嵌入式系统概论.ppt

1、嵌入式软件设计，51单筹码微计算机的C语言编程，第一章嵌入式系统简介，1.1嵌入式系统概述，基本概念嵌入式电脑系统是测量和控制对象，嵌入式电脑系统的统称，被称为嵌入式系统。通用电脑系统主要满足大量高速数值处理，控制功能并行。嵌入式电脑系统主要满足测控对象的控制功能，并考虑数值处理。嵌入式电脑系统与通用电脑系统的主要区别在于嵌入式电脑系统最显著的特点是面对产业控制领域的测控对象控制对象的嵌入式电脑系统收集、处理和控制的速度要求是有限的，对控制方法和控制能力的要求是无限的。为了实现大量的高速数值计算，通用电脑系统对电脑运行速度的要求是无限的，但对计算机控制功能的要求是有限的。数字信号处理(DSP)

2、领域的嵌入式系统也需要高速数据处理能力，多媒体技术外围设备管理领域的通用电脑系统也需要良好的控制能力。什么是1.1.1嵌入式系统？据英国电机工程师协会称，嵌入式系统是控制、监视或支持设备、机器或工厂运行的设备。具有以下四个茄子特征：用于以微机和周边外围设备为核心的严格定时和稳定性全自动循环操作，目前国内普遍认为。嵌入式系统以应用为核心，基于电脑技术，可以减少硬件和软件，可以应用于应用系统。对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用电脑系统。通常包括四个部分：嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统和用户应用程序，用于实现控制、监控或管理目标。1.1.2嵌入式系统的特点，嵌入式系统通常

3、面向用户、产品和特定应用程序。嵌入式CPU与通用电脑CPU的主要区别在于，嵌入式CPU的大部分工作在为特定用户社区设计的系统上。其特点是功耗低、体积小、集成度高。在通用CPU中，通过将卡执行的许多任务整合到筹码内部，倾向于小型化。嵌入式系统是半导体技术、电子技术和电脑技术与各个行业的特定应用相结合的产品。嵌入式系统的硬件和软件都需要高效的设计、定制和重复数据删除。嵌入式系统与特定应用程序的有机结合，升级也与特定产品一起提供了较长的生命周期。为了提高运行速度和系统可靠性，嵌入式系统的软件通常固化在内存芯片或单个筹码内部，而不是磁盘等载体上。嵌入式系统的计算速度和存储容量有一定的限制，大多数嵌入式

4、系统必须具有高实时性能，因此对程序的质量，尤其是可靠性有很高的要求。嵌入式系统本身没有自身的开发功能。设计完成后，用户通常不能修改节目功能。开发需要一套开发工具和环境。1.1.3嵌入式处理器，嵌入式系统的核心部件是多种类型的嵌入式处理器。不完全统计，全球嵌入式处理器1000多种，流行体系结构有30多个系列。51内核是这些体系结构之一。寻址空间的处理范围为64KB16MB到0.1MIPS到2000MIPS，通常封装在8个针脚到144个针脚之间。嵌入式处理器通常具有四个茄子特性：支持实时多任务处理，多任务处理和中断响应时间更短，从而最大限度地缩短节目执行时间。具有强大的保险存储保护功能。防止数据丢

5、失，软件错误。可扩展的处理器结构可以快速开发满足应用程序最高性能的嵌入式微处理器。嵌入式处理器的功耗必须很低。特别是在便携式无线和移动计算及通信设备中以电池供电的嵌入式系统中，功耗仅为mW。目前，嵌入式处理器除了嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式数字信号处理器和嵌入式片上系统之外，还可以大致分为4个茄子类别。嵌入式微处理器单元(EMPU)，嵌入式微处理器基于通用计算机的CPU。应用程序将微处理器组装到专门设计的电路板上，仅保留与嵌入式应用程序相关的功能，从而大大减少系统体积和功耗。与标准微处理器相比，提高了工作温度、电磁干扰、可靠性等。嵌入式微处理器比一般用途的计算机大小小，重量轻，成本低

6、，可靠性高。但是，带有嵌入式微处理器的电路板必须包含额外的ROM、RAM、巴士介面、各种外设，这样会降低系统可靠性和技术机密性。嵌入式微处理器目前主要有Am186/88、386EX、PowerPC等。嵌入式微控制器顾名思义，就是将整个电脑系统集成到一个芯片上。嵌入式微控制器通常以微处理器为中心，在筹码内部使用ROM/EPROM/EEPROM/flash、RAM、巴士、定时柜台、串行端口、I/O、Watchdog、脉宽调制输出(通常为单系列单个系列，以适应各种应用要求)但是，内存和外围设备的配置和封装不同。微控制器的最大特点是碎片、卷减少、功耗和成本降低以及可靠性提高。微控制器目前是嵌入式产业的

7、主流。嵌入式微控制器品种和数量多，有普遍和专用的地方。目前最具代表性的通用系列微控制器包括Intel的MCS51、MCS96系列、Atmel的AT89、AVR系列、Microchip的PIC系列、Philips的89C51系列和TI。Cygnal的C8051F系列。2 .嵌入式微控制器(MCU)，3。嵌入式数字信号处理器(DSP)(Digital Signal Processor，DSP)、DSP处理器执行系统结构和命令的DSP算法正从数字滤波器、FFT、频谱分析等大量进入嵌入式领域。嵌入式DSP处理器有两个茄子开发源。一种是DSP的碎片，形成专有DSP处理芯片。TI的TMS 320 c 20

