嵌入式系统基础教程第01讲第1章绪论.ppt

嵌入式系统原理与开发,第1讲 南京大学计算机系 俞建新主讲,2008年春季,2,课程目的,理论与实践相结合 以嵌入式系统基础及嵌入式软件的核心嵌入式实时操作系统为重点，以应用为目的，全面介绍嵌入式系统 使大家既能对嵌入式系统及开发有一个全景的把握，又能深入理解嵌入式实时操作系统。 配套多种嵌入式平台的C/OS-II实验，提供丰富的实验和手册,3,课程特点,利用PC机就可以自己动手搭建嵌入式系统的开发平台，熟悉应用开发，更方便地学习和理解嵌入式系统的基础知识： 从纯软件到硬/软件结合 从“纸”上谈兵（编程序）到“板”上谈兵 从“懂”怎么做到“会”做 从讲/听到讲/听/做,4,本课程简介,本科生选修课 学分：3 总课时：54小时 授课：18次，36小时 实验：18小时 考试：2小时 授课地点：教学楼C301教室 授课时间：每周一上午 第1、2节课,5,课程的主要内容,嵌入式系统基础，约12节课 嵌入式系统导论（什么是嵌入式系统？嵌入式系统分类、发展历程、特点、应用领域、发展趋势）, 约3节课 嵌入式硬件系统基础（基本组成，嵌入式微处理器：ARM、MIPS、X86、SH等，总线、存储系统、输入/输出与典型接口等， W90P710/SH7709S ），约7节课 嵌入式软件系统基础（分类、特点、体系结构、运行流程、操作系统、开发工具）,约2节课,6,课程的主要内容,嵌入式实时内核，约14节课 任务管理与调度（任务、任务管理、调度算法）, 约6节课 同步、互斥与通信（信号量、信箱、队列、事件、异步信号） , 约4节课 中断和时间管理（中断分类、处理过程、中断管理机制、硬件时钟设备、与OS的管理关系、时间管理机制） , 约2节课 内存管理和I/O管理（特点和管理机制） , 约2节课,7,课程的主要内容,嵌入式系统软件的开发, 约4节课 嵌入式系统开发模式 嵌入式软件开发工具 软件分析设计方法 复习：2节课 实验：34节课,8,实验系统的内容,目标平台,开发工具,嵌入式操作系统,实验项目,9,实验系统的内容,配套8个实验项目，具体是： 开发环境建立实验：1个/平台 实时内核实验：7个 任务的基本管理 优先级反转 优先级继承 信号量：哲学家就餐问题的实现 消息队列 时钟中断 C/OS-II的内存分配,10,教材及参考资料,嵌入式系统基础教程，俞建新等主编，机械工业出版社. 嵌入式实时操作系统及应用开发，罗蕾主编，北京航空航天大学出版社. Jean J.Labrosse. 嵌入式实时操作系统uC/OS-II(第2版). 北京航空航天大学出版社.及uC/OS-II ebook 嵌入式计算系统设计原理 （美）Wayne Wolf Computers as Components：Principles of Embedded Computing System Design Jean J.Labrosse. 嵌入式实时操作系统uC/OS-II(第2版). 北京航空航天大学出版社. C.M.Krishna, Kang G.Shin. REAL-TIME SYSTEMS. Tsinghua University Press, McGraw-Hill. A Survey of Real-time Operating Systems. WHAT MAKES A GOOD RTOS.,11,授课主教材介绍,嵌入式系统基础教程 俞建新 王健 宋健建 机械工业出版社 2008年3月第1版 书号： ISBN 978-7-111-22944-5 定价：42元 要求修课同学人手一本,12,综合实验教材,俞建新等编著 清华大学出版社 本课程上机实验必备教材。给出了典型的嵌入式应用程序编写范例，适合本科生使用和自学。 配套的实验系统为JXARM2410或者CVT-PXA270。, 嵌入式应用程序开发综合实验9例,13,主要参考书,嵌入式系统开发与应用 田泽编著 北京航空航天大学出版社 ISBN: 7-81077-541-3 2005年1月第1版 定价：54.00元 简评：主要介绍嵌入式基本概念、ARM体系结构、ARM嵌入式程序设计、uCOS-II操作系统、设备驱动、 uCLinux操作系统。借用为宜。