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1、嵌入式系统教案嵌入式系统教案嵌入式系统教案嵌入式系统教案武汉创维特信息技术有限公司武汉创维特信息技术有限公司 1/17/2023提纲1 13 32 2何谓嵌入式系统未来嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的应用领域第一章 嵌入式系统简介2 嵌入式技术无处不在q处理文档、进行工作管理和生产控制的计算机处理文档、进行工作管理和生产控制的计算机q各种使用嵌入式技术的电子产品，如：各种使用嵌入式技术的电子产品，如：MP3、PDA、手机、智能玩具，网络家电、智能家电、手机、智能玩具，网络家电、智能家电、车载电子设备等车载电子设备等q在工业和服务领域中，大量嵌入式技术也已经应在工业和服务领域中，大量嵌入式技术也
2、已经应用于工业控制、数控机床、智能工具、工业机器用于工业控制、数控机床、智能工具、工业机器人、服务机器人等各个行业，正在逐渐改变着传人、服务机器人等各个行业，正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式统的工业生产和服务方式何谓嵌入式系统3国际芯片市场来看q据统计每年只有据统计每年只有10-20%10-20%的计算机芯片是为台式的计算机芯片是为台式PCPC或膝上电脑而设计的。或膝上电脑而设计的。q嵌入式系统设计制造的嵌入式系统设计制造的CPUCPU每年大概有每年大概有10-2010-20亿片。亿片。q每年又有每年又有1 1万个新的嵌入式系统计划产生，而且越万个新的嵌入式系统计划产生，而且越来越多的系
3、统需要复杂的嵌入式操作系统。来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统。q如：手持设备市场。如：手持设备市场。20002000年的全球产销量为年的全球产销量为12901290万部，而到今年时预计将为万部，而到今年时预计将为63406340万部。万部。何谓嵌入式系统4中国信息家电市场q20012001年达到年达到500500亿亿 700 700亿元，今年有望达到亿元，今年有望达到35003500亿亿 5000 5000亿元。亿元。q国内现有国内现有80008000万有线电视网用户、万有线电视网用户、3 3亿多台彩色电亿多台彩色电视机和视机和70007000多万台多万台VCDVCDDVDDVD机。机。q
4、业内分析，未来业内分析，未来1010年是国内机顶盒生产的黄金时年是国内机顶盒生产的黄金时期，期，1010年总量可望达到年总量可望达到1 11.51.5亿台，总产值在亿台，总产值在60060015001500亿元人民币之间。亿元人民币之间。q仅此一项，嵌入式软件开发商每年获得的授权收仅此一项，嵌入式软件开发商每年获得的授权收入即可达到入即可达到10101515亿元。亿元。何谓嵌入式系统5嵌入式技术将成为后PC时代的主宰q嵌入式技术成为当前微电子技术与计算机技术中嵌入式技术成为当前微电子技术与计算机技术中的一个重要分支。的一个重要分支。q使计算机的分类从以前的巨型机、大型机、小型使计算机的分类从以
5、前的巨型机、大型机、小型机、微机之分变为了通用计算机和嵌入式系统之机、微机之分变为了通用计算机和嵌入式系统之分。分。q嵌入式的应用更是涉及金融、航天、电信、网络、嵌入式的应用更是涉及金融、航天、电信、网络、信息家电、医疗、工业控制、军事等各个领域，信息家电、医疗、工业控制、军事等各个领域，以致一些学者断言嵌入式技术将成为后以致一些学者断言嵌入式技术将成为后PC时代的时代的主宰。主宰。何谓嵌入式系统6后PC时代产品的蓬勃发展何谓嵌入式系统7什么是嵌入式系统q根据根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作用
6、于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置机器和设备的装置”（原文为（原文为devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants）。）。何谓嵌入式系统8简单地讲嵌入性嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求：嵌入到对象体系中，有对象环境要求专用性专用性：软、硬件按对象要求裁减：软、硬件按对象要求裁减计算机计算机：实现对象的智能化功能：实现对象的智能化功能q就是嵌入到对象体中的专用计算机系统就是嵌入到对象体中的专用计算机系统q三要素：三要素：嵌入、专用、计算机嵌入、专用、计算
7、机q嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点:由三要素引出由三要素引出何谓嵌入式系统9广义地说q一个嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的一个嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的计算机软硬件集合体。计算机软硬件集合体。q即以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬即以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统体积、功耗严格要求的专用计算机系统。q嵌入式系统发展的最高形式嵌入式系统发展的最高形式片上系统（片上系统（SOC）何谓嵌入式系统10嵌入式系统的分类芯片级嵌入（含程序或算法的处理器
8、）模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入非实时系统（PDA）软实时系统（消费类产品）硬实时系统（工业和军工系统）何谓嵌入式系统q按表现形式分（硬件范畴）按表现形式分（硬件范畴）：q按实时性要求分（软件范畴）按实时性要求分（软件范畴）：11嵌入式处理器的分类和现状q微控制器（微控制器（MCU）何谓嵌入式系统q数字信号处理器（数字信号处理器（DSP）q片上系统（片上系统（SOC）q可编程片上系统（可编程片上系统（SPOC）12MCU何谓嵌入式系统q嵌入式微控制器的典型代表是单片机这种位的嵌入式微控制器的典型代表是单片机这种位的电子器件电子器件,目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛目前在嵌入式设
