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1、第一章第一章 嵌入式系统概述嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统定义与特点嵌入式系统定义与特点嵌入式系统定义嵌入式系统定义:n以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、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、硬件可裁剪，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成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。统。n它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或
2、管理等功能。视或管理等功能。嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点n1.嵌入式系统极其关注成本。嵌入式系统极其关注成本。n2.嵌入式系统对实时性有较强要求。n3.嵌入式系统一般采用EOS或RTOS。n4.嵌入式系统软件故障造成的后果较通用计算机更为严重。n5.嵌入式系统多为低功耗系统。n6.嵌入式系统经常在极端恶劣的环境下嵌入式系统经常在极端恶劣的环境下运行。运行。n7.嵌入式系统的系统资源与通用计算机相比是非常少的n8.嵌入式系统通常在ROM中存放所有程序的目标代码。9.嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器体系结构。10.嵌入式系统需要专用开发工具和方法进行设计。11.嵌入式系统具有软件的固件
3、化特点。1.2 嵌入式系统的应用领域嵌入式系统的应用领域n典型的嵌入式系统的应用领域主要有：1.工业控制2.交通管理3.信息家电4.家庭智能管理系统5.POS网络及电子商务6.环境工程与自然7.机器人1.2.2应用的发展趋势应用的发展趋势1.为设备网络通信提供标准接口为设备网络通信提供标准接口2.支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本3.提供精巧的多媒体人机界面4.嵌入式网络1.3 嵌入式系统的组成结构嵌入式系统的组成结构n嵌入式系统的基本结构一般可分为两个嵌入式系统的基本结构一般可分为两个部分：硬件和软件。部分：硬件和软件。1.3.1 嵌入式系统的硬件嵌入式系统的硬件嵌入式系统的硬件包括
4、嵌入式核心芯片、存储器系统及外部接口。其中嵌入式核心芯片指EMPU-嵌入式处理器、EMCU-嵌入式控制器、EDSP-嵌入式数字信号处理器、ESOC-嵌入式片上系统、EPSOC-嵌入式可编程片上系统。嵌入式系统的存储器系统，包括程序存储器（ROMEPROMFLASH）、数据存储器、随机存储器、参数存储器等。n1.嵌入式处理器嵌入式处理器n嵌入式处理器是构成系统的核心部件，系统工嵌入式处理器是构成系统的核心部件，系统工程中的其他部件均在它的控制和调度下工作。程中的其他部件均在它的控制和调度下工作。处理器通过专用的接口获取监控对象的数据、处理器通过专用的接口获取监控对象的数据、状态等各种信息，并对这
5、些信息进行计算、加状态等各种信息，并对这些信息进行计算、加工、分析和判断并做出相应的控制决策，再通工、分析和判断并做出相应的控制决策，再通过专用接口将控制信息传送给控制对象。根据过专用接口将控制信息传送给控制对象。根据其现状，嵌入式处理器可以分成下面：嵌入式其现状，嵌入式处理器可以分成下面：嵌入式微处理器微处理器(MPU),嵌入式微控制器嵌入式微控制器(MCU),嵌嵌入式入式DSP处理器处理器(DSP),嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SoC)n(1)嵌入式微处理器（嵌入式微处理器（Micro Processor Unit，MPU）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
6、CPU演演变而来的。它的特征是具有变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器，位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。但具有较高的性能，当然其价格也相应较高。但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用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，中，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，这样就以最低的功去除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。嵌入式耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心。微处理器是嵌入式系统的核心。n(2)嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Micr
7、ocontroller Unit，MCU)MCU(MicroController Unit)中文名称为微控中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机制单元，又称单片微型计算机(SingleChip Microcomputer)，是指随着大规模集成电路，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。合做不同组合控制。(3)嵌入式嵌入式DSP处理器处理器(Embedded Digita
8、l Signal Processor，EDSP)DSP是一种独特的微处理器，是以数字信号来处是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号模拟信号，转换为转换为0或或1的数字信号，再对数字信号进行修的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统改、删除、强化，并在其他系统 n芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。式。(4)嵌入式片上系统(SystemOnChip)系统功能分析写设计说明书开发系统数学模型验证和修改算法软、硬件功能划分定义软、硬件接口写硬件设计说明书写
9、软件设计说明书开发硬件行为级模型软、硬件协同仿真软件开发可重用IP核划分硬件电路与应用软件SOC集成及验证IP_NIP_1产品发布图1.4 SoC的体系结构2.嵌入式存储器n(1)嵌入式易失性存储器n（2）嵌入式非易失性存储器1.3.2 嵌入式系统的软件嵌入式系统的软件应用软件应用软件应用编程接口嵌入式操作嵌入式操作系统系统BSP底层硬件图1.6 嵌入式系统软件层次结构1.4 嵌入式系统分类嵌入式系统分类n1.单个微处理器n2.不带计时功能的微处理器装置n3.带计时功能的组件n4.在制造或过程控制中使用的计算机系统1.5 嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展历史n单片微型计算机即SCM（SingleChipMicrocomputer）阶段n第二阶段是MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段n第三阶段是SoC（SystemonChips）单片机是嵌入式系统的独立发展之路1.5.3 未来嵌入式系统的发展趋势未来嵌入式系统的发展趋势n1.高可靠性、高稳定性n2.运算速度快、开发周期短n3.强大的扩展功能和网络传输功能1.6小结n（1）嵌入式系统的定义与特点。n（2）嵌入式系统的应用领域。n（3）嵌入式系统的组成与分类。n（4）嵌入式系统的发展历史。