第1章 嵌入式系统基本概念ppt课件

2020 4 25 嵌入式系统介绍 课程概述 为什么要学习嵌入式系统导论 why 开课对象 who 本课程在专业方向中的地位 where 学什么 what 怎么学 how 为什么要学习嵌入式系统 why 市场需求 中国具有世界最大嵌入式技术市场 将成为世界第一 手持仪器设备 信息家电 城市建设 工业控制 军事应用 嵌入式技术无处不在 企业人才需求 软硬件设计人才 应用开发人才 综合性人才 技术发展趋势要求 8位 16位 32位 实时操作系统 开课对象 who 嵌入式方向JAVA方向 如何学好这门课 how 勤思考勤动手培养兴趣 教材及参考书 1 教材介绍 嵌入式应用开发基础 基于ARM微处理器和Linux操作系统 2 参考书目 a 基于ARMCortex M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践彭刚 春志强编 2011年01月 电子工业出版社b STM32F系列ARMCortex M3核微控制器开发与应用 配光盘 喻金钱 喻斌编著 2011年04月 清华大学出版社c ARMCortex M3应用开发实例详解刘波文编著 2011年02月 电子工业出版社 第一章嵌入式系统概述 嵌入式系统基本概念嵌入式系统的定义嵌入式系统的特点嵌入式系统的应用嵌入式系统的结构嵌入式系统的分类 嵌入式系统的定义 IEEE的定义根据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 监视或者辅助操作机器和设备的装置 原文为devicesusedtocontrol monitor orassisttheoperationofequipment machineryorplants 嵌入式系统的定义 单片机与嵌入式系统应用 定义嵌入式系统是嵌入到对象体系内部的专用计算机系统 嵌入式系统的定义 一般定义 国内普遍认同 以应用为中心 以计算机技术为基础 其软硬件可配置 对功能 可靠性 成本 体积 功耗有严格约束的一种专用系统 所用的计算机称为嵌入式计算机 嵌入式系统的定义 对概念的理解狭义 人们一般将埋藏在宿主设备中的专用的 使用者不可见的微处理器系统称为嵌入式系统 广义 计算机可以作为某种技术过程的核心处理环节 嵌入式系统的特点 1 面向特定应用 专用性强2 软硬件需高效设计 量体裁衣3 融合多种技术4 程序固化5 全自动循环操作6 要求软件高质量 高可靠性7 嵌入式系统需要开发工具和环境 嵌入式系统的特点 嵌入式系统的产业链 嵌入式系统的应用 嵌入式系统的应用 军用嵌入式计算机系统 最早出现在60年代武器控制中 各种武器控制 火炮控制 导弹控制 智能炸弹制导引爆装置 坦克 舰艇 轰炸机等陆海空各种军用电子装备 雷达 电子对抗军事通信装备 野战指挥作战用各种专用设备等 在海湾战争到最近伊拉克战争中广泛使用 我国嵌入式计算机最早用于导弹控制 嵌入式系统的应用 家用我国各种信息家电产品 如数字电视机 机顶盒 数码相机 VCD DVD音响设备 可视电话 家庭网络设备 洗衣机 电冰箱 智能玩具等 广泛采用微处理器微控制器及嵌入式软件 EMIT已用于社区对家用电 水 煤气表远程抄表 洗衣机遥控 现在每个家庭使用的嵌入式处理器平均约30 40个 一台pc机就有可能包含10个嵌入式处理器 嵌入式系统的应用 工业用各种智能测量仪表 数控装置 可编程控制器 控制机 分布式控制系统 现场总线仪表及控制系统 工业机器人 机电一体化机械设备 汽车电子设备等 广泛采用微处理器 控制器芯片级 标准总线的模板级及系统嵌入式计算机 汽车中的嵌入式系统 汽车内部正在迅速发展成为一个具有相当规模的局域网 LAN 为什么要这么做 车灯控制 车内音响 车上电脑 语音转换 嵌入式系统的应用 商用各类收款机 POS系统 电子秤 条形码阅读机 商用终端 银行点钞机 IC卡输入设备 取款机 自动柜员机 自动服务终端 防盗系统 各种银行专业外围设备 嵌入式系统的应用 办公用复印机 打印机 传真机 扫描仪 