嵌入式系统原理及应用-Chapter1-嵌入式系统绪论.ppt

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1、哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统原理及应用嵌入式系统原理及应用教师：孟祥莲教师：孟祥莲办公室：办公室：S213E-mail:QQ：24842439哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系课程目的课程目的理论与实践相结合。理论与实践相结合。以嵌入式系统基础及嵌入式处理器及其以嵌入式系统基础及嵌入式处理器及其体系结构为重点，以应用为目的，全面体系结构为重点，以应用为目的，全面介绍嵌入式系统的设计。介绍嵌入式系统的设计。使大家既能对嵌入式系统及开发有一个使大家既能对嵌入式系统及开发有一个全景的把握，又能深入理解

2、嵌入式实时全景的把握，又能深入理解嵌入式实时操作系统。操作系统。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系课程特点课程特点利用利用PC机就可以自己动手搭建嵌入式系统的开发机就可以自己动手搭建嵌入式系统的开发平台，熟悉应用开发，更方便地学习和理解嵌入平台，熟悉应用开发，更方便地学习和理解嵌入式系统的基础知识：式系统的基础知识：从纯软件到硬从纯软件到硬/软件结合软件结合从从“纸纸”上谈兵（编程序）到上谈兵（编程序）到“板板”上谈兵上谈兵从从“懂懂”怎么做到怎么做到“会会”做做从讲从讲/听到讲听到讲/听听/做做哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术

3、学院计算机应用技术系实验系统的内容实验系统的内容目标平台目标平台开发工具开发工具嵌入式操作系统嵌入式操作系统实验项目实验项目PCPC虚拟机虚拟机ARM7ARM7开发板开发板ADSADS集成开发环境集成开发环境C/OS-IIC/OS-II（源代码）（源代码）哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系教材及参考资料教材及参考资料周立功周立功.ARM.ARM嵌入式系统基础教程嵌入式系统基础教程.北京航空航天大北京航空航天大学出版社，学出版社，20052005魏忠等魏忠等.嵌入式开发祥解嵌入式开发祥解.电子工业出版社，电子工业出版社，20032003孙玉芳等译孙玉芳等

4、译.嵌入式计算机系统设计原理嵌入式计算机系统设计原理.机械工机械工业出版社，业出版社，20042004李驹光等李驹光等.ARM.ARM应用系统开发详解应用系统开发详解.清华大学出版社，清华大学出版社，20032003马维华马维华.嵌入式系统原理及应用，北京邮电大学出嵌入式系统原理及应用，北京邮电大学出版社，版社，20062006赵星寒等赵星寒等.从从5151到到ARM-32ARM-32位嵌入式系统入门位嵌入式系统入门.北京北京航空航天大学出版社，航空航天大学出版社，20052005哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系参考资料参考资料Real-time E

5、mbedded Software SystemsOSEK/VDX Operating System.Version 2.2.2.July 5th,2004.Charting Past,Present,Future Research in Ubiquitous Computing.Priority Inheritance Protocols:An Approach to Real-Time SynchronizationCLDCSpecification1.1http:/哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系课程成绩评定课程成绩评定课程成绩平时成绩实验成绩期

6、末课程成绩平时成绩实验成绩期末考试成绩考试成绩平时成绩平时成绩1515分，其中作业分，其中作业5 5分，中期课堂测验分，中期课堂测验5 5分分,出勤出勤5 5分分实验成绩实验成绩1515分，平时分，平时1010分，实验报告分，实验报告5 5分分期末考试：闭卷考试期末考试：闭卷考试70分，第十六周左分，第十六周左右右哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系第一章第一章嵌入式系统绪论嵌入式系统绪论哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系主要内容主要内容嵌入式系统概述嵌入式系统概述嵌入式系统的历史及发展嵌入式系统的历史及发展嵌入

