“嵌入式”计算机系统概念课件

“嵌入式”计算机系统概念一、计算机工业、半导体工业

发展历程与应用模式变迁（1）1945-1970大型计算机单机应用模式

（2）1970-1980小型计算机

（3）1980-1995微型计算机

（4）1995-2005计算机网络（网络计算）

（5）2005-2015嵌入式计算+移动互联+云计算

（6）2015-2025物联网、

智能硬件（嵌入计算）+大数据+云计算计算机发展与应用模式变迁20年来手持设备

性能、价格的变化GamePlayer(1990)8-bitZ-80(1.05MHz)

2.6"160x140LCD$400

iPhone(2008)智能手机CPU:ARM11™(600MHz)4"320X240colourLCDs3G上网,$500

预示移动互连网时代到来iPhone智能手机CPU性能：

CPU:S3C6410是低功耗高性能的嵌入式“微处理器”，目标市场：高性能手持设备、通用视频处理应用。三星S3C6410ARM11处理器，最高主频可达750MHz。S3C6410内部集成64/32-bit高速总线集成了强大的硬件加速器（可以完成音视频处理、3D图象加速、显示缩放等任务）

内部集成的多媒体解码器（支持mpeg4/h.263/h.264的编码与解码支持VC1解码、NTSC、PAL制式电视信号输出）

支持模拟摄像头和8位数字摄像头（最高4096*4096）输入．1990年代前畅销产品大多数是非智能产品嵌入式系统应用：今天的畅销产品都离不开高性能处理器创新科技提高了我们的生活品质和工作效率嵌入式系统的应用嵌入式计算机系统:半导体电路和计算机交叉半导体计算机ARM角色与地位：交叉学科ARMisattheepicentreofthisexcitingcombination

Software8-bit>>32-bitmigrationWireless“Lightly”embedded“Deeply”embedded

EnablingSOCRe-usableSystemIPPhysicalIPSystemdesigntoolsLow-powerSemiconductor半导体Computing计算现实中的嵌入式系统嵌入式系统也无处不在,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:(1)工业自动化(2)国防

(3)运输(4)航天领域

(5)医疗保健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。嵌入式系统的定义目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一种定义是全面的。下面给出两种比较合理定义：从技术的角度定义：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、功耗)严格要求的专用计算机系统。从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并与应用对象紧密耦合在一起的计算机系统。

嵌入式系统，是更大对象系统中的一个完整的部分，所以称为嵌入的系统。大的对象系统可以嵌入多个嵌入式系统。嵌入式系统示例——汽车控制系统马达控制器车灯嵌入式系统示例——汽车控制系统尾灯控制系统后车门控制系统前车门控制系统座椅控制系统发动器控制系统所有的控制系统都是一个完整的嵌入式系统两个起源：

(1)诞生于微型机的嵌入式系统

(2)单片机的独立发展的道路两种应用模式：(1)计算机嵌入式应用模式(2)

现代电子技术应用模式嵌入式系统种类：

MCU、DSP、CPU、FPGA（含软/硬IP-CORE)、多处理器SOC等二、嵌入式发展历程与产业模式半导体工业变迁：分立、小规模、中大规模、SOC计算机工业发展1970’sVertical

SuppliersFully

Vertically

Integrated1980’sASIC

VendorsSystem

ManufacturerASIC

Vendor1990’sFabless

SemisDesign&

DistributionManufacturingEDATodayIPDriven

DesignDesignEDAIPManufacturingFabEquipment半导体工业的分化嵌入式系统产业模式：

IP为发端，形成扇型产业模式PC行业是一个高度垄断行业，wintel联盟几乎把所由工作都做完了，嵌入式应用千差万别，软件／硬件都不可能由少数公司所垄断，意味着工作机会高性能CPU是各种智能设备的心脏高性能CPU/MCU(ARM／MIPS/PowerPC/8051等)

IP（知识库)