激光照排系统 安全监控设备 手机 寻呼机 个人数字助理 PDA 变频空调设备 通信终端 程控交换机 网络设备 录音录象及电视会议设备 数字音频广播系统等 女娲Hopen嵌入式软件已用于机顶盒 网络电视 电话 手机 个人数字助理 PDA 嵌入式系统的应用 医用各种医疗电子仪器 X光机 超声诊断仪 计算机断层成像系统 心脏起博器 监护仪 辅助诊断系统 专家系统等 在我国信息家电产品年需求量几亿台 每一类数字化家电产品都有千万台市场需求量 工业控制用嵌入式系统有百十万台需求量 商用嵌入式系统需求量几百万台 我国已有集成电路及板级产品的大批量生产能力 出口的嵌入式应用产品亦将逐步增长 在全球市场也可占有一席之地 嵌入式系统的应用 goReaderInterneteBook SamsungAnyWebInternetScreenPhone eRemoteIntelligentHomeController TektronixTDS7000DigitalOscilloscopes NixvueDigitalAlbumDigitalPhotoAlbum 一些典型的嵌入式系统应用 美国 捕食者 战斗机 嵌入式系统的应用 阿富汗参加反恐作战的 赫耳墨斯 价值4万美元 可携带2架摄像机 发挥了很好作用 军事侦察 嵌入式系统的应用 2002年11月28日 以色列一选举投票点 发生枪击事件 造成至少7人死亡 数十人受伤 以警方用机器人在检查一具巴勒斯坦枪手的尸体 反恐防暴 嵌入式系统的应用 嵌入式系统的应用 微型飞行器 黑寡妇 空中飞行器 基于WinCE的移动机器人平台 嵌入式系统的应用 嵌入式系统的应用 高48cm重 6kg灵活性 20DOF操作系统 RT Linux接口形式 USB1 0 12Mbps 响应周期 1ms能源 DC24Vx6 2A 150W 制造 富士通 日本富士通公司的仿人型机器人HOAP 1 基于RTLinux的仿人机器人 基于VxWorks的火星探路者 嵌入式系统的应用 2004年 勇气号 再次登陆火星 嵌入式系统的应用 嵌入式系统的应用 信息家电的应用 嵌入式系统的应用 嵌入式系统的应用 汽车电子 嵌入式系统的应用 智能玩具与机器人 嵌入式系统的应用 嵌入式系统的应用 医疗 工业控制 嵌入式系统的结构 嵌入式系统基本组成 硬件结构 软件结构 嵌入式系统的发展阶段 第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统 第二阶段是以嵌入式CPU为基础 以简单操作系统为核心的嵌入式系统 第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统 第四阶段是以Internet为标志的嵌入式系统 2020 4 25 嵌入式系统的发展阶段 2020 4 25 嵌入式系统的发展趋势 1 轻型2 小型3 人性化 与PC相比所具有的特点 嵌入式系统的分类 1 简单嵌入式系统如以单片机 DSP为微处理器的系统 系统软硬件复杂度很低 上下位机通讯等 小的智能家电 2 复杂嵌入式系统如以ARM soc为核心 32位以上 速度快 外围接口能力强 可以移植嵌入式操作系统 现在所指的嵌入式系统 嵌入式微处理器和嵌入式操作系统 嵌入式微处理器特点ARM嵌入式微处理器体系结构概述嵌入式操作系统 嵌入式微处理器特点 嵌入式处理器分类 2020 4 25 嵌入式微处理器特点 对实时多任务有很强的支持能力具有功能很强的存储区保护功能可扩展的处理器结构嵌入式微处理器必须功耗很低 ARM嵌入式微处理器体系结构概述 ARM AdvancedRISCMachines 全球领先的16 32位RISC微处理器知识产权核供应商ARM处理器三大特点耗电少 成本低 功能强16 32位双指令集全球众多合作伙伴保证供应ARM处理器性能卓越 占据80 的市场 ARM的RISC性能全世界领先 小尺寸封装 具有最低的芯片成本 在非常低的功耗和价格下提供高的性能 双指令集可以相互切换 可以优化软件设计 保证了大量的开发工具和第三方资源 