7、式系统的特点及分类嵌入式系统的特点及分类嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系第一节第一节嵌入式系统概述嵌入式系统概述无处不在的嵌入式系统无处不在的嵌入式系统嵌入式系统的定义嵌入式系统的定义哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系计算机发展的三大阶段计算机发展的三大阶段第一阶段：始于五十年代的由第一阶段：始于五十年代的由IBM,IBM,Burroughs,HoneywellBurroughs,Honeywell等公司率先研等公司率先研制的大型机。制的大型机。第二阶段第二阶段：始于七

8、十年代的个人计算始于七十年代的个人计算机。机。第三阶段第三阶段：计算机正迈入下一个充满计算机正迈入下一个充满机遇的阶段机遇的阶段“后后PCPC时代时代”或或“无处无处不在的计算机不在的计算机”阶段。阶段。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系计算的发展过程计算的发展过程 分时系统分时系统 批处理系统批处理系统 单用户系统单用户系统大型机大型机 分布式计算分布式计算 小型机小型机 基于网络的基于网络的个人计算个人计算 微型机微型机 协同计算协同计算 基于开放系统的客基于开放系统的客户户/服务器服务器普适计算普适计算 普适计算终端普适计算终端 资资源源使使用用

9、的的灵灵活活性性计算的自由性计算的自由性 哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系无处不在的计算机无处不在的计算机 施乐公司施乐公司Palo AltoPalo Alto研究中心主任研究中心主任Mark Mark WeiserWeiser认为：认为：“从长远来看，从长远来看，PCPC机和计算机工作站将机和计算机工作站将衰落，因为计算机变得无处不在：例如衰落，因为计算机变得无处不在：例如在墙里、在手腕上、在手写电脑中在墙里、在手腕上、在手写电脑中(象手象手写纸一样写纸一样)等等，随用随取、伸手可及等等，随用随取、伸手可及”。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系

10、哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系无处不在的计算机无处不在的计算机 全世界的计算机科学家正在形成一种共全世界的计算机科学家正在形成一种共识识:计算机不会成为科幻电影中的那种贪婪计算机不会成为科幻电影中的那种贪婪的怪物的怪物,而是将变得小巧玲珑而是将变得小巧玲珑,无处不无处不在在.他们藏身在任何地方他们藏身在任何地方,又消失在所又消失在所有地方有地方,功能强大功能强大,确有无影无踪确有无影无踪.人人们将这种思想命名为们将这种思想命名为:“无所不在的计无所不在的计算机算机”。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统无处不在嵌入式系统无处不在彼此互连

11、哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系即使远在火星即使远在火星面对面对6 6万年才有一次的机万年才有一次的机会，科学家们积极行动会，科学家们积极行动起来起来从从6 6月开始，月开始，先后有欧洲的先后有欧洲的“火星快火星快车车”、美国、美国“勇气号勇气号”和和“机遇号机遇号”等三颗火等三颗火星探测器飞往火星，而星探测器飞往火星，而日本一颗本已在太空日本一颗本已在太空“迷失方向迷失方向”的火星探测的火星探测器也在关键时刻及时器也在关键时刻及时“醒醒”来，开始了久违的来，开始了久违的火星之旅。火星之旅。火星与地球，这一对在星空中遥火星与地球，这一对在星空中遥遥相

12、望的遥相望的“兄弟兄弟”，迎来，迎来6 6万年来万年来“最亲密的接触最亲密的接触”，在，在20032003年年8 8月月2727日这一天，火星距离地球最近日这一天，火星距离地球最近达到达到55756622(555756622(5千多万千多万)公里。公里。勇气号勇气号哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系Wearable ComputingWearable Computing哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系马达控制器车灯嵌入式系统示例嵌入式系统示例汽车控制系统尾灯控制系统后车门控制系统前车门控制系统座椅控制系统发动

13、器控制系统所有的控制系统都是一个完整的嵌入式系统哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式设备无处不在，嵌入式设备无处不在，但桌面系统还依然有用但桌面系统还依然有用l无处不在的计算机是计无处不在的计算机是计算机与使用者的比率达算机与使用者的比率达到和超过到和超过100:1100:1的阶段的阶段 l无处不在的计算机包括无处不在的计算机包括通用计算机通用计算机和和嵌入式计嵌入式计算机系统算机系统l在在100:1100:1比例中比例中95%95%以上以上都是嵌入式计算机系统，都是嵌入式计算机系统，并非通用计算机并非通用计算机哈工大华德应用技术学院计算机应用技术

