第一章 嵌入式系统概述.ppt

第1章嵌入式系统的概要、1.1嵌入式系统的发展和应用1.2嵌入式系统的定义、构成和特征1.3嵌入式系统的种类1.4嵌入式系统的应用带来的机会1.5本章的总结、课题、1.1嵌入式系统的发展和应用， 计算机系统的分类嵌入式系统的应用概况嵌入式系统的发展史，1.1.1计算机系统的分类图1-1传统计算机系统分类金字塔，1 .传统计算机分类，通用计算机系统：具有计算机的标准形态，组装不同的应用软件， 嵌入式(计算机)系统：以嵌入在各种装置、产品和系统中的形式隐藏着，2 .以应用为中心的分类，1.1.2嵌入式系统的应用概况1 .应用数量中，嵌入式系统是通用计算机Gartner估计70亿嵌入式处理器中，70亿嵌入式处理器占94%的处理器市场仅占英特尔奔腾、摩托罗拉powerpc等通用处理器市场的6% gigharicallustrationofmooreslaw，somthingthatdoublefrequentlygrowsmorequicklythanostpeoplerealize！ a 2002 chipcanholdabout 15，0001981 chipsinsideitself， 2 .在应用领域中，图1-2中常见的消费类产品、消费类产品(ConsumerProduct )、图1-3中智能消费类产品、图1-4中建设机械智能控制器、工业控制(IndustryControl )图1-5汽车电子产品(VOLVOS80汽车， 18个嵌入式控制模块CAN总线网络，图1-6通信设备，通信设备，图1-7穿刺肿瘤医疗设备，智能设备，图1-8智能玩具机器人，机器人图1-9wince 图1-10基于RTLinux的类人机器人，图1-111997年4月在火星表面登陆的火星探测器(基于VxWorks )，图1-122004年“勇气号”再次登陆火星，图1-13计算机外围设备，计算机外围设备图1-13 军事电子设备和现代武器，图1-15军事机器人(2002年11月28日，在以色列的一举投票点发生了枪击事件，至少有7人死亡，数十人受伤。 用警察用机器人检查巴勒斯坦人的尸体)，图1-16高性能武器平台，图1-17高性能武器平台，图1-18宇宙科学，宇宙科学，嵌入式系统前景广阔的社会新电子产品，特别是消费电子产品的发展和迅速！ 嵌入式市场很大，但是人才不足学生嵌入式系统需要硬件的综合知识，需要更全面的系统知识和领域知识，1.1.3嵌入式系统的发展史，1.20世纪70年代1971年11月，世界上第一个微处理器英特尔4004嵌入式应用之后，将第8、16名的微处理器Intel8080/8085、8086Motorola6800、68000ZilogZ80、Z8000系列化、模块化的单板计算机相继发售，在2.20世纪80年代初， 单片机英特尔进一步完善了8048，在此基础上开发成功了8051单片机(单片机主流)的DSP产品，其嵌入式系统的技术水平是1981年第一款商业嵌入式实时内核出现了一些嵌入式操作系统、单片机定义(SingleChipMicrocomputer )单片机的简称，它是微机的主要基本功能部件(CPU、RAM、ROM、I/O接口因为结构和指令功能是基于工业控制要求设计的，所以也称为单片机控制器(SingleChipMicrocontroller )。 单片机的特征1 )结构上采用哈佛结构的数据存储空间和程序存储空间相互分离。 2 ) .片内的存储空间单片机内的RAM的作用是数据存储器，存储应处理的随机数据。 片上RAM采用完全的寄存器结构，可以提高随机存取速度。 程序内存中只存储程序、常数和表，所以任何芯片都是“只读”的存储器(ROM )。控制信号保证PSEN信号在访问外部程序时有效，WR或RD信号在访问外部数据存储器时有效，这两种存储器被严格分离。 3 ) .芯片内的存储器容量受集成度限制。 典型的ROM小于4/8K字节，RAM小于256字节，可以进行外部扩展，通常可以扩展到64K字节。