嵌入式系统基础知识.ppt

1、嵌入式原理及应用,廖京盛 茂名学院计算机与电子信息学院 自动化系电气教研室,第1章 嵌入式系统基础知识,1.1 嵌入式系统概述,1.1.1 嵌入式系统简介,嵌入式技术无处不在 各种使用嵌入式技术的电子产品，如：MP3、PDA、手机、智能玩具，网络家电、智能家电、车载电子设备等。 在工业和服务领域中，大量嵌入式技术也已经应用于工业控制、数控机床、智能工具、工业机器人、服务机器人等各个行业，正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式。,嵌入式系统的应用领域,通信设备 汽车电子 数字消费类 工业控制 仪器仪表 数字医疗设备 信息家电,“嵌入”无处不在,嵌入式视频服务器,现代化家庭,嵌入式系统示例,汽车控

2、制系统,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,从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用 据统计，每年只有2%左右的计算机芯片是用在台式PC或膝上电脑上的。 用于嵌入式系统设计与制造的CPU，每年大概有10-20亿片。 每年大约有1万个新的嵌入式系统投入产生，而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统。 使计算机的分类从以前的巨型机、大型机、小型机、微机之分变为了通用计算机和嵌入式系统之分。 如：手持设备市场。2000年的全球产销量为1290万部，到今年约为上亿部。,到底什么是嵌入式系统呢？,

3、MP3 工业控制计算机,比较两者有什么共同之处？,共同之处：都嵌入了微处理器。,根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义： 嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。,嵌入式系统的定义,国内普遍被认同的定义： 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、

4、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的隐藏在某种设备中的计算机软硬件集合体，没有固定的特征形状,简单的讲: 就是嵌入到对象体中的专用计算机系统。 三要素：嵌入、专用、计算机 嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求 专用性：软、硬件按对象要求裁减 计算机：实现对象的智能化功能,1.1.2 嵌入式系统的特点,1、专用，软、硬件可裁剪可配置 2、低功耗、高可靠性、高稳定性 3、软件代码短小精悍 4、代码固化 5、实时性 6、弱交互性 7、需要交叉开发环境和调试工具 8、要求开发、设计人员有较高的技能,1.1.3 嵌入式系统的发展,1.2嵌入式系

5、统的组成,嵌入式处理器和外围设备,1.2.1 嵌入式系统的硬件组成,嵌入式微控制器（MCU）,嵌入式DSP处理器(DSP),嵌入式微处理器MPU,嵌入式片上系统（SOC）,嵌入式处理器,1.2.2 嵌入式系统软件组成,1.3 嵌入式操作系统,概述,计算机系统由硬件和软件组成，在发展初期没有操作系统这个概念，用户使用监控程序来使用计算机。随着计算机技术的发展，计算机系统的硬件、软件资源也愈来愈丰富，监控程序已不能适应计算机应用的要求。于是在六十年代中期监控程序又进一步发展形成了操作系统(Operating System)。发展到现在，广泛使用的有三种操作系统即多道批处理操作系统、分时操作系统以及

6、实时操作系统。,嵌入式操作系统分类,按收费模式划分 商用型 Vxworks, Nucleux ，PlamOS, Symbian, WinCE, QNX, pSOS,VRTX,Lynx OS, Hopen, Delta OS 免费型 Linux, CLinux,C/OS-,eCos,uITRON 按实时性划分 硬实时 Vxworks 软实时 WinCE,RTLinux 无实时 Embedded Linux,嵌入式操作系统简介,嵌入式Linux cLinux Windows CE VxWorks Symbian OS Palm OS QNX OSE C/OS-II OSE Nucleus PLUS