14、系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系通用计算机看得见的计算机通用计算机看得见的计算机如：如：PCPC机、服务器、大型计算机等。机、服务器、大型计算机等。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系通用计算机看得见的计算机通用计算机看得见的计算机哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统定义嵌入式系统定义从技术的角度定义：以应用为中心、从技术的角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的性

15、、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。专用计算机系统。通常将嵌入式计算机系统简称为通常将嵌入式计算机系统简称为嵌入式系统。嵌入式系统。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统定义嵌入式系统定义从系统的角度定义：嵌入式系统是从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整的部分，常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存

16、多个嵌入嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。式系统。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统定义嵌入式系统定义嵌入式系统嵌入式系统是将先进的计算机技术、是将先进的计算机技术、半导半导体体技术和电子技术与各个行业的具体应用技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。相结合后的产物。包含有计算机，但又不是通用计算机的计包含有计算机，但又不是通用计算机的计算机应用系统。算机应用系统。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系通用计算机与嵌入式系统对比通用计算机与嵌入式系统对比特征特征通用计算机通用计算机嵌入式系统嵌

17、入式系统形式和类型形式和类型看得见的计算机。看得见的计算机。按其体系结构、运算速度和结按其体系结构、运算速度和结构规模等因素分为大、中、小构规模等因素分为大、中、小型机和微机。型机和微机。看不见的计算机。看不见的计算机。形式多样，应用领域广泛，形式多样，应用领域广泛，按应用来分。按应用来分。组成组成通用处理器、标准总线和外设。通用处理器、标准总线和外设。软件和硬件相对独立。软件和硬件相对独立。面向应用的嵌入式微处理面向应用的嵌入式微处理器，总线和外部接口多集器，总线和外部接口多集成在处理器内部。成在处理器内部。软件与硬件是紧密集成在软件与硬件是紧密集成在一起的。一起的。开发方式开发方式开发平台

18、和运行平台都是通用开发平台和运行平台都是通用计算机计算机采用交叉开发方式，开发采用交叉开发方式，开发平台一般是通用计算机，平台一般是通用计算机，运行运行 平台是嵌入式系统。平台是嵌入式系统。二次开发性二次开发性应用程序可重新编制应用程序可重新编制一般不能再编程一般不能再编程哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系第二节第二节嵌入式系统的历史及发展嵌入式系统的历史及发展哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统的发展历程嵌入式系统的发展历程嵌入式系统的嵌入式系统的出现和兴起出现和兴起（1960-19701960-19

19、70）嵌入式系统开始走向嵌入式系统开始走向繁荣繁荣，软件和硬件日，软件和硬件日臻臻完善完善（1971-19891971-1989）嵌入式系统应用嵌入式系统应用走向纵深走向纵深（19901990年年-现在）现在）哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统的出现和兴起嵌入式系统的出现和兴起出现出现：2020世纪世纪6060年代以晶体管、磁芯存储年代以晶体管、磁芯存储为基础的计算机开始用于航空等军用领域。为基础的计算机开始用于航空等军用领域。第第一一台台机机载载专专用用数数字字计计算算机机是是奥奥托托内内蒂蒂克克斯斯公公司司为为美美国国海海军军舰舰载载轰轰

20、炸炸机机“民民团团团团员员”号号研研制制的多功能数字分析器的多功能数字分析器(Verdan)。同同时时嵌嵌入入式式计计算算机机开开始始应应用用于于工工业业控控制制。1962年年一一个个美美国国乙乙烯烯厂厂实实现现了了工工业业装装置置中中的的第第一一个个直接数字控制直接数字控制(DDC)。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统的出现和兴起嵌入式系统的出现和兴起兴起兴起：在：在1965196519701970年，当时计算机已开始采用年，当时计算机已开始采用集成电路，即第三代计算机。在军事、航空航天集成电路，即第三代计算机。在军事、航空航天领域、工业控