(4)可靠性高。 (按工业测量环境要求设计) (5)容易扩张。 (6)控制功能强。 (7)性能/价格比高、MCS-51系列单片机概要MCS51系列是英特尔于1980年推出的高级8位单片机。 系列为基本型： 8051/8031/8751强化型： 8052/8032更新型： 8044/8344/8744超型： 80C252/83C252/87C252等8031:128字节的内部r 可以扩展o端口、1个全双工串行、特殊功能寄存器21 64K空间的外部数据存储器和64K空间的外部程序存储器。 注：没有ROM，与8051:8031相比，片内4kpROM8751:8031相比，片内4kepROM8032/8052:8031/8051相比，只增加了一个定时/计数器，片内的rom 注：基本型是HMOS技术，3.20世纪90年代现在的硬件方面，特别是芯片方面的发展表现了三个特征的软件方面，嵌入式OS进一步分化，诞生了几个嵌入式OS家族。 平台间软件开发技术从通用计算机扩展到嵌入式，1.2嵌入式系统的定义、配置和特征，嵌入式系统的定义嵌入式系统的配置和架构嵌入式系统的基本特征， 1.2.1嵌入式系统的定义1.IEEE的定义【定义1-1】嵌入式系统是用于控制、监视或辅助设备和设备的装置machineryorplants )，2 .微机学会的定义【定义1-2】嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统，分为系统级、板级、切片级。 系统级别：不同类型的控制台板级别：不同类型的带CPU的板级别：单片机、DSP、以微处理器为中心的产品，3 .一般定义【定义1-3】嵌入式系统以应用为中心，复制4 .所定义的详细理解术语“嵌入式”是多个嵌入式系统，1.2.2嵌入式系统的配置和架构，嵌入式系统通常可以与“嵌入式系统”和“嵌入式系统”共存，其中，更大的系统是更大的系统的完整部分。 图1-19嵌入式系统的配置，2 .嵌入式系统的架构，图1-20反映嵌入式系统的架构的3 .嵌入式系统的示例，PDA和PC的配置比较，1.2.2嵌入式系统的架构1.2.2嵌入式系统的架构，表1-1PDA和PC的配置比较(软件)，1.2.3嵌入式系统的基本特征专用性小型化和有限资源系统的硬件和软件设计的协同一体化软件开发需要交叉开发环境，1.3组按实时性能分类，按软件结构分类，按1.3.1实时性能分类，嵌入式非实时系统嵌入式实时系统(1)嵌入式非实时系统嵌入式非实时系统的准确性只取决于计算处理的逻辑结果在科学计算和一般实时性要求不高的情况下，主要应用于例如手持设备、电子词典等，(2)嵌入式实时系统嵌入式实时系统是能够在限定时间内对外部事件实时响应的嵌入式系统，在嵌入式系统中是很大的占据数据采集、通信等领域，嵌入式实时系统除了具有嵌入式系统的基本特征外，还具有实时性可靠性、实时评价嵌入式实时系统的性能，有以下性能指标。 确定性请求系统对外部事件的响应时间必须是确定性的且可以重复的，而与当前系统内部状态无关地是可预测的。 这个性能指标反映了系统准确地估计运行状况的最佳和最坏的能力。 是实时系统最重要的性能指标之一。 响应时间(响应时间)系统识别到外部事件的时间是最重要的性能指标之一。 不同的控制过程具有不同的响应时间要求：在慢变化过程中，多于几分钟的响应时间可以被认为是高速的实时过程，其响应时间可能不大于毫秒、微秒、纳秒。 此外，生存(SurvivalTime )时间是数据的有效等待时间，并且在该时间中数据有效的吞吐量是系统能够在特定时间内处理的事件的总数，为了实现以上的实时性能要求，嵌入式系统通常采用高速硬件例如，要利用高速处理器、高速A/D、D/A等嵌入式处理器提供的中断功能，需要嵌入式实时OS(RTOS )的支持应用程序代码量少、执行速度快、可靠性硬件平台的例如，选择产业级乃至军品级的嵌入式处理器软件，实现磁盘等机械系统访问载体FLASH的高密度、高效率、高可靠性的小型化、速度的提高， 提高抗震性能和寿命软件具有错误处理和自动复位功能的应用采用特殊的容错和错误处理措施，具有故障诊断和修复能力，执行恐慌后自动恢复以前的运行状态，按1.3.2软件结构分类， 嵌入式单线程系统嵌入式循环轮询系统有限状态机嵌入式事件驱动系统嵌入式前台后台系统嵌入式多任务系统嵌入式多处理器系统(1)。