嵌入式系统论文

嵌入式系统论文嵌入式系统论文 Embedded system 姓名 Full name 班级 Class 学号 200912040136 Student ID 200912040136 摘 要 当今信息时代 嵌入式系统的应用无处不在 而 ARM 嵌入式系统应用市场份额约占 75 从嵌入 式系统的基本概念入手 分别从 ARM 的定义 ARM 微处理器 ARM 开发工具及调试方法来介绍 ARM 嵌入式 系统基础知识 接着 讨论了 ARM 嵌入式系统的实时性要求 介绍了目前市场上的实时多任务操作系统 RTOS 最后 概括了 ARM 技术的应用领域及其产业化发展 并预测 ARM 技术发展的前景 Abstract In the information era embedded system application everywhere while the ARM embedded system application market share accounted for75 From the basic concept of the embedded system separately from the definition of ARM ARM ARM microprocessor development tools and debugging method to introduce ARM embedded systems based on knowledge Then discussed the ARM embedded real time request of the system introduces the current market of real time multi task operating system RTOS Finally summarized ARM technology applications and its industrialization development and forecast the development prospect of ARM technology 关键词 嵌入式系统 ARM 微处理器 RTOS Key word Embedded system Microprocessor ARM RTOS 嵌入式系统发展历史嵌入式系统发展历史 目前 在嵌入式系统应用领域中 但是这个概念并非新近才出现 从 世纪七十年 代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器 微控制器的大规模应用 嵌入式系统 已经有了近 年的发展历史 嵌入式系统诞生于微型机时代 嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个 对象体系中去 这些是理解嵌入式系统的基本出发点 由于嵌入式计算机系统要嵌入到对 象体系中 实现的是对象的智能化控制 因此 它有着与通用计算机系统完全不同的技术 要求与技术发展方向 通用计算机系统的技术要求是高速 海量的数值计算 技术发展方向是总线速度的无 限提升 存储容量的无限扩大 而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能 力 技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能 控制能力与控制的可靠性 嵌入式计算机系统则走上了一条完全不同的道路 这条独立发展的道路就是单芯片化 道路 它动员了原有的传统电子系统领域的厂家与专业人士 接过起源于计算机领域的嵌 入式系统 承担起发展与普及嵌入式系统的历史任务 迅速地将传统的电子系统发展到智 能化的现代电子系统时代 在中国嵌入式系统领域 比较认同的嵌入式系统概念是 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器 处围硬件设备 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 嵌入式系统的组成嵌入式系统的组成 一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成嵌入式计算机系统是 整个嵌入式系统的核心 由硬件层 中间层 系统软件层和应用软件层组成 执行装置也 称为被控对象 它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令 执行所规定的操作或任务 执行装置可以很简单 如手机上的一个微小型的电机 当手机处于震动接收状态时打开 也可以很复杂 如 智能机器狗 上面集成了多个微上控制电机和多种传感器 从 而可以执行各种复杂的动作和感受种状态信息 下面对嵌入式计算机系统的组成进行介绍 一 硬件层 硬件层中包含嵌入式微处理器 存储器 SDRAM ROM Flash 等 通用设备接口 和 I O 接口 A D D A I O 等 在一嵌入式处理器基础上添加电源电路 时钟 电路和存储器电路 就构成了一个嵌入式核心控制模块 其中操作系统和应用程 序都可以固化在 中 二 中间层 硬件层与软件层之间为中间层 也称为硬件抽象层 Hardware Abstract Layer HAL 或者板级支持包 Board Support Package BSP 它半系统上层软件 与底层硬件分离开来 使系统的底层驱动程序与硬件无关 上层软件开发人员无 需关心底层硬件的具体情况 根据 BSP 层提供的接口即可进行开发 该层一般包 含相关底层硬件的初始化 数据的输入 输出操作和硬件设备的配置功能 实际上 BSP 是一个介于操作系统和底层硬件之间的软件层次 包括了系统中大部 分与硬件联系紧密的软件模块 设计一个完整的 BSP 需要完成两部分工作 嵌入 工系统的硬件初始化的 BSP 功能 设计硬件相关的设备驱动 三 系统软件层 系统软件层由实时多任务操作系统 Real time Operation System RTOS 文件 系统 图形用户接口 Graphic User Interface GUI 网络系统及通用组件模块 组成 RTOS 是嵌入式应用软件的基础和开发平台 图 1 1 为嵌入式系统的硬件组成 嵌入式微处理器的的种类嵌入式微处理器的的种类 嵌入式微处理器的核心是嵌入微处理器 嵌入式微处理器与通用 CPU 最大的不同在于 嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中 它将通用 CPU 许多由板卡 完成的任务集成在芯片内部 从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化 同时还具有很 高的效率和可靠性 下图为嵌入式处理器 嵌入式系统的发展现状和发展趋势嵌入式系统的发展现状和发展趋势 随着信息化 智能化 网络化发展 嵌入式系统技术也将获得广阔发展空间 美国著 名未来学家尼葛洛庞帝 99 年 1 月访华时预言 4 5 年后嵌入式智能 电脑 工具将是 PC 和因特网之后最伟大的发明 我国著名嵌入式系统专家沈绪榜院士 98 年 11 月在武汉全国 第 11 次微机学术交流会发表的 计算机的发展与技术 一文中 对未来 10 年以嵌入式芯 片为基础的计算机工业进行了科学的阐述和展望 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 信息时代 数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展契机 为嵌入式市场展现了美 好的前景 同时也地嵌入式生产厂商提出了新的挑战 从中我们可以看出未来嵌入式系统 的几大发展趋势 一 嵌入式开发是一项系统工程 因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬 件系统本身 同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持 二 网络化 信息化的要求随着因特网技术的成熟 带宽的提高日益提高 使得以 往单一功能的设备如电话 手机 冰箱 微波炉等功能不再单一 结构更加复 杂 三 网络互联成为必然趋势 未来的嵌入式设备为了适应网络发展的要求 必然要 求硬件上提供各种网络通信接口 四 精简系统内核 算法 降低功耗和软硬件成本 五 提供友好的多媒体人机界面 嵌入式设备能与用户亲密接触 最重要的因素就 是它能提供非常友好的用户界面 嵌入式系统的分类 特点和作用嵌入式系统的分类 特点和作用 由于嵌入系统由硬件和软件两大部分组 所以其分类也可以从硬件和软件进行划分 从硬件方面来讲 各式各样的嵌入式处理器是嵌入式系统硬件中的最核心的部分 而 目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过 1000 种 流行体系结构包括 MCU MPU 等 30 多个系列 鉴于嵌入式系统广阔的发展前景 很多半导体制造商都大规模生产嵌入式 处理器 并且公司自主设计处理器也已经成为了未来嵌入式领域的一大趋势 其中从单片 机 DSP 到 FPGA 有若各式各样的品种上 速度越来越快 性能越来越强 价格也越来越低 目前嵌入式处理的寻址空间可以从 64KB 到 16MB 处理速度最快可以达到 2000MIPS 封装从 个引脚到 144 个引脚个不等 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器 嵌入式微处理器一般就具备以下 4 个特点 一 对实时任务有很强的支持能力 能完成多任务并且有较短的中断响应时间 从而 使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度 二 具有功能很强的存储区保护功能 这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化 而 为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用 需要设计强大存储区保护功能 同时 也有利于软件诊断 三 可扩展的处理器结构 以能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处理 器 四 嵌入式微处理器必须功耗很低 尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设 备中靠电池的嵌入式系统更是如此 如需要功耗只有 nW 甚至 uW 级 参考文献 1 ARM 公司 ARM Architecture Refere