嵌入式系统的应用基础与开发.ppt

嵌入式系统的应用基础与开发EmbeddedSystemApplication Development EmbeddedSystem 嵌入式系统的应用基础与开发EmbeddedSystemApplication Development 第一节嵌入式系统是什么第二节嵌入式系统的应用第三节嵌入式系统的硬件设计与开发环境第四节嵌入式系统的软件设计与开发环境第五节嵌入式应用系统的开发第六节数字信号处理器DSP简介第七节嵌入式系统开发设计的工作内容 EmbeddedSystem 嵌入式系统的应用基础与开发EmbeddedSystemApplication Development 第一节嵌入式系统是什么 1 1嵌入式系统的定义1 2嵌入式系统技术发展的历史1 3嵌入式系统的技术特点1 4嵌入式系统的组成1 5嵌入式系统的组成实例 第一节嵌入式系统是什么 1 1 1嵌入式系统的定义嵌入到对象体系 设备或产品应用 中的专用计算机应用系统 EmbeddedSystem 美国麻省理工学院媒体实验室主席MITMediaLab N Negroponte Anembeddedsystemisaspecialpurposecomputerthatisusedinsideofadevice 传统PC机是面向个人的 是一个通用平台 嵌入式计算机系统是面向设备的 是一个专用平台 嵌入性 完成应用系统或产品功能的智能内核专用性 实现特定的用途计算机系统 简化的 软硬件一体化应用性 面向用户 面向产品 面向应用 第一节嵌入式系统是什么 2 IEEE 国际电气和电子工程师协会 的定义 DevicesUsedtoControl MonitororAssisttheOperationofEquipment MachineryorPlants 用于控制 监视或者辅助操作机器和设备的装置 国内普遍认同的定义 以应用为中心 以计算机技术为基础 软硬件可裁剪 适应应用系统对功能 可靠性 成本 体积 功耗等严格要求的专用计算系统 EmbeddedSystem EmbeddedSystem 1 2嵌入式系统技术发展的历史 20世纪70年代 单片机引入 20世纪80年代 嵌入式RISCCPU与DSP 20世纪90年代 嵌入式实时操作系统居主导地位 21世纪开始 网络化 智能化的嵌入式系统广泛地应用于 网络 通讯 多媒体与消费电子 工控 医疗电子 仪表等领域 EmbeddedSystem 1 3嵌入式系统的技术特点 智能内核 嵌入式处理器 RISC结构 DSP 软硬一体化 无冗余 软件固化 firmware 硬件高要求 专用性 主要完成单一功能 用途 实时性 时间相关任务 移动性 低功耗 高性价比 技术融合性 计算机 微电子 通讯 控制多媒体 传感器 网络技术等 高可靠性 适用于应用环境的多样性 EmbeddedSystem 1 4嵌入式系统的组成 嵌入式处理器 MCU MPU DSP SoC PSoC 硬件 I Ointerface Memory 嵌入式应用软件 基于C Java Assembler 嵌入式实时操作系统 Linux VxWorks WinCE 或用户自行编制的控制管理程序 EmbeddedSystem 嵌入式处理器 MCU MicrocontrollerUnit 单片机 MPU MicroprocessorUnit 微处理器 DSP DigitalSignalProcessor 数字信号处理器 SoC SystemonChip 片上系统 1 4嵌入式系统的组成 EmbeddedSystem 硬件相关部分 DeviceDrivers BSP Driver 设备驱动程序 I Os 显示 键盘 USB Memory Flash RAM ROM EEPROM EPROMmini HD MMC CF SD SM MScard Debug JTAG ICE 调试工具 Powermanagement 功耗 电压管理等 1 4嵌入式系统的组成 EmbeddedSystem 嵌入式应用软件 用户界面 UserInterface 各种应用程序 API Applet 客户端程序 通讯程序 各种算法 协议的实现实现产品功能 1 4嵌入式系统的组成 EmbeddedSystem 嵌入式实时操作系统与实时控制程序 RealTimeOperationSystem RTOS Linux cLinux VxWorks pSos WinCE WinMobile Nucleus Palm MCU平台 固化的系统RT控制程序 1 4嵌入式系统的组成 EmbeddedSystem 1 