵌入式系统软件嵌入式系统软件嵌入式系统是面向应用的嵌入式系统是面向应用的,所以嵌入式软件是系统功能实现所以嵌入式软件是系统功能实现的关键的关键,与通用计算机比较又有很多不同与通用计算机比较又有很多不同p软件一般都是软件一般都是固化存储固化存储的的为了提高执行速度和系统可靠性为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统的软件一般都是固化在存储器芯嵌

33、入式系统的软件一般都是固化在存储器芯片或者片或者SOC内部存储器中内部存储器中,不可随意安装或者卸载不可随意安装或者卸载p软件软件代码要求质量代码要求质量高高由于嵌入式系统的存储空间有限由于嵌入式系统的存储空间有限,系统运算能力也受限系统运算能力也受限,所以要求程序员编制的所以要求程序员编制的代码要求精简而高效代码要求精简而高效p很多情况下要求很多情况下要求实时性实时性在多任务的嵌入式系统中在多任务的嵌入式系统中,对重要性不同的任务需要进行统筹兼顾的合理调度对重要性不同的任务需要进行统筹兼顾的合理调度以保证每个任务及时执行的关键以保证每个任务及时执行的关键p多任务多任务操作系统是嵌入式软件的核

34、心操作系统是嵌入式软件的核心,是嵌入式系统发展的趋势是嵌入式系统发展的趋势No.362007为什么要使用嵌入式操作系统为什么要使用嵌入式操作系统早期的嵌入式系统开发，一般都是由一个工程师完成的，早期的嵌入式系统开发，一般都是由一个工程师完成的，软件开发工作只占全部工作的软件开发工作只占全部工作的5%10%；随着科技的发展，随着科技的发展，80年代软件开发工作已经占到全部工作年代软件开发工作已经占到全部工作的的50；近几年，随着硬件复杂性、多样性和应用复杂性的增加，近几年，随着硬件复杂性、多样性和应用复杂性的增加，软件开发工作急剧增长，经常达到全部工作的软件开发工作急剧增长，经常达到全部工作的7

35、080。传统的开发模式已经不能适应系统复杂性的增长，而嵌入传统的开发模式已经不能适应系统复杂性的增长，而嵌入式操作系统的引入，极大的方便了嵌入式软件的开发和维式操作系统的引入，极大的方便了嵌入式软件的开发和维护护 No.372007嵌入式软件危机低价位的低价位的低价位的低价位的 RISC/32-RISC/32-位位位位微处理器微处理器微处理器微处理器日益复杂的日益复杂的日益复杂的日益复杂的应用应用应用应用产品推向市场的产品推向市场的产品推向市场的产品推向市场的时间压力时间压力时间压力时间压力开发成本的提高开发成本的提高开发成本的提高开发成本的提高嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式软件软件软件软件危机危机

36、危机危机1）早期的监控系统）早期的监控系统p系统系统initp时钟时钟p简单的任务调度简单的任务调度2）专用实时）专用实时OSp依赖于特定硬件依赖于特定硬件p移植性不好移植性不好3）通用）通用RTOSNo.382007嵌入式操作系统的开发方法嵌入式操作系统的开发方法1.模块化模块化2.应用编程接口，层次化应用编程接口，层次化3.支持了系统协同开发支持了系统协同开发4.具有较高的可移植性，能实具有较高的可移植性，能实现设备独立现设备独立No.392007嵌入式操作系统和实时性嵌入式操作系统和实时性嵌入式操作系统常常有实时要求嵌入式操作系统常常有实时要求p早期早期:嵌入式操作系统嵌入式操作系统=实

37、时操作系统实时操作系统p近期近期:l1)手持计算机和掌上计算机的出现手持计算机和掌上计算机的出现;l2)CPU速度的提高速度的提高;l3)常规操作系统增加实时进程调度的支持常规操作系统增加实时进程调度的支持,如如POSIX.4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统 实时操作系统实时操作系统 惯性称为惯性称为 RTOSNo.402007RTOS 的实时性的实时性 对于什么是实时系统，对于什么是实时系统，POSIX 1003.b作了这样的定义：指作了这样的定义：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务 实时系统根据其对于实时性要求的不同，可以分为软实时实时

