02嵌入式系统.ppt

1、,二. 嵌入式系统涉及的技术领域,二. 嵌入式系统涉及的技术领域,1. 处理器技术 2. 总线技术 3.通信技术 4.编程技术 5.小结,1,处理器技术,嵌入式（控制）系统的软/硬件框架,嵌入式计算机系统的基本特点,典型特点 完成单个或一组联系紧密的功能（Cell phone,与通用计算机不同） 通常需要运行复杂的一种或多种算法 通常需要提供精巧的界面 性能和实时性要求很高：在规定的时限内必须完成规定的操作 硬实时：超过时限完成任务没有意义 软实时：超过时限完成对任务有影响 低成本、高可靠性等因素往往非常重要。 功耗、有限的存储器 特定应用的处理器是有些嵌入式系统的重要部件,嵌入式计算机系统的

2、基本特点,优点： 专门定制的微处理器在芯片面积，功耗，成本等方面有优势 缺点： 软硬件开发工作量较大 设计，编译器，调试器. 可能会延长产品推出时间 必须在很短的时间内开发完成，通常38个月,嵌入式系统基本框架,嵌入式系统基本框架,嵌入式微处理器,1000多种硬件处理器，MPU、MCU、DSP、SOC ARM RISC ARM TMS320 DSP TI Trimedia Philips StrongARM Intel，如SA1110（已被PXA250 替代） Xscale Intel，ARM V5TE兼容产品，如PXA250 MIPS RISC MIPS DragonBall,Coldfir

3、e Freescale ( Motorola),嵌入式系统基本硬件结构,单片机体系结构,CISC结构 Intel推出MCS-48、MCS-51(1980)、MCS-96系列 20世纪80年代中期以后，Intel以专利转让的形式把8051内核给了许多半导体厂家，如AMTEL、PHILIPS、ANALOG DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。 应用：控制关系较复杂的场合，如通讯产品、工业控制系统 RISC结构 Microchip的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韩国三星公司的K

4、S57C系列4位单片机 应用：控制关系较简单的小家电,PIC单片机,初档8位单片机：PIC12C5XXX16C5X系列 -最早在市场上得到发展的系列，价格较低，有较完善的开发手段，在国内应用最广； -PIC12C5XX：世界第一个8引脚低价位单片机 512字节ROM、25字节RAM、一个8位定时器、一根输入线、5根I/O线 应用：摩托车点火器。售价36元/片。 -可用于简单的智能控制等一些对单片机体积要求较高的地方，前景十分广阔。 中档8位单片机：PIC12C6XX/PIC16CXXX系列 -近年来重点发展的系列产品，品种最为丰富。 增加了中断功能，指令周期达到200ns，含AD，内部E2PR

5、OM数据存储器，双时钟工作，I2C和SPI接口，异步串行通讯（UART），模拟电压比较器、LCD驱动等。封装从868脚； -可用于高、中、低档的电子产品设计。价格适中。 -PIC16C74：40引脚。含：4K ROM、192字节RAM、8路A/D、3个8位定时器、2个CCP模块、三个串行口、1个并行口、11个中断源、33个I/O脚。 高档8位单片机：PIC17CXX系列PIC17CXX -是适合高级复杂系统开发的系列产品，增加了硬件乘法器，指令周期可达成160ns，性价比最高； -可用于高、中档产品的开发，如马达控制、音调合成。,8051单片机,8位CPU 111条指令，大部分为单字节指令 2

6、1个专用寄存器 逻辑操作位寻址功能 4kbytes 程序存储器(ROM) 128bytes的数据存储器(RAM) 5个中断源，2个优先级 两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断 2个可编程定时/计数器（16位） 32条I/O口线（4*8bits并口(P0、P1、P2或P3) ） 一个全双工串行通信口 外部ROM：程序存储器寻址空间64kB 外部RAM：数据存储器寻址空间64kB 双列直插40PinDIP封装 单一+5V电源供电 工作频率为212MHz,MCS-51,普林斯顿(Princeton)结构冯.诺伊曼结构 程序存储器与数据存储器合二为一 通用计算机广泛使用 哈佛(Harvard

