第1章嵌入式系统导论

1、童梦无忧网 试管婴儿论坛 本文由目标另存为吧贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 基于s3c44B0X 嵌入式uCLinux系统原 理及应用 本章主要内容： 本章主要内容： (1)嵌入式系统的概念 嵌入式系统的概念 (2)嵌入式系统的特点，分类及应用领域 嵌入式系统的特点， 嵌入式系统的特点 (3)主流嵌入式微处理器和嵌入式操作系统 主流嵌入式微处理器和嵌入式操作系统 (4)嵌入式系统的设计方法 嵌入式系统的设计方法 第 1 章 目录 1 概述 1.1 什么是嵌入式系统 1.2嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点及分类 2 嵌入式微处理

2、器和嵌入式操作系统 2.1 嵌入式微处理器 2.2 嵌入式操作系统 3 嵌入式系统设计过程 3.1 需求分析 3.2 规格说明 3.3 体系结构设计 3.4 设计硬件和软件构件 3.5 系统集成 3.6 系统测试 第 1 章 目录 1 概述 1.1 什么是嵌入式系统 1.2嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点及分类 2 嵌入式微处理器和嵌入式操作系统 2.1 嵌入式微处理器 2.2 嵌入式操作系统 3 嵌入式系统设计过程 3.1 需求分析 3.2 规格说明 3.3 体系结构设计 3.4 设计硬件和软件构件 3.5 系统集成 3.6 系统测试 1.1 什么是嵌入式系统 简介 经过几十年的发展

3、，嵌入式系统已经在很 大程度改变了人们的生活、工作和娱乐方式， 而且这些改变还在加速。嵌入式系统具有无数 的种类，每类都具有自己独特的个性。例如， MP3、数码相机与打印机就有很大的不同。汽 车中更是具有多个嵌入式系统，使汽车更轻快、 更干净、更容易驾驶。 现实中的嵌入式系统 嵌入式系统在很多产业中得到了广泛的应 用并逐步改变着这些产业，包括工业自动化、 国防、运输和航天领域。例如神州飞船和长征 火箭中肯定有很多嵌入式系统，导弹的制导系 统也是嵌入式系统，高档汽车中也有多达几十 个嵌入式系统。 在日常生活中，人们使用各种嵌入式系统， 但未必知道它们。事实上，几乎所有带有一点 “智能”的家电（全

4、自动洗衣机、电脑电饭 煲）都是嵌入式系统。嵌入式系统广泛的适 应能力和多样性，使得视听、工作场所甚至健 身设备中到处都有嵌入式系统。 现实中的嵌入式系统 嵌入式系统的概念 嵌入式系统 以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬 件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成 本、体积、重量、功耗严格要求的专用计算机 系统 简而言之，是含有处理器的专用软硬件系统 具有自主的信息处理能力（信息装备） 英国电机工程师协会的定义 Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants

5、 （用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的 装置） 嵌入式系统示例 汽车控制系统 嵌入式系统示例 汽车控制系统 前车门控 制系统 发动器控 制系统 后车门控 制系统 尾灯控制 系统 所有的控 制系统都 是一个完 整的嵌入 式系统 马达 座椅控制 系统 控制器 车灯 第 1 章 目录 1 概述 1.1 什么是嵌入式系统 1.2嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点及分类 2 嵌入式微处理器和嵌入式操作系统 2.1 嵌入式微处理器 2.2 嵌入式操作系统 3 嵌入式系统设计过程 3.1 需求分析 3.2 规格说明 3.3 体系结构设计 3.4 设计硬件和软件构件 3.5 系统集成 3.6 系统测

6、试 1.2嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点 嵌入式系统的分类 嵌入式系统的应用 1.2嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点： 嵌入式系统的特点： 系统内核小 专用性强 系统精简 高实时性 多任务的操作系统 专门的开发工具和环境 Tornado2.2 ads 1.2 keil J-Link U-Link 1.2嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的分类 由于嵌入式系统由硬件和软件两大部 分组成， 分组成，所以其分类也可以从硬件和软 进行划分。 件进行划分。 1.2嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点及分类 嵌入