5嵌入式系统的组成实例 MP3Player Recorder VoiceCodec UI 控制程序 Encoder Decoder 驱动程序 第二节嵌入式系统的应用 嵌入式系统的应用 2 1嵌入式系统的应用领域 2 2嵌入式系统的应用实例 第二节嵌入式系统的应用 嵌入式系统的应用 2 1嵌入式系统的应用领域 一些信息 嵌入式计算机在数量上远远超过了各种通用计算机 嵌入式系统同我们日常生活关系密切 MCU市场将达125亿美元 DSP市场将达84亿美元 嵌入式系统工业年产值已超过了1万亿美元 中国市场 几亿台数字家电 8000万部手机 500万台汽车 应用领域 消费电子 工控 通讯 网络 仪器仪表 汽车 医疗电子 船舶 航空航天 军事装备 安全 测试仪器等方面 嵌入式系统的应用 2 1嵌入式系统的应用领域 嵌入式系统新兴应用领域 嵌入式移动数据库 汽车电子 个人媒体播放器与移动式多媒体数据终端 智能家电 家庭媒体中心 数字电视 IPTV 机顶盒等 2 2嵌入式系统的应用实例 数据来源 EETimes Asia GartnerresearchFeb 2005 Computer Peripheral Consumerelectronics Control SecurityTest Medicalequipment Telecom Datacom equipment Automotiveelectronics Designservices Military Aerospace 嵌入式系统的应用 消费电子类产品Consumerelectronics 嵌入式系统的应用 通讯 网络类产品与设备Telecom Datacom equipments VideoIPPhone 可录像手机 VoIPPhone 嵌入式系统的应用 Voyager公司开发的可录像手机 可支持Mpeg4和MP3影音播放 嵌入式系统的应用 航行家公司研发的基于SIP H323协议的IP电话 IP网关 嵌入式系统的应用 航行家公司研发的基于H 264协议的VideoIPPhone 嵌入式系统的应用 汽车电子 分系统构成示意图AutomotiveElectronics 嵌入式系统的应用 汽车电子 安全性能的发展路线图 嵌入式系统的应用 控制 安全设施 测试仪表与医疗电子设备Control SecurityTest Medicalequipment 嵌入式系统的应用 B超诊断仪 CT扫描仪 数字存储示波器 生产过程控制系统 军用与航空航天设备Military Aerospace 嵌入式系统的应用 飞行控制系统 航天飞机 导弹及发射控制系统 计算机 外设与办公设备Computers Peripherals 嵌入式系统的应用 复印机 打印机 传真机 多功能机 PDA 绘图仪 投影仪 扫描仪 一台PC机的外部设备中可能就包含了5 10个嵌入式微处理器 第三节嵌入式系统的硬件设计与开发环境 3 1嵌入式硬件系统组成 嵌入式系统的设计硬件 3 2嵌入式系统的硬件内核 3 3嵌入式系统的硬件接口 3 4嵌入式系统的典型硬件结构 第三节嵌入式系统的硬件设计与开发环境 3 1嵌入式硬件系统组成 嵌入式系统的设计硬件 嵌入式处理器 MPU DSP等 存储器系统 Flash RAM MEMcard miniHD输入 keypad video audioin A D输出 显示 LED LCD OLED video audioout D A通讯接口 Ethernet 802 3 WiFi 802 11 总线接口 RS232 RS485 USB 1394 Firewire 电源管理 待机 休眠 功耗管理等 3 2嵌入式系统的硬件内核 嵌入式系统的设计硬件 通用CPU Intelx86 xScale MT68K PowerPC IBM Freescale SoC DSP RISCCPU I O Memory MCU 单片机4 8 16 32bit RISCCPU ARM MIPS IntelxScale Dragonball Freescale 等公司 DSP TI Motorola ADI等公司 嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器 可定制编程芯片 FPGA PAL GAL PLD CPLD 嵌入式处理器的选择 CPU DSPchips 16 bit P C DSPfixed DSPfloating Mediaprocessors 8 bit P C DSP16 bitfixed DSPboards Single board 32 bit P