,14,参考资料,Real-time Embedded Software Systems OSEK/VDX Operating System. Version 2.2.2. July 5th, 2004. Charting Past, Present, Future Research in Ubiquitous Computing. Priority Inheritance Protocols: An Approach to Real-Time Synchronization CLDCSpecification1.1 ,15,课程成绩,课程成绩平时成绩实验成绩期末考试成绩 平时成绩 5分， 实验成绩 25分 期末考试：闭卷考试70分,16,理论教学主要内容,嵌入式系统概述 可编程逻辑器件与IP核 嵌入式微处理器与调试技术 ARM体系结构和指令集 ARM汇编语言程序设计 ARM开发工具 ARM中断、DMA和时间管理 嵌入式存储器和接口技术 嵌入式操作系统概论,17,前导课程知识,基础课程 计算机组成原理，微机原理与接口 软件专业课程 操作系统 汇编语言，ANSI C（标准 C），JAVA 硬件专业课程 电子线路，数字电路，集成电路设计,18,本课程的实验环节,包含四部分实验 基于ADS集成开发环境的ARM汇编语言实验 基于ADS集成开发环境的C语言实验 17个ARM300-S实验平台的常规实验 在ARM300-S实验平台完成一个综合实验 自行创意的综合实验 基于9例教材的改进型综合实验,19,第1章 绪论,本章介绍以下内容： 什么是嵌入式系统？ 嵌入式系统的发展简史 嵌入式系统的特点 嵌入式系统的分类 嵌入式系统的基本组成 嵌入式处理器 嵌入式系统发展趋势 嵌入式系统的相关研究领域,20,1.1 什么是嵌入式系统？,顾名思义： 包含（安装）在电子装置（应用对象）内部的计算机系统称为嵌入式系统。 基本描述： 专门用途的计算机系统 常常用于控制 广泛存在 包含硬件和软件,21,嵌入式系统的释义,全称 嵌入式计算机 嵌入式计算机系统 简称 嵌入式系统 相关术语 嵌入式设备 嵌入式技术 有时还进一步简称为嵌入式,22,民用嵌入式设备或产品1,MOTOC350 彩屏WAP移动电话,彪骐数字机顶盒,BlackBerry 7230移动电话,DL7100/DL7200 数字式示波器,嵌入式GIS,畅视2000可视电话,Palm Zire71型个人数字助理,23,民用嵌入式设备或产品2,24,苹果公司的媒体播放器和手机 iPOD和iPHONE,25,嵌入式产品电子书阅读器,飞利浦Readius,亚马逊Kindle,26,手机的内部结构-1,27,手机的内部结构-2,28,手机的内部结构-3,29,手机的内部结构-4,诺基亚N95手机内部结构,30,诺基亚N95型手机基本技术指标,手机型号：诺基亚N95 通信制式：GSM 外形：滑盖 LCD色彩数：1600万 LCD分辨率：240 x 320 重量：120克 电池：950 毫安时诺基亚电池 BL-5F 数码相机：500万像素 GPS模块：SiRF科技公司SirfIII芯片，可追踪20颗星 客户端手持设备操作系统：Symbian OS 9.3,31,用于水下勘测的螃蟹机器人,英国巴斯大学一位研究生设计的，它目前可以在陆地上任意移动，未来的开发设计将计划将它用于完全的水下勘测任务操作。,32,富士数码相机FinePix F460,富士公司2006年前后推出 500万像素中档相机 光学镜头：3倍变焦 LCD ：2.5英寸 电荷耦合器件(CCD)： 索尼公司500万像素的ICX505 图像处理芯片：ADI公司的AD9948A 读取CCD的输出信号，图像数据处理,33,富士数码相机FinePix F460（续）,电机控制电路：三洋公司的ASIC(LB8659) 用于控制镜头拉伸、缩放和聚焦 微控制器：NEC公司的uPD78F0533 处理按键，完成主要的系统控制功能 内存储器：三星公司的SDRAM (K4M283233) 提供图像处理所需的工作内存,34,Finepix数码相机的解剖照片,35,嵌入式系统高端应用的产品,美国AGM-86B战略空射巡航导弹,美国火星登陆车,国产战斗机F-7MG,机器人,国产88式坦克,2002年型林肯黑木(Blackwood)汽车,36,嵌入式系统的定义（1）,根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义： 嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置。” 英文原文为：devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants.,37,嵌入式系统的定义（2）,本课程使用的定义，也是国内高校流行的定义： 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。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部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。