7、式系统的分类 嵌入式系统的硬件 嵌入式系统的硬件 嵌入式微控制（MCU） 嵌入式微控制 嵌入式DSP处理器(DSP) 嵌入式 嵌入式处理器 嵌入式微处理器MPU 嵌入式微处理器 嵌入式片上系统（ 嵌入式片上系统 SOC） 嵌入式处理器 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。 。 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的 在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上， 在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上， 只保留和嵌入式应用有关的母板功能， 只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大 幅度减小系统体积和功耗。 幅度减小系统体积和功耗。 嵌入式微处理器及其存储器、总线

8、、 嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安 装在一块电路板上，称为单板计算机 单板计算机。 装在一块电路板上，称为单板计算机。如STDBUS、PC104等。 、 等 ROM RAM 外设1 CPU 外设2 单板计算机 嵌入式处理器 嵌入式微控制器 嵌入式微控制器又称单片机 单片机， 嵌入式微控制器又称单片机，它是将整个计算机系统集成到一 块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心， 块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯 片内部集成ROM/EPROM RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、 ROM/EPROM、 片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线

9、逻辑、定时/计数器、 WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、 WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、 EEPROM等各种必要功能和外设 为适应不同的应用需求， 等各种必要功能和外设。 EEPROM等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一 个系列的单片机具有多种衍生产品， 个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都 是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。 是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片 复位 看门狗 晶振 机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少， 机最大限度

10、地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和 部件 部件 部件 成本。 成本。 和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化， 和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积 定时器 I/O CPU核 大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。 大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前 部件 部件 嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富， 嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富， 中断 微控制器。 适合于控制，因此称微控制器 适合于控制，因此称SRAM 。 ROM 微控制器 部件 部件 嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，

11、比较有代表性的通用 嵌入式微控制器目前的品种和数量最多部件 ， 系列包括8051 P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、 8051、 系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、 MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多ARM芯片等。目前MCU ARM芯片等 MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多ARM芯片等。目前MCU 占嵌入式系统约70 的市场份额。 70 占嵌入式系统约70的市场份额。 嵌入式处理器 嵌入式DSP处理器 DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其

12、适合于执 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计， 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计 算法， 行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、 算法 编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、 FFT、谱分析等方面 算法正在大量进入嵌入式领域， 、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用 算法正在大量进入嵌入式领域 应用 正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式 功能， 正从在通用单片机中以普通指令实现 功能 DSP处理器。 处理器。 处理器 嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是 处理器比较有代表性的产品是Texas Instrument

13、s的 嵌入式 处理器比较有代表性的产品是 的 TMS320系列和 系列和Motorola的DSP56000 系列。TMS320系列处理器包 系列。 系列和 的 系列处理器包 系列， 系列， 括用于控制的 C2000系列，移动通信的 系列 移动通信的C5000系列，以及性能更高 系列 系列。 目前已经发展成为DSP56000， 的C6000和C8000系列。DSP56000目前已经发展成为 和 系列 目前已经发展成为 ， DSP56100，DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。另外 等几个不同系列的处理器。 ， 和 等几个不同系列的处理器 PHILIPS公司近年也推出了基于可

14、重置嵌入式 公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP结构低成本、低 结构低成本、 公司近年也推出了基于可重置嵌入式 结构低成本 功耗技术上制造的R. 处理器， 功耗技术上制造的 E. A. L DSP处理器，特点是具备双 处理器 特点是具备双Harvard结 结 构和双乘/累加单元 应用目标是大批量消费类产品。 累加单元， 构和双乘 累加单元，应用目标是大批量消费类产品。 嵌入式处理器 嵌入式片上系统(SOC) 随着EDA电子设计自动化的推广和 电子设计自动化的推广和VLSI设计的普及化及半导体 随着 电子设计自动化的推广和 设计的普及化及半导体 工艺的迅速发展， 工艺的迅速发展，在一个硅片上实

15、现一个更为复杂的系统的时代已 来临，这就是System On Chip(SOC)。各种通用处理器内核将作为 来临，这就是 。 SOC设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为 设计公司的标准库， 设计公司的标准库 和许多其它嵌入式系统外设一样， VLSI设计中一种标准的器件，用标准的 VHDL等语言描述，存储在 设计中一种标准的器件， 等语言描述， 设计中一种标准的器件 等语言描述 器件库中。用户只需定义出其整个应用系统， 器件库中。用户只需定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将 设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外， 设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别