C 嵌入式系统的设计硬件 2004年亚洲地区调查 中国 韩国 中国台湾 新加坡 印度 Feb 2005 嵌入式系统的设计硬件 嵌入式处理器的应用趋势 8 bit 16 bit 32 bit 64 bit DSP16bit定点 DSP20bit24 32bit定点 DSP32bit浮点 嵌入式处理器架构 嵌入式系统的设计硬件 802 11 WiFi Bluetooth IrDA 红外 Ethernet Internet 3 3嵌入式系统的硬件接口 USB UART 1394 SPP EPP 并口 JTAG I C CAN AD DA Sensor 嵌入式系统的设计硬件 主要器件的选择 EPROM EEPROM FlashMemory ProgrammableLogic LCDs DRAM CommunicationICs SRAM FlashCards PeripheralICs DigitalICs AnalogICs MixedsignalICs 嵌入式系统的设计硬件 3 4嵌入式产品的典型硬件结构 可视网络电话VideoIPPhone 第四节嵌入式系统的软件设计与开发环境 嵌入式系统的设计软件 4 1嵌入式软件的范围 4 2嵌入式实时操作系统的特点 4 3嵌入式系统的开发工具与环境 4 4嵌入式软件的关键技术 4 5嵌入式系统的典型软件架构 第四节嵌入式系统的软件设计与开发环境 嵌入式系统的设计软件 4 1嵌入式软件的范围 嵌入式 实时 操作系统嵌入式应用软件嵌入式开发工具软件操作系统的硬件驱动程序实时控制程序 嵌入式系统的设计软件 4 2嵌入式实时操作系统的特点 微内核结构 模块化 系统可裁减 任务调度即线程 Thread 调度资源占用最小化内存管理 防止泄露软 硬实时性内核初始化加载 数据来源 EETimes Asia GartnerresearchFeb 2005 RedHat eCos RedHat pSOS WindRiver OtherLinux VxWorks 风河 实时操作系统 RTOS 的选择 嵌入式系统的设计软件 4 3嵌入式系统的开发工具与环境 嵌入式系统的设计软件 IDE IntegratedDevelopmentEnvironment 集成开发环境 GUI Editor code text Compiler Interpreter debugger VisualStudio JAVAIDE ICE In CircuitEmulator 提供硬件仿真环境 调试嵌入 仿真器 式软件 JTAG IEEE1149 1 Emulator 运行于宿主机 提供边界测试和软件下载 调试的软件包及硬件接口Adaptor GNU GNU sNotUNIX FreeSoftwareFoundation FSF EVB EvaluationBoardEVM EvaluationmoduleBoard 评估板 数据来源 EETimes Asia GartnerresearchFeb 2005 嵌入式系统的设计 IDE GNUcompilers ICE Compilers commercial Libraries Oscilloscopes Networkingprotocols JTAGemulators Testsoftware DSPdevelopingtools Debuggers commercial Logicanalyzers 开发环境与工具的选择 H Sverification 嵌入式系统的设计软件 仿真器的连接示意图 一些IDE集成开发环境 嵌入式系统的设计软件 TI集成开发工具 CCS CodeComposerStudioADI集成开发工具 VisualDSP Motorola集成开发工具 CodeWarriorDevelopmentStudio 开发语言的选择 数据来源 EETimes Asia GartnerresearchFeb 2005 嵌入式系统的设计软件 嵌入式系统的设计软件 4 4嵌入式软件的关键技术 嵌入式软 硬件协同验证技术 co verification 实时操作系统 实时应用软件相关的软件开发技术 软件仿真技术 Softwaresimulation 嵌入式软件测试技术 实时UML语言 UnifiedModelingLanguage EfficientCodingTechniques 嵌入式软 硬件协同设计 co design 4 5嵌入式系统的典型软件架构 嵌入式系统的设计软件 第五节嵌入式应用系统的开发 嵌入式应用系统的开发 5 1嵌入式应用系统的开发内容 5 2嵌入式系统开发生命周期 5 