9、备中仍然有着极其广泛的应用。的应用。q单片机芯片内部集成单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线逻辑、定时总线逻辑、定时/计数器、看门狗、计数器、看门狗、I/O、串行口、串行口、脉宽调制输出、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各种必要功能和外设。等各种必要功能和外设。13MCU处理能力非常有限何谓嵌入式系统qMCU微控制器，总线宽度一般为微控制器，总线宽度一般为4位、位、8位或位或16位，处理速度有限，一般在几个位，处理速度有限，一般在几个MIPS，进行一进行一些复杂的应用很困难，运行操作系统就更难。些复杂的应用很困难，运行操作系统就更难。14MPU何谓嵌入式系
10、统q嵌入式微处理器（嵌入式微处理器（Micro Processor Unit)qMPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的，演变而来的，8038680387q 与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。源实现嵌入式应用的特殊要求。15DSP何谓嵌入式系统qDSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，处理器是专门用
11、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，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、在数字滤波、FFT、频谱分析等各种仪器上频谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。获得了大规模的应用。qDSP是运算密集处理器，一般用在快速执行算法，是运算密集处理器，一般用在快速执行算法，做控制比较困难。为了追求高执行效率，不适合做控制比较困难。为了追求高执行效率，不适合运行操作系统，核心代码使用汇编。运行操作系统，核心代码使用汇编。16SOC何谓嵌入式系统qSOC（片上系统）是片上系统）是IC设计的发展趋势。采用设计的发展趋势。采用SOC设计技术，可以大幅度地提高系统
12、的可靠性，设计技术，可以大幅度地提高系统的可靠性，减少系统的面积和功耗，降低系统成本，极大地减少系统的面积和功耗，降低系统成本，极大地提高系统的性能价格比。提高系统的性能价格比。qSOC芯片已经成为提高移动通信、网络、信息家芯片已经成为提高移动通信、网络、信息家电、高速计算、多媒体应用及军用电子系统性能电、高速计算、多媒体应用及军用电子系统性能的核心器件。的核心器件。17SPOC何谓嵌入式系统q 用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作称作SOPC。可编程片上系统（可编程片上系统（SOPC）是一种是一种特殊的嵌入式系统：特殊的嵌入式系统：q首先它
13、是片上系统（首先它是片上系统（SOC），），即由单个芯片完成即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；整个系统的主要逻辑功能；q其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，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，并具备软硬件在系统可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。可编程的功能。18应用领域q社会经济的发展产生了一些新的需求，同时促进了嵌入式技术的广泛应用q中国正在成为世界制造大国，在消费电子、工业应用、军事国防、网络设备等领域都有嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用领域19嵌入式技术刺激了许多新的应用需求q嵌入式技术发展又在不断刺激新的技术产生 信息家电
14、、医疗电子病历、微小型智能武器消费电子消费电子嵌入式应用嵌入式应用信息家电信息家电智能玩具智能玩具军事电子军事电子通信设备通信设备移动存贮移动存贮工控设备工控设备智能仪表智能仪表汽车电子汽车电子网络设备网络设备工业工业军事国防军事国防电子商务电子商务网络网络嵌入式系统的应用领域20工业控制工业控制 工业设备是机电产品中最大一类工业设备是机电产品中最大一类q过去在工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统等方面，大部分低端型设备主要采用是位单片机。嵌入式系统的应用领域q随着技术发展，目前许多设备除了进行实时控制，还须将设备状态，传感器的信息等在显示屏上实时显示。21嵌
15、入式系统的应用领域22信息家电q信息家电将成为嵌入式系统最大的应用领信息家电将成为嵌入式系统最大的应用领域。域。嵌入式系统的应用领域q只有按钮、开关的电器显然已经不能满足只有按钮、开关的电器显然已经不能满足人们的日常需求。人们的日常需求。q具有用户界面，能远程控制，智能管理的具有用户界面，能远程控制，智能管理的电器是未来的发展趋势，如冰箱、空调等电器是未来的发展趋势，如冰箱、空调等的网络化、智能化等。的网络化、智能化等。23嵌入式系统的应用领域24嵌入式系统的应用领域25消费类电子智能玩具、手持通讯的核心嵌入式系统的应用领域26交通管理、环境监测q交通管理在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服
16、务方面，目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭嵌入式系统的应用领域q水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。q加油站、停车场管理27嵌入式系统的应用领域28智能玩具与机器人嵌入式系统的应用领域29嵌入式嵌入式InternetInternet应用应用嵌入式系统的应用领域30汽车电子嵌入式系统的应用领域31军事国防领域嵌入式系统的应用领域32航天领域嵌入式系统的应用领域33未来嵌入式系统的发展趋势q互联网的普及q半导体技术的改善q3C（Compute,Communication,Consumer）技术的快速融合q使用者的需求q信息服务应用生活化未来嵌入式系统的发展趋势34技术的渗透性和融合性未来嵌入式系统的发展趋势35设备的关联性未来嵌入式系统的发展趋势36个性化服务未来嵌入式系统的发展趋势37Any Time,Any Where,Any Medium,Any Content未来嵌入式系统的发展趋势38