的)。我的朋友，我的朋友，我的朋友，我的朋友，我的朋友，我的朋友，我的朋友，我的朋友，我的朋友，我的朋友，我的朋友，我的朋友嵌入式单线程系统常见于小型、简单的嵌入式应用程序(如果应用循环轮询系统有限状态机)，但是其编程容易理解，而系统却很容易被设计出来。在该系统中，嵌入式单线程系统被应用。 嵌入式轮询系统在该系统中，程序依次检查系统的各输入条件，在条件成立时进行相应的处理。软件结构：初始化() while (true ) if (condition _1) action _1()； if (condition _2)动作_2()； PS (condition _ n )动作_ n ()； 例：通信处理器中的多串行处理程序，有限状态机(FSM，FiniteStateMachine )状态迁移图：图1-21有限状态机图，相应的程序结构：intf0(charch )，f2(charch )； 结构 intnextstate； int (*函数) 状态表4= 1，F0，3，f1，3，F0，f2，2，f1，0，f1， 0，F2，3，f0； main()charc； intI、state； while(c=getch )！=q ) I=速率(c )； (* state表 state .function ) (c ) state=state表 state I .下一个state； ， (2)嵌入式事件驱动系统是一种可以直接响应外部事件的系统，包括：嵌入式前后台系统嵌入式多任务系统嵌入式多处理器系统，如(1)所示Backgroud )系统也称为嵌入式驱动系统，后台是循环轮询系统，始终处于运行状态，通常也称为主程序，前端由几个中断处理过程组成。 运行方式在发生一个前台事件(外部事件)时引起中断，暂时中止后台运行，转移到前台处理，处理完成后返回后台继续运行。 再有，图1-22的嵌入前背景系统的执行方式以极端的情况为例，背景在简单的循环中什么也不做。 大多数其他工作都由中断处理程序完成，预嵌入式后台系统中断只处理需要快速响应的事件，将I/O设备的数据放入内存缓冲区，并在后台发布，其他工作在后台完成印刷等应用嵌入式多任务(Multitask )系统时，在复杂的嵌入式系统中，采用中断处理程序和后台主程序的软件结构，实现实时、准确、可靠的系统功能或者在某些系统中需要同时处理相关的进程或者不相关的进程的情况下，需要采用嵌入式多任务系统。 执行机制系统由多个任务、多个中断处理流程和嵌入式操作系统组成。 每个任务都按顺序或优先级执行，并行性、任务间的互通和同步需要操作系统的支持。 根据图1-23的嵌入式多任务系统的映像、嵌入式多任务系统的进一步分类和例子，嵌入式抢占多任务系统任务之间的调度是优先权优先权优先方式例子： VxWorks， WindowsCE嵌入式时分多任务系统任务之间的调度是时间片轮换方式示例： CLinux，应用嵌入式多处理器/多核系统的情况下，如果某些工作在单个处理器上很难处理，则多个处理器运行机制的多个任务可以由单独的处理器运行，在宏上是并行的，在微观上是并行的。 1.4嵌入式系统的应用带来的机会，在美国着名的未来学者尼格罗蓬于1999年1月访华时，预言“45年后嵌入式系统将成为继PC和互联网之后最伟大的发明”。 中国著名的嵌入式系统专家沈魂榜院士在1998年11月武汉全国第11届微机学术交流会上发表的计算机的发展与技术文中说，今后10年以嵌入式芯片为基础的计算机工业将有很大发展。 微软的成功案例预言，在电脑时代，微软是为了提供图形用户界面操作系统而发展起来的。的.在互联网时代，开始稍晚了一点