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1、嵌入式系统嵌入式系统0101自我介绍自我介绍单单 位位：计算机学院：计算机学院 多媒体研究所多媒体研究所姓姓 名名：付少锋：付少锋主要研究工作主要研究工作：图像输入设备、嵌入式系统：图像输入设备、嵌入式系统办办 公公 地地 点点：科技试验楼：科技试验楼13011301办办 公公 电电 话话：88203643 8820102988203643 88201029手手 机机：1399112009513991120095e-Mail e-Mail ：2西安电子科技大学计算机学院参考书目参考书目嵌入式系统设计教程嵌入式系统设计教程q马洪连 等编 电子工业出版社嵌入式系统导论嵌入式系统导论q胡继阳 等编
2、中国铁道出版社嵌入式系统开发与应用嵌入式系统开发与应用q田泽 编 北京航空航天大学出版社嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统C/OS-2C/OS-2q美Jean.Labrosse著 邵贝贝 等译 北航出嵌入式操作系统基础嵌入式操作系统基础C/OS-C/OS-和和LinuxLinuxq任哲 等编 北京航空航天大学出版社9西安电子科技大学计算机学院1.1 1.1 引言引言由于信息技术、网络技术的高速发展由于信息技术、网络技术的高速发展和后和后PCPC时代的到来，嵌入式系统已经时代的到来，嵌入式系统已经广泛渗透到科学研究、工程设计、军广泛渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以事
3、技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活中。嵌入式系统应及人们的日常生活中。嵌入式系统应用的例子比比皆是。可以说，嵌入式用的例子比比皆是。可以说，嵌入式系统无所不在、无处不在。系统无所不在、无处不在。10西安电子科技大学计算机学院应用举例（一）应用举例（一）智能玩具智能玩具11西安电子科技大学计算机学院应用举例（二）应用举例（二）汽车电子汽车电子12西安电子科技大学计算机学院应用举例（三）应用举例（三）信息家电信息家电13西安电子科技大学计算机学院应用举例（四）应用举例（四）消费电子消费电子14西安电子科技大学计算机学院应用举例（五）应用举例（五）工业国防工业国防15西安电子科技大学计算
4、机学院嵌入式系统的应用范围如此之广，涉嵌入式系统的应用范围如此之广，涉及面如此之大，以至于有些学者及面如此之大，以至于有些学者断言断言嵌入式技术将成为后PC时代的主宰。前景前景16西安电子科技大学计算机学院何为嵌入式系统何为嵌入式系统简单的讲，就是嵌入到对象体中的专简单的讲，就是嵌入到对象体中的专用计算机系统。用计算机系统。嵌入式系统嵌入式系统三要素三要素 ：q嵌入性：嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环嵌入到对象体系中，有对象环境要求境要求。q专用性：专用性：软、硬件按对象要求裁减。软、硬件按对象要求裁减。q计计算机：算机：实现对实现对象的智能化功能象的智能化功能 。17西安电子科技大学计算机
5、学院1.2 1.2 嵌入式系统定义嵌入式系统定义IEEEIEEE（Institute of Electrical and Electronics Institute of Electrical and Electronics EngineersEngineers）的定义）的定义 ：devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants（用于控制、监视或者辅助操作设备和机器的装置）目前国内一个普遍被认同的定义是：目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础
6、，软、硬 件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。18西安电子科技大学计算机学院1.3 1.3 嵌入式系统历史嵌入式系统历史20世纪世纪70年代单片机的出现，这时的应用只是使用年代单片机的出现，这时的应用只是使用8位的位的芯片执行一些单线程的程序，还谈不上芯片执行一些单线程的程序，还谈不上“系统系统”的概念。的概念。20世纪世纪80年代出现商业级的嵌入式年代出现商业级的嵌入式“操作系统操作系统”，并在其，并在其上编写嵌入式应用软件。上编写嵌入式应用软件。19811981年，Ready SystemReady System开发出世界上第一个商业嵌入式实时
7、内核（VTRX32VTRX32）。20世纪世纪90年代以后，出现实时多任务操作系统（年代以后，出现实时多任务操作系统（RTOS），），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。19西安电子科技大学计算机学院1.41.4嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点嵌入式系统是应用于特定环境下执行面对专业领域嵌入式系统是应用于特定环境下执行面对专业领域的应用系统，其特点为：的应用系统，其特点为：q系统内核小，可裁剪；q专用性强；q系统精简；q通常要求有高实时性的操作系统；q嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境；q一旦进入市场，就具有较长的生命周期
8、；20西安电子科技大学计算机学院1.5 1.5 嵌入式系统组成嵌入式系统组成硬件组成硬件组成21西安电子科技大学计算机学院嵌入式系统组成嵌入式系统组成软件组成软件组成22西安电子科技大学计算机学院1.6 1.6 软件层次结构软件层次结构驱动层程序驱动层程序q硬件抽象层（HAL）q板级支持包（BSP）q设备驱动程序操作系统操作系统APIAPI应用程序应用程序23西安电子科技大学计算机学院1.7 1.7 嵌入式系统的分类嵌入式系统的分类按表现形式分（硬件范畴）按表现形式分（硬件范畴）：芯片级嵌入（含程序或算法的处理芯片级嵌入（含程序或算法的处理器）。器）。模块级嵌入（系统中的某个核心模模块级嵌入（