7、,Linux是开放源码和免费使用的，遍布全球的众多Linux爱好者又是Linux开发的强大技术后盾。 嵌入式Linux(Embedded Linux)是指对Linux经过小型化裁剪后，能够固化在容量只有几百K字节或几兆字节的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用Linux操作系统。嵌入式Linux的开发和研究是目前操作系统领域的一个热点。主要有RTLinux和CLinux Linux的内核小、功能强大、API丰富，系统健壮、效率高，易于定制剪裁，在价格上极具竞争力。 Linux不仅支持x86 CPU，还可以支持其他数十种CPU芯片。 近几年Linux在嵌入式领域异军突起，过去的一年中

8、有13%的用户已经开始使用嵌入式Linux系统进行开发工作；有52%的用户决定在未来24个月内开始使用Linux作为嵌入式操作系统的开发原型。,嵌入式Linux及应用,cLinux,Windows Embedded,Windows CE：一种针对小容量、移动式、智能化、32位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统（缩减的Win95）。 针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台，属于软实时操作系统， 由于其Windows背景，界面比较统一认可。可以使用大多数Windows开发工具（如VB，VC等），大多数Windows应用程序经过移植后就可以运行在WinCE平台上

9、。 操作系统的基本内核需要至少200K的ROM。,VxWorks,VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），具有良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域牢牢占据着一席之地。 VxWorks所具有的显著特点是： 可靠性、实时性和可裁减性。 它支持多种处理器，如x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS 、POWER PC等等。 以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如火星探测器（1997年7

10、月4日登陆火星表面）。,Symbian OS,Symbian由诺基亚、西门子、索尼爱立信等几家大型移动通讯设备商共同出资组建的一个合资公司，专门研发手机操作系统。Symbian操作系统的前身是EPOC。 针对PDA及智能手机的，能够提供良好的软实时的操作系统，目前占有60的智能手机市场 与之竞争的有Windows Mobile、PalmOS以及Linux 主要版本 Series 60/90/80/40 UIQ,Palm OS,Palm OS是著名的网络设备制造商3COM旗下的Palm Computing掌上电脑公司的产品。 Palm OS是一套专门为掌上电脑编写的操作系统，充分考虑到了掌上电脑

11、内存相对较小的情况，所以Palm操作系统本身所占的内存很小，基于Palm操作系统编写的应用程序所占的空间也很小，通常只有几十KB，因此基于Palm操作系统的掌上电脑虽然只有几兆内存却可以运行众多的应用程序。 Palm OS在PDA市场上占有很大的市场份额， Palm OS的市场份额占到将近90%，最近下降70，目前主要与WIN CE进行激烈竞争。 代表性的产品有Palm m505、Palm m500、Palm III等。,QNX,加拿大QNX公司的产品。 QNX是在X86体系上面开发出来的，这和别的RTOS不一样，别的好多RTOS都是从68K的CPU上面开发成熟，然后再移植到X86体系上面来的

12、。 QNX是一个实时的、可扩充的操作系统，它部分遵循POSIX相关标准，由于QNX具有强大的图形界面功能，因此很适合作为机顶盒、手持设备（手掌电脑、手机）、GPS设备的实时操作系统使用。,C/OS及C/OS-II,C/OSMicro Controller O S C/OS简介 美国人Jean Labrosse 1992年完成，已应用于数百种产品中。 应用面覆盖了诸多领域，如照相机、医疗器械、音响设备、发动机控制、高速公路电话系统、自动提款机等 1998年C/OS-II，目前的版本C/OS -II V2.72 2000年，得到美国航空管理局（FAA）的认证，可以用于飞行器中 是一个源码公开、可移植、可裁减、占用资源少、抢先式的实时多任务操作系统。其绝大部分源码采用ANSI C写的，移植性好。高校教学可免费使用。 网站www.ucos-II.com（),OSE,OSE主要是由瑞典的ENEA Data AB下属的ENEA OSE Systems AB 负责开发和技术服务的，一直以来都充当着实时操作系统以及分布式和容错性应用的先锋，并保持良好的发展态势。 OSE的客户深入到电信、数据、工控、航空邓领域，尤其在电信方