第1课 嵌入式系统概述

1、嵌入式系统An Introduction to Embedded System第1课 嵌入式系统概述陈文智 浙江大学计算机学院2009年4月1提纲 嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域 浙大嵌入式系统教学 浙大嵌入式系统科研2嵌入式系统定义 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，采用可剪裁软硬件，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能 34计算机应用领域的划分桌面通用型高端服务型小型专用型5嵌入式系统与桌面通用系统的区别(1/7)嵌入式系统中运行的任务是专用而确定的心脏监视器只

2、需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务如要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护桌面通用系统需要支持大量的、需求多样的应用程序对系统中运行的程序不作假设程序升级、更新等方便6嵌入式系统与桌面通用系统的区别(2/7)嵌入式系统往往对实时性提出较高的要求。实时系统：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务。（POSIX 1003.b ）嵌入式实时系统可分为：强实时型：响应时间sms级；一般实时：响应时间mss级；弱实时型：响应时间s级以上。7嵌入式系统与桌面通用系统的区别(3/7)嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统嵌入式实时操作系统数量众多，如：VxWorksWindow

3、s CEpSOSQNX国产嵌入式实时操作系统，如：HOPENDeltaOS。OS8嵌入式系统与桌面通用系统的区别(4/7)嵌入式系统运行需要高可靠性保障，比桌面系统的故障容忍能力弱很多嵌入式系统需要忍受长时间、无人值守条件下的运行嵌入式系统运行的环境恶劣9嵌入式系统与桌面通用系统的区别(5/7)嵌入式系统大都有功耗约束。如：珍贵文物微气象环境监测要求1分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，1年更新一次。采用常规的方法，能量只能持续工作5天！引入间歇工作方式，从而降低功耗，节省能量。10嵌入式系统与桌面通用系统的区别(6/7)嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多为降低系统成本，降低功耗，嵌入

4、式系统的资源配置遵循够用就行！嵌入式系统的开发需要专用工具和特殊方法：开发：交叉编译、交叉链接调试：仿真器、虚拟机更新：在线升级等11嵌入式系统与桌面通用系统的区别(7/7) 嵌入式系统开发是一项综合的计算机应用技术系统结构：状态控制器、中断控制器处理汇编语言：操纵外围设备、端口操作系统：设置运行任务、通讯、互斥编译原理：交叉编译、bootloader加载12提纲 嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域 浙大嵌入式系统教学 浙大嵌入式系统科研13嵌入式系统的发展历程嵌入式系统出现于20世纪60年代，40多年来随着计算机技术、电子信息技术的发展，嵌入式系统的各

5、项技术蓬勃发展，市场迅猛扩大，已深入生产和生活的各个角落。嵌入式系统发展的三个阶段嵌入式系统的出现和兴起 （19601970）嵌入式系统走向繁荣，软件、硬件日臻完善（19711989）嵌入式系统应用走向纵深化发展 （1990至今）14嵌入式系统的出现和兴起第一代电子管计算机(19461957年)，无法满足嵌入式计算所要求的体积小、重量轻、耗电少、可靠性高、实时性强等一系列要求。60年代，第二代晶体管计算机系统开始应用：第一台机载专用数字计算机是美国海军舰载轰炸机“民团团员”号研制的多功能数字分析器(Verdan)。1962年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制。19651970年，第

6、三代集成电路化计算机系统应用：第一次使用机载数字计算机控制：1965年发射的Gemini3号第一次通过容错来提高可靠性：1968年阿波罗4号、土星5号。15嵌入式系统走向繁荣，软、硬件日臻完善嵌入式系统的大发展是在微处理问世之后：1971年11月，Intel公司推出了第一片微处理器Intel4004。 人们再也不必为设计一台专用机而研制专用的电路、专用的运算器了，只需以微处理器为基础进行设计。1976年，第一个单片机Intel 8048出现。1982年，第一个DSP出现，比同期的CPU快1050倍。80年代后期，第三代DSP芯片出现。软件技术的进步使嵌入式系统日臻完善：早期嵌入式系统：采用汇编