,38,嵌入式系统的定义（3）,根据中国微机学会的定义： 嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统，可以分为系统级，板级，片级。 芯片级嵌入 含程序或算法的处理器 模块级嵌入 系统中的某个核心模块板 系统级嵌入 主计算机系统,39,专家观点（1）,嵌入式系统只是单板机在某种场合下的应用 个体经营的单片机公司经理语 我们的控制装置产品都用嵌入式系统设计方案 中科院自动化研究所工程师语 单片机是嵌入式系统的初级形态，SOC是嵌入式系统的高级形态 南京市单片机协会理事资深专家语。,40,专家观点（2）,要想成功地设计一个嵌入式系统，就必须寻找或开发一个合适的软件和硬件平台。 电子工程专辑()主编语 嵌入式系统是信息产业走向二十一世纪知识经济时代的最重要的经济增长点之一，对中国的信息产业来说充满了机遇和挑战。 单片机实验室高级工程师语 国内外嵌入式系统市场是广阔天地，嵌入式系统是新的经济增长点。 北京计算机高级专家工控学会资深理事语。,41,参考解释（1）,Understand the Definition of an Embedded System An “embedded system“ is any computer system or computing device that performs a dedicated function or is designed for use with a specific embedded software application. Embedded systems may use a ROM-based operating system or they may use a disk-based system, like a PC. But an embedded system is not usable as a commercially viable substitute for general purpose computers or devices. 但是一个嵌入式系统不是通用计算机或装置的商业可行的替代用品,42,参考资料微软公司的网页,43,参考解释（2）,Embedded System Definition A specialized computer system that is part of a larger system or machine. Typically, an embedded system is housed on a single microprocessor board with the programs stored in ROM. Virtually all appliances that have a digital interface - watches, microwaves, VCRs, cars - utilize embedded systems. Some embedded systems include an operating system, but many are so specialized that the entire logic can be implemented as a single program.,44,嵌入式系统的应用领域,嵌入式 系统,45,主要的嵌入式系统产品,手机 媒体播放器 机器人 PDA 机顶盒 医疗器械 通信设备 网关、路由器 IC卡,工业控制装置 电子书 计算机外部设备 打印机 数码相机 信息家电 汽车电子,46,嵌入式系统在汽车产业的应用,单芯片微电脑控制系统 雨刷、车灯系统、仪表盘、电动门窗等 MCU系统 ABS系统、智慧安全气囊、主动式悬吊系统、发动机管理系统等 SoC系统 混合动力总成、底盘综合控制、汽车定位导航、车辆状态记录与监控等,47,汽车上嵌入式系统的装备情况,据统计，从1989年至2000年，平均每辆车上电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由16增至23以上。 一些豪华轿车上，使用单片微型计算机的数量已经达到48个，电子产品占到整车成本的50以上。 目前电子技术的应用几乎已经深入到汽车所有的系统。,48,两种汽车使用的嵌入式系统,一类是汽车电子控制装置 它和车上机械系统进行配合使用，即所谓“机电结合”的汽车电子装置；它们包括发动机、底盘、车身电子控制。