16、无法集成的器件以外， 整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去， 整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统 电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。 电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。 SoC可以分为通用和专用两类。通用系列包括 可以分为通用和专用两类。 可以分为通用和专用两类 通用系列包括Infineon的 的 TriCore、Motorola的M-Core、某些 、 系列器件、 的 、某些ARM系列器件、美国埃施朗 系列器件 Echelon和Motorola联合研制的 联合研制的Neuron神经元芯片等。专用 神经元芯

17、片等。 和 联合研制的 神经元芯片等 专用SoC一般 一般 专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。 专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产 品是Philips的Smart XA，它将 单片机内核和支持超过 单片机内核和支持超过2048 位复 品是 的 ，它将XA单片机内核和支持超过 算法的CCU单元制作在一块硅片上，形成一个可加载 单元制作在一块硅片上， 杂RSA算法的 算法的 单元制作在一块硅片上 形成一个可加载JAVA 语言的专用的SOC，可用于公众互联网如 安全方面。 或C语言的专用的 语言的专用的 ，可用于公众互联网如Internet安全方面。 安全方面 1.2

18、嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的分类 嵌入式系统的软件 嵌入式系统的软件 硬实时系统 实时系统 软实时系统 嵌入式系统 分时系统 1.2嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的应用 国防武器设备。 国防武器设备。 通信信息设备。 通信信息设备。 过程控制。 过程控制。 智能仪器。 智能仪器。 消费产品。 消费产品。 生物微电子技术。 生物微电子技术。 基于RTLinux的仿人机器人 的仿人机器人 基于 高 48 cm 重: 6 kg 灵活性： 灵活性：20 DOF 操作系统: RT操作系统: RT-Linux 接口形式: 接口形式: USB 1.

19、0 (12Mbps) 响应周期: 响应周期: 1ms 能源： 能源： DC24V x 6.2A (150W) 制造： 制造：富士通 2004年“勇气号”再次登陆火星 年 勇气号” 第 1 章 目录 1 概述 1.1 什么是嵌入式系统 1.2嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点及分类 2 嵌入式微处理器和嵌入式操作系统 2.1 嵌入式微处理器 2.2 嵌入式操作系统 3 嵌入式系统设计过程 3.1 需求分析 3.2 规格说明 3.3 体系结构设计 3.4 设计硬件和软件构件 3.5 系统集成 3.6 系统测试 2.1 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器有许多种流行的处理 器核，

20、器核，芯片生产厂家一般都基于这些处理 器核生产不同型号的芯片。 器核生产不同型号的芯片。本节将主要介 绍以下几种嵌入式处理器的架构， 绍以下几种嵌入式处理器的架构，以及典 型芯片制造商生产的芯片型号。 型芯片制造商生产的芯片型号。 2.1 嵌入式微处理器 ARM 嵌入式微处理器 ARMStrongARM ARM已成为移动通信、手持设备、多媒体数 已成为移动通信、手持设备、 字消费嵌入式解决方案的RISC标准。 标准。 字消费嵌入式解决方案的 标准 ARM处理器有三大特点： 处理器有三大特点 处理器有三大特点： 小体积、低功耗、低成本而高性能；16/32位双指 小体积、低功耗、低成本而高性能；

21、位双指 令集；全球的合作伙伴众多。 令集；全球的合作伙伴众多。 2.1 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器 MIPS without Inter-locked Pipeline Stages没有互锁管线阶段的微处 没有互锁管线阶段的微处 理器的缩写，是一种处理器内核标准，它是由 MIPS技术公司开发的。 技术公司开发的。 技术公司开发的 MIPS 是 Microprocessor 2.1 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器 MIPS without Inter-locked Pipeline Stages的缩写，是一种处理器内 的缩写， 的缩写 核标准，它是由MIPS技术公司开发的。 技术公司开发的。

22、 核标准，它是由 技术公司开发的 MIPS 是 Microprocessor 2.1 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器 PowerPC PowerPC处理器品种很多，既有通用的处 处理器品种很多， 理器，又有嵌入式控制器和内核， 理器，又有嵌入式控制器和内核，应用范围非常广 从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统， 泛，从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统， 从消费类电子产品到大型通信设备等各个方面。 从消费类电子产品到大型通信设备等各个方面。 2.1 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器 x86 x86 系列处理器是我们最熟悉的了 ， 它起源 系列处理器是我们最熟悉的了， 架构的8080,再发展出