ARM嵌入式微处理器体系结构概述 Partner 授权费 ARM创造和设计IP OEMCustomer 业务拓展 市场格局 ARM ARM嵌入式微处理器体系结构概述 ARM系列ARM7 ARM9 ARM9E ARM10 ARM11 SecureCore IntelXScale ARM嵌入式微处理器体系结构概述 S3C2410S3C2410是三星公司生产的基于ARM920T内核的RISC微处理器 主频率可达203MHz 适用于信息家电 SmartPhone Tablet 手持设备 移动终端等领域三个通用异步串行端口2个USBHOST8通道10位ADC和触摸屏接口 ARM嵌入式微处理器体系结构概述 ARM指令集大量的寄存器 都可用于多种用途Load Store体系结构3地址指令 两个源操作数寄存器和结果寄存器独立设定 每条指令都条件执行包含非常强大的多寄存器Load和Store指令能在单时钟周期执行的单条指令内完成一项普通的移位操作和一项普通的ALU操作能过协处理器指令集来扩展ARM指令集 包括在编程模式下增加了新的寄存器和数据类型在Thumb体系结构中以高密度16位压缩形式表示指令集 嵌入式操作系统 实时嵌入式操作系统的种类繁多 大体上可分为两种 商用型和免费型 商用型的实时操作系统功能稳定 可靠 有完善的技术支持和售后服务 但往往价格昂贵 免费型的实时操作系统在价格方面具有优势 目前主要有Linux和 C OS 稳定性与服务性存在挑战 嵌入式操作系统 VxWorksVxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统 RTOS 具有良好的持续发展能力 高性能的内核以及友好的用户开发环境VxWorks所具有的显著特点是 可靠性 实时性和可裁减性 它支持多种处理器 如x86 i960 SunSparc MotorolaMC68xxx MIPS POWERPC等等 大多数的VxWorksAPI是专有的 火星机器人 美国市场第一名 嵌入式操作系统 WindowsEmbededWindowsCE3 0 一种针对小容量 移动式 智能化 32位 连接设备的模块化实时嵌入式操作系统 针对掌上设备 无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台 WindowsCE嵌入但不够实时 属于软实时操作系统 目前也开始中文手机的研究开发 由于其Windows背景 界面比较统一认可 操作系统的基本内核需要至少200K的ROM 嵌入式操作系统 PalmOSPalmOS是著名的网络设备制造商3COM旗下的PalmComputing掌上电脑公司的产品 特点 PalmOS在PDA市场上占有很大的市场份额 主要与WINCE进行激烈竞争 2020 4 25 嵌入式操作系统 HopenOS北京凯思昊鹏公司的产品 女娲 计划内核小 一般在10k左右实时 多任务 多线程 嵌入式操作系统 嵌入式实时内核uC OSuC OS是一款公开源代码的免费实时内核uC OS的特点 具有RTOS基本的特点 代码尺寸小 结构简明 易学 易移植源代码的绝大部分是用C语言写的 经过简单的编译 就能在PC机上运行 用汇编语言写的部分只有200行左右 该实时内核可以方便地移植到几乎所有的嵌入式应用类CPU上 嵌入式操作系统 嵌入式LinuxLinux是开放源码的 不存在黑箱技术 遍布全球的众多Linux爱好者又是Linux开发的强大技术后盾 Linux的内核小 功能强大 运行稳定 系统健壮 效率高 易于定制剪裁 在价格上极具竞争力 Linux不仅支持x86CPU 还可以支持其他数十种CPU芯片 嵌入式系统的选型原则 嵌入式微处理器的选型原则嵌入式操作系统的选型原则 嵌入式微处理器的选型原则 处理性能技术指标功耗软件支持工具是否内置调试工具供应商是否提供评估板 嵌入式操作系统的选型原则 市场进入时间可移植性可利用资源系统定制能力成本中文内核支持 基于ARM和Linux的嵌入式开发平台 基于Linux的嵌入式软件开发平台体系结构 嵌入式Linux开发流程