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1、第第1章章 嵌入式系统概述嵌入式系统概述梅魁志梅魁志 副教授副教授 人工智能与机器人研究所人工智能与机器人研究所1课程内容安排课程内容安排n嵌入式系统概述嵌入式系统概述(2(2学时学时)nARMARM体系结构体系结构(6 6学时学时)nARMARM指令系统指令系统(4(4学时学时)nXScaleXScale微处理器的体系结构微处理器的体系结构(4(4学时学时)nW90P710W90P710应用处理机的介绍应用处理机的介绍(4(4学时学时)n嵌入式嵌入式LinuxLinux、操作系统移植、操作系统移植(2(2学时学时)n嵌入式软件开发环境的建立嵌入式软件开发环境的建立(2(2学时学时)nW90P
2、710W90P710开发平台开发平台Boot LoaderBoot Loader与与System Library(4System Library(4学时学时)nARM ADSARM ADS与与W90P710gW90P710g开发板的程序验证开发板的程序验证(4 4学时学时)实实验验2教材及其参考资料教材及其参考资料n1 1 陈章龙陈章龙 主编，嵌入式技术与系统主编，嵌入式技术与系统-Intel Intel XScaleXScale结构与开发，北京航空航天出版社，结构与开发，北京航空航天出版社，20042004年年2 2月第月第1 1版版。nWayne WolfWayne Wolf，嵌入式计算系
3、统设计原理，嵌入式计算系统设计原理，机械，机械工业出版社，工业出版社，2002002 2年。年。3嵌入式系统定义嵌入式系统定义 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁减，适应应用系统对术为基础，且软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统的专用计算机系统。4嵌入式系统应用领域嵌入式系统应用领域5汽车电子应用汽车电子应用6嵌入式系统的分类嵌入式系统的分类硬件范畴硬件范畴芯片级：包含程序与算法的处理器芯片级：包含程序与算法的处理器模块级：系统中的核心模块部件模块
4、级：系统中的核心模块部件系统级：片上系统（系统级：片上系统（SOCSOC）软件范畴软件范畴非实时系统：非实时系统：PDAPDA个人数字助理个人数字助理软实时系统：消费类电子产品软实时系统：消费类电子产品硬实时系统：硬实时系统：GPSGPS全球定位系统全球定位系统7嵌入式硬件方案选择嵌入式硬件方案选择P1微控制器微控制器MCUMCU：MCS-51MCS-51数字信号处理器数字信号处理器DSPDSP：TMS320C6000TMS320C6000微处理器微处理器MPUMPU (1)X86 (1)X86微处理器微处理器 优点：开发方便，移植容易。优点：开发方便，移植容易。缺点：体积大，功耗高，实时性差
5、。缺点：体积大，功耗高，实时性差。(2)(2)嵌入式微处理器嵌入式微处理器 StrongARMStrongARM,XscaleXscale.片上系统片上系统SOCSOC8MP3播放器主芯片解决方案播放器主芯片解决方案1 1、MCU+ASICMCU+ASIC（DSPDSP）：珠海炬力等）：珠海炬力等2 2、DSPDSP：MotorolaMotorola、TITI、ADIADI3 3、ARM:PhilipsARM:Philips、TelechipsTelechips9嵌入式处理器嵌入式处理器ARMARM架构微处理器架构微处理器ARMARM公司是嵌入式公司是嵌入式RISCRISC处理器的知识产权处理
6、器的知识产权IPIP供应商。典型供应商。典型的的ARMARM处理器内核：处理器内核：ARM7TDMIARM7TDMI、ARM9TDMIARM9TDMI及及ARM10TDMIARM10TDMI。ARM7ARM ARM7ARM系列系列3232位整数运算核；位整数运算核；T T 内含内含1616位压缩指令集位压缩指令集Thumb;Thumb;D D 支持片内支持片内DEBUGDEBUG调试；调试；M M 增强型乘法器；增强型乘法器；I I 嵌入式嵌入式ICEICE宏单元。宏单元。StrongARMStrongARM架构处理器架构处理器 针对手持式消费类电子设备核移动计算与通信的嵌入式针对手持式消费类
7、电子设备核移动计算与通信的嵌入式处理器。处理器。Intel Intel XScaleXScale架构处理器架构处理器 针对无线手持应用产品的嵌入式处理器针对无线手持应用产品的嵌入式处理器。见教材见教材P7P7页页10嵌入式软件系统的特征嵌入式软件系统的特征系统内核小：最小可达系统内核小：最小可达5K5K专用性强：通用芯片向专用芯片发展专用性强：通用芯片向专用芯片发展系统精简：指令精练、效率高系统精简：指令精练、效率高高实时性操作系统：高实时性操作系统：VxWorksVxWorks嵌入式软件面向标准化嵌入式软件面向标准化嵌入技术应用需要开发工具和开发环境嵌入技术应用需要开发工具和开发环境嵌入技术
8、的软件工作量增大嵌入技术的软件工作量增大11嵌入式操作系统的特点和种类嵌入式操作系统的特点和种类(1)(1)编码空间体积小；编码空间体积小；(2)(2)面向应用，可裁减和定制；面向应用，可裁减和定制；(3)(3)实时性强；实时性强；(4)(4)可靠性高。可靠性高。(1)(1)通用类：通用类：Window CEWindow CE、嵌入式嵌入式LINUXLINUX。(2)(2)面向工业和通信类：面向工业和通信类：SymbianSymbian,VxWorksVxWorks；(3)(3)单片机类：单片机类：uCuC/OS/OS (4)(4)面向面向InternetInternet类：类：PalmOSP