23、 再发展出286、 386、 486， 直 于 Intel架构的 架构的 再发展出 、 、 ， 到现在的Pentium4、Athlon和AMD的64位处理器 到现在的 、 和 的 位处理器 Hammer。 从嵌入式市场来看 ， 486DX是当时和 。 从嵌入式市场来看， 是当时和 ARM、68K、MIPS和SuperH齐名的五大嵌入式处 、 、 和 齐名的五大嵌入式处 理器之一， 是第一款主流的处理器。 理器之一，8080是第一款主流的处理器。 是第一款主流的处理器 2.1 嵌入式微处理器 嵌入式微处理器 68K/Cold fire Motorola 68000(68K) 是出现得比较 早的一

24、款嵌入式处理器， 采用的是CISC结构 ， 结构， 早的一款嵌入式处理器 ， 68K采用的是 采用的是 结构 与现在的PC指令集保持了二进制兼容 指令集保持了二进制兼容。 与现在的 指令集保持了二进制兼容。 第 1 章 目录 1 概述 1.1 什么是嵌入式系统 1.2嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点及分类 2 嵌入式微处理器和嵌入式操作系统 2.1 嵌入式微处理器 2.2 嵌入式操作系统 3 嵌入式系统设计过程 3.1 需求分析 3.2 规格说明 3.3 体系结构设计 3.4 设计硬件和软件构件 3.5 系统集成 3.6 系统测试 2.2 嵌入式操作系统 概述 组成， 计算机系统由硬件

25、和软件组成，在发展 初期没有操作系统这个概念， 初期没有操作系统这个概念，用户使用监控程 序来使用计算机。随着计算机技术的发展，计 序来使用计算机。随着计算机技术的发展， 算机系统的硬件、软件资源也愈来愈丰富， 算机系统的硬件、软件资源也愈来愈丰富，监 控程序已不能适应计算机应用的要求。 控程序已不能适应计算机应用的要求。于是在 六十年代中期监控程序又进一步发展形成了操 作系统(Operating System)。发展到现在，广 作系统 。发展到现在， 泛使用的有三种操作系统即多道批处理操作系 分时操作系统以及实时操作系统。 统、分时操作系统以及实时操作系统。 2.2 嵌入式操作系统 概述 多

26、道批处理操作系统 监 控 程 序 操 作 系 统 适用于计算中心等较 大的计算机系统 适用于多个用户共享 系统资源 适用于嵌入式设备和 有实时性要求的系统 中 分时操作系统 实时操作系统 时 间 先 后 2.2 嵌入式操作系统 概述 适用于计算中心等较大 的计算机系统 适用于多个用户共享系 统资源 适用于嵌入式设备和有 实时性要求的系统中 实时操作系统是我 们介绍的重点 多道批处理操作系统 监 控 程 序 操 作 系 统 分时操作系统 实时操作系统 时 间 先 后 2.2 嵌入式操作系统 实时操作系统的特点 IEEE 的实时UNIX分委会认为实时操作系统应具 备以下的几点: 异步的事件响应 切

27、换时间和中断延迟时间确定 优先级中断和调度 抢占式调度 内存锁定 连续文件 同步 2.2 嵌入式操作系统 实时操作系统的特点 总的来说实时操作系统是事件驱动的，能对来自 外界的作用和信号在限定的时间范围内作出响应。它 强调的是实时性、可靠性和灵活性, 与实时应用软件相 结合成为有机的整体起着核心作用, 由它来管理和协调 各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境及开发 环境。 从实时系统的应用特点来看实时操作系统可以分 为两种：一般实时操作系统 嵌入式实时操作系统。 一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统 2.2 嵌入式操作系统 实时操作系统的特点 一般实时操作系统应用于实时处理系统的上位机 一

28、般实时操作系统 和实时查询系统等实时性较弱的实时系统，并且提供 了开发、调试、运用一致的环境。 嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时 嵌入式实时操作系统 控制系统，而且应用程序的开发过程是通过交叉开发 来完成的，即开发环境与运行环境是不一致。嵌入式 实时操作系统具有规模小(一般在几K几十K 内)、可 固化使用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)的特点 。 2.2 嵌入式操作系统 基本概念 前后台系统 对基于芯片的开发来说，应用程序一般是一个无 限的循环，可称为前后台系统或超循环系统。 很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计， 例如微波炉、电话机、玩具等。在另外一些基于微处 理器应用中，从省

