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第一章嵌入式系统概述华东理工大学计算机系罗飞2011 2 23 任课老师联系方式 罗飞Addr 华东理工大学八教405Telmail luof 课程学习方法 从做中学 教师提供技术支持提供基本的课程介绍以及工具和技术介绍帮助学生建立开发环境和工具 代码管理 错误管理 协调项目过程 编码 测试和交流 学生通过自学和做实验来学习知识同学之间多交流 课程考查形式 考试形式闭卷卷面分 70 平时分 30 平时分回答问题正确 加分 主动 3分 被动 2分 错误不扣分点名一次不到扣2分 5 课程教材 嵌入式系统开发原理与实践 陈文智 清华大学出版社 2005 8 ISBN 730211600 6 参考书目 1 嵌入式系统嵌入式系统技术 张晓林 高等教育出版社 2008 10 ISBN 7040247206ARM嵌入式系统基础教程 第2版 周立功 北京航空航天大学出版社 2008 09出版 嵌入式系统设计的艺术 英文版 第2版 Jackganssle 人民邮电出版社 2009 03出版 ARM嵌入式系统结构与编程 邱铁 清华大学出版社 2009 03出版 7 参考书目 2 操作系统嵌入式Linux应用开发完全手册 韦东山 人民邮电出版社 2008 08出版 ARM嵌入式Linux系统开发技术详解 杨水清等 电子工业出版社 2008 11出版 WindowsCE嵌入式系统何宗键 北京航空航天大学出版社 2006 09出版 嵌入式系统设计与实例开发 基于ARM微处理器与uC OS II实时操作 王田苗 清华大学 2007 07出版 嵌入式软件嵌入式软件调试技术 陈云川 电子工业出版社 2009 01出版 嵌入式图形系统设计 怯肇乾 北京航空航天大学出版社 2009 03出版 实验平台 EELIOD270 课前思考题 生活中所接触到哪些嵌入式产品 是否知道嵌入式产品的开发流程 如手机的开发流程 你所接触到的嵌入式产品有无CPU 若有CPU 你知道是什么型号么 常用的嵌入式产品有哪些接口 如你的手机有哪些接口 课程大纲 课程概述嵌入式系统定义嵌入式系统结构嵌入式系统与通用PC的区别嵌入式系统的发展历程应用领域和发展方向 什么是嵌入式系统 Embeddedsystem个人电脑 嵌入式系统 历史 嵌入系统的历史几乎和电脑自身的历史一样长计算机控制系统单片机掀起电子化浪潮微处理器高速发展推动了嵌入式系统 嵌入式系统的演变 8031 8051单片机系统 自行编写程序 68360 386EX控制系统 自己编写简单的操作系统 32位嵌入式处理器 pSoS嵌入式操作系统 tcp ip协议栈 各种SoC 嵌入式Linux VxWorks 嵌入式Web设备server以及各种复杂网络协议栈 GUI图形界面 无线模块 现代可移动的网络智能设备 后PC技术的时代 后PC小到mp3 PDA等微型数字化产品 大到网络家电 智能家电 车载电子设备嵌入式系统是这个后PC时代的擎天之柱1999年世界电子产品产值已超过12000亿美元 2000年达到13000亿美元 到2005年 销售额达18000亿美元 今后 3C Computer Communication Consumer 嵌入式简单定义 嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中 可以认为凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统 狭义定义 使用嵌入式微处理器构成独立系统 具有自己的操作系统并且具有某些特定功能的系统微处理器专指32位以上的微处理器 嵌入式系统定义 嵌入式系统是以应用为中心 以计算机技术为基础 采用可剪裁软硬件 适用于对功能 可靠性 成本 体积 功耗等有严格要求的专用计算机系统含义通俗的说 嵌入系统就是将计算机的硬件或软件嵌入其它机 电设备或应用系统中去 所构成了一种新的系统 即嵌入式系统 课程大纲 