8、00/c 5000；例如：一种是在通用单筹码或SOC中添加DSP辅助处理器。例如英特尔的MCS296和Infineon(Siemens)的Tricore。根据嵌入式系统的智能化，具有多种智能逻辑的消费者电子类产品、实时语音信号处理、实时图像采集处理需要大量运算。特别是矢量运算、指针线型寻址比较多，这就是DSP处理器的优点。目前最具代表性的DSP处理器是TI公司的TMS320系列。控制C2000系列、用于通信和语音处理的C5000系列、用于图像处理的C6000系列以及高性能C8000系列。4 .随着嵌入式片上系统(SOC)、EDA技术的普及和VLSI设计的普及，以及半导体工艺的迅速发展，在硅片上

9、实施更复杂的系统也成为可能。这就是SOC。各种通用处理器的核心是SOC设计的标准库，成为VLSI设计的标准部件，并存储在设备库中，以标准VHDL语言描述。用户只要定义整个应用系统，就可以通过模拟，然后向半导体工厂提交设计图，制作样品。这样可以将整个嵌入式系统集成到一个或多个芯片上，但不能单独集成的部件除外，从而简化了应用系统电路。FPGA、ASIC都属于牙齿方面的技术。SOC也分为普通和专用两种。有代表性的西门子的TriCore、Freescale的MCore等。1.1.4嵌入式系统的应用领域，产业控制交通管理环境监测机器人、汽车电子消费电子移动通信信息家电、产业控制合作者(SEED)电子公司

10、产业仪表板SEED C33PS、机器人环量机器人、环量16位单筹码SPCE061A板、富士重工业3台机器人之间可以利用相互通信进行共同行动。NEC的保姆机器人“papero”，汽车电子彩虹公司GPS定位系统，消费者电子MP3 MP3时钟，PDA，移动通信moto V3，诺基亚6216诺基亚5300，如西门子手机电路板筹码下的总展示图，手机筹码，手机屏幕展示图网络支持小型电子设备，提供小型、微型电力、低成本的精密多媒体人机界面。1.2嵌入式系统的软件开发，嵌入式系统的软件功能(1)软件硬化，为了提高运行速度和系统的可靠性，嵌入式系统的软件通常固化在内存芯片或单个芯片上，而不是各种磁介质上。(2)

11、尽管软件代码高质量、高可靠性半导体技术的发展，处理器速度加快，芯片的内存容量增加，但大多数应用程序的存储空间仍然很宝贵，并有实时要求。因此，必须提高节目编写和编译工具的质量，缩短最终二进制代码长度，加快执行速度。(3)嵌入式操作系统(OS)实时处理功能多任务嵌入式系统中，综合协调不同重要性的任务是确保各项任务及时执行的关键。操作系统需要实时处理能力。1.2 .1开发嵌入式系统软件、嵌入式系统软件所需的功能(1)系统集成功能嵌入式系统属于电脑系统的一个分支，需要集成硬件和软件技术的功能。硬件技术包括电子电路基础(电路分析、模拟、数字)、集成电路版图(电路CAD)、电脑硬件结构(电脑原理或单筹码原

12、理)。软件技术包括实时操作系统(RTOS Real Time Operation System)和数字信号处理(DSP Digital Signal Processor)。(2)开发节目语言能力汇编语言C/C Java(如有必要)嵌入式系统软件最需要的工程人员有：应用节目编写人员、车手编写人员和系统迁移集成编写人员。嵌入式系统软件开发与普通台式PC软件开发的区别(1)操作系统OS (2)是否需要运行节目编译和节目，这两个目标平台(3)输入/输出接口不同。(4)可用资源非常有限。(5)嵌入式操作系统的当前软件正在使用。目前，大多数嵌入式操作系统主要提供三个茄子主要项目的机制。(1)记忆体管理(2

13、)多任务调度(3)外围资源管理开发平台和目标平台开发平台(主机)，即PC通过RS232、并行端口和以太网端口等传输接口连接到目标平台。目前在Windows XP或Linux上开发了很多。目标平台(target)是目前广泛使用的嵌入式微处理器和实验开发版。1.2.2嵌入式系统应用程序开发、1、基本概念1、档案计算机上的数据和程序都存储为文件，文件是计算机的基本存储单位。用户在计算机上看到的是各种文件。2、源档案C源文件由执行特定功能的一个或多个函数组成。3、目标档案目标文件包含要开发的单筹码微型计算机的机器代码。目标是指要使用的单筹码微型计算机，目标文件是可以作为单筹码微型计算机运行的节目文件。

14、与、4、段和节目存储或数据存储相关，具有节目段和数据段。段可以使用段类型、类型和属性重新定位，其在节目存储中的位置由链路/定位器或程序员本身确定。5、模块包含一个或多个部分的文件由程序员命名。6、库是包含一个或多个模块的文件。7、应用程序是整体开发的目的，最后生成的绝对目标文件，下载或固化到ROM中。2、指定档案名称一般汇编语言源档案。ASM或. a51c语言来源档案。c或. c51c语言来源档案。包含CPP程序集/编译的节目和错误的列表档案。LST目标模块。OBJ目标档案。第三，开发工具和软件1集成开发环境IDE 2汇编程序/编译器3链接器/定位器4模拟软件5软件调试工具6硬件调试工具下51单筹码应用程序开发示例：51开发工具和软件1集成开发环境IDEKeil Uvision 2，2汇编程序/编译器汇编程序用于汇编语言程序。编译器是用于C语言等高