9、系统中的某个核心模块）。块）。系统级嵌入。系统级嵌入。24西安电子科技大学计算机学院嵌入式系统的分类嵌入式系统的分类按实时性要求分（软件范畴）按实时性要求分（软件范畴）：非实时系统（非实时系统（PDAPDA）。）。软实时系统（消费类产品）。软实时系统（消费类产品）。硬实时系统（工业和军工系统）。硬实时系统（工业和军工系统）。25西安电子科技大学计算机学院1.8 1.8 处理器的分类和现状处理器的分类和现状嵌入式系统硬件的核心部件是嵌入式处嵌入式系统硬件的核心部件是嵌入式处理器，按嵌入式处理器用途可分为：理器，按嵌入式处理器用途可分为：嵌入式微控制器（嵌入式微控制器（Micro Controll
10、er Unit MCUMicro Controller Unit MCU）嵌入式嵌入式DSPDSP（Digital Signal ProcessorDigital Signal Processor）嵌入式微处理器（嵌入式微处理器（Micro Processor Unit MPUMicro Processor Unit MPU）SOCSOC（System On ChipSystem On Chip）SOPCSOPC（System On Programmable Chip System On Programmable Chip）26西安电子科技大学计算机学院嵌入式微控制器嵌入式微控制器嵌入式微控制
11、器的典型代表是单片机。嵌入式微控制器的典型代表是单片机。单片机芯片内部集成了单片机芯片内部集成了ROM/EPROMROM/EPROM，RAMRAM，总线，定时器总线，定时器/计数器，看门狗，计数器，看门狗，I/OI/O，串，串行口，脉宽调制输出，行口，脉宽调制输出，A/DA/D，D/A,FLASH,E2PROM D/A,FLASH,E2PROM 等。等。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源丰富，适合用于微控制器的片上外设资源丰富，适合用于控制，因此称为微控制器。控制，因此称为微控制器。27西安电子科技大学计算机学院嵌入式嵌入式DSPDS
12、PDSPDSP处理器是专门用于信号处理方处理器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。在数字滤编译效率和指令执行速度。在数字滤波、波、FFTFFT、频谱分析等仪器上，、频谱分析等仪器上，DSPDSP获获得了大规模的应用得了大规模的应用。28西安电子科技大学计算机学院嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器是由通用计算机中嵌入式微处理器是由通用计算机中的的CPUCPU演变而来。具有演变而来。具有3232位以上的处理位以上的处理器，在实际嵌入式应用中，它只保留器，在
13、实际嵌入式应用中，它只保留与嵌入式应用紧密相关的功能硬件以与嵌入式应用紧密相关的功能硬件以实现嵌入式应用的特殊要求。目前主实现嵌入式应用的特殊要求。目前主要的嵌入式处理器类型有要的嵌入式处理器类型有ARMARM、MIPSMIPS、POWER PCPOWER PC等。等。29西安电子科技大学计算机学院SOCSOC将通用处理器的将通用处理器的IPIP核和功能模块的核和功能模块的IPIP核按用户要求组成系统，仿真后提核按用户要求组成系统，仿真后提交芯片厂商生产。（也可下载到交芯片厂商生产。（也可下载到FPGAFPGA中。百万门）绝大部分系统构件都在中。百万门）绝大部分系统构件都在系统内部。（系统内部
14、。（SOCSOC技术与前三种嵌入式技术与前三种嵌入式处理器是不一样的）处理器是不一样的）30西安电子科技大学计算机学院SOPCSOPC用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作片上，称作SOPCSOPC。可编程片上系统可编程片上系统（SOPCSOPC）是一种特殊的嵌入式系统：是一种特殊的嵌入式系统：首先它是片上系统（首先它是片上系统（SOCSOC），），即由单个芯即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具计方式，可裁减、可扩
15、充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。备软硬件在系统可编程的功能。31西安电子科技大学计算机学院1.9 1.9 嵌入式操作系统分类嵌入式操作系统分类嵌入式系统软件一般由嵌入式操作系统和嵌入式系统软件一般由嵌入式操作系统和应用软件组成应用软件组成 ；操作系统是连接计算机硬；操作系统是连接计算机硬件与应用程序的系统程序，可分为：件与应用程序的系统程序，可分为：q顺序执行系统（单任务系统，如DOS）。q分时操作系统：其特点包括多路性、交互性、“独占性”和及时性（UNIX）。q实时操作系统（RTOS）：计算的正确性不仅取决于程序的逻辑正确性，更取决于结果产生的时间。根据对产生时间要求的严格程度又
16、可分为：硬实时操作系统软实时操作系统32西安电子科技大学计算机学院1.10 1.10 软件开发环境的建立软件开发环境的建立交叉开发环境交叉开发环境q在线调试q在线仿真qROM监控器软件模拟环境软件模拟环境评估电路板（最为常见）评估电路板（最为常见）33西安电子科技大学计算机学院1.11 1.11 嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用工业控制工业控制交通管理交通管理信息家电信息家电家庭智能管理系统家庭智能管理系统POSPOS网络及电子商务，电子政务网络及电子商务，电子政务环境检测环境检测机器人机器人34西安电子科技大学计算机学院1.12 1.12 嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势嵌入式应用软件的开发需要强大的开嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持发工具和操作系统的支持 互联网成为必然趋势互联网成为必然趋势 支持小型电子设备实现小尺寸、微功支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本耗和低成本 提供精巧的多媒体人机界面提供精巧的多媒体人机界面 35西安电子科技大学计算机学院36西安电子科技大学计算机学院37西安电子科技大学计算机学院38西安电子科技大学计算机学院39西安电子科技大学计算机学院40西安电子科技大学计算机学院谢谢！谢谢！41西安电子科技大学计算机学院