例如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、防滑控制、牵引力控制、电子控制悬架、电子控制自动变速器、电子动力转向等。,49,两种汽车使用的嵌入式系统（续）,另一类是车载汽车电子装置 车载汽车电子装置是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，它和汽车本身的性能并无直接关系。它们包括汽车信息系统（行车电脑）、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。,50,汽车嵌入式控制的发展方向,向集中综合控制发展： 将发动机管理系统和自动变速器控制系统，集成为动力传动系统的综合控制（PCM）； 将制动防抱死控制系统（ABS）、牵引力控制系统（TCS）和驱动防滑控制系统（ASR）综合在一起进行制动控制； 通过中央底盘控制器，将制动、悬架、转向、动力传动等控制系统通过总线进行连接。控制器通过复杂的控制运算，对各子系统进行协调，将车辆行驶性能控制到最佳水平，形成一体化底盘控制系统（UCC）。,51,汽车电子系统模块的布局,52,汽车电子应用：主被动集成方案 Active Passive Integration Approach APIA,APIA可利用网络覆盖汽车的所有主动及被动安全系统，并集成了环境传感器。 APIA系统复杂，包括自适应巡航控制、组合传感器、侧面传感器、数据网关、相应的控制单元等等。系统核心是危险控制模块，它能意识到潜在的碰撞，并引入预先设定的措施。,53,1.2 嵌入式系统的发展简史,第一阶段 以4到8位单片机为核心的可编程控制器系统 第二阶段 以8到16位嵌入式处理器（CPU）为基础 第三阶段 32位RISC嵌入式中央处理器 嵌入式操作系统 第四阶段 基于Internt接入为标志的嵌入式系统,54,从4个方面考察嵌入式系统历史,可从4个方面考察嵌入式系统的历史 硬件 软件 代表产品 系统结构 近6年以来嵌入式系统成为计算机业界的热点技术，全球大型IT企业无一不在进军嵌入式技术。,55,嵌入式硬件历史大事,1971年11月微处理器诞生，代表产品Intel 4004微处理器 1980年美国Intel公司推出MCS-51单片机 1985年美国Xilinx公司推出FPGA FPGA 现场可编程门阵列 Field Programmable Gate Array 1994年英国ARM公司推出ARM610 1988年 DSP微处理器问世 代表产品是美国德州公司TMS320C30,56,军用嵌入式计算机系统发展,第一阶段 1970年代到1980年代 军用标准阶段 美国陆军的NEBULA架构 美国海军的UYK-43架构和AYK架构等 使用的编程语言不统一 陆军使用NEBULA、空军使用PASCAL、海军使用CMS2 第二阶段 1980年代中期到1980年代末 美军在通用化标准化系列化上作了重大改进 军内统一使用ADA语言 实时操作系统趋于完善,57,军用嵌入式计算机系统发展（续）,第三阶段 1990年代初开始 32位嵌入式处理器广泛使用 多种实时操作系统出现 PSOS+ m iRMK III,58,嵌入式软件历史回顾,早期的单片机执行由专用的监控程序控制，不含操作系统。 目前许多简单的单片机应用仍然使用监控程序作为控制软件。 1980年代，开始在单片机上使用基于操作系统的控制程序。 现在高端嵌入式系统软件都在操作系统的支持下运行,59,嵌入式操作系统简况,1981年Ready System开发了世界上第1个商业嵌入式实时内核（VTRX32），它包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与相互排斥、中断支持、内存管理等功能。 后来，出现了如WRS公司的VxWorks、QNX公司的QNX、Symbian公司的Symbian、Integrated System Incorporation (ISI)的PSOS。 此外，还有Palm OS、WinCE、嵌入式Linux、LynxOS、uCOS、Nucleus、以及国内的Hopen、Delta OS等嵌入式操作系统。,60,1.3 嵌入式系统的特点,专门用于特定任务 嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用计算平台。 技术融合 集计算机，通信及其它高新技术于一体。 有实时约束 一般采用实时操作系统 有功耗约束,软件没有系统和应用的区别，软件固化。 