38、系统根据其对于实时性要求的不同，可以分为软实时和硬实时两种类型和硬实时两种类型 p硬实时硬实时:必须在规定的时间完成必须在规定的时间完成,灾难性后果灾难性后果p软实时软实时:系统性能降低系统性能降低一个计算机系统为了提供对于实时性的支持，它的操作系一个计算机系统为了提供对于实时性的支持，它的操作系统必须对于统必须对于CPU和其他资源进行有效的调度和管理，即实和其他资源进行有效的调度和管理，即实时调度时调度 No.412007RTOS的演变的演变*PercentoftotalsoftwaresuppliedbyRTOSvendorinatypicalembeddeddevicePercentof

39、totalsoftwaresuppliedbyRTOSvendorinatypicalembeddeddevice1980198019901990199619961998199810%*10%*Kernel30%*30%*KernelKernelNetworkingNetworkingFileSystemFileSystem75%*75%*KernelKernelNetworkingNetworkingFileSystemFileSystemMultiprocessingMultiprocessingMemoryManagementMemoryManagementNetworkingUtili

40、tyNetworkingUtilityWindowsAPIWindowsAPIApplicationApplicationApplicationApplicationApplicationApplicationApplicationApplication90%*90%*KernelKernelNetworkingNetworkingFileSystemFileSystemMultiprocessingMultiprocessingFaultToleranceFaultToleranceDistributedObjectsDistributedObjectsAdvancedNetworkingA

41、dvancedNetworkingAdvancedInterconnectAdvancedInterconnectJavaJavaBrowser/GUIBrowser/GUINo.422007VxWorks美国美国WindRiver统一空间统一空间函数接口多（函数接口多（3000多）多）是是UNIX的远房变种，但区别也很大的远房变种，但区别也很大为不带为不带MMU的处理器设计的，当然允许可选的处理器设计的，当然允许可选可剥夺调度可剥夺调度采用优先级继承方法解决倒置问题采用优先级继承方法解决倒置问题支持消息、信号、管道等进程间通信支持消息、信号、管道等进程间通信支持支持POSIX网络支持很全面网

42、络支持很全面新版本：新版本：VxWorks AE,分离空间分离空间No.432007QNX加拿大加拿大QNX Software System公司公司类似于类似于MACH进程管理、文件系统管理、设备管理、网络管理都在内核之外进程管理、文件系统管理、设备管理、网络管理都在内核之外符合符合POSIX采用消息作为进程间通信采用消息作为进程间通信可剥夺可剥夺GUI类似于类似于X WINDOWS支持网络和分布式计算支持网络和分布式计算No.442007pSOS原美国原美国Integrated System公司产品，现被公司产品，现被WindRiver收收购购接近单一内核的微内核系统接近单一内核的微内核系统

43、文件系统移到内核外文件系统移到内核外采用优先级继承和优先级封顶技术采用优先级继承和优先级封顶技术存储管理可以根据需要舍取存储管理可以根据需要舍取消息和事件作为进程间通信消息和事件作为进程间通信设备驱动留在内核中设备驱动留在内核中Socket提供网络接口提供网络接口No.452007嵌入式技术逐步桌面化嵌入式技术逐步桌面化嵌入式技术逐步桌面化嵌入式技术逐步桌面化手机手机手机手机2007年计算机厂家进入手机市场年计算机厂家进入手机市场p苹果苹果iPhone2008年互联网厂家进入手机市场年互联网厂家进入手机市场p谷歌谷歌gPhone革了谁的命革了谁的命?p传统手机厂家处境艰难传统手机厂家处境艰难N

44、o.462007操作系统操作系统操作系统操作系统Symbianp诺基亚为主，受谷歌冲击诺基亚为主，受谷歌冲击2010年年2月开源，月开源，S60是主流是主流Windows CEp微软：微软：“Windows Mobile 将熟悉的将熟悉的 Windows 体验扩展到了移动环境中，所以您体验扩展到了移动环境中，所以您可以立即使用它投入工作。可以立即使用它投入工作。”p现在更名为现在更名为Windows Phone 7RIMp加拿大加拿大BlackBerry（黑莓）（黑莓），邮件是特色，邮件是特色p对输入设备都做过特别设计，使输入设备可以频繁使用对输入设备都做过特别设计，使输入设备可以频繁使用iP