7、语言，基本不采用操作系统硬件的提升软件技术发展16嵌入式系统应用走向纵深化发展 应用充分普及：工业控制、数字化通讯、数字化家电汽车：50个以上嵌入式微处理器飞机：70个以上嵌入式系统嵌入式微处理器32位、64位嵌入式实时操作系统使用比率越来越高早期：10；90年代初：30；目前：8090嵌入式系统开发工具越来越丰富嵌入式系统产业链形成17嵌入式系统产业链18嵌入式系统市场规模及平均增长率（20032006）19嵌入式软件系统生命周期发展20提纲 嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域 浙大嵌入式系统教学 浙大嵌入式系统科研21嵌入式系统结构嵌入式系统一般由嵌

8、入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统（可选），以及用户的应用软件系统等四个部分组成 22一个典型的嵌入式系统应用23嵌入式微处理器1000多种硬件处理器，分为MCU、DSP、MPU、SOCARM RISC （ARM）TMS320 DSP（TI）Trimedia （Philips）StrongARM （Intel）Xscale （Intel）MIPS RISC （MIPS）DragonBall（Motorola）24外围硬件设备 （1/2）片外总线：连接系统各个部件，进行互连和传输信息的信号线。ESIA总线、SCSI总线、PCI总线AMBA总线：ARM研发的总线规范专用总线CompactP

9、CI总线：工业控制CAN总线：汽车电子总线1553B总线：航空工业总线电子盘：采用flash芯片存储数据，体积小、功耗低、抗震DOC：Disk on ChipDOM：IDE电子盘CF：CompactFlashSM：Smart MediaMS：Memory Stick25外围硬件设备 （2/2）I/O设备A/D、D/A中断控制器UARTLCD通讯设备有线通讯：IEEE1394、USB无线通讯：IrDA、Bluetooth、802.11b/g26嵌入式实时操作系统典型的嵌入式实时操作系统（RTOS）近200种操作系统，VxWorks、QNX、WinCE、PalmOS面向SOC的操作系统：Symbi

10、an的Epoc、Express Logic的ThreadX、ATI的Nucleus开放源码的操作系统：Linux系列、uC/OS典型性能指标内核大小：几K几百K；调度时间片：1ms；实时任务响应时间：2040微妙一般任务响应时间：20微妙几百毫秒27提纲 嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域 浙大嵌入式系统教学 浙大嵌入式系统科研28嵌入式技术的应用手机韩国电信手机/电视遥控器二合一产品Sony Ericsson超小型手机电脑手机放在底座上成为电脑Nokia手机户外音响内置 DVB-H 移动电视手机普通手机智能手机与PDA结合29智能家居智能家电Roto-

11、Rooter公司马桶组合笔记本/ipod/冰箱/Xbox360/健身高科技的捕鼠器遮断红外线光束掉下笼子DangerBomb 闹钟 不起床就爆炸啰配备电子食谱的锅铲coo.boo智能型垃圾桶 i.Master浙江大学智能割草机浙江大学显示营养智能果汁机嵌入式技术的应用智能家居30嵌入式技术的应用PDA个人信息助理掌上电脑PDA 手机 + GPS 导航 Dopod U1000，且支持SkyPEMap-Star的GPS定位设备华硕GPS导航器SONY GPS导航器Nokia 6110 四频 HSDPA / GPS 导航器31嵌入式技术的应用PMPiLuv可即时将视频录制到iPod/闪存卡上，与以前

12、技术相反Sony家用影音综合设备XtremeMac开发的iPod音箱IPEVO支持Skype电话Nike的 iPod 帽Meizu M8Ipod nanoArchos带Wifi的704Portable Media Player32录音笔FLY数字笔能“看懂”在专用纸上所写的内容能“阅读”写作和纠正语法错误完成简单的算术运算将英文互相翻译成西班牙文等Genius数字便笺存储100页便笺 2000LPI分辨率32MB板载内存可通过USB连接电脑笔迹识别软件Polymer Vision手机书嵌入式技术的应用办公用品33嵌入式技术的应用手表Martin Frey手表日程表和手机联动获取网络连接和GPS