系统内核小 软硬件可裁剪 高可靠性 资源比PC少得多 嵌入式系统需要专用的开发工具 非垄断市场,61,软件硬件基本要素,硬件 嵌入式处理器 各种类型存储器 模拟电路及电源 接口控制器及接插件,软件 实时操作系统（RTOS） 板级支持包（BSP） 设备驱动（Device Driver） 协议栈（Protocol Stack） 应用程序（Application）,62,1.4 嵌入式系统的分类,有多种对嵌入式系统的分类方法，以下是部分分类方法： 按用途分类：军用/民用 按载体分类：宇航/车载 按通信性质分类：无线/有线 按网络性质分类：联网/单机 按环境分类：普通/恶劣 按功耗分类：低功耗/普通功耗 主要分类方法 按硬件软件性质,63,1.4.1 按照技术复杂度分类,根据控制技术的复杂度可以把嵌入式系统分为三类： 无操作系统控制的嵌入式系统 NOSES，Non-OS control Embedded System； 小型操作系统控制的嵌入式系统 SOSES，Small OS control Embedded System； 大型操作系统控制的嵌入式系统 LOSES，Large OS control Embedded System。,64,1.4.2 按照用途分类,按照用途可以把嵌入式系统分成以下三类： 工业用 军用 民用,65,1.5 嵌入式系统基本组成,嵌入式系统的硬件由嵌入式处理器、外围电路和外部设备三大部分所组成。 嵌入式处理器包括：嵌入式微处理器（MPU）、微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）。 外围电路包括：各式存储器（RAM、ROM、FLASH），时钟电路，各种I/O接口电路，调试接口（JTAG、BDM等）。 外部设备包括：存储卡（CF、SD卡）、LCD屏、触摸屏、手写笔、键盘等。,66,嵌入式系统常用硬件器件,嵌入式处理器 MCU, DSP, MPU 可编程逻辑器件 FPGA, CPLD 存储器芯片 电源模块 周边元件和接插件,67,典型嵌入式系统硬件组成（1）,68,典型嵌入式系统硬件组成（2）,69,嵌入式系统的软件基本构成,70,基于VxWorks操作系统的 嵌入式软件层次结构,71,嵌入式系统结构演变,硬件系统 4位单片机 8位单片机/ 16位单片机 32位专用微处理器 32位DSP微处理器 SoC SoPC,软件系统 实时监控程序 专用系统 通用系统,72,1.5.1 实时性能分类,依据操作系统的实时性能类型划分，有以下几种类型。参看下图：,73,1.5.2 按照电路板分类,中国计算机协会微机专业委员会对嵌入式系统给出以下分类： 单硅片嵌入式系统 Single-Silicon Embedded System 单板嵌入式系统 Single-Board Embedded System 多板嵌入式系统 Multi-Board Embedded System,74,高端嵌入式产品中 各种CPU所占市场份额,75,嵌入式系统开发工具,高级语言编译器 Compiler Tools 源程序模拟器 Source Simulator 目标监控器 Object Monitor 实时在线仿真系统ICE In-Circuit Emulator,76,嵌入式系统与单片机区别,从历史的角度来看，这两个名词术语没有本质的区别。但是，它们都是专用的计算机系统，与通用型的微机系统有着本质的区别。 现在的一般说法：嵌入式系统在含有操作系统的软件的控制下运行，而单片机系统不含操作系统，只在控制程序下运行。 低端嵌入式系统：单片机+印刷线路板 高端嵌入式系统： SoC,77,1.6 嵌入式处理器分类,嵌入式处理器是嵌入式系统硬件中的最核心的部分，嵌入式处理器有多种功能。 按照处理器功能分类，主要如下五种： 通用型嵌入式微处理器（简称：MPU） 微控制器（MCU） 数字信号处理器（DSP） 混合处理器和片上系统（SOC） 嵌入式双核或者多核处理器,78,通用型嵌入式微处理器,英文全称 General Purpose Embedded Micro Processor 也称为嵌入式微处理单元 Embedded Micro Processor Unit 缩略语：EMPU，或者MPU,79,通用型嵌入式微处理器有两种类型,一类是嵌入式系统中使用的通用处理器 x86处理器（从80186、80386到Pentium M）就是这一类处理器的典型代表。 另一类是专门为嵌入式系统设计的处理器 属于这一类的通用型嵌入式微处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、ColdFire、68000、MIPS、ARM系列等。 使用通用型嵌入式微处理器时都要在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面采取各种措施。