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嵌入式系统讲义 第 1 章 嵌入式系统概述. 周国运 2007.3. 第 1 章 嵌入式系统概述. 主要内容 嵌入式系统简介 嵌入式处理器 嵌入式操作系统 嵌入式系统开发方法. 1.1 嵌入式系统简介. 主要内容 嵌入式系统定义 嵌入式系统应用 嵌入式系统组成 嵌入式系统特点 嵌入式系统分类 嵌入式系统发展. 1.1.1 嵌入式系统定义. 随着计算机技术、网络技术和微电子技术的快速发展，人们进入了后 PC 时代，后 PC 时代是一个嵌入式系统（ Embedded System ）的网络时代，嵌入式技术将主宰后 PC 时代。 - PowerPoint PPT Presentation
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嵌入式系统讲义第 1 章 嵌入式系统概述
周国运20073
第 1 章 嵌入式系统概述主要内容
嵌入式系统简介嵌入式处理器嵌入式操作系统嵌入式系统开发方法
11 嵌入式系统简介主要内容
嵌入式系统定义嵌入式系统应用嵌入式系统组成嵌入式系统特点嵌入式系统分类嵌入式系统发展
111 嵌入式系统定义 随着计算机技术网络技术和微电子技术的快速发展人们进入了后 PC 时代后 P
C 时代是一个嵌入式系统（ Embedded System ）的网络时代嵌入式技术将主宰后 PC时代
ldquo 嵌入式系统rdquo实际上是ldquo嵌入式计算机系统rdquo的简称 对ldquo嵌入式系统rdquo 有各种不同的定义 一嵌入式系统的定义
111 嵌入式系统定义 (2) 1 IEEE （国际电气和电子工程师协会）的定义 嵌入式系统是ldquo用于控制监视或者辅助操作机器和设备的装置rdquo（ Devices used to
control monitor or assist the operation of equipment machinery or plants ）
可以看出此定义是从应用上考虑的嵌入式系统是软件和硬件的综合体还可以涵盖机电等附属装置
111 嵌入式系统定义 (3)
2 国内普遍被认同的定义 嵌入式系统是ldquo以应用为中心以计算机技术为基础软硬件可裁减适用于应用系统对功能可靠性成本体积功耗有严格要求的专业计算机系统rdquo 嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的隐藏在某种设备中的计算机软硬件集合体没有固定的特征形状
111 嵌入式系统定义 (4)三要素嵌入专用计算机bull嵌入性嵌入到对象体系中有对象环境要求bull专用性软硬件按对象要求裁减bull计算机实现对象的智能化功能
111 嵌入式系统定义 (5) 二嵌入式系统的特性
1 只执行特定功能2 以微控制器外围器件为中心系统构成可大可小3 有严格的时序性和稳定性要求4 自动操作循环等待中断控制5 程序被烧录在芯片中
111 嵌入式系统定义 (6) 三单片机和嵌入式系统的区别 单片机属于嵌入式系统故嵌入式系统的历史已经有几十年 单片机与嵌入式系统有区别只有嵌入式系统的部分结构和部分功能bull 单片机数据处理能力有限处理速度有限不能够用于所有的嵌入式系统bull 单片机不使用操作系统bull 单片机无网络功能
112 嵌入式系统的应用 嵌入式系统应用及其广泛只要是用电的设备都可以有嵌入式系统对于日常生活用品甚至于不用电的设备也可能有嵌入式系统 一嵌入式技术无处不在bull 办公设备复印机传真机 PC 机外围设备键盘鼠标优盘显示器 Modem 打印机扫描仪等含有数个甚至十数个嵌入式系统bull 消费类产品如 MP3 照相机摄像机 PDA 智能玩具网络家电智能家电车载电子设备等 bull 测控和自动化各个领域中的智能仪器仪表各种装备设备中的测控系统自动化系统如工业控制数控机床智能工具工业机器人服务机器人等汽车火车轮船航空与航天器等工具中的控制系统bull 数字网络通信 交换机路由器网关手机各个领域装备设备中的数字网络通信系统
112 嵌入式系统的应用 (2)嵌入式系统的应用领域
bull 工业生产bull 日常生活bull 科学研究bull 军事国防bull 航空航天bull 医疗卫生bull 文化教育bull 广播电视
bull 电信bull 网络bull 交通运输bull 水利bull 电力bull 农业bull 气象其应用前景
112 嵌入式系统的应用 (3)
112 嵌入式系统的应用 (4)
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
第 1 章 嵌入式系统概述主要内容
嵌入式系统简介嵌入式处理器嵌入式操作系统嵌入式系统开发方法
11 嵌入式系统简介主要内容
嵌入式系统定义嵌入式系统应用嵌入式系统组成嵌入式系统特点嵌入式系统分类嵌入式系统发展
111 嵌入式系统定义 随着计算机技术网络技术和微电子技术的快速发展人们进入了后 PC 时代后 P
C 时代是一个嵌入式系统（ Embedded System ）的网络时代嵌入式技术将主宰后 PC时代
ldquo 嵌入式系统rdquo实际上是ldquo嵌入式计算机系统rdquo的简称 对ldquo嵌入式系统rdquo 有各种不同的定义 一嵌入式系统的定义
111 嵌入式系统定义 (2) 1 IEEE （国际电气和电子工程师协会）的定义 嵌入式系统是ldquo用于控制监视或者辅助操作机器和设备的装置rdquo（ Devices used to
control monitor or assist the operation of equipment machinery or plants ）
可以看出此定义是从应用上考虑的嵌入式系统是软件和硬件的综合体还可以涵盖机电等附属装置
111 嵌入式系统定义 (3)
2 国内普遍被认同的定义 嵌入式系统是ldquo以应用为中心以计算机技术为基础软硬件可裁减适用于应用系统对功能可靠性成本体积功耗有严格要求的专业计算机系统rdquo 嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的隐藏在某种设备中的计算机软硬件集合体没有固定的特征形状