13、定位信息手表手机：M3001英寸的显示屏USB接口可播放音乐支持蓝牙Nike的Speed+手表结合 iPod 和运动计测韩国防性罪犯的电子手镯可追踪罪犯的定位和坐标爱国者视频MP4手表34嵌入式技术的应用运动玩具游戏GTX公司定位的运动跑鞋内置的GPS接收器和可充电电池遥控蜻蜓次世代三大主流三款主机Xbox 360，WII，PS3GameCube XboX360PS3Wii, 手柄, 手套, 枪35嵌入式技术的应用摄像器材数码相机DV36嵌入式技术的应用多媒体终端IP电话视频会议可视电话基于视频电话的小型视频会议系统(MCU) 语音识别电话基于H.323协议族的网络视频电话37嵌入式技术的应用

14、家庭音响引入计算机技术的音响配备B&O与Core 2 Duo的P.Guerra家庭影院Sonos ZP80无线音响LG HD DVD/蓝光播放器Motorola支持M卡的 HD DVR 录像机iPhone38嵌入式技术的应用电视高清电视数字电视立体显示技术LG内置数字录像机的 LCD TVAppleTV:Intel Pentium M 1.0 GHz 2MB of L2 高速缓存nVidia G72M 显示卡 64MB DDR2 内存内置的 40GB 硬盘播放 iTunes能输出 1080p 高画质影像的 iPod Dock数字电视机顶盒39嵌入式技术的应用通讯设备有计算机能力的各种通讯设备路

15、由器/交换机/防火墙等Buffalo 路由器 / USB 网卡套装VPN产品千兆网关防火墙 40嵌入式技术的应用仪器仪表DCG (动态心电图仪)便携式多参数监护仪中医指套传感器脉象虚拟仪器推拿手法测试仪电动机故障状态监测保护系统 监控仪手持仪41嵌入式技术的应用交通相关汽车电子处理器个数可达三位数车载娱乐，定位等车控ABS、EBD等其他中国版月球车汽车立体声音响HD Radio扩展包 改装遮阳板 DVD / TV / MP342嵌入式技术的应用军工武器控制系统数字化单兵系统有苛刻要求尺寸和重量功率消耗震动和冲击温度和湿度21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统夜视扫描、全球定位、指挥通信43嵌入式技

16、术的应用新兴硬件GPS/蓝牙双拼模块芯片龙芯2号增强型处理器芯片Intel进入二十倍数时代，五年后给我们八十核心处理器服用的 RFID 芯片 Intel Tolapai计划要把南北桥做在芯片中44提纲 嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域 浙大嵌入式系统教学 浙大嵌入式系统科研45课程应该扮演什么角色？领域多样性教学多样性实现多样性通讯 汽车电子信息家电消费产品 其它控制电子工程计算机信电仪器仪表硬件系统软件应用软件综合46嵌入式系统课程的地位嵌入式系统理论嵌入式体系结构 嵌入式操作系统 嵌入式软件开发计算机组成操作系统原理计算体系结构信号与系统程序设计实

17、时系统分布式实时系统软件硬件协同 机器人其它研究热点文献阅读项目实验。竞赛472002年2003年浙江大学计算机系开始开设微机课程在软件学院开设嵌入式系统课程教学组成员多次参加INTEL全国高校嵌入式教学研讨会2004年与IBM展开嵌入式，操作系统等相关课程联合教学2004-2006自编讲义和实验指导书,陆续出版相关的教材2007年不断丰富和改革实验平台、建立了实验室环境 开设历史微软教育部精品课程”和“教育部英特尔精品课程”国家精品课程48教材与教学内容自编教材为主、国内优秀教材和规划教材为参考、外文教材为指导 嵌入式系统开发原理与实践 边干边学Linux内核指导 本门课程分数比例分配如下出勤、课堂讨论等平时成绩：约30实验报告质量与成绩： 约50期终考查（或考试）成绩： 约20有特色贡献者可以在以上总分的基础上再加分。课程共设64课时，理论课32学时，实验课32学时49教材主教材参考教材50教学条件（实验）实验平台5次更新换代1）2002使用自主开发的实验平台。2）2003年由Intel捐赠了Xscale （Sitsang）及EIA 各15套，HP公司捐赠的Pocket PC h5500共计180套。3）2004年由与亿道公司合作，购买Pxa255实验板30套、龙珠实验板30套以及相关