9、almOS。12嵌入式操作系统嵌入式操作系统nVxWorks：美国美国WindRiverWindRiver公司于公司于19831983年开发，具有可靠、年开发，具有可靠、实时、可裁减特性。实时、可裁减特性。nWindows Embedded:支持具有丰富应用程序和服支持具有丰富应用程序和服务的务的32位嵌入式系统。主要系列：位嵌入式系统。主要系列：WindowsCE3.0，WindowsNTEmbedded4.0和带有和带有ServerApplianceKit的Windows2000。nPalm OS：CompagCompag公司产品，在公司产品，在PDAPDA市场占据很大分额。市场占据很大分
10、额。具有开放的操作系统应用程序接口（具有开放的操作系统应用程序接口（APIAPI），），可以让用户灵可以让用户灵活方便地定制操作系统。活方便地定制操作系统。n嵌入式嵌入式Linux:近两年近两年,Linux在嵌入式领域异军突起在嵌入式领域异军突起,它它的独特性的独特性,将使其作为开发嵌入式产品的操作系统具备巨大将使其作为开发嵌入式产品的操作系统具备巨大的潜力。的潜力。Linux具有一些独特的优势：层次结构及内核完全具有一些独特的优势：层次结构及内核完全开放；强大的网络支持功能；具备一整套工具链；广泛的硬开放；强大的网络支持功能；具备一整套工具链；广泛的硬件支持特性。件支持特性。13应用软件开发
11、应用软件开发n嵌入式系统的编程语言汇编和C/C+交叉编译器14系统软件调试系统软件调试(1)模拟开发调试SIMULATION(2)嵌入式在线仿真Embedded-ICE(3)远程调试15技术开发平台化标准化开放化技术开发平台化标准化开放化1.PNE：网络设备平台;IXP1200网络处理器2.PCD：消费设备平台;3.PIC：工业设备平台;4.PCI：汽车信息平台;5.PSC：关键安全平台-WindRiver16平台支撑系统软件平台支撑系统软件n实时操作系统实时操作系统 RTOS-Real Time Operation RTOS-Real Time Operation SystemSystemn
12、板级支持包板级支持包 BSP-Board support PackageBSP-Board support Packagen设备驱动程序设备驱动程序 Device DriverDevice Drivern协议栈协议栈 Protocol StackProtocol Stackn中间件中间件 Middleware Middleware 位于平台（硬件与操位于平台（硬件与操作系统）和应用之间的通用服务）集成、通作系统）和应用之间的通用服务）集成、通用、基础性中间件用、基础性中间件n应用程序应用程序 ApplicationApplication17Intel PCA架构架构-P2PersonalInt
13、ernetClientArchitecture.(1)应用子系统(2)通信子系统(3)内存子系统18摩托罗拉摩托罗拉 A1200n手机制式手机制式：GSM手机昵称手机昵称：A1200,明,尚品PDA外观样式外观样式：翻盖支持频段支持频段：850/900/1800/1900MHz网络连接网络连接：GPRS标配电池标配电池：850mAh摄像头像素摄像头像素：200万像素手机通话时间手机通话时间：270-420分钟CPU：IntelXScale312MHz19Intel Xscale开发平台开发平台20Sitsang平台体系结构平台体系结构Intel Sitsang平台结构21芯片制造和设计的不断进
14、步芯片制造和设计的不断进步22未来嵌入式技术演进未来嵌入式技术演进Digital CamerasMobile phoneHome entertainmentMobile SOC platformDC SOC platformHDTV SOC platformIntegrated HW/SW platform for Embedded SOCmpeg4H.264QoSWLANAACvoice+video+audio+dataVoIP23多核媒体处理器多核媒体处理器24ARM多处理器平台多处理器平台25诺基亚手机典型应用方案操作系统：操作系统：Symbian OS S60 应用处理器：应用处理器：
15、高频经济型高频经济型MXC300-30：E71,E65,单核可变频的单核可变频的ARM 11 369MHz处理器，包括通讯、数据、多媒体等诸多功能的处理任处理器，包括通讯、数据、多媒体等诸多功能的处理任务，支持务，支持3G网络，增加了对网络，增加了对GPS功能的支持，缺少很多解码器，功能的支持，缺少很多解码器，3D处理性能较低等，在多媒体表现方面稍稍逊色。处理性能较低等，在多媒体表现方面稍稍逊色。高画质型高画质型OMAP2420:N95、N93i等，使用等，使用ARM1136，频率，频率可以达到可以达到330MHz，集成了，集成了2D/3D图形处理器，支持图形处理器，支持openGL，运，运算速度高达每秒算速度高达每秒2百万个多边形。百万个多边形。26嵌入式系统的学习内容嵌入式系统的学习内容n硬件设计以及底层软件，如BootLoader、BoardSupportPackage(像PC的BIOS一样，往下驱动硬件，往上支持操作系统）n嵌入式操作系统和应用软件的开发：掌握主流嵌入式微处理器的结构与原理熟悉嵌入式操作系统n熟悉嵌入式软件开发流程与项目。27