课程概述嵌入式系统定义嵌入式系统结构嵌入式系统与通用PC的区别嵌入式系统的发展历程应用领域和发展方向 嵌入式系统结构 嵌入式系统典型应用 1 软件结构 应用程序 操作系统 硬件结构 微处理器 外围电路 电源模块 时钟 复位 Flash RAM ROM 外设 SDcard LCD USB Other 21 嵌入式系统典型应用 2 课程大纲 课程概述嵌入式系统定义嵌入式系统结构嵌入式系统与通用PC的区别嵌入式系统的发展历程应用领域和发展方向 嵌入式系统VS通用计算机系统 面向特定应用 嵌入式系统特征 各种技术相结合 量体裁衣 去除冗余 升级换代的同步 固化软件系统 不具备自主开发能力 24 嵌入式系统与桌面通用系统的区别 1 7 嵌入式系统中运行的任务是专用且比较确定的心脏监视器只需运行信号输入 信号处理 心电图显示任务如要更改任务 需要对整个系统进行重新设计或在线维护升级 桌面通用系统需要支持大量的 需求多样的应用程序 对系统中运行的程序不作假设程序升级 更新等方便 25 嵌入式系统与桌面通用系统的区别 2 7 嵌入式系统往往对实时性提出较高的要求 实时系统 指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务 POSIX1003 b 嵌入式实时系统可分为 强实时型 响应时间 s ms级 一般实时 响应时间ms s级 弱实时型 响应时间s级以上 桌面通用系统 以性能 价格的最优为追求原则面向多任务性能均衡 26 嵌入式系统与桌面通用系统的区别 3 7 嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统 嵌入式实时操作系统数量众多 如 VxWorks WindowsCE pSOS QNX uc OS嵌入式Linux RTLinux国产嵌入式实时操作系统 如 HOPENDeltaOSSmartOS 桌面操作系统Linux Windows系列 27 嵌入式系统与桌面通用系统的区别 4 7 嵌入式系统运行需要高可靠性保障 比桌面系统的故障容忍能力弱很多 嵌入式系统需要忍受长时间 无人值守条件下的运行嵌入式系统运行的环境恶劣 28 嵌入式系统与桌面通用系统的区别 5 7 嵌入式系统大都有功耗约束如 珍贵文物微气象环境监测要求1分钟采样一次 每个采样节点采用电池供电 1年更新一次 采用常规的方法 能量只能持续工作5天 引入间歇工作方式 从而降低功耗 节省能量WSN 无线传感网 节点一般能工作1 2年 29 嵌入式系统与桌面通用系统的区别 6 7 嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多为降低系统成本 降低功耗 嵌入式系统的资源配置遵循够用就行 因此早年的嵌入式系统的主题是 裁剪 随着集成化模块化趋势 目前某些领域的嵌入式系统 如刀片式路由器 其可用资源接近甚至超过桌面通用系统 嵌入式系统的开发需要专用工具和特殊方法 开发 交叉编译 交叉链接调试 仿真器 虚拟机更新 在线升级等 30 嵌入式系统与桌面通用系统的区别 7 7 嵌入式系统开发是一项综合的计算机应用技术系统结构 状态控制器 中断控制器处理汇编语言 操纵外围设备 端口操作系统 设置运行任务 通讯 互斥编译原理 交叉编译 bootloader加载 课程大纲 课程概述嵌入式系统定义嵌入式系统结构嵌入式系统与通用PC的区别嵌入式系统的发展历程应用领域和发展方向 嵌入式系统的存在形态 嵌入式系统按形态可分为 设备级 工控机 板级 单板 模块 芯片级 MCU SoC 嵌入式系统的发展历程 无操作系统阶段 简单操作系统阶段 实时操作系统阶段 面向Internet阶段 20世纪70年代 20世纪80年代 20世纪90年代 进入21世纪后 无操作系统阶段 最初的嵌入式系统没有操作系统支持 通过汇编语言对系统进行直接控制 运行结束之后清除内存 初步具备了嵌入式的应用特点 简单操作系统阶段 IC制造商开始把嵌入式应用中所需要的各种部件集成到一片电路中 制造出面向I O设计的微控制器 简单操作系统 uC OSII 