111 嵌入式系统定义 (4)三要素嵌入专用计算机bull嵌入性嵌入到对象体系中有对象环境要求bull专用性软硬件按对象要求裁减bull计算机实现对象的智能化功能
111 嵌入式系统定义 (5) 二嵌入式系统的特性
1 只执行特定功能2 以微控制器外围器件为中心系统构成可大可小3 有严格的时序性和稳定性要求4 自动操作循环等待中断控制5 程序被烧录在芯片中
111 嵌入式系统定义 (6) 三单片机和嵌入式系统的区别 单片机属于嵌入式系统故嵌入式系统的历史已经有几十年 单片机与嵌入式系统有区别只有嵌入式系统的部分结构和部分功能bull 单片机数据处理能力有限处理速度有限不能够用于所有的嵌入式系统bull 单片机不使用操作系统bull 单片机无网络功能
112 嵌入式系统的应用 嵌入式系统应用及其广泛只要是用电的设备都可以有嵌入式系统对于日常生活用品甚至于不用电的设备也可能有嵌入式系统 一嵌入式技术无处不在bull 办公设备复印机传真机 PC 机外围设备键盘鼠标优盘显示器 Modem 打印机扫描仪等含有数个甚至十数个嵌入式系统bull 消费类产品如 MP3 照相机摄像机 PDA 智能玩具网络家电智能家电车载电子设备等 bull 测控和自动化各个领域中的智能仪器仪表各种装备设备中的测控系统自动化系统如工业控制数控机床智能工具工业机器人服务机器人等汽车火车轮船航空与航天器等工具中的控制系统bull 数字网络通信 交换机路由器网关手机各个领域装备设备中的数字网络通信系统
112 嵌入式系统的应用 (2)嵌入式系统的应用领域
bull 工业生产bull 日常生活bull 科学研究bull 军事国防bull 航空航天bull 医疗卫生bull 文化教育bull 广播电视
bull 电信bull 网络bull 交通运输bull 水利bull 电力bull 农业bull 气象其应用前景
112 嵌入式系统的应用 (3)
112 嵌入式系统的应用 (4)
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
11 嵌入式系统简介主要内容
嵌入式系统定义嵌入式系统应用嵌入式系统组成嵌入式系统特点嵌入式系统分类嵌入式系统发展
111 嵌入式系统定义 随着计算机技术网络技术和微电子技术的快速发展人们进入了后 PC 时代后 P
C 时代是一个嵌入式系统（ Embedded System ）的网络时代嵌入式技术将主宰后 PC时代
ldquo 嵌入式系统rdquo实际上是ldquo嵌入式计算机系统rdquo的简称 对ldquo嵌入式系统rdquo 有各种不同的定义 一嵌入式系统的定义
111 嵌入式系统定义 (2) 1 IEEE （国际电气和电子工程师协会）的定义 嵌入式系统是ldquo用于控制监视或者辅助操作机器和设备的装置rdquo（ Devices used to
control monitor or assist the operation of equipment machinery or plants ）
可以看出此定义是从应用上考虑的嵌入式系统是软件和硬件的综合体还可以涵盖机电等附属装置
111 嵌入式系统定义 (3)
2 国内普遍被认同的定义 嵌入式系统是ldquo以应用为中心以计算机技术为基础软硬件可裁减适用于应用系统对功能可靠性成本体积功耗有严格要求的专业计算机系统rdquo 嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的隐藏在某种设备中的计算机软硬件集合体没有固定的特征形状
111 嵌入式系统定义 (4)三要素嵌入专用计算机bull嵌入性嵌入到对象体系中有对象环境要求bull专用性软硬件按对象要求裁减bull计算机实现对象的智能化功能
111 嵌入式系统定义 (5) 二嵌入式系统的特性
1 只执行特定功能2 以微控制器外围器件为中心系统构成可大可小3 有严格的时序性和稳定性要求4 自动操作循环等待中断控制5 程序被烧录在芯片中
111 嵌入式系统定义 (6) 三单片机和嵌入式系统的区别 单片机属于嵌入式系统故嵌入式系统的历史已经有几十年 单片机与嵌入式系统有区别只有嵌入式系统的部分结构和部分功能bull 单片机数据处理能力有限处理速度有限不能够用于所有的嵌入式系统bull 单片机不使用操作系统bull 单片机无网络功能
112 嵌入式系统的应用 嵌入式系统应用及其广泛只要是用电的设备都可以有嵌入式系统对于日常生活用品甚至于不用电的设备也可能有嵌入式系统 一嵌入式技术无处不在bull 办公设备复印机传真机 PC 机外围设备键盘鼠标优盘显示器 Modem 打印机扫描仪等含有数个甚至十数个嵌入式系统bull 消费类产品如 MP3 照相机摄像机 PDA 智能玩具网络家电智能家电车载电子设备等 bull 测控和自动化各个领域中的智能仪器仪表各种装备设备中的测控系统自动化系统如工业控制数控机床智能工具工业机器人服务机器人等汽车火车轮船航空与航天器等工具中的控制系统bull 数字网络通信 交换机路由器网关手机各个领域装备设备中的数字网络通信系统
112 嵌入式系统的应用 (2)嵌入式系统的应用领域
bull 工业生产bull 日常生活bull 科学研究bull 军事国防bull 航空航天bull 医疗卫生bull 文化教育bull 广播电视
bull 电信bull 网络bull 交通运输bull 水利bull 电力bull 农业bull 气象其应用前景
112 嵌入式系统的应用 (3)
112 嵌入式系统的应用 (4)
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
111 嵌入式系统定义 随着计算机技术网络技术和微电子技术的快速发展人们进入了后 PC 时代后 P
C 时代是一个嵌入式系统（ Embedded System ）的网络时代嵌入式技术将主宰后 PC时代
ldquo 嵌入式系统rdquo实际上是ldquo嵌入式计算机系统rdquo的简称 对ldquo嵌入式系统rdquo 有各种不同的定义 一嵌入式系统的定义
111 嵌入式系统定义 (2) 1 IEEE （国际电气和电子工程师协会）的定义 嵌入式系统是ldquo用于控制监视或者辅助操作机器和设备的装置rdquo（ Devices used to
control monitor or assist the operation of equipment machinery or plants ）