21、制的需求推动下。领域、工业控制的需求推动下。第第一一次次使使用用机机载载数数字字计计算算机机控控制制的的是是1965年年发发射射的的Gemini3号号，第第一一次次通通过过容容错错来来提提高高可可靠靠性性是是1968年年的阿波罗的阿波罗4号、土星号、土星5号。号。1963年年DEC公公司司推推出出PDP8并并发发展展成成PDP11系系列列，成成为工业生产集中控制的主力军。为工业生产集中控制的主力军。在在军军用用领领域域中中，为为了了可可靠靠和和满满足足体体积积、重重量量的的严严格格要要求求，还还需需为为各各个个武武器器系系统统设设计计五五花花八八门门的的专专用用的的嵌嵌入入式计算机系统。式计算

22、机系统。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统开始走向繁荣嵌入式系统开始走向繁荣嵌入式系统大发展是在微处理器问世之后嵌入式系统大发展是在微处理器问世之后1973年年至至1977年年间间各各厂厂家家推推出出了了许许多多8位位的的微微处处理理器器，包包括括Intel 8080/8085，Motorola 的的6800/6802，Zilog的的Z80和和Rockwell的的6502。微微处处理理器器不不单单用用来来组组成成微微型型计计算算机机，而而且且用用来来制制造造仪仪器器仪仪表表、医医疗疗设设备备、机机器器人人、家家用用电电器器等等嵌嵌入入式式系统

23、。系统。仅仅8085/Z80微微处处理理器器的的销销售售就就超超过过7亿亿片片,其其中中大大部部分是用于嵌入式工业控制应用。分是用于嵌入式工业控制应用。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统开始走向繁荣嵌入式系统开始走向繁荣微微处处理理器器的的广广泛泛应应用用形形成成了了一一个个广广阔阔的的嵌嵌入入式式应应用用市市场场，计计算算机机厂厂家家除除了了要要继继续续以以整整机机方方式式向向用用户户提提供供工工业业控控制制计计算算机机系系统统外外，开开始始大大量量地地以以插插件件方方式式向向用用户户提提供供OEM产产品品，再再由由用用户户根根据据自自己己

24、的的需需要要构构成成专专用用的的工业控制微型计算机，嵌入到自己的系统设备中。工业控制微型计算机，嵌入到自己的系统设备中。为为了了灵灵活活兼兼容容，形形成成了了标标准准化化、模模块块化化的的单单板板机机系系列列。流流行行的的单单板板计计算算机机有有Intel公公司司的的iSBC系系列列、Zilog公公司司的的MCB等。等。由由于于兼兼容容的的要要求求，这这就就导导致致了了工工业业控控制制微微机机系系统统总总线线的诞生。的诞生。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统开始走向繁荣嵌入式系统开始走向繁荣1976年年 Intel推推 出出 Multibus

25、，1983年年 扩扩 展展 为为 带带 宽宽 达达40MB/S的的Multibus。1978年年Prolog设设计计简简单单的的STD总总线线广广泛泛用用于于小小型型嵌嵌入入式系统。式系统。1981年年Motorola推推出出的的VME_Bus则则与与Multibus瓜瓜分高端市场。分高端市场。目目 前前 在在 工工 业业 控控 制制 领领 域域，嵌嵌 入入 式式 PC、PC104、CPCI（Compact PCI）总总线线已已广广泛泛应应用用到到工工业业控控制制领领域。域。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统开始走向繁荣嵌入式系统开始走向繁荣

26、单片机、单片机、DSPDSP出现出现随随着着微微电电子子工工艺艺水水平平的的提提高高,集集成成电电路路设设计计制制造造商商开开始始把把嵌嵌入入式式应应用用所所需需要要的的微微处处理理器器、I/O接接口口、A/D、D/A转转换换、串串行行接接口口以以及及RAM、ROM通通通通集集成成到到一一个个VLSI中中,制制造造出出面面向向I/O设计的微控制器，就是我们俗称的单片机设计的微控制器，就是我们俗称的单片机。专专门门用用于于高高速速实实时时信信号号处处理理的的数数字字信信号号处处理理器器DSP。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统开始走向繁荣嵌入式