是SoC设计的一个元件MixedSignal/AnalogMemoryMemoryMemoryStandardCellsMicro-

processorI/OCells嵌入式系统已经渗透到我们生活的每个角落ARM公司是IP(知识库)授权推广最成功的公司系统和产品设计公司芯片设计公司Motorola,Nokia,Sony,SamsungLenovo,TCL,Haier,Canon,SanyoZTE,HuaWei,UTStarcometcIntel,TI,FreescaleQualcomm,Datang,HEDOKI,Sharp,NECetcIP供应商ARM商业模式ARMLicensefeeIPARMcreatesIPthroughdesignactivityPartnerProductegchipPartnercombinesARMIPandPartnerIP/technology

intoproductOEMCustomerRoyaltyUnitpriceOEMbuildsARMcore-basedproductfromPartnerintoend-systemproductBusinessDevelopment/SegmentMarketingARM首推最新商业模式ThemostpopularCPUintheworld!32位CPU发展浪潮：取代８位机高端ContinueddownwardpressureoncostApplicationrequirementsdrivinghigher-performanceMCUEngineersneedfasterandeasierdevelopmentHIGHPERFORMANCELOWCOST“32-bitperformance….…butnotatanyprice”Revenue($Millions)Demandacceleratingforcost-sensitivehigh-performancesolution20个元件即可使32-bitsAM7运转起来On-chipperipherals-Power-OnReset

-1.8VVoltageregulator

-Brown-outdetector

-Pull-ups

-High-currentI/O’s

-Clockouts

-Resetout

-Slow-clockmodeOscillatorPLLFilter3.3V供电202Capacitors1Resistor2Capacitors1LowCostCrystal13Capacitors1SOTcomponentsDecouplingcapacitors====

0components

+片上元件，缩减元件清单，节省费用!SAM7SOn-chipCostAdder1.8VRegulatorYES$0Pull-UpResistorsYES$0MultipleClockGeneratorYES$0Brown-OutDetectorYES$0USB2.0FullSpeedTransceiverYES$0USB2.0FullSpeedControllerYES$0USBCrystalOscillator+CrystalYES$0High-currentDriversYES$0SlowClockRCOSCYES$0

WatchdogTimerYES$0

ISO7816ControllerYES$0Multi-ChannelA/DConverterYES$0BidirectionalResetControllerYES$0+boardspacesaving+boardtestsavingBOM-On-chip-On-chip-On-chip-On-chipARMCPU年销售量200620亿片/年201045亿片/年Non-MobileMobileRISC嵌入处理器、单片机、DSP总和每年超300亿片。PC等台式机、笔记本、服务器不到5亿台。典型嵌入式处理器CPU+DebugProgramMemoryFlash/ROMRAM/EEPROM“Standards”peripheralsTimer,watchdog,PWM,LCDcontroller,GPIOAnalogperipheralsI/O,PLL,A/DHighendTimersNewPeripherals(Bluetooth,Wlan…)ComperipheralsI2C,CAN,SPI,SCI,USB,EthernetPeripheralsnicetohaveDMA,SDramcontroller适应不同应用，容量大小/IO腿数量有区别，价格也有很大差异Automotive&IndustrialWirelesscommunicationsMemoryexpansion差异特性典型SOC应用调试应用开发固件开发FirmwareDevelopment系统底层开发InitialDebug仿真调试软件开发软件调试嵌入式系统的应用开发数字机顶盒嵌入式系统:硬件/软件复杂程度19922004DTV/DVDexample大学在嵌入式系统产业链中承担着人才培养的重任芯片逻辑设计（Fabless）Foundries培训机构大学参考设计设计服务RTOS和应用软件开发开发工具突破IP瓶颈嵌入式处理器---各应用领域市场

所占份额（2004）

InkPrinterDigitalCameraLaserPrinterDigitalVideoCamera

HardDiskDrivesFlashCardsNetworkedStorageVoicephones FeaturephonesSmartphones/PDABluetooth™peripherals

Set-top-boxDigitalAudioGamingDVD

SIMFinancialGvtID/ITsecurity

WirelessLANVoIPDigitalModemsHomeGateways

ABS/Airbag/SafetyBody&DashboardInfotainmentPowertrain

WhitegoodsBrowngoods(lowend)Industrialcontrol66%7%1%7%2%2%8%7%1.27B%shownasshipmentinQ3

ARM已成为嵌入式开发首选Source:EDNChina2005Embeddedsystemsurvey3C产品….Cellular手机ColorTV彩电Car汽车1billiontransistorchips

ARM11™MPcore™1GHzCPUVGAH.264encodeGPU(PSPlevelperformance)256MBDRAM,64MBFlashWVGAscreen(852x480)4megapixelcamera3.5G(HSDPA)

WiMax(10Mbitdown)NFC/RFIDStereoHeadsetBluetooth/UWBBiometricsGPSTVoutPC/Mac512MBMemorycardDMB(DigitalMobileBroadcast)3G智能手机(iPhone)（20