可以看出此定义是从应用上考虑的嵌入式系统是软件和硬件的综合体还可以涵盖机电等附属装置
111 嵌入式系统定义 (3)
2 国内普遍被认同的定义 嵌入式系统是ldquo以应用为中心以计算机技术为基础软硬件可裁减适用于应用系统对功能可靠性成本体积功耗有严格要求的专业计算机系统rdquo 嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的隐藏在某种设备中的计算机软硬件集合体没有固定的特征形状
111 嵌入式系统定义 (4)三要素嵌入专用计算机bull嵌入性嵌入到对象体系中有对象环境要求bull专用性软硬件按对象要求裁减bull计算机实现对象的智能化功能
111 嵌入式系统定义 (5) 二嵌入式系统的特性
1 只执行特定功能2 以微控制器外围器件为中心系统构成可大可小3 有严格的时序性和稳定性要求4 自动操作循环等待中断控制5 程序被烧录在芯片中
111 嵌入式系统定义 (6) 三单片机和嵌入式系统的区别 单片机属于嵌入式系统故嵌入式系统的历史已经有几十年 单片机与嵌入式系统有区别只有嵌入式系统的部分结构和部分功能bull 单片机数据处理能力有限处理速度有限不能够用于所有的嵌入式系统bull 单片机不使用操作系统bull 单片机无网络功能
112 嵌入式系统的应用 嵌入式系统应用及其广泛只要是用电的设备都可以有嵌入式系统对于日常生活用品甚至于不用电的设备也可能有嵌入式系统 一嵌入式技术无处不在bull 办公设备复印机传真机 PC 机外围设备键盘鼠标优盘显示器 Modem 打印机扫描仪等含有数个甚至十数个嵌入式系统bull 消费类产品如 MP3 照相机摄像机 PDA 智能玩具网络家电智能家电车载电子设备等 bull 测控和自动化各个领域中的智能仪器仪表各种装备设备中的测控系统自动化系统如工业控制数控机床智能工具工业机器人服务机器人等汽车火车轮船航空与航天器等工具中的控制系统bull 数字网络通信 交换机路由器网关手机各个领域装备设备中的数字网络通信系统
112 嵌入式系统的应用 (2)嵌入式系统的应用领域
bull 工业生产bull 日常生活bull 科学研究bull 军事国防bull 航空航天bull 医疗卫生bull 文化教育bull 广播电视
bull 电信bull 网络bull 交通运输bull 水利bull 电力bull 农业bull 气象其应用前景
112 嵌入式系统的应用 (3)
112 嵌入式系统的应用 (4)
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
111 嵌入式系统定义 (2) 1 IEEE （国际电气和电子工程师协会）的定义 嵌入式系统是ldquo用于控制监视或者辅助操作机器和设备的装置rdquo（ Devices used to
control monitor or assist the operation of equipment machinery or plants ）
可以看出此定义是从应用上考虑的嵌入式系统是软件和硬件的综合体还可以涵盖机电等附属装置
111 嵌入式系统定义 (3)
2 国内普遍被认同的定义 嵌入式系统是ldquo以应用为中心以计算机技术为基础软硬件可裁减适用于应用系统对功能可靠性成本体积功耗有严格要求的专业计算机系统rdquo 嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的隐藏在某种设备中的计算机软硬件集合体没有固定的特征形状
111 嵌入式系统定义 (4)三要素嵌入专用计算机bull嵌入性嵌入到对象体系中有对象环境要求bull专用性软硬件按对象要求裁减bull计算机实现对象的智能化功能
111 嵌入式系统定义 (5) 二嵌入式系统的特性
1 只执行特定功能2 以微控制器外围器件为中心系统构成可大可小3 有严格的时序性和稳定性要求4 自动操作循环等待中断控制5 程序被烧录在芯片中
111 嵌入式系统定义 (6) 三单片机和嵌入式系统的区别 单片机属于嵌入式系统故嵌入式系统的历史已经有几十年 单片机与嵌入式系统有区别只有嵌入式系统的部分结构和部分功能bull 单片机数据处理能力有限处理速度有限不能够用于所有的嵌入式系统bull 单片机不使用操作系统bull 单片机无网络功能
112 嵌入式系统的应用 嵌入式系统应用及其广泛只要是用电的设备都可以有嵌入式系统对于日常生活用品甚至于不用电的设备也可能有嵌入式系统 一嵌入式技术无处不在bull 办公设备复印机传真机 PC 机外围设备键盘鼠标优盘显示器 Modem 打印机扫描仪等含有数个甚至十数个嵌入式系统bull 消费类产品如 MP3 照相机摄像机 PDA 智能玩具网络家电智能家电车载电子设备等 bull 测控和自动化各个领域中的智能仪器仪表各种装备设备中的测控系统自动化系统如工业控制数控机床智能工具工业机器人服务机器人等汽车火车轮船航空与航天器等工具中的控制系统bull 数字网络通信 交换机路由器网关手机各个领域装备设备中的数字网络通信系统
112 嵌入式系统的应用 (2)嵌入式系统的应用领域
bull 工业生产bull 日常生活bull 科学研究bull 军事国防bull 航空航天bull 医疗卫生bull 文化教育bull 广播电视
bull 电信bull 网络bull 交通运输bull 水利bull 电力bull 农业bull 气象其应用前景
112 嵌入式系统的应用 (3)
112 嵌入式系统的应用 (4)
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
111 嵌入式系统定义 (3)
2 国内普遍被认同的定义 嵌入式系统是ldquo以应用为中心以计算机技术为基础软硬件可裁减适用于应用系统对功能可靠性成本体积功耗有严格要求的专业计算机系统rdquo 嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的隐藏在某种设备中的计算机软硬件集合体没有固定的特征形状
111 嵌入式系统定义 (4)三要素嵌入专用计算机bull嵌入性嵌入到对象体系中有对象环境要求bull专用性软硬件按对象要求裁减bull计算机实现对象的智能化功能
111 嵌入式系统定义 (5) 二嵌入式系统的特性