27、系统开始走向繁荣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在在微微处处理理器器出出现现的的初初期期，为为了了保保障障嵌嵌入入式式软软件件的的时时间、空间效率，软件只能用汇编语言编写。间、空间效率，软件只能用汇编语言编写。由由于于微微电电子子技技术术的的进进步步，对对软软件件的的时时空空效效率率的的要要求求不不再再那那么么苛苛刻刻了了，嵌嵌入入式式计计算算机机的的软软件件开开始始使使用用PL/M、C等高级语言。等高级语言。对对于于复复杂杂的的嵌嵌入入式式系系统统来来说说除除了了需需要要高高级级语语言言开开发发工具外，还需要嵌入式实时操作系统的支持。工具外，还需要嵌入式实

28、时操作系统的支持。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统开始走向繁荣嵌入式系统开始走向繁荣80年年代代初初开开始始出出现现了了一一批批软软件件公公司司，推推出出商商品品化化的的嵌嵌入式实时操作系统和各种开发工具。入式实时操作系统和各种开发工具。Ready System(后后来来的的Microtec Research、后后来来又又被被Mentor Graphic收收购购)公公司司:VRTX操操作作系系统统及及Xray,Spectra工具工具Integrated System Incorporation(ISI，后后 被被WindRiver公司合并公

29、司合并):pSOS操作系统及操作系统及pRISM工具工具WindRiver公司公司:VxWorks操作系统及操作系统及Tornado工具工具QNX公司公司:QNX操作系统及工具操作系统及工具商商用用嵌嵌入入式式实实时时操操作作系系统统和和开开发发工工具具的的出出现现和和推推广广应应用用，使使嵌嵌入入式式系系统统的的开开发发从从作作坊坊式式向向分分工工协协作作规规模模化化的方向发展的方向发展，促使嵌入式应用扩展到更广阔的领域。，促使嵌入式应用扩展到更广阔的领域。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统应用走向纵深嵌入式系统应用走向纵深进入进入2020

30、世纪世纪9090年代年代,在分布控制、柔性制造、数在分布控制、柔性制造、数字化通信和数字化家电等巨大需求的牵引下，嵌字化通信和数字化家电等巨大需求的牵引下，嵌入式系统的硬件、软件技术进一步加速发展、应入式系统的硬件、软件技术进一步加速发展、应用领域进一步扩大。用领域进一步扩大。手机、数码相机、手机、数码相机、VCD、数字电视、路由器、交换机数字电视、路由器、交换机等都是嵌入式系统。等都是嵌入式系统。大多数豪华轿车每辆拥有约大多数豪华轿车每辆拥有约50个嵌入式微处理器。个嵌入式微处理器。最新的波音最新的波音777宽体客机上约有宽体客机上约有1000个微处理器。个微处理器。在不久的将来你会在你的家

31、里发现几十到上百的嵌入在不久的将来你会在你的家里发现几十到上百的嵌入系统在为你服务。系统在为你服务。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统应用走向纵深嵌入式系统应用走向纵深嵌入式系统的硬件嵌入式系统的硬件4位、位、8位、位、16位微处理器芯片已逐步让位于位微处理器芯片已逐步让位于32位嵌入式微处理器芯片。位嵌入式微处理器芯片。面向不同应用领域的（面向不同应用领域的（Application-Specific）、）、功能强大、集成度高、种类繁功能强大、集成度高、种类繁多、价格低廉、低功耗的多、价格低廉、低功耗的32位芯片已大量应位芯片已大量应用于各种

32、各样的军用和民用设备。用于各种各样的军用和民用设备。DSP向高速、高精度、低功耗发展。向高速、高精度、低功耗发展。DSP与通用嵌入式微处理器集成（与通用嵌入式微处理器集成（SoC）已已成为现实，并已大量应用于嵌入式系统，如成为现实，并已大量应用于嵌入式系统，如手机、手机、IP电话等。电话等。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统应用走向纵深嵌入式系统应用走向纵深在工业控制领域，嵌入式在工业控制领域，嵌入式PC大量应用于嵌入式大量应用于嵌入式系统中。系统中。PC104、CPCI（Compact PCI）总线因其成总线因其成本低、兼容性化也已被广泛应

