嵌入式系统开发入门.pdf
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1、Created with SmartPrinter trail version www.i-嵌入式系统开发入门Introduction of Embedded System Developing冉全冉全Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-主要内容?基本概念?ARM微处理器?实时操作系统?嵌入式技术的发展现状和未来Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrint
2、er trail version www.i-1 嵌入式系统的概念?IEEE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、机器和车间运行的装置”?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,能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。?嵌入式简单的讲就是把微处理器嵌入各种电子设备内部,实现设备的智能化。C
3、reated with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-goReader Internet eBookSamsung AnyWebInternet Screen PhoneeRemoteIntelligent Home ControllerTektronix TDS7000 Digital OscilloscopesNixvue Digital AlbumDigital Photo Album一些典型的嵌入式系统应用实例一些典型的嵌入式系统应用实例Created wit
4、h SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-1-1 嵌入式系统的特点?系统内核小:一般应用于小型电子装置。?专用性强:软硬件结合紧密,针对硬件进行系统的移植。?系统精简:无系统软件和应用软件的明显区别。?高实时性的操作系统软件:固化存储,提高速度。?多任务的操作系统:合理调度多任务,RTOS开发平台。?专门的开发工具和环境。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail
5、version www.i-2 嵌入式微处理器?X86系列?Motolora系列?ARM系列?MIPS系列?SH/HP-RISC等系列Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-2-1 X86系列?起源于Intel架构的8080,发展出286、386、486,直至现在的P4、Athlon和AMD的64位处理器。今天的Pentium和当初的8080使用相同的指令集。保持兼容性,但限制了CPU性能的提高。?例:486DX;Geode SP1SC10;STPC。
6、386EX和80188/186系列目前国内在工业控制、通信领域的应用很广。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-2-2 Motorola系列处理器?Motorola公司是世界著名的处理器制造商,其CPU抗干扰能力强,适合工业控制/军方应用,MC68000微处理器占有美国军方市场的70%,由此可见其产品的可靠性和稳定性之高。另外QUICC系列通信处理器功能强大,在通信产品中获得广泛应用。Created with SmartPrinter trail v
7、ersion www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-2-3 MIPS?Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages?一种处理器内核的标准,由MIPS技术公司开发。?MIPS技术公司是一家设计制造高性能、高档次的嵌入式32位、64位处理器的厂商。机顶盒设备、视频游戏机、Cisco路由器、激光打印机。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.
8、i-2-4 ARM系列微处理器?ARM(Advanced RISC Machines)是一个CPU内核。ARM公司自己并不生产或销售芯片,它采用技术授权模式,通过出售芯片技术授权,收取授权费与技术转让费。?RISC:Reduced Instruction Set Computer?ARM 公司作为16/32位处理器内核的提供者,拥有100多家半导体合作伙伴,ARM core是目前消费类电子市场中市场占有量第一的CPU体系。?随着ARM/MIPS/ARC等成熟内核的推出,很多过去没有32位CPU研发能力的半导体公司进入这一行列。Created with SmartPrinter trail ve
9、rsion www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-?ARM公司以知识产权核为主营业务?IP核以三种形式存在。?硬核?软核?固核?ARM公司研发的处理器核以上面的三种形式销售Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-ARM公司大学/研究所/企业IC制造商OEM生产商图例:服务付款技术支持?ARM公司的IP销售与服务Created with SmartPrinter trail version
10、 www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-ARM发展简史?1985年4月26日,第一个ARM原型在英国剑桥的Acorn计算机有限公司诞生,由美国加州San Jose VLSI技术公司制造。?20世纪80年代后期,ARM很快开发成Acorn的台式机产品,形成英国的计算机教育基础。?1990年成立了Advanced RISC Machines Limited(简称ARM公司)。?20世纪90年代至今,ARM 32位嵌入式RISC处理器扩展到世界范围,占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域的领先地位。?如今成了移动计算的领导者
11、,并把触角伸向上网本等传统计算机领域。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-2-5 ARM处理器系列产品概况?ARM处理器当前有6个产品系列:ARM7、ARM9、ARM10、ARM11、SecurCore和Cortex。?ARM7、ARM9、ARM10和ARM11是4个通用处理器系列,每个系列提供一套特定的性能来满足设计者对功耗、性能和体积的需求。?SecurCore是第5个产品系列,是专门为安全设备而设计的。?来自于合作伙伴的产品?例如:Intel