1 只执行特定功能2 以微控制器外围器件为中心系统构成可大可小3 有严格的时序性和稳定性要求4 自动操作循环等待中断控制5 程序被烧录在芯片中
111 嵌入式系统定义 (6) 三单片机和嵌入式系统的区别 单片机属于嵌入式系统故嵌入式系统的历史已经有几十年 单片机与嵌入式系统有区别只有嵌入式系统的部分结构和部分功能bull 单片机数据处理能力有限处理速度有限不能够用于所有的嵌入式系统bull 单片机不使用操作系统bull 单片机无网络功能
112 嵌入式系统的应用 嵌入式系统应用及其广泛只要是用电的设备都可以有嵌入式系统对于日常生活用品甚至于不用电的设备也可能有嵌入式系统 一嵌入式技术无处不在bull 办公设备复印机传真机 PC 机外围设备键盘鼠标优盘显示器 Modem 打印机扫描仪等含有数个甚至十数个嵌入式系统bull 消费类产品如 MP3 照相机摄像机 PDA 智能玩具网络家电智能家电车载电子设备等 bull 测控和自动化各个领域中的智能仪器仪表各种装备设备中的测控系统自动化系统如工业控制数控机床智能工具工业机器人服务机器人等汽车火车轮船航空与航天器等工具中的控制系统bull 数字网络通信 交换机路由器网关手机各个领域装备设备中的数字网络通信系统
112 嵌入式系统的应用 (2)嵌入式系统的应用领域
bull 工业生产bull 日常生活bull 科学研究bull 军事国防bull 航空航天bull 医疗卫生bull 文化教育bull 广播电视
bull 电信bull 网络bull 交通运输bull 水利bull 电力bull 农业bull 气象其应用前景
112 嵌入式系统的应用 (3)
112 嵌入式系统的应用 (4)
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
111 嵌入式系统定义 (4)三要素嵌入专用计算机bull嵌入性嵌入到对象体系中有对象环境要求bull专用性软硬件按对象要求裁减bull计算机实现对象的智能化功能
111 嵌入式系统定义 (5) 二嵌入式系统的特性
1 只执行特定功能2 以微控制器外围器件为中心系统构成可大可小3 有严格的时序性和稳定性要求4 自动操作循环等待中断控制5 程序被烧录在芯片中
111 嵌入式系统定义 (6) 三单片机和嵌入式系统的区别 单片机属于嵌入式系统故嵌入式系统的历史已经有几十年 单片机与嵌入式系统有区别只有嵌入式系统的部分结构和部分功能bull 单片机数据处理能力有限处理速度有限不能够用于所有的嵌入式系统bull 单片机不使用操作系统bull 单片机无网络功能
112 嵌入式系统的应用 嵌入式系统应用及其广泛只要是用电的设备都可以有嵌入式系统对于日常生活用品甚至于不用电的设备也可能有嵌入式系统 一嵌入式技术无处不在bull 办公设备复印机传真机 PC 机外围设备键盘鼠标优盘显示器 Modem 打印机扫描仪等含有数个甚至十数个嵌入式系统bull 消费类产品如 MP3 照相机摄像机 PDA 智能玩具网络家电智能家电车载电子设备等 bull 测控和自动化各个领域中的智能仪器仪表各种装备设备中的测控系统自动化系统如工业控制数控机床智能工具工业机器人服务机器人等汽车火车轮船航空与航天器等工具中的控制系统bull 数字网络通信 交换机路由器网关手机各个领域装备设备中的数字网络通信系统
112 嵌入式系统的应用 (2)嵌入式系统的应用领域
bull 工业生产bull 日常生活bull 科学研究bull 军事国防bull 航空航天bull 医疗卫生bull 文化教育bull 广播电视
bull 电信bull 网络bull 交通运输bull 水利bull 电力bull 农业bull 气象其应用前景
112 嵌入式系统的应用 (3)
112 嵌入式系统的应用 (4)
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
111 嵌入式系统定义 (5) 二嵌入式系统的特性
1 只执行特定功能2 以微控制器外围器件为中心系统构成可大可小3 有严格的时序性和稳定性要求4 自动操作循环等待中断控制5 程序被烧录在芯片中
111 嵌入式系统定义 (6) 三单片机和嵌入式系统的区别 单片机属于嵌入式系统故嵌入式系统的历史已经有几十年 单片机与嵌入式系统有区别只有嵌入式系统的部分结构和部分功能bull 单片机数据处理能力有限处理速度有限不能够用于所有的嵌入式系统bull 单片机不使用操作系统bull 单片机无网络功能
112 嵌入式系统的应用 嵌入式系统应用及其广泛只要是用电的设备都可以有嵌入式系统对于日常生活用品甚至于不用电的设备也可能有嵌入式系统 一嵌入式技术无处不在bull 办公设备复印机传真机 PC 机外围设备键盘鼠标优盘显示器 Modem 打印机扫描仪等含有数个甚至十数个嵌入式系统bull 消费类产品如 MP3 照相机摄像机 PDA 智能玩具网络家电智能家电车载电子设备等 bull 测控和自动化各个领域中的智能仪器仪表各种装备设备中的测控系统自动化系统如工业控制数控机床智能工具工业机器人服务机器人等汽车火车轮船航空与航天器等工具中的控制系统bull 数字网络通信 交换机路由器网关手机各个领域装备设备中的数字网络通信系统
112 嵌入式系统的应用 (2)嵌入式系统的应用领域
bull 工业生产bull 日常生活bull 科学研究bull 军事国防bull 航空航天bull 医疗卫生bull 文化教育bull 广播电视
bull 电信bull 网络bull 交通运输bull 水利bull 电力bull 农业bull 气象其应用前景
112 嵌入式系统的应用 (3)
112 嵌入式系统的应用 (4)
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
111 嵌入式系统定义 (6) 三单片机和嵌入式系统的区别 单片机属于嵌入式系统故嵌入式系统的历史已经有几十年 单片机与嵌入式系统有区别只有嵌入式系统的部分结构和部分功能bull 单片机数据处理能力有限处理速度有限不能够用于所有的嵌入式系统bull 单片机不使用操作系统bull 单片机无网络功能