33、用。本低、兼容性化也已被广泛应用。嵌入式系统的软件嵌入式系统的软件随着微处理器性能的提高，嵌入式软件的规模随着微处理器性能的提高，嵌入式软件的规模也随着发生指数型增长。也随着发生指数型增长。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统应用走向纵深嵌入式系统应用走向纵深低价位的低价位的低价位的低价位的 RISC/32-RISC/32-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

34、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软件软件危机危机32323232位芯片将能够执行位芯片将能够执行位芯片将能够执行位芯片将能够执行由上百万行由上百万行由上百万行由上百万行C C C C代码构代码构代码构代码构成的复杂程序，使得成的复杂程序，使得成的复杂程序，使得成的复杂程序，使得嵌入式应用具备高度嵌入式应用具备高度嵌入式应用具备高度嵌入式应用具备高度复杂和智能化的功能复杂和智能化的功能复杂和智能化的功能复杂和智能化的功能软件的实现从某种意软件的实现从某种意软件的实现从某种意软件的实现从某种意义上说决定了产品的义上说决定了产品的义上说决定了产品的义上说决定了产品的功能，

35、已成为新产品功能，已成为新产品功能，已成为新产品功能，已成为新产品成功与否的关键因素。成功与否的关键因素。成功与否的关键因素。成功与否的关键因素。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系软件体现价值软件体现价值 DVDDVD播放机播放机功能：视频+音频（incl.MP3）价格：200 600元iPodiPod MP3 MP3播放机播放机功能：MP3价格：iPodiPod nanonano1 GB1 GB750750元元iPodiPod nanonano4 GB4 GB12501250元元iPodiPod30GB30GB25002500元元iPodiPod60

36、GB60GB35803580元元 两者的硬件差异？两者的硬件差异？两者的价格差异？两者的价格差异？核心价值在于：核心价值在于：好的软件带给消费者最好的使用体验好的软件带给消费者最好的使用体验哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统应用走向纵深嵌入式系统应用走向纵深为此，嵌入式系统已大量采用为此，嵌入式系统已大量采用嵌入式操作系统嵌入式操作系统。嵌入式操作系统功能不断的扩大和丰富，由嵌入式操作系统功能不断的扩大和丰富，由80年代只年代只有内核、发展为包括内核、网络、文件、图形接口、有内核、发展为包括内核、网络、文件、图形接口、嵌入式嵌入式JAVA、嵌

37、入式嵌入式CORBA及分布式处理等丰富功及分布式处理等丰富功能的集合。能的集合。此外，此外，嵌入式开发工具嵌入式开发工具更加丰富，其集成度和易用性更加丰富，其集成度和易用性不断提高，目前不同厂商已开发出不同类型的嵌入式不断提高，目前不同厂商已开发出不同类型的嵌入式开发工具，可以覆盖嵌入式软件开发过程各个阶段，开发工具，可以覆盖嵌入式软件开发过程各个阶段，提高嵌入式软件开发效率。提高嵌入式软件开发效率。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系第三节第三节嵌入式系统的特点及分类嵌入式系统的特点及分类哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算

38、机应用技术系嵌入式系统的组成嵌入式系统的组成嵌入式系统一般由嵌入式嵌入式系统一般由嵌入式硬件和软件组成硬件和软件组成硬件以微处理器为核心集硬件以微处理器为核心集成存储器和系统专用的输成存储器和系统专用的输入入/输出设备输出设备软件包括：初始化代码及软件包括：初始化代码及驱动、嵌入式操作系统和驱动、嵌入式操作系统和应用程序等，这些软件有应用程序等，这些软件有机地结合在一起，形成系机地结合在一起，形成系统特定的一体化软件。统特定的一体化软件。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点嵌入式系统通常是形式多样、面向特定应用的嵌入式系统

