嵌入式计算机系统及实践之2-嵌入式计算机系统概述-

目录Contents12345思考题嵌入式计算机系统的定义嵌入式计算机系统的架构嵌入式芯片分类及应用嵌入式计算机系统开发环境1、嵌入式计算机系统的定义

嵌入式计算机系统的定义内涵上定义：

嵌入式系统是以应用为中心、计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。外延上定义：

把数字计算机系统分成通用计算机和嵌入式系统两大类。通用计算机是指如微型计算机(PC)、大型计算机、服务器等，除此之外的计算机称为嵌入式系统。1、嵌入式计算机系统的定义

嵌入式系统主要特点：1）功耗低，2）体积小，3）专用性强。2）很好的可靠性4）较好的便携性3）面向特定应用5）低成本等1）不具备自主开发能力1、嵌入式计算机系统的定义

便携式全数字心电图机3道6道心电图仪医用心电分析仪台式计算机智能手机？？？？？嵌入式计算机系统通用计算机系统目录Contents12345思考题嵌入式计算机系统的定义嵌入式计算机系统的架构嵌入式芯片分类及应用嵌入式计算机系统开发环境2、嵌入式计算机系统的架构

一个嵌入式系统的组成：1）硬件层

（1）嵌入式处理器

（2）存储器

1>Cache2>主存

3>辅助存储器

(3)通用设备接口和I/O接口

2)中间层

(1)嵌入式系统硬件初始化

(2)硬件相关的设备驱动程序

3)系统软件层

(1)嵌入式操作系统

（2）文件系统（3）图形用户接口（GUI）（4）网络系统及通用组件模块组成4）用户专用应用软件HardwareFirmwareSoftware2.1嵌入式计算机系统的架构2、嵌入式计算机系统的架构

2、嵌入式计算机系统的架构

2、嵌入式计算机系统的架构

2、嵌入式计算机系统的架构

嵌入式系统与人体系统的类比万事以理相通2、嵌入式计算机系统的硬件架构

嵌入式系统人体系统芯片硬件人的体格骨架，肌肉等软件系统人的精神系统，思维CPU大脑外设四肢与感觉系统输入设备（键盘，鼠标）眼睛，耳朵等输出设备（扬声器）嘴巴说话UART，SPI，I2C通讯接口嘴巴，耳朵等与外界交流时钟系统人的脉搏供电系统饮食，消化系统封装皮肤与衣着应用程序人的职业，工作2、嵌入式计算机系统的架构

CPU的位宽：数据总线的宽度和寄存器的长度；实例，MCS51为8位机，MSP430是16位机内部总线：数据总线，地址总线；寄存器：比如MCS-51的R0-R7存储器：CACHE，内存，外存，flash，硬盘等外设：IO，timer，UART，DMA，ADC，DAC等2.2嵌入式计算机系统的核心部件2、嵌入式计算机系统的硬件架构

1）中央处理器2、嵌入式计算机系统的架构

2）内部总线MSP430

采用冯•诺依曼结构。程序存储器与数据存储器分开的地址编码结构称为哈佛结构，如

MCS-51

系列微处理器，但是还不完全是，因为数据总线不完全独立。2、嵌入式计算机系统的架构

3）MemoryCPUCACHE片内RAM片外RAM（在板）外接硬盘2、嵌入式计算机系统的架构

Cache：高速缓存2、嵌入式计算机系统的架构

片内外设片外外设4）外部设备2、嵌入式计算机系统的架构

1）实时操作系统:2）分时操作系统:3）无操作系统（裸机应用）：应用程序直接运行在硬件上。千万不要把开发环境误认为是操作系统！！！2.3嵌入式计算机系统的操作系统2、嵌入式计算机系统的架构

HWISWI2SWI1IDLmain()TSK2TSK1interruptpendsem2returninterruptinterruptpendsem2pendsem1interruptreturnreturnpostswi1returnpostswi2returnpostsem2returnpostswi2returnpostsem1postsem2returnpendsem2pendsem1Eventsovertime2、嵌入式计算机系统的架构

单核处理器芯片，粗看是在并行同时完成多个任务，细看实际上每一时刻只能完成一个任务（串行操作），就像人的大脑不能二用，打篮球的是否不能同时踢足球。多核处理器或者FPGA等：可以并行同时做多个任务。目录Contents12345思考题嵌入式计算机系统的定义嵌入式计算机系统的架构嵌入式芯片分类及应用嵌入式计算机系统开发环境3、嵌入式芯片分类及应用

嵌入式芯片：有很好的集成性，把RAM、Flash和各种外设都集成在一个芯片中，因此芯片最大程度地单片化，集成度高；3、嵌入式芯片分类及应用

嵌入式系统芯片可以分成4类：嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit，MCU）、嵌入式微处理器(MPU，MicroprocessorUnit)、嵌入式数字信号处理器（DSP，DigitalSignalProcessing）和嵌入式片上系统(SystemOnChip，SOC)。MCUMPUDSPSOC3、嵌入式芯片分类及应用