29、电的角度出发，平时微处理器处在 停机状态，所有事都靠中断服务来完成。 基本概念 前后台系统 后台 循环中调用 相应的函数完成 相应的操作，这 部分可以看成后 台行为，后台也 可以叫做任务级。 这种系统在处理 的及时性上比实 际可以做到的要 差。 前台 中断服务程 序处理异步事件， 这部分可以看成 前台行为，前台 也叫中断级。时 间相关性很强的 关键操作一定是 靠中断服务程序 来保证的。 中断服务程序 ISR 时 间 ISR ISR ISR 2.2 嵌入式操作系统 基本概念 操作系统 操作系统是计算机中最基本的程序。操作系统负 责计算机系统中全部软硬资源的分配与回收、控制与 协调等并发的活动；操

30、作系统提供用户接口，使用户 获得良好的工作环境；操作系统为用户扩展新的系统 功能提供软件平台。 用户程序 操作系统 硬件驱动 硬件 2.2 嵌入式操作系统 基本概念 实时操作系统（RTOS） 实时操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执 行的背景程序，用户的应用程序是运行于RTOS之上的 各个任务，RTOS根据各个任务的要求，进行资源(包 括存储器、外设等)管理、消息管理、任务调度、异常 处理等工作。在RTOS支持的系统中， 每个任务均有 一个优先级，RTOS根据各个任务的优先级，动态地切 换各个任务，保证对实时性的要求。 2.2 嵌入式操作系统 使用实时操作系统的必要性 嵌入式实时操作系统在目

31、前的嵌入式应用中用得 越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中显 得愈来愈重要。在嵌入式应用中，只有把CPU嵌入到 系统中，同时又把操作系统嵌入进去，才是真正的计 算机嵌入式应用。使用实时操作系统主要有以下几个 因素： 嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。 提高了开发效率，缩短了开发周期。 嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务潜力。 2.2 嵌入式操作系统 实时操作系统的优缺点 优点：在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程 优点 序使程序的设计和扩展变得容易，不需要大的改动就 可以增加新的功能。通过将应用程序分割成若干独立 的任务模块，使应用程序的设计过程大为简化；而且 对

32、实时性要求苛刻的事件都得到了快速、可靠的处理。 通过有效的系统服务，嵌入式实时操作系统使得系统 资源得到更好的利用。 缺点：但是，使用嵌入式实时操作系统还需要额外的 缺点 ROM/RAM开销，25%的CPU额外负荷，以及内核的 费用。 2.2 嵌入式操作系统 常见的嵌入式操作系统 嵌入式Linux uClinux是一个完全符合GNU/GPL公约的操作系统， 完全开放代码。uClinux从Linux 2.0/2.4内核派生而来， 沿袭了主流Linux的绝大部分特性。它是专门针对没有 MMU的CPU，并且为嵌入式系统做了许多小型化的工 作。适用于没有虚拟内存或内存管理单元(MMU)的处 理器，例如

33、ARM7TDMI。它通常用于具有很少内存或 Flash的嵌入式系统。它保留了Linux的大部分优点：稳 稳 定、良好的移植性、优秀的网络功能、完备的对各种 文件系统的支持、以及标准丰富的API等 文件系统的支持、以及标准丰富的API等。 2.2 嵌入式操作系统 常见的嵌入式操作系统 Win CE Windows CE CE是微软开发的一个开放的、可升级的 32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设 备操作，它是精简的Windows 95。Windows CE的图形 用户界面相当出色。Win CE具有模块化、结构化和基 于Win32应用程序接口以及与处理器无关等特点。Win CE不仅继承了

34、传统的Windows图形界面，并且在Win CE平台上可以使用Windows 95/98上的编程工具（如 Visual Basic、Visual C+等）、使绝大多数的应用软件 使绝大多数的应用软件 只需简单的修改和移植就可以在Windows CE平台上继 只需简单的修改和移植就可以在Windows CE平台上继 续使用。 2.2 嵌入式操作系统 常见的嵌入式操作系统 VxWorks VxWorks操作系统是美国 公司于 1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS）， 是嵌入式开发环境的关键组成部分。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，在嵌 入式实时操作系统领域