39、通常是形式多样、面向特定应用的嵌入式系统得到多种类型的处理器和处理器体嵌入式系统得到多种类型的处理器和处理器体系结构的支持系结构的支持嵌入式系统通常极其关注成本嵌入式系统通常极其关注成本嵌入式系统有实时性和可靠性的要求嵌入式系统有实时性和可靠性的要求嵌入式系统使用的操作系统一般是适应多种处嵌入式系统使用的操作系统一般是适应多种处理器、可剪裁、轻量型、实时可靠、可固化的理器、可剪裁、轻量型、实时可靠、可固化的嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式系统开发需要专门工具和特殊方法嵌入式系统开发需要专门工具和特殊方法哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系形式多样、面向

40、特定应用形式多样、面向特定应用一般用于特定的任务，其硬件和软件都必须高一般用于特定的任务，其硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，而通用计效率地设计，量体裁衣、去除冗余，而通用计算机则是一个通用的计算平台。算机则是一个通用的计算平台。它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用微处理器中许多由板卡完成的点，能够把通用微处理器中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部。任务集成在芯片内部。嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件的嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件的一体化程序。一体化程序。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应

41、用技术学院计算机应用技术系处理器和处理器体系结构类型多处理器和处理器体系结构类型多通用计算机采用少数的处理器类型和体系结构，通用计算机采用少数的处理器类型和体系结构，而且主要掌握在少数大公司手里。而且主要掌握在少数大公司手里。嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器体系结构。体系结构。在嵌入式微处理器产业链上，在嵌入式微处理器产业链上，IP设计、面向应设计、面向应用的特定嵌入式微处理器的设计、芯片的制造用的特定嵌入式微处理器的设计、芯片的制造已相成巨大的产业。大家分工协作，形成多赢已相成巨大的产业。大家分工协作，形成多赢模式。模式。有上千种的嵌入式微处理

42、器和几十种嵌入式微有上千种的嵌入式微处理器和几十种嵌入式微处理器体系结构可以选择。处理器体系结构可以选择。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系1980198019901990199619961998199868000Z80808680 x86CPU32680 x0i960MIPSSPARCColdFIREAlphaSH 1/2/3ARMSPARCi960MIPSPentium80 x86PowerPCCPU32680 x0100-500 Kips2 10 mHz1-2 Mips1.0 25 mHz10-25 Mips.5-.8 50-100 mHz10-

43、200 Mips.2-.5 100-300 mHzSH 4/5SH-DSPSH 1/2/3ARMSPARCi960MIPSPentium80 x86PowerPCCPU32680 x0SA1500MAP1000AltiVECMercedMCORESHARC563xxLucent16000C6xSI 20TriCore微处理器的演变微处理器的演变哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系关注成本关注成本嵌嵌入入式式系系统统通通常常需需要要注注意意的的成成本本是是系系统统成成本本，特特别别是是量量大大的的消消费费类类数数字字化化产产品品，其其成成本本是是产品竞争的

44、关键因素之一。产品竞争的关键因素之一。嵌入式的系统成本包括嵌入式的系统成本包括:一次性的开发成本一次性的开发成本NRE(Non-Recurring Engineering)成本成本产品成本产品成本:硬件硬件BOM、外壳包装和软件版税等、外壳包装和软件版税等批量产品的总体成本批量产品的总体成本=NRE成本成本+每个产品成本每个产品成本*产品总量产品总量每个产品的最后成本每个产品的最后成本=总体成本总体成本/产品总量产品总量=NRE成本成本/产品总量产品总量+每个产品成本每个产品成本哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系实时性和可靠性的要求实时性和可靠性的要求

45、一方面大多数实时系统都是嵌入式系统一方面大多数实时系统都是嵌入式系统另一方面嵌入式系统多数有实时性的要求，软件一另一方面嵌入式系统多数有实时性的要求，软件一般是固化运行或直接加载到内存中运行，具有快速般是固化运行或直接加载到内存中运行，具有快速启动的功能。并对实时的强度要求各不一样，可分启动的功能。并对实时的强度要求各不一样，可分为硬实时和软实时。为硬实时和软实时。嵌入式系统一般要求具有出错处理和自动复位功能，嵌入式系统一般要求具有出错处理和自动复位功能，特别是对于一些在极端环境下运行的嵌入式系统而特别是对于一些在极端环境下运行的嵌入式系统而言，其可靠性设计尤其重要。言，其可靠性设计尤其重要。

