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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载第_ _次课授课题目 章、节 摘要第 1 章、1.1-1.2嵌入式系统概念、嵌入式处理器教学主要内容及重点难点：主要内容： 嵌入式系统的定义、组成、特点、应用,实时系统,嵌入式处理器 重点： 嵌入式系统的定义、嵌入式处理器 难点： 实时系统、嵌入式处理器内 容本讲授课要点 : 一、嵌入式系统的定义 二、嵌入式系统的组成 三、嵌入式系统的特点 四、嵌入式系统的应用 五、实时系统 六、嵌入式处理器前 言名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下
2、载1. 课程设置的必要性（1）嵌入式系统涉及现代生活的方方面面（2）应用日趋复杂（3）微处理器技术长足进展（4）嵌入式软件技术成为核心 2. 课程定位（1）基础不同、课时有限（2）介绍嵌入式系统设计理念（3）嵌入式系统软硬件设计基础 3. 课程目的 1 本课程介绍了嵌入式系统的前沿技术和进展趋势,重点叙述了基于 ARM微处理器的嵌入式硬件平台、（linux ）和嵌入式软硬件系统开发技术；2 采纳理论学习和实践并重的教学方法,嵌入式操作系统着重培育同学的实际动手才能,通过熟识开发环境与开发流程、编程实践等基 础试验,使同学能够把握嵌入式系统设计的基本方法；4. 嵌入式系统如何学习 1 学习 AR
3、M汇编,学习 ARM架构 2 学习 ARM系统硬件设计方法 3 学习一种实时操作系统 4 嵌入式实时操作系统的软件设计方法 5 找一块开发板来实践 5. 课程支配名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 1 章学习必备欢迎下载嵌入式系统基础（ 4 学时）第 2 章 嵌入式系统开发过程（ 2 学时）第 3 章 ARM体系结构（ 8 学时）第 4 章 ARM系统硬件设计基础（ 4 +4 学时）第 5 章 基于 S3C2410的系统硬件设计（ 8+6 学时）第 6 章 Linux 操作系统基础（ 4 学时）第 7 章 嵌入式
4、 Linux 软件设计（ 6+4 学时）课程为考试课,考试成果为平常成果*30%+考试成果 *70%；第 1 章 嵌入式系统基础 1.1 嵌入式系统概念 1.1.1 嵌入式系统的定义 一般定义：以应用为中心、以运算机技术为基础,软硬件可 裁剪, 应用系统对功能、牢靠性、成本、体积、功耗和应用环境有 特殊要求的专用运算机系统；是将应用程序、操作系统和运算机硬件集成在一起的系统（技术角度） ；嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件,并使其紧密 耦合在一起的运算机系统； （系统角度）；广义定义 : 任何一个非运算机的运算系统；IEEE定义：嵌入式系统是“ 用于掌握、监视或者帮助操作的 机器、设备或
5、装置” （原文为 devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants ）；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载1 通常执行特定功能2 嵌入式系统的核心 -嵌入式微处理器3 严格的时序和稳固性要求（4）全自动操作循环1.1.2 嵌入式系统的组成嵌入式系统通常由嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几大部分组成；嵌入式系统的组成图名师归纳总结 - - - - -
6、 - -第 4 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载嵌入式系统的硬件组成图 1 、嵌入式处理器 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件；嵌入式处理器与通 用处理器的最大不同点在于嵌入式处理器大多工作在为特定用户 群设计的系统中；它通常把通用运算机中很多由板卡完成的任务 集成在芯片内部,从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化,并具 有高效率、高牢靠性等特点；大的硬件厂商会推出自己的嵌入式处理器,因而现今市面上 有 1000 多种嵌入式处理器芯片,其中使用最为广泛的有 ARM,MIPS,PowerPC,MC68000等；2、外围设备 外围设备是指在一个嵌入式
7、系统中,除了嵌入式处理器以外 的完成储备、通信、调试、显示等帮助功能的其他部件；依据外围设备的功能可分为以下 3 类：（1）储备器：静态易失型储备器RAM,SRAM、动态储备器名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载DRAM和非易失型储备器 Flash ；其中,Flash 以可擦写次数多、储备速度快、容量大及价格低等优点在嵌入式领域得到了广泛的应用；（2）接口：应用最为广泛的包括并口、RS-232串口、IrDA 红外接口、 SPI 串行外围设备接口、 I2CInter IC 总线接口、 USB 通用串行