3软硬件系统开发流程 5 5系统开发文档部分样例 5 4嵌入式系统设计 需思考的一些问题 5 1嵌入式系统开发生命周期 系统规格定义 行为建模 数据与算法 软硬件关系划分与协同功能界定 硬件与软件仿真 可调度的建模技术 原型设计和渐进式开发 硬件 软件协同测试 软件版本控制 项目管理与文档管理 嵌入式应用系统的开发 5 2嵌入式应用系统的开发内容 硬件开发 规格制定 Specification 电路设计印刷电路板 PCB 制作与焊接电路调试底层驱动程序 BSP 硬件相关 测试与QA QualityAssurance 软件开发 RTOS Linux VxWorks WinCE Palm Nucleus SymbianDrivers LCD KeyPad Ethernet RS232 RAM Flash SD card USB Applicationsoftware UI UserInterface Protocol Algorithms Ethernet TCPIP MP3 Mpeg4 嵌入式应用系统的开发 5 3软硬件系统开发流程 嵌入式应用系统的开发 嵌入式应用系统的开发 5 4嵌入式系统设计 需思考的一些问题 性能 处理器性能 实现 DSP MCU 工具支持 操作系统支持 仿真支持 技术支持 成本 功耗 算法复杂性 代码 经验 项目周期 5 5系统开发文档样例 系统规格文档 Specification 嵌入式应用系统的开发 软件模块 有限状态机设计文档 FSM 嵌入式应用系统的开发 5 5系统开发文档样例 嵌入式应用系统的开发 5 5系统开发文档样例 项目进度管理文档 MSProject200 x SoftwareBasicDesignSpecificationSoftwareDetailDesignSpecificationSoftwareModuleTestSpecificationSoftwareIntegrationTestSpecificationSoftwareUIDesignSpecificationSoftwareUITestSpecificationSoftwareUIManualHardwareBasicDesignSpecificationHardwareDetailDesignSpecificationHardwareModuleTestSpecificationHardwareIntegrationTestSpecificationHardwareIntegrationTestResultsSpecification 嵌入式应用系统的开发 5 5系统开发文档部分样例 第六节数字信号处理器DSP简介DigitalSignalProcessor 数字信号处理器DSP简介 6 1DSP是什么 6 2典型DSP结构的例子 6 3DSP在数字信号处理中的位置 6 4DSP软件编程的注意事项 第六节数字信号处理器DSP简介DigitalSignalProcessor 数字信号处理器DSP简介 贝尔实验室于1979年制造出全球第一个单芯片数字信号处理器 DSP DSP是今天多媒体革命的引擎 10年内成为最大的半导体产业 广泛应用于 通讯 网络设备 数字多媒体 HDTV 6 1DSP是什么 应用于数字滤波 FFT 反余弦变换 频谱分析 语音与图像等多媒体处理 智能变频控制等领域 数字信号处理器DSP简介 DSP 可以代表数字信号处理技术 也可以代表数字信号处理器 其实两者是不可分割的 前者是理论上的技术 要通过后者变成实际产品 两者结合起来就成为解决某一实际问题或实现某一产品的手段 数字信号处理解决方案 DSPs 6 1DSP是什么 数字信号处理器DSP简介 6 2典型DSP结构的例子 数字信号处理器DSP简介 6 2典型DSP结构的例子 数字信号处理器DSP简介 6 2典型DSP结构的例子 典型Harvard结构的DSP 数字信号处理器DSP简介 6 3DSP在数字信号处理中的位置 数字信号处理器DSP简介 DSP芯片 数字信号处理器DSP简介 了解DSP硬件结构和指令系统的特点 哈佛结构 HarvardStructure 寄存器文件 Registerfile 多存储空间的概念 Program DadaMemory 不同总线之间的关系 Program DadaBuses 并行执行或运行部件 ALU LogicUnit 数据相关与存储相关 Pipeline 算法主程序与接口驱动 有限RAM资源的分配与节省 8KW 32KW 程序效率的估计与优化 MIPsandMemory 6 4DSP软件编程的注意事项 数字信号处理器DSP简