35、占据一席之地。它以其良好的 可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、 航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中， 如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等，甚 至在1997年4月登陆火星表面的火星探测器上也使用到 了VxWorks。 2.2 嵌入式操作系统 常见的嵌入式操作系统 OSE OSE主要是由ENEA Data AB 下属的ENEA OSE OSE Systems AB负责开发和技术服务的，一直以来都充当 着实时操作系统以及分布式和容错性应用的先锋，并 保持良好的发展态势。 OSE的客户深入到电信，数据，工控，航空等领 OSE 域，尤其在电信方面，该公司已经有了十余年的开

36、发 经验，同诸如爱立信，诺基亚，西门子等知名公司确 定了良好的关系。 2.2 嵌入式操作系统 常见的嵌入式操作系统 Nucleus Nucleus PLUS PLUS是为实时嵌入式应用而设计的一个 抢先式多任务操作系统内核，其95的代码是用 ANSIC写成的，因此非常便于移植并能够支持大多数 类型的处理器。 Nucleus PLUS PLUS采用了软件组件的方法。每个组件 具有单一而明确的目的，通常由几个C及汇编语言模 块构成，提供清晰的外部接口，对组件的引用就是通 过这些接口完成的。由于采用了软件组件的方法，使 Nucleus PLUS 的各个组件非常易于替换和复用。 2.2 嵌入式操作系统

37、 常见的嵌入式操作系统 eCos eCos是RedHat公司开发的源代码开放的嵌入式 eCos RTOS产品，是一个可配置、可移植的嵌入式实时操作 系统，设计的运行环境为RedHat的GNUPro和GNU开 发环境。eCOS的所有部分都开放源代码，可以按照需 要自由修改和添加。eCOS的关键技术是操作系统可配 置性，允许用户组和自己的实时组件和函数以及实现 方式，特别允许eCOS的开发则定制自己的面向应用的 操作系统，使eCos能有更广泛的应用范围。 2.2 嵌入式操作系统 常见的嵌入式操作系统 C/OS-II C/OS-II是一个源码公开、可移植、可固化、可 裁剪、占先式的实时多任务操作系统

38、。其绝大部分源 码是用ANSI C写的，使其可以方便的移植并支持大多 数类型的处理器。C/OS-II通过了联邦航空局（FAA） 商用航行器认证。自1992年问世以来，C/OS-II已经 被应用到数以百计的产品中。C/OS-II占用很少的系 统资源，并且在高校教学使用是不需要申请许可证。 2.2 嵌入式操作系统 常见的嵌入式操作系统 uITRON TRON是指“实时操作系统内核（The Real-time Operating system Nucleux）”,它是在1984年由东京大 学的Sakamura博士提出的，目的是为了建立一个理想 的计算机体系结构。通过工业界和大学院校的合作， TRON

39、方案正被逐步用到全新概念的计算机体系结构 中。 uITRON是TRON的一个子方案，它具有标准的实 时内核，适用于任何小规模的嵌入式系统，日本国内 现有很多基于该内核的产品，其中消费电器较多。目 前已成为日本事实上的工业标准。 2.2 嵌入式操作系统 常见的嵌入式操作系统 uITRON TRON明确的设计目标使其甚至比Linux更适合于 做嵌入式应用，内核小，启动速度快，即时性能好， 也很适合汉字系统的开发。另外，TRON的成功还来 源于如下两个重要的条件： 1.它是免费的 2.它已经建立了开放的标准，形成了较完善的软 硬件配套开发环境，较好地形成了产业化。 2.2 嵌入式操作系统 嵌入式系统

40、的选择 几种嵌入式操作系统的比较 Palm OS 大小 Windows CE 3.0 嵌入式Linux 嵌入式 核心从几十KB到500KB， 核心从几十KB到500KB， KB 整个嵌入式环境最小才 100KB左右，并且以后还 100KB左右， 左右 将越来越小。 将越来越小。 核心几十KB， 核心占500KB ROM和250KB的RAM。 500KB的 核心几十KB， 核心占500KB的ROM和250KB的RAM。 KB 整个Windows CE操作系统 操作系统， 整个嵌入式 整个Windows CE操作系统，包括硬 环境也不大 件抽象层（HAL和Hardware 件抽象层（HAL和 La