,80,微控制器,又称单片机（SCM，Single Chip Microcomputer） 它将整个计算机系统集成到一块芯片中，体积减小，功耗和成本下降，可靠性提高，速度更快，性能更好，电磁辐射更少。它通常以某种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能部件和外设。有代表性的通用微控制器系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。,81,数字信号处理器,本教材中讨论的嵌入式DSP处理器（简称为DSP处理器或者DSP）是专门用于嵌入式系统的数字信号处理器。它是系统结构和指令集做了特殊设计的处理器，使其适合执行DSP算法程序。嵌入式DSP处理器有两个发展来源，一是DSP处理器经过单片化、EMC（电磁兼容）改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器；二是在通用单片机或SoC中增加DSP协处理器。 DSP处理器可分为两大类：定点DSP和浮点DSP。 嵌入式DSP处理器中比较有代表性的产品是德州仪器公司的TMS320系列和Motorola公司的DSP56000系列。,82,片上系统,把一个或多个CPU单元以及功能部件集成在单个芯片上。这种芯片就是所谓的片上系统SoC。 为了解决SoC设计中遇到的难题，设计方法必须进一步优化。因此，人们提出了基于FPGA的SoC设计方案可编程片上系统（System On a Programmable Chip，称为SOPC）。随着百万门级的FPGA芯片、功能复杂的IP 核（知识产权核）和可重构的嵌入式处理器软核的出现，作为未来电子系统设计新领域的SoPC技术已经成为了国际上电子系统设计新技术的热点，具有广阔的应用前景。Altera公司、Xilinx公司、Lattice公司、QuickLogic公司等全球最重要的FPGA及EDA公司都分别推出了SoPC系统解决方案。,83,嵌入式双核处理器,双核（Dual Core）处理器就是基于单个半导体的一个处理器芯片上拥有两颗一样功能的处理器核心，即将两颗物理处理器核心整合入一个内核中通过协同运算来提升性能。其优势在于克服了传统处理器通过提升工作频率来提升处理器性能而导致耗电量和发热量越来越大的缺点。,84,嵌入式多核处理器,嵌入式多核处理器往往用于音频或者视频处理。这些DSP处理器的主要结构是一个或多个的微控制器（MCU）核外加一个DSP核。 例如，美国AD公司生产的Blackfin系列产品是适用于多格式音频、视频、语音和图像处理的嵌入式DSP处理器系列。采用Blackfin芯片的最终产品可以是便携式媒体播放器(PMP)、VoIP（通过IP传输话音）电话机、网络摄像机（IP Network.Camera）以及移动电视设备等。,85,Blackfin系列多核处理器,Blackfin系列中的ADSP-BF561处理器是一款双内核的具有对称多处理（SMP）架构的DSP处理器，时钟频率为750MHz，它能够以两种工作方式执行。 下图是第1种工作模式。在该模式下，可以让Core A运行操作系统、网络协议栈和控制任务，让Core B运行信号处理的RISC/DSP任务。,86,BF561处理器的第1种工作模式,87,BF561处理器的第2种工作模式,88,1.7 嵌入式系统发展趋势,1960,1970,1980,1990,2000,2010,年代,1,1/100,100,每人使用 计算机数量,时代特点,2020,MF,PC,CE,89,如何描述当前的IT时代？,后PC时代？ Post PC era 信息电器（信息家电）时代？ Information Appliance 3C时代? Consumer Electronics、Computer、Communication 普适计算时代？ Pervasive Computing 无所不在的计算时代？ Ubiquitous Computing,90,后PC时代IA时代,若干年前未来学家的语言正在变成现实，现在已经进入了后PC时代 。 美国著名未来学家尼葛洛庞帝(Nicholas Negroponte) 1999年初来华访问时说过： 嵌入式智能工具将是继PC和Internet之后最伟大的发明。 MIT的David Clark于1999年首次提出“后PC时代（post-PC era）”的概念，他认为： 在后PC时代，具有联网功能的信息电器（IA）和手持设备（handheld device）将逐步取代PC。