112 嵌入式系统的应用 嵌入式系统应用及其广泛只要是用电的设备都可以有嵌入式系统对于日常生活用品甚至于不用电的设备也可能有嵌入式系统 一嵌入式技术无处不在bull 办公设备复印机传真机 PC 机外围设备键盘鼠标优盘显示器 Modem 打印机扫描仪等含有数个甚至十数个嵌入式系统bull 消费类产品如 MP3 照相机摄像机 PDA 智能玩具网络家电智能家电车载电子设备等 bull 测控和自动化各个领域中的智能仪器仪表各种装备设备中的测控系统自动化系统如工业控制数控机床智能工具工业机器人服务机器人等汽车火车轮船航空与航天器等工具中的控制系统bull 数字网络通信 交换机路由器网关手机各个领域装备设备中的数字网络通信系统
112 嵌入式系统的应用 (2)嵌入式系统的应用领域
bull 工业生产bull 日常生活bull 科学研究bull 军事国防bull 航空航天bull 医疗卫生bull 文化教育bull 广播电视
bull 电信bull 网络bull 交通运输bull 水利bull 电力bull 农业bull 气象其应用前景
112 嵌入式系统的应用 (3)
112 嵌入式系统的应用 (4)
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
112 嵌入式系统的应用 嵌入式系统应用及其广泛只要是用电的设备都可以有嵌入式系统对于日常生活用品甚至于不用电的设备也可能有嵌入式系统 一嵌入式技术无处不在bull 办公设备复印机传真机 PC 机外围设备键盘鼠标优盘显示器 Modem 打印机扫描仪等含有数个甚至十数个嵌入式系统bull 消费类产品如 MP3 照相机摄像机 PDA 智能玩具网络家电智能家电车载电子设备等 bull 测控和自动化各个领域中的智能仪器仪表各种装备设备中的测控系统自动化系统如工业控制数控机床智能工具工业机器人服务机器人等汽车火车轮船航空与航天器等工具中的控制系统bull 数字网络通信 交换机路由器网关手机各个领域装备设备中的数字网络通信系统
112 嵌入式系统的应用 (2)嵌入式系统的应用领域
bull 工业生产bull 日常生活bull 科学研究bull 军事国防bull 航空航天bull 医疗卫生bull 文化教育bull 广播电视
bull 电信bull 网络bull 交通运输bull 水利bull 电力bull 农业bull 气象其应用前景
112 嵌入式系统的应用 (3)
112 嵌入式系统的应用 (4)
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
112 嵌入式系统的应用 (2)嵌入式系统的应用领域
bull 工业生产bull 日常生活bull 科学研究bull 军事国防bull 航空航天bull 医疗卫生bull 文化教育bull 广播电视
bull 电信bull 网络bull 交通运输bull 水利bull 电力bull 农业bull 气象其应用前景
112 嵌入式系统的应用 (3)
112 嵌入式系统的应用 (4)
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
112 嵌入式系统的应用 (3)
112 嵌入式系统的应用 (4)
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
112 嵌入式系统的应用 (4)
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
汽车电子112 嵌入式系统的应用
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
军事国防领域112 嵌入式系统的应用
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
航天领域112 嵌入式系统的应用
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
后 PC时代产品的蓬勃发展112 嵌入式系统的应用 (5)
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
112 嵌入式系统的应用 (6)
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
112 嵌入式系统的应用 (7)
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
112 嵌入式系统的应用 (8) 二从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用bull 据统计每年只有 2左右的计算机芯片是用在台式 PC 或膝上电脑上的bull 用于嵌入式系统设计与制造的 CPU 每年大概有 10---20亿片bull 每年大约有 1万个新的嵌入式系统投入产生而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统 如手持设备市场 2000 年的全球产销量为 12
90万部 2004 年约为 6340万部
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
112 嵌入式系统的应用 (9)三嵌入式技术对科学技术的影响bull 使计算机的分类发生变化 以前对计算机的分类分为巨型机大型机小型机微机 现在分为两大类通用计算机和嵌入式系统原来仅是通用计算机
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
112 嵌入式系统的应用 (10)bull 形成了新的专业甚至会形成一个新的学科 嵌入式技术是四个学科专业的结合体微电子学科计算机学科电子技术学科与对象领域（应用对象）学科嵌入式技术专业至少是ldquo计算机学科rdquo和ldquo电子技术学科rdquo两种专业的结合 即 计算机 (强 )+ 电子技术 (强 ) （软硬件全设计）或者计算机 (强 )+ 电子技术 (弱 ) （偏重软件设计）或者计算机 (弱 )+ 电子技术 (强 ) （偏重硬件设计）bull 主宰后 PC 时代 是一些学者的断言
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
113 嵌入式系统组成 粗略划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 嵌入式操作系统 ( 可选 )bull 嵌入式应用软件