41、yer）、 ）、Windows Abstraction Layer）、Windows Kernel、User、GDI、 CE Kernel、User、GDI、文件系统 和数据库，大约共1.5MB 和数据库，大约共1.5MB 可以方便的 开发定制 可操作性强 可开发 定制 互操作 性 实用性 适用的 应用领 域 用户开发定制不方便， 用户开发定制不方便，受Microsoft 用户可以方便的开发定制， 用户可以方便的开发定制， 公司限制较多。 公司限制较多。 可以自由的卸装用户模块， 可以自由的卸装用户模块， 不受任何限制。 不受任何限制。 互操作性较强， 互操作性较强，Windows CE可通

42、可通 过OEM的许可协议使用于其他设 的许可协议使用于其他设 备 比较好 应用领域较广，Windows CE是为 应用领域较广， 是为 新一代非传统的PC设备而设计的 设备而设计的， 新一代非传统的 设备而设计的， 这些设备包括掌上电脑、手持电脑 这些设备包括掌上电脑、 以及用于车载电脑。 以及用于车载电脑。 互操作性很强 比较好 应用领域较 广，特别适 用于掌上电 脑大开发。 脑大开发。 很好 由于Linux内核结构及功 由于 内核结构及功 能等原因，嵌入式Linux 能等原因，嵌入式 应用领域非常广泛，特别 应用领域非常广泛， 适于进行信息家电的开发。 适于进行信息家电的开发。 2.3 嵌

43、入式系统的发展历史及趋 势 20世纪70年代 单片机出现 1975年TI推出了第一片4位单片机TMS-1000 1976年Intel：8048>8051（8位） 20世纪90年代 ARM（1991年，32位） ARM7系列、ARM9系列 ARM10E系列、 ARM11系列 SecurCore系列、Cortex系列 2011-3-28 Power PC、MIPS 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室 56 2.3 嵌入式系统的发展历史及趋势 （续） 20世纪80年代 实时操作系统出现 1981年，Ready System: VRTX32 WindRiver: VxWo

44、rks 实时性强、可靠性高 20世纪90年代 实时多任务操作系统 WindRiver: VxWorks Microsoft: WinCE 友好的图形界面 2011-3-28 ? 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室 57 2.3嵌入式系统的发展历史及趋势 （续） 市场巨大、发展迅速、前景广阔 产品种类不断丰富，应用范围不断普及 性能不断提高 核心处理芯片位数更高 多种媒体处理能力的汇聚 功耗不断降低，体积不断缩小 软件成为影响价格的主要因素 硬件模块化、标准化 软件越来越复杂 2011-3-28 Nvidia Ion平台（离子平台） 平台（ 平台 离子平台） Ion=AT

45、OM+Geforce 9400M 54GFLOPS、14W 、 58 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室 2.3嵌入式系统的发展历史及趋势 （续） 程序设计语言 汇编语言C语言C+语言 优秀的开发环境 软件开发环境完善、友好的工具链 项目管理、编辑、编译、调试、下载 硬件开发环境 开发板、仿真器、万用电表、示波器、逻辑分析仪 嵌入式系统设计工程 2011-3-28 硬件、软件、开发环境集成化、一体化 网络化、图形化、多媒体化室 ? 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 59 固件设计语言选用情况 美国版EETimes子网站 子网站Embedded Sy

46、stems Design十三 美国版 子网站 十三 年来针对嵌入式软件所应用之设计语言的调查统计表 2011-3-28 ? 国防科技大学计算机学院 国防科技大学计算机学院601室 室 60 第 1 章 目录 1 概述 1.1 什么是嵌入式系统 1.2嵌入式系统的特点及分类 嵌入式系统的特点及分类 2 嵌入式微处理器和嵌入式操作系统 2.1 嵌入式微处理器 2.2 嵌入式操作系统 3 嵌入式系统设计过程 3.1 需求分析 3.2 规格说明 3.3 体系结构设计 3.4 设计硬件和软件构件 3.5 系统集成 3.6 系统测试 需求分析 设 计 过 程 的 主 要 抽 象 层 次 执行装置设计 规格说明 体系结构设计 硬件设计 软件设计 系 系 3 嵌入式系统设计过程 概述 可以把嵌入式系统的开发看作对一个项目的实施。 项目的生命周期一般分为识别需求 提出解决方案、 识别需求、提出解决方