,91,计算机产品发展路线图,摩尔定律仍然适用,92,嵌入式产品和台式计算机 处理器芯片使用量比较,93,后PC时代的新秀-信息电器,信息电器 (Information Appliance，IA) 1998年HP公司的一名资深专家Don Norman给出了IA的定义： An appliance specializing in information : Knowledge, facts, graphics, images, video, or sound. An information appliance is designed to perform activity, such as music, photography, or writing. A distinguishing feature of information appliance is the ability to share information among themselves.,94,后PC时代当前业界特征,后PC时代特征表现在以下几个方面： 产品发展趋势 国民产值 研究和开发方向 社会物质和精神需要 人才需求,95,IT产业界涉及时代特点的若干大事,近几年来大事记 2002年11月高性能嵌入式32位微处理器神威I号在上海复旦微电子公司研制成功，并一次流片成功。 2004年底联想公司收购IBM公司的PC事业部 2005年微软公司大力推广Windows CE操作系统 2007年MIPS公司宣布该公司不再研发桌面处理器 2007年苹果公司总裁乔布斯宣布苹果公司不再是计算机公司，它是一个消费电子公司 2007年IT巨头公司Google宣布了手机开发平台Andriod Motorola公司因为业绩原因，进行了公司内部改组，并裁员几千人。,96,信息电器与嵌入式系统,信息电器的核心就是嵌入式系统 信息电器的成本取决于嵌入式系统的成本 信息电器使用性能取决于嵌入式系统的软件 信息电器的发展方向决定着嵌入式系统的发展方向 讨论题：哪些是信息电器？,97,普适计算基本特征,普适计算是指无所不在的、随时随地可以进行计算的一种方式。它使计算机融入人的生活空间。 普适计算主要通过移动设备，如信息家电或各种嵌入式设备实现。 包括：如掌上电脑、车载智能设备、笔记本计算机、手表、智能卡、智能手机、机顶盒、POS销售机、屏幕电话（除了普通话机的功能还可以浏览因特网）等。 普适计算设备可以一直或间断地连接着网络。与Internet、Intranet及Extranet连接，使用户能够随时随地获取各种信息，并做出回应。,98,普适计算模式将对计算和信息的方式带来一场变革。,普适计算形成一个“无时不在、无处不在而又不可见”(Anytime, Anywhere, Invisible)的计算环境。在这样的环境中，计算不再局限于桌面，用户可以通过手持设备、可穿戴设备或其他常规、非常规计算设备无障碍地享用计算能力和信息资源。 普适计算可包括移动计算，但普适计算不是移动计算，前者更强调环境驱动性。,99,无所不在计算,无所不在计算(ubiquitous computing) 强调人与计算环境的紧密联系，使计算机和网络更有效地融入人们的生活，让人们在任何时间、任何地点都能方便快捷地获得网络计算提供的各种服务。 无所不在计算研究的两个关键技术： 自然人机交互 网络计算,100,普适计算大事记,1988年，Mark Weiser提出了普适计算的思想，并预测计算模式会发展为普适计算。 1990年代末，普适计算这一概念得到广泛关注，逐渐升温。 1999年，IBM正式提出普适计算的概念。 同年，召开第一届Ubicomp国际会议。 / 2000年，第一届Pervasive Computing国际会议。 2002年，IEEE Pervasive Computing期刊创刊。,101,普适计算知识领域,包括以下计算机科学与技术知识领域 分布式计算 多媒体技术 移动计算 人工智能 人机交互 嵌入式系统 信息融合 感知网络,102,普适计算的科研动向,现在和未来的计算机科学技术研究热点 美国排名前10位的大学无一例外地投巨资设立了以“普及计算”为主要方向的研究计划。