稍细划分bull 嵌入式处理器bull 外围设备bull 驱动程序bull 嵌入式操作系统bull 应用接口bull 嵌入式应用软件
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
113 嵌入式系统的组成 (2)
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
应用程序
实时操作系统（ RTOS ）
输入输出接口处理器 ARM核MMUCache
SOCSOPC
USB
GPIO
IIS
LCDUART 和 IrDAADCDAC FPGACPLD
DSP浮点运算协处理器 DMA
电源管理
人机交互接口 LCD触摸屏键盘鼠标
设备驱动程序 HAL BSP
文件系统 图形用户应用程序接口
驱动层OS层
应用层软 件
以太网
看门狗及复位电路
TimerRTCCAN
FlashEEPROMSDRAMSRAM
内存
硬 件
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
114 嵌入式系统的特点 主要有五个方面的特点 一嵌入式系统是面向具体应用的产品 嵌入式系统可以是面向某一个领域某一行业某一个用户的具体产品不具有通用性不能独立发展对功耗体积成本可靠性速度处理能力等有严格要求嵌入式系统软件硬件（处理器系统等）生命周期都比较长有继承性 二嵌入式软件特征 具有实时性高质量高可靠程序固化
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
114 嵌入式系统的特点 (2)三需要软硬件开发工具和系统软件硬件工具计算机开发板信号发生器示波器等软件工具编辑编译调试软件等系统软件 OS 数据库等四需要应用专家参与开发嵌入式系统一般不是一个独立的应用产品是某种产品的一部分所有需要相应方面的应用专家参与五嵌入式系统分散而不可垄断
通用计算机行业被 Winrsquotel垄断（软件和硬件） 嵌入式系统领域的芯片操作系统软件充满了竞争发展和机遇呈现一种百花齐放的景象
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
115 嵌入式系统分类bull 按表现形式（硬件范畴）
芯片级嵌入 ( 含程序和算法的处理器单片机 )模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）
bull 按实时性要求（软件范畴） 非实时系统（ PDA ）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
116 嵌入式系统的发展一嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展可以分为 SCM MCU
SOCSOPC 三个阶段1 嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的单片机属于嵌入式系统因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的1971 年 Intel 公司首先开发出了第一片 4位微处理器 4004 主要用于家用电器计算器高级玩具中 4004 的问世标志着嵌入式系统的诞生
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
116 嵌入式系统的发展 (2)2 SCM阶段即单片微机（ Single Chip Microcomputer ）阶段 主要标志是将微机的几部分集成在一个芯片中 代表机型主要有 Intel 的 MCS-48 MCS-51 MCS-96
983 MCU阶段即微控制器（ Micro Controller Unit ）阶段 主要标志除了将微机的几部分集成在一个芯片中外把控制所常用到的电路也集成到芯片中如 AD DA RT
C PWM Watchdog 等 Philips 公司起着重要作用 代表机型主要有 STC 公司的 STC89LE52AD Philips的 LPC935 AD 公司的 ADuC812 等
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
116 嵌入式系统的发展 (3)4 SOC SOPC阶段SOC即片上系统（ System On Chip ） SOPC即可编程片上系统 ( System On Programmable Chip ) 在芯片上集成一个完整的专用计算机系统单片系统 silicon主要标志 IC 设计技术发展和 IP （ Intellectual Property 知识产权）软内核 SIP （ Silicon IP ）软内核的出现产生了 SOC EDA (Electronic Design Automatic) 工具的发展使外围电路简化在一个芯片上代表 IP 软内核 ARM 公司的 ARM 系统处理器 ARM7 ARM9 等 ARM 是一种高运算能力高集成度低功耗的 RISC 微处理器SOPC 结合了 SOC 和 PLD FPGA 各自的技术优点使得系统具有可编程的功能是可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现极大的提高了系统的在线升级换代能力
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
116 嵌入式系统的发展 (4)二嵌入式系统的发展方向嵌入式系统的发展与通用计算机技术的发展密不可分但是又有自己独立的发展道路由于应用目标不同因此两者的发展方向有所不同1 通用计算机 沿着ldquo高运算速度高存储量rdquo方向发展因此通用微处理器是沿着以 Intel 公司产品为主导的 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium II Pentium III Pentium 4 的线路发展其主频从几 MHz 发展到现在的 3GHz 子长从 8位发展到 64位内存从几十 KB到现在的 GB 存储容量从从几十 KB 到现在的数百 GB 2 嵌入式系统 根据应用的要求沿着ldquo体积小低功耗高可靠rdquo方向发展对运算速度存储容量没有统一要求