46、在大多数嵌入式系统的软件中一般都包括一些机制，在大多数嵌入式系统的软件中一般都包括一些机制，比如硬件的看门狗定时器，软件的内存保护和重启比如硬件的看门狗定时器，软件的内存保护和重启动机制。动机制。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系适应多种处理器、可剪裁、轻量型、适应多种处理器、可剪裁、轻量型、实时可靠、可固化的嵌入式操作系统实时可靠、可固化的嵌入式操作系统由由于于嵌嵌入入式式系系统统应应用用的的特特点点，像像嵌嵌入入式式微微处处理理器器一一样，嵌入式操作系统也是多姿多彩的。样，嵌入式操作系统也是多姿多彩的。大大多多数数商商业业嵌嵌入入式式操操作作系系统

47、统可可同同时时支支持持不不同同种种类类的的嵌嵌入入式式微微处处理理器器。可可根根据据应应用用的的情情况况进进行行剪剪裁裁、配配置。置。嵌嵌入入式式操操作作系系统统规规模模小小，所所需需的的资资源源有有限限如如内内核核规规模在几十模在几十KB，能与应用软件一样固化运行。，能与应用软件一样固化运行。一一般般包包括括一一个个实实时时内内核核，其其调调度度算算法法一一般般采采用用基基于于优先级的可抢占的调度算法。优先级的可抢占的调度算法。高可靠嵌入式操作系统：时、空、数据隔离高可靠嵌入式操作系统：时、空、数据隔离哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系开发需要专门工

48、具和特殊方法开发需要专门工具和特殊方法多数嵌入式系统开发意味着软件与硬件的并行多数嵌入式系统开发意味着软件与硬件的并行设计和开发，其开发过程一般分为几个阶段：设计和开发，其开发过程一般分为几个阶段：产品定义产品定义软件与硬件设计与实现软件与硬件设计与实现软件与硬件集成软件与硬件集成产品测试与发布产品测试与发布维护与升级维护与升级 哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系按应用来分类按应用来分类信息家电类信息家电类移动终端类移动终端类通信类通信类汽车电子类汽车电子类工业控制类工业控制类哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系

49、开发需要专门工具和特殊方法开发需要专门工具和特殊方法由于嵌入式系统资源有限，一般不具备自主开发能力，由于嵌入式系统资源有限，一般不具备自主开发能力，产品发布后用户通常也不能对其中的软件进行修改，产品发布后用户通常也不能对其中的软件进行修改，必须有一套专门的开发环境。必须有一套专门的开发环境。该开发环境包括专门的开发工具（包括设计、编译、该开发环境包括专门的开发工具（包括设计、编译、调试、测试等工具），调试、测试等工具），采用交叉开发的方式进行采用交叉开发的方式进行，交，交叉开发环境如图所示。叉开发环境如图所示。哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系嵌入式系

50、统的分类嵌入式系统的分类按嵌入式处理器的位数来分类按嵌入式处理器的位数来分类按应用来分类按应用来分类按速度分类按速度分类按确定性来分类按确定性来分类按嵌入式系统软件复杂程度来分类按嵌入式系统软件复杂程度来分类哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系哈工大华德应用技术学院计算机应用技术系按嵌入式处理器的位数来分类按嵌入式处理器的位数来分类4位嵌入式系统位嵌入式系统8位嵌入式系统位嵌入式系统16位嵌入式系统位嵌入式系统32位嵌入式系统位嵌入式系统64位嵌入式系统位嵌入式系统正成为主流发展趋势正成为主流发展趋势高度复杂的、高速的嵌入式系统已开始采用高度复杂的、高速的嵌入式系统已开始采用目前已大量应用目