《北京航空航天大學(xué)：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)引言》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《北京航空航天大學(xué)：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)引言（103頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、1 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā) ARM與 C/OS- 第一講 引言 北京航空航天大學(xué) 嵌入式機(jī)電控制研究室 魏洪興 2 1、掌握一種學(xué)習(xí)方法 2、學(xué)習(xí)了解嵌入式技術(shù)研發(fā)的基本概念、方法 和知識(shí) 3、獲得嵌入式開發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 4、獲得學(xué)分 希望大家有所收獲 3 課程目的 本課程圍繞基于 ARM的微處理器和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) C/OS，介紹了嵌入式 系統(tǒng)前沿發(fā)展趨勢(shì)，理解其設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)嵌入式編程技術(shù)。 課程采用講課與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式。 著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，通過熟悉開發(fā)環(huán)境與開發(fā)流程、編程 實(shí)踐等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。此外 還增加了網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)、嵌入式游戲開發(fā)等開放式

2、實(shí)驗(yàn)，供基礎(chǔ)較好 的學(xué)生深入學(xué)習(xí) 。