主要有以下4个： 卡耐基梅隆大学的Aura计划 麻省理工大学的Qxygen计划 加州大学伯克利分校的Endeavour计划 华盛顿大学的Portolano计划,103,普适计算相关网站地址,/ /aura/ / / /media/ciw/1222/d1101.htm /sigops/weiser_award.html,104,Carnegie Mellon Universitys Project Aura（1）,The most precious resource in a computer system is no longer its processor, memory, disk or network. Rather, it is a resource not subject to Moores law: User Attention. Todays systems distract a user in many explicit and implicit ways, thereby reducing his effectiveness. Project Aura will fundamentally rethink system design to address this problem. Auras goal is to provide each user with an invisible halo of computing and information services that persists regardless of location.,105,Carnegie Mellon Universitys Project Aura（2）,Meeting this goal will require effort at every level: from the hardware and network layers, through the operating system and middleware, to the user interface and applications. Project Aura will design, implement, deploy, and evaluate a large-scale system demonstrating the concept of a “personal information aura” that spans wearable, handheld, desktop and infrastructure computers.,106,当前研究热点,硬件方面 国外的主流嵌入式微处理器进入中国 ARM公司的ARM核大学计划 TI公司的DSP大学计划 积极地研发自主知识产权的嵌入式微处理器 龙芯 博芯,107,当前研究热点（续1）,软件方面 嵌入式软件向平台化方向发展 中国厂商因应Linux转型 发展趋势 平台化 标准化 Linux势不可挡,108,手机开发平台技术竞争激烈,以手机操作系统为例 2003年以前，三分天下 Symbian、Palm OS、Windows CE 现在，新三分天下 Symbian、Windows CE、Linux 手机开发平台 S60、S90、MOAP、UIQ Android、MOTOMAGX J2ME 、.NET、BREW,109,当前研究热点（续2）,国外的主流嵌入式操作系统进入中国 科银京成公司研发出嵌入式软件开发平台道系统（Delta System） 中科院软件所研发出女娲（Hopen）嵌入式操作系统 无线多媒体技术 华东计算所研究与VxWorks兼容的嵌入式操作系统,110,嵌入式系统近期发展预测,有以下发展趋势： 由32位处理器更广泛地得到普及 由单核向多核过渡 向网络化功能发展 更加友好的多媒体人机界面 MCU、FPGA、ARM、DSP等齐头并进 嵌入式操作系统呈多元化趋势 无线应用（GPS、GPRS、3G、FRID）将普及 平台技术更加成熟,111,手机操作系统的趋势分析和预测,四大主流手机操作系统分割市场地局面将继续维持下去，因为三大商用手机操作系统各有市场优势，包括Palm公司也有它存在的空间。 从IT巨头公司的Google、Motorola、Nokia、联想公司和Winriver纷纷采用Linux操作系统的现状来看，嵌入式Linux操作系统将在未来几年迅速地扩大市场占有率。 国产手机操作系统将仍然处于困境中，前景不乐观。 手机操作系统将会出现向少数几个品种集中的局面。 Linux操作系统将不仅在手机开发领域，而且在其它嵌入式产品开发领域扩大市场占有率。,112,2008年的市场格局,四大热点 多媒体手机 2005年手机销量达到7600万部 年平均复合增长率达到15%20% HDTV 机顶盒 联网的工业设备/终端 中国的税控收款机总需求4000万台,113,1.8 嵌入式系统的学科领域,嵌入式系统技术领域本身的核心学科和技术有4个，分别是：微电子学、计算机科学与技术、电子工程学、自动控制学。 与嵌入式系统关联密切的技术领域主要有：信息安全、普适计算、人机交互、多媒体技术、数据库、无线传感器网络等,114,1.9 重要的中