实时操作系统阶段 实时操作系统阶段 20世纪90年代 实时性 在时限范围内的正确响应对时限要求实现的不同硬实时系统软实时系统 面向Internet阶段 嵌入式设备与Internet的结合 课程大纲 课程概述嵌入式系统定义嵌入式系统结构嵌入式系统与通用PC的区别嵌入式系统的发展历程应用领域和发展方向 面临的机遇和挑战 通用计算机上使用的技术和观念两类技术路线ARM为基础的嵌入式硬件技术 定制软件X86为基础的计算机硬件技术 通用软件两者之间共享性极差 成果难以共享计算机技术逐步以通用化战胜专用化通用处理器模块化降低了成本开发简单嵌入式技术逐步桌面化数据库 移动代理 实时CORBA等新的微处理器层出不穷各类嵌入式操作系统迅速发展网络化 信息化要求 应用领域和发展方向 应用领域 交通运输领域 工业控制领域 商业金融领域 环境监测领域 医疗领域 建筑领域 通信领域 家电领域 数字化产品设计和增值的关键因素 生活中所接触到哪些嵌入式产品 嵌入式产品无处不在 Communicating 嵌入式系统 PDA 个人信息助理掌上电脑 PDA手机 GPS导航 DopodU1000 且支持SkyPE Map Star的GPS定位设备 华硕GPS导航器 SONYGPS导航器 Nokia6110四频HSDPA GPS导航器 嵌入式系统 手机 普通手机智能手机与PDA结合网络手机gphone 韩国电信手机 电视遥控器二合一产品 SonyEricsson超小型手机电脑手机放在底座上成为电脑 Nokia手机户外音响 内置DVB H移动电视手机 嵌入式系统 PMP iLuv可即时将视频录制到iPod 闪存卡上 与以前技术相反 Sony家用影音综合设备 XtremeMac开发的iPod音箱 IPEVO支持Skype电话 Nike的iPod帽 Ipodnano Archos带Wifi的704 PortableMediaPlayer 嵌入式系统 办公用品 录音笔FLY数字笔能 看懂 在专用纸上所写的内容能 阅读 写作和纠正语法错误完成简单的算术运算将英文互相翻译成西班牙文等Genius数字便笺存储100页便笺2000LPI分辨率32MB板载内存可通过USB连接电脑笔迹识别软件PolymerVision手机书使用可卷电子纸的电子书阅读器 嵌入式系统 手表 MartinFrey手表日程表和手机联动获取网络连接和GPS定位信息手表手机 M3001英寸的显示屏USB接口可播放音乐支持蓝牙Nike的Speed 手表结合iPod和运动计测韩国防性罪犯的电子手镯可追踪罪犯的定位和坐标爱国者视频MP4手表 嵌入式系统 运动玩具游戏 GTX公司定位的运动跑鞋内置的GPS接收器和可充电电池遥控蜻蜓次世代三大主流三款主机Xbox360 WII PS3 GameCube XboX360 PS3 Wii 手柄 手套 枪 嵌入式系统 摄像器材 数码相机DV 智能家电 智能冰箱 有时称为网络冰箱 在冰箱内部装有摄像头 RFID接收器或者条码扫描器可以通过这些设备采集冰箱内部存货的信息 并通过网络进行传输信息对冰箱的温度控制韩国一家公司的 网络冰箱 门上有一个15英寸液晶显示器 用户可以通过冰箱上网 打可视电话和观看影片网络微波炉 网络电饭煲 网络空调等家电功能现对简单 可以通过网络下载食谱 可以通过网络进行控制 嵌入式系统 智能家居 智能家具智能家电 Roto Rooter公司马桶组合笔记本 ipod 冰箱 Xbox360 健身 高科技的捕鼠器遮断红外线光束掉下笼子 DangerBomb闹钟不起床就爆炸啰 配备电子食谱的锅铲coo boo 智能型垃圾桶i Master 浙江大学显示营养智能果汁机 主要特点通过显示屏显示榨出的果汁的主要营养成分根据水果的软硬程度自动调整转速 最大程度保存营养成分联网实时更新程序 享受科技的进步 不会贬值的果汁机根据不断变化的个人特点给与实时的营养建议 智能营养果汁机 嵌入式系统 多媒体终端 IP电话视频会议可视电话 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