3.1嵌入式微处理器（MicroProcessorUnit，MPU）

嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。其中Arm／StrongArm是专为手持设备开发的嵌入式微处理器，属于中档的价位。3、嵌入式芯片分类及应用

ARM（AdvancedRISCMachines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。ARM将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和OEM厂商，每个厂商得到的都是一套独一无二的ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系，ARM很快成为许多全球性RISC标准的缔造者。目前，总共有30家半导体公司与ARM签订了硬件技术使用许可协议，其中包括Intel、IBM、LG半导体、NEC、SONY、菲利浦和国民半导体这样的大公司。至于软件系统的合伙人，则包括微软、升阳和MRI等一系列知名公司。3、嵌入式芯片分类及应用

3、嵌入式芯片分类及应用

3.2嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)

嵌入式微控制器的典型代表是单片机，从70年代末单片机出现到今天，虽然已经经过了20多年的历史，但这种８位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各种必要功能和外设。比较有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及MCU8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。

3、嵌入式芯片分类及应用

3、嵌入式芯片分类及应用

3.3嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)

DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令的执行速度。在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。目前最为广泛应用的是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的应用范围。

3、嵌入式芯片分类及应用

嵌入式DSP处理器的应用场景3、嵌入式芯片分类及应用

3.4嵌入式片上系统(SystemOnChip)

SOC具有极高的综合性，在一个硅片内部运用VHDL等硬件描述语言，实现一个复杂的系统。用户不需要再像传统的系统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点点的连接焊制，只需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。缺点是，开发周期长，研发成本高，而批量生产成本很低。3、嵌入式芯片分类及应用

3、嵌入式芯片分类及应用

工业控制：数控机床，电力系统，石油化工。交通管理：GPS，交通监测调度信息家电：冰箱，空调，电视等。家庭智能管理系统：自动无线抄表POS网络及电子商务：自动售货，ATM等环境工程与自然：地震监测，实时气象，水源污染监测等。机器人：医疗仪器：便携式医疗设备等3.5嵌入式计算机系统的应用嵌入式计算机系统有庞大的市场需求，且有广泛的应用3、嵌入式芯片分类及应用

嵌入式发展趋势：1）系统性2）网络信息化3）精简，低成本低功耗4）友好的界面3、嵌入式芯片分类及应用

一类是学电子工程、通信工程等偏硬件专业出身的人，另一类是学软件、计算机专业出身的人，主要从事嵌入式操作系统和应用软件的开发。从事嵌入式软件开发的好处

（1）目前国内外这方面的人都很稀缺。（2）与企业计算等应用软件不同，嵌入式领域人才的工作强度通常低一些（但收入不低）。

(3）哪天若想创业，搞自已的产品，那么嵌入式是一个不错的主意，这可不像应用软件那样容易被盗版。

（4）需要软硬件都很熟悉，这里指的是底层软件。目录Contents12345思考题嵌入式计算机系统的定义嵌入式计算机系统的架构嵌入式芯片分类及应用嵌入式计算机系统开发环境4、嵌入式计算机系统的开发环境

嵌入式计算机系统的调试手段：软件仿真硬件仿真在线调试：离线调试：Keil只是个编译调试工具，不算仿真软件。Proteus：MCS51单片机的软件仿真4、嵌入式计算机系统的开发环境

嵌入式计算机系统的调试手段：软件仿真硬件仿真在线调试：离线调试：MSP430的硬件在线仿真CCSV5.3支持编译调试，软件仿真在线硬件仿真等功能4、嵌入式计算机系统的开发环境

嵌入式计算机系统的调试手段：软件仿真硬件仿真在线调试：离线调试：MSP430/DSP的在线仿真4、嵌入式计算机系统的开发环境

Keil：MCS-51的开发环境，具有编译编辑，代码调试功能，既不是仿真软件，也不是操作系统。Proteus：电路仿真软件，可以完成MCS51及外设的功能。CCSV5.3：既是MSP430芯片的开发环境，又是仿真工具，支持软件仿真，也支持在线硬件仿真。目录Contents12345思考题嵌入式计算机系统的定义嵌入式计算机系统的架构嵌入式芯片分类及应用嵌入式计算机系统开发环境5、课后练习与思考题

一、是非题：嵌入式系统通常对功耗没啥要求。（）离线仿真也可以读取到处理器memory或者register中的实际数值。（）对于Firmware，用户可以随意卸载和安装。（）嵌入式系统中的时钟，类比成人体的呼吸比脉搏更恰当。（）相比于分时操作系统，实时操作系统对响应和处理时间要求严苛任务的管理调度效率更高。（）Keil具有软件仿真功能。（）MCS51单片机支持硬件在线仿真。（）CCSV5.3既具备编译调试功能，也支持软硬件在线仿真。（）