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
116 嵌入式系统的发展 (5)三嵌入式系统当前主要研究内容
1 OS2 数据库3 工具软件
图形界面开发软件调试软件硬件设计软件等4 硬件开发设备工具5 教学方面
教学内容教学方法实验设备实验内容实验方法教材等
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
121 嵌入式处理器分类嵌入式处理器品种繁多百花齐放竞争激烈嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器据不完全统计全世界大约有 1000多种嵌入式处理器流行的体系结构有 30多个系列如 MCS-51
PIC AVR ARM DSP 等其中 MCS-51占了多半生产厂家 20多个 350多种衍生产品仅 Philips 就有近百种处理速度从 01MIPS 到 2000MIPS 寻址空间从 64KB 到 4GB
1 2 嵌入式处理器
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
嵌入式处理器分类ndash 嵌入式微处理器 (Embedded MicroProcessor U
nit)ndash 嵌入式微控制器（ MicroController Unit ）ndash 嵌入式 DSP 处理器 EDSP(Embedded Digital S
ignal Processor)ndash 嵌入式片上系统 SOC(System On Chip)ndash 嵌入式可编程片上系统 SOPC(System On Prog
rammable Chip)
1 2 嵌入式处理器 (2)
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
122 嵌入式微处理器简介 一嵌入式微处理器（ MPU ）嵌入式微处理器就是和通用计算机的处理器对应的 C
PU 可以认为是ldquo增强型rdquo通用微处理器 bull 特点1048708 功能和微处理器基本一样是具有 32位以上的处理器 具有较高的性能1048708 具有体积小功耗小成本低抗干扰能力强可靠性高的特点有的可提供工业级应用bull 流行的嵌入式微处理器
1048708ARMStrong (ARM 公司 )1048708PowerPC 68000 (MOTOROLA 公司 )1048708MIPS(MIPS 公司 )
1 2 嵌入式处理器 (3)
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
二嵌入式微控制器（ MCU ）嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中芯片内部集成 ROMEPROM RAM 总线总线逻辑定时 计数器 Watchdog IO 串行口 AD 等各种必要功能和外设
bull 特点ndash 1048708一个系列的微控制器具有多种衍生产品ndash 1048708单片化体积大大减小功耗和成本降低可靠性提高ndash 1048708是目前嵌入式工业的主流约占嵌入式系统 70 的份额ndash 1048708多是 8位和 16位处理器
bull 流行的嵌入式微控制器ndash 1048708通用系列 MCS-51MCS-96196296ndash 1048708半通用系列 支持 I2CCAN BUS 及众多专用 MCU 和兼容系列
1 2 嵌入式处理器 (4)
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
三嵌入式 DSP嵌入式 DSP 是专门用于信号处理方面的处理器其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计具有很高的编译效率和指令执行速度bull 应用领域数字滤波频谱分析 FFTbull 流行的嵌入式 DSP
TMS320C2000 系列（ TI ）MCS-296 （ Intel ）
1 2 嵌入式处理器 (5)
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
四嵌入式 SOC嵌入式 SOC 是追求产品系统最大包容的集成器件绝大多数系统构件都在一个系统芯片内部
bull 特点结构简洁体积小功耗低可靠性高设计生产效率高
bull 流行的 SOC Smart XA （ Philips ）
1 2 嵌入式处理器 (6)
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
五嵌入式 SOPC嵌入式 SOPC 是用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上
ndash 它是片上系统（ SOC ）即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能 ndash 它是可编程系统
bull 特点ndash 采用超深亚微米工艺技术ndash 使用一个以上的嵌入式处理器 DSPndash 设计方式灵活ndash 可裁减可扩充可升级ndash 软硬件在系统可编程的功能
1 2 嵌入式处理器 (7)
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
131 嵌入式操作系统概念嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台嵌入式系统的出现 解决了嵌入式软件开发标准化的难题
bull 入式系统具有操作系统的最基本的功能ndash 1048708进程调度（没有虚拟内存的管理）ndash 1048708内存管理 设备管理文件管理1048708中断管理ndash 1048708系统功能接口 (API调用如网络功能 ) 设备驱动
bull 嵌入式操作系统具有的特点ndash 1048708系统可裁减可配置ndash 1048708系统具有实时性ndash 1048708系统稳定可靠
1 3 嵌入式操作系统
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