12、 XScale微体系结构和StrongARM产品。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-Cortex-A8内核的应用举例TI公司的OMAP 3430处理器?具有先进超级标量Cortex-A8内核的处理器?业界第一个采用 65nm CMOS 工艺技术设计的ARM处理器,提高了处理性能?集成的图像信号处理器(ISP)可提供更快、更高品质的图像捕捉功能,并且可以降低系统成本?复合视频和 S 端子 TV 输出?XGA(1024x768 像素)、16M 色(2
13、4 位定义)显示支持?高速 USB2.0 OTG 支持?高达ARM11三倍的性能,使之成为3g应用的首选,例如多普达T8388,Nokia N900,MOTO XT720等高端手机Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-TI公司的OMAP 3430处理器架构图Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-Cortex
14、-M3内核的应用举例意法半导体的STM32微控制器?不支持ARM指令集,只支持Thumb-2指令集?中断向量表与其他ARM处理器有明显区别?STM32微控制器有两个系列?STM32F103“增强型”系列,72MHz主频?STM32F101“基本型”系列,36MHz主频?2.0到3.6V电源,当复位电路工作时,在待机模式下最低功耗2A,最适合电池供电的应用设备。?比同级别的基于ARM7TDMI的产品快30%。换句话说,如果处理性能相同,STM32产品功耗比同级别产品低75%。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with Sm
15、artPrinter trail version www.i-Intel公司生产的ARM系列处理器?从所周知,Intel公司是PC平台的x86系列微处理器生产商。但是,它也生产嵌入式处理器,不过该公司生产的嵌入式处理器并不是自主知识产权的产品。Intel公司购买了ARM的IP核先后生产出了两种嵌入式处理器:StrongARM和XScale。除了维持指令集不变之外,Intel公司凭借自身强大的技术开发实力,在功能上和性能上对这两款嵌入式处理器做了改进和提高,使得它们成为性能优秀的嵌入式处理器。Created with SmartPrinter trail version www.i-Create
16、d with SmartPrinter trail version www.i-基于S3C44B0X微处理器的嵌入式系统体系结构基于ARM构架的32位微处理器SamsungS3C44B0X1MB线性Flash(BIOS)8MBSDRAM(系统内存)16MB非线性Flash(硬盘)USB接口USBN96032个RS-232串行通信接口JATG调试端口LCD显示键盘输入TCP/IP协议CAN总线Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-3 嵌入式操作系统?嵌
17、入式操作系统EOS(Embedded OperatingSystem)是一种用途广泛的系统软件,过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作,控制协调并发活动;它必须体现其所在系统的特征,能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前,已推出一些应用比较成功的EOS产品系列。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及EOS的微型化和专业化,EOS开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌人式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。EOS是相对于一般操作系统而言的,它除具备了
18、一般操作系统最基本的功能,如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外,还有以下特点:Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with SmartPrinter trail version www.i-3 嵌入式操作系统(1)可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。(2)强实时性。EOS实时性一般较强,可用于各种设备控制当中。(3)统一的接口。提供各种设备驱动接入.(4)操作方便、简单、提供友好的图形GUI,图形界面,追求易学易用.(5)提供强大的网络功能,支持TCP/IP协议及其它协议,为各种移动计算设备预留接口.(6)强稳定
19、性,弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预,这就要负责系统管理的EOS臭有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接日一般不提供操作命令,它通过系统调用命令向用户程序提供服务。(7)固化代码。在嵌入系统中,嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的ROM中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用,因此,嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸,而用各种内存文件系统.(8)更好的硬件适应性,也就是良好的移植性.国际上用于信息电器的嵌入式操作系统有40种左右。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with S
20、martPrinter trail version www.i-3-1 嵌入式操作系统分类?免费型免费型Linux:开放源码;内核小,效率高;易裁减;支持多种CPU和硬件平台;众多的开发工具;强大的技术支持;强大的网络功能;图像处理、文件管理、多任务支持。C/OS:源码公开;可移植,C+汇编;可固化,成为产品的一部分;可剪裁;占先式,总是运行就绪条件下优先级最高的任务;多任务,8+56;可确定性,执行时间可知;任务栈;系统服务;中断管理,255层嵌套;稳定性与可靠性。Created with SmartPrinter trail version www.i-Created with Smart
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