45、hone OS pMac OS X的的衍生衍生，类类Unix系统系统，Objective-CPalm OS p3Com公司的产品，专用于掌上电脑，公司的产品，专用于掌上电脑，Palm OS节能、占有非常小的内存、内置数节能、占有非常小的内存、内置数据库，据库，封闭操作系统封闭操作系统MeeGop英特尔和诺基亚宣布整合英特尔和诺基亚宣布整合Moblin和和MaemoAndroid，MontaVista p基于嵌入式基于嵌入式LinuxNo.472007SymbianSymbian摩托罗拉、西门子、诺基亚摩托罗拉、西门子、诺基亚诺基亚诺基亚开源开源前身是前身是Psion公司的公司的EPOC系统系统

46、实时性、多任务的纯实时性、多任务的纯32位操作系统位操作系统p抢占式的多任务调度和内存保护抢占式的多任务调度和内存保护p具有功耗低、内存占用少等特点具有功耗低、内存占用少等特点三个系统设计原则是：三个系统设计原则是：p用户数据的完整性和安全性至关重要用户数据的完整性和安全性至关重要p不能浪费用户的时间不能浪费用户的时间p所有的资源都是稀少的所有的资源都是稀少的第二代内核第二代内核EKA2p可以运行在单处理器的手机可以运行在单处理器的手机：用户应用程序和手机信号栈两者都运行在一个处理器上用户应用程序和手机信号栈两者都运行在一个处理器上Symbian OS 操作系统操作系统p按内核版本分有按内核版

47、本分有v6.1，v7.0，v8.0，v8.1，v9.1，v9.2等等p按用户平台（界面）分有按用户平台（界面）分有S60，S80，S90，UIQ，MOAP等。等。No.48200748WinCEWinCE微软从计算机到嵌入式系统微软从计算机到嵌入式系统p1996-CE 1.0，手持计算机（，手持计算机（Handheld PC），屏幕为），屏幕为 480 x 240 pixels、四色灰、四色灰阶、阶、2 MB 内存、内存、44 MHz 处理器处理器p1997-CE 2.x，Palm PC，支持彩色屏幕，支持彩色屏幕-与与palm的纠纷的纠纷p2000-CE3.0，PocketPC，Compaq

48、 iPAQ p2001-Pocket PC 2002，WinCE 3.0 核心，加入了手机功能的支持；同年针对小核心，加入了手机功能的支持；同年针对小型化智能型手机发表型化智能型手机发表 Smartphone 2002p2002-Windows CE 4.0.NETp2003-Windows Mobile 2003，以，以Windows CE 4.0.NET为核心为核心p2005-以以 WinCE 5.0 为核心的操作系统为核心的操作系统 Windows Mobile 5.0，支持，支持 3G 网络，具网络，具备永续性内存储存备永续性内存储存一个版本到两个版本（一个版本到两个版本（pocket

49、 pc，mobile），再回到一个版本），再回到一个版本精简的精简的Windows 95可以使用可以使用Windows平台上的编程工具（如平台上的编程工具（如VB、VC等）等）No.49200749Windows phone 7.0Windows phone 7.0Windows Mobilep微软的手持设备，主要有手机、微软的手持设备，主要有手机、PDA、随身音、随身音乐播放器等乐播放器等2009年年2月月p推出了推出了Windows Mobile 6.5的手机的手机Phone 7已经接近成型已经接近成型Motorola 企业版左图为 FR6000，右图为 FR68HTC Windows M

50、obile 6.5No.502007微软微软4月底发布了月底发布了Windows Phone开发者工具开发者工具CTP（社区技（社区技术预览版）的最新版本术预览版）的最新版本p整合了最新发布的整合了最新发布的Visual Studio 2010正式版正式版p为为Windows Phone仿真器升级了仿真器升级了Windows Phone 7系统镜像系统镜像p2010年年6月月6日微软已经委托游戏开发公司日微软已经委托游戏开发公司Touch Dimensions为为Windows Phone 7手机平台开发手机平台开发20+休闲娱乐游戏休闲娱乐游戏硬件硬件pARMv7-based applica