132 嵌入式操作系统的分类
嵌入式操作系统
非实时操作系统
实时操作系统硬实时操作系统
软实时操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (2)
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
一实时操作系统bull 实时系统的定义能够对外部事件做出及时响应的系统响应时间要有保证bull 对外部事件的响应包括
ndash 1048708事件发生时要识别出来ndash 1048708在给定时间约束内必须输出结果
bull 实时操作系统必须有以下特征ndash 多任务ndash 有线程优先级 ( 是否为进程 )ndash 多种中断级别
1 3 嵌入式操作系统 (3)
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
bull 硬实时系统 对系统响应时间有严格的要求如果系统响应时间不能满足就会引起系统崩溃或致命的错误
bull 软实时系统 对系统响应时间有要求但是如果系统响应时间不能满足它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃只是降低系统的吞吐量
1 3 嵌入式操作系统 (4)
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
133 几种主流的嵌入式操作系统ndash microCOS-II 教学的免费面向中小型嵌入式系统应用ndash Vxworks 美国 WindRiver 公司于 1983 年开发具有可靠实时可裁减特性ndash WinCE 它是微软针对个人电脑以外的电脑产品所研发的嵌入式操作系统而 CE则为 Customer
Embedded 的缩写 ndash LinuxmicroCLinux 免费源码开放的操作系统 microclinux面向没有 MMU 的硬件平台ndash PalmOS Com 公司产品在 PDA市场占据很大份额具有开放的操作系统应用程序接口 (API) 可让用户灵活方便地定制操作系统
1 3 嵌入式操作系统 (4)
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
14 嵌入式系统的开发方法141 嵌入式系统的设计要求嵌入式系统设计开发不同于桌面系统它非常受制于功能和具体的应用环境所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求
ndash 接口方便操作容易ndash 稳定可靠维护简便ndash 功耗管理降低成本ndash 功能实用便于升级ndash 并发处理及时响应
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
142 嵌入式系统开发特点需要软硬件综合开发二者密切相关
原因ndash 任何一个嵌入式产品都是软件和硬件的结合体ndash 一旦嵌入式产品研发完成软件就固化在硬件环境中嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的是专用的
嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法
14 嵌入式系统的开发方法 (2)
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
14 嵌入式系统的开发方法 (3)143 嵌入式系统设计过程
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
宿主机 目标机
习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
14 嵌入式系统的开发方法 (4)
144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
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习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
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144 嵌入式系统软件的开发模式需要使用交叉编译器进行交叉开发
ndash 交叉编译器 (Cross-compiler) 是一种运行在通用计算机上的但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器ndash 交叉开发在一台通用计算机上进行软件的编辑编译然后下载到嵌入式系统中运行调试
14 嵌入式系统的开发方法 (5)
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习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
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3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
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习 题bull 什么是嵌入式系统bull 比较嵌入式系统与通用 PC 机的区别bull 嵌入式系统有哪些部分组成bull 嵌入式系统有哪些特点bull 嵌入式系统是怎样分类的bull 详细说明什么是 MPU MCU SOC 和 SOPC bull 什么是硬实时操作系统什么是软实时操作系统bull 简述嵌入式软件的开发模式bull 大胆想象嵌入式系统的应用景象
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
参考书籍1 ARM 嵌入式系统基础教程周立功 等 北航出版社
2 ARM 嵌入式处理器结构与应用基础马忠梅 等 北航出版社
3 ARM9 嵌入式系统设计与开发教程于明 等 电子工业出版社
4 嵌入式设计及 Linux驱动开发指南孙天泽 等 电子工业出版社