7、)结构8051 程序存储器和数据存储器分开,Intel SA1110（ARM）,ARM7的特征,DSP的特点,Harvard 结构 受限连接的多路总线 高速I/O 不同大小的register 特殊功能register 特殊寄存器实现零开销循环 单指令乘加操作 定点运算 硬件支持的寻址模式,基于DSP的Cellphone,常见的嵌入式操作系统,Windows CE：主要用于Power PC PalmOS：主要用于Palm Symbian：主要用于智能手机，例如Nokia N70 VxWorks：主要用于军事和工业控制，很昂贵 uC/OS II：占先式实时多任务操作系统，源码公开 LINUX：类似

8、于UNIX，完全免费，应用范围非常广泛,2,总线技术,总线技术,总线（Bus）,RS - 232C,连接器规格：DB9（目前主要使用）和DB25 电缆的最大长度和线缆类型、通信速率等有关，一般为15米。 通信速率：4800、9600、19200、115200 bps（可选） 信号电平：双极非平衡方式 负电平（-3 -15V）代表逻辑 1 正电平（+3 +15V）代表逻辑 0,DB9定义,DTE（ Data Terminal Equipment ）和 DCE（ Data Communication Equipment ）,IIC总线,IIC（Inter Integrated Circuit）总线

9、是Philips推出的二线制串行扩展总线。,SPI总线,SPI（Serial Peripheral Interface）总线是Motorola提出的同步串行外设接口。,SPI总线,SPI总线可以实现多个设备之间的数据共享5：,RS485总线,平衡线路（差分收发器）,RS485总线采用平衡发送和差分接收方式。,连接方式,基本参数,CAN总线,CAN（Controller Area Net） 是BOSCH公司为汽车车身控制设计的现场总线。 对等结构，不分主从 节点可以分为不同的优先级 采用非破坏性仲裁技术。 点对点、点对多点、点对网络的方式发送和接收数据 通讯距离最远10 km（5kb/s），节点

10、数目可达110个 短帧结构，每一帧的最长有效字节数为8个 通讯介质采用廉价的双绞线，无特殊要求,CAN总线,CAN总线,三个CAN信息帧在总线上的竞争情况,Sample,3,通信技术,通信技术,有线通信 USB IEEE 1394,通信技术,无线通信 IrDA Bluetooth 802.11 b/a/g Zigbee,USB,USB：Universal Serial Bus，通用序列总线 目前为USB 2.0，最大传输速率480Mbit/s,Application Software Layer,Protocol Engine Layer,Physical Layer,IEEE 1394,苹果

11、公司开发，中文译名为火线接口（FireWire），支持热插拔。 两种传输方式：Backplane模式和Cable模式。 Backplane模式下传输速度：12.5 Mbit/s 、25 Mbit/s 、50 Mbit/s Cable模式下传输速度：100 Mbit/s 、200 Mbit/s 和400 Mbit/s,比较,IrDA,IrDA：Infrared Data Association，红外数据协会 一套使用红外线为媒介的工业用无线点对点传输标准。 传输距离一般在0.3m左右，有方向性，角度限制在30度。,Bluetooth,1998年5月，Ericsson、Nokia、Toshiba、

12、IBM和Intel提出。 近距离多点无线数据通讯标准，有效距离大约为10m。 通讯频率为2.402GHz 2.480GHz（无需申请，免费使用频段）。 传输速率约为1Mbps（理论值为10Mbps）。 使用跳频频谱扩展技术，无通讯视角和方向要求。,802.11 b/a/g,1997年IEEE公布的一套WLAN（Wireless Local Area Network）标准。,Zigbee（IEEE 802.15.4）,源自蜜蜂在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴，达到交换信息 的目的。人们借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线 网络通信技术。 数据传输速率低

13、，只有10Kbps 250Kbps 功耗低，休眠状态下耗电量1W，工作状态下耗电为30mW 成本低 网络容量大，每个ZigBee网络最多可支持65000个节点 有效范围小，有效覆盖范围在1075m之间，但是可以扩展到数百米 工作频段灵活，使用频段分别为2.4GHz、868MHz（欧洲）及915MHz（美国） 自动动态组网、自主路由,Sample 公交自组织网络,Sample 矿井下人员定位,4,编程技术,编程技术,专用编程器,在线编程,借助编程器烧到嵌入式系统内部或外接的程序存储器中 开发成本增加 麻烦！,在系统编程（ISP） 在应用编程（IAP） 省去购买编程器的费用 灵活、方便,在线编程技术,ISP通过单片机专用的串行编程接口对单片机内部的Flash存储器进行编程。 例如：ATMEL公司的单片机AT89S52 IAP从