8、总线接口、 Ethernet 网口等；（3）人机交互： LCD、键盘和触摸屏等人机交互设备；3、嵌入式操作系统 嵌入式操作系统是用来治理储备器安排、中断处理、任务间通信和定时器响应,以及供应多任务处理等的软件模块集合；嵌入式操作系统经常有实时要求,所以嵌入式操作系统往往又是“ 实时操作系统” ；4、应用软件 嵌入式系统的应用软件是针对特定的实际专业领域的,基于相应的嵌入式硬件平台,并能完成用户预期任务的运算机软件；嵌入式软件的特点如下：1 软件要求固态化储备；2 软件代码要求高质量、高牢靠性；3 系统软件的高实时性是基本要求；4 多任务实时操作系统成为嵌入式应用软件的必需；1.1.3 嵌入式系
9、统的特点（1）软硬件一体化,集运算机技术、微电子技术、行业技术 为一体；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载（2）需要操作系统支持,代码小、执行速度快；（3）专用紧凑,用途固定,成本敏锐；（4）牢靠性要求高；（5）多样性,应用广泛、种类繁多；1.1.4 嵌入式系统的应用军事国防消费电子工业掌握军事电子信息家电工控设备嵌入式应用智能玩具智能外表通信设备汽车电子移动存贮网络设备电子商务1.1.5实时系统实时系统 Real Time System是指产生系统输出的时间对系统至关重要的系统；从输入到输出的滞
10、后时间必需足够小到一个 可以接受的时限内；实时系统通常具备以下重要的特性： 1 实时性 2 并行性 3 多路性 4 独立性名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载 5 可猜测性 6 牢靠性 衡量实时性的指标实时系统中主要通过 3 个指标来衡量系统的实时性,即：响应时间 Response Time ：指运算机从识别一个外部大事到 做出响应的时间；生存时间 Survival Time ：指数据的有效等待时间,在这段 时间里数据是有效的；吞吐量 Throughput ：指在一段给定时间内,系统可以处理大事的总
11、数；吞吐量通常比平均响应时间的倒数小一点；实时系统的分类依据响应时间可分为 3 种类型： 1 强实时系统 2 弱实时系统 3 一般实时系统 依据确定性可分为 2 种类型： 1 硬实时系统 2 软实时系统 1.2 嵌入式处理器嵌入式处理器分类：（1）微掌握器 Microcontroller Unit, MCU （2）嵌入式微处理器 Embedded Microprocessor Unit, EMPU （3）DSP处理器 Digital Signal Processor, DSP 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习
12、必备 欢迎下载（4）片上系统 System On Chip ,SOC 1、嵌入式微掌握器 又称单片机,这种位的电子器件目前在嵌入式设备中仍旧 有着极其广泛的应用；单片机芯片内部集成 ROM/EPROM、RAM、总线、总线规律、定 A/D、D/A、时/ 计数器、看门狗、 I/O 、串行口、脉宽调制输出、Flash RAM、EEPROM 等各种必要功能和外设；代 表 性 的 通 用 系 列 包 括8051 、 P51XA、 MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12 /16、68300 等；另 外 仍 有 许 多 半 通 用 系 列 如 ： 支 持
13、USB 接 口 的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持 I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用 MCU和兼容系列；目前 MCU占嵌入式系统约 70的市场份额；微掌握器的最大特点是单片化,体积大大减小,从而使功耗 和成本下降、牢靠性提高；微掌握器是目前嵌入式系统工业的主流；微掌握器的片上外 设资源一般比较丰富,适合于掌握,因此称为微掌握器；2、嵌入式微处理器 嵌入式微处理器（ Embedded MicroProcessor Unit,EMPU）是 由通用运算机中的 CPU演化而来的；与运算机处理器不同的是,在实际嵌入式应用中, 只保留与嵌入式应用紧密相关的功能硬件,去除其它的
14、冗余功能部分,配上必要的扩展外围电路,如储备器 的扩展电路、 I/O 的扩展电路和一些专用的接口电路等,这样就 可以最低的功耗和资源满意嵌入式应用的特殊要求；目前主要的名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载嵌入式处理器类型有 ARM、MIPS、Am186/88、386EX、PowerPC等；3、嵌入式 DSP处理器DSP处理器是特地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,在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上 DSP获得了大规模的应用； DSP处理器对系统结构和指令进行了特
15、殊设计,使其适合于执行DSP算法,编译效率较高,指令执行速度也较高； DSP的理论算法在 70 岁月就已经显现,但 是由于特地的 DSP处理器仍未显现,所以这种理论算法只能通过MPU等由分立元件实现； 1982 年世界上产生了首枚DSP芯片；在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用；DSP的运算速度进一步提高,应用领域也从上述范畴扩大到了通信和运算机方面；有代表性的产品是 Texas Instruments 的 TMS320系列和 Motorola的 DSP56000系列； TMS320系列处理器包括用于掌握的 C2000系列,移动通信的 C5000系列,以及性能更高的C6000和 C8000系
16、列；Motorola 公司的 DSP56000已经进展成为 DSP56000,DSP56100, DSP56200和 DSP56300等几个不同系列的处理器； PHILIPS 公司今年来也推出了基于可重置嵌入式DSP结构低成本、低功耗技术上制造的 DSP处理器,特点是具备双 Harvard 结构和双乘 / 累加器单 元,应用目标是大批量消费类电子产品；4、嵌入式片上系统 SoC SoC就是 System on Chip,SoC是一种基于 IP （Intellectual Property ）核嵌入式系统设计技术；它结合了很多功能区块,将 功能做在一个芯片上, ARM RISC、MIPS RIS
17、C、DSP或是其他的微名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载处理器核心,加上通信的接口单元,例如通用串行端口（USB）、TCP/IP 通信单元、 GPRS通信接口、 GSM通信接口、 IEEE1394、蓝 牙模块接口等等,这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个 个独立的处理芯片；SOC可以分为通用和专用两类；（1）通用系列包括 InfineonSiemens的 TriCore ,Motorola的 M-Core,Echelon 和 Motorola 联合研制的 Neuron芯片等；（2）专用 SO
18、C一般专用于某个或某类系统中；品是 Philips 的 Smart XA 几种典型的嵌入式处理器：1、ARM/StrongARM 有代表性的产ARM（Advanced RISC Machines）公司是全球领先的 16/32 位RISC（精简指令集运算机）微处理器学问产权设计供应商；ARM公司通过转让高性能、低成本、低功耗的RISC微处理器、外围和系统芯片设计技术给合作伙伴,使他们能用这些技术来生产各具 特色的芯片； ARM已成为移动通信、手持设备和多媒体数字设备 嵌入式解决方案的 RISC标准； ARM处理器有三大特点：体积小、低功耗、低成本而高性能,众多；2、MIPS 16/32 位双指令
19、集,全球的合作伙伴MIPS（ Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种处理器内核标准,它是由MIPS技术公司开发的；名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载MIPS技术公司是一家设计制造高性能、高档次的嵌入式 32 位和64 位处理器的厂商, 在 RISC处理器方面占有重要位置； 2000 年,MIPS公司发布了针对 MIPS 32 4Kc的新版本以及将来64位 MIPS 64 20Kc 处理器内核； MIPS技术公司既开发 MIPS
20、处理器结构,又自 己生产基于 MIPS的 32 位/64 位芯片；为了使用户更加便利地应 用 MIPS处理器,MIPS公司推出了一套集成的开发工具, 称为 MIPS IDF（Integrated Development Framework 系统的开发；3、Power PC ）,特殊适用于嵌入式Power PC架构的特点是可伸缩性好,便利敏捷；Power PC处理器品种很多,既有通用的处理器,又有嵌入式掌握器和内核,应用范畴特别广泛, 从高端的工作站、 服务器到桌面运算机系统,从消费类电子产品到大型通信设备等各个方面；目前 Power PC独立微处理器与嵌入式微处理器的主频从25MHz到 700
21、MHz不等,它们的能量消耗、大小、整合程度和价格差异悬殊,主要产品模块 有主频 350700MHz Power PC 750CX和 750CXe以及主频 400MHz 的 Power PC 440GP等；嵌入式的 Power PC 405（主频最高为 266MHz）和 Power PC 440（主频最高为 550MHz）处理器内核可以用于各种 集成的系统芯片（ SOC）设备上,在电信、金融和其他很多行业具有广泛的应用；4、MC68K/Coldfire 处理器Apple 机以前使用的就是Motorola 6800068K,比 Intel公司的 8088 仍要早；但现在, Apple 、Motor
22、ola 公司已舍弃 68K而名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载专心于 ARM了；5、x86 处理器x86 系列处理器是最常用的,它起源于Intel架构的 8080,进展到现在 Pentium 4 、Athlon 和 AMD的 64 位处理器 Hammer；486DX是当时和 ARM、68K、MIPS、SuperH齐名的五大嵌入式处理器之一；现有基于 x86 的 STPC高度集成系统；总结：这讲课主要讲解了嵌入式系统的定义、组成、应用、特点,然后叙述了实时系统的相关概念,最终对嵌入式处理器进行了详细的介绍,本书重点介绍了ARM 嵌入式处理器的相关内容,在下次课我们将接着叙述嵌入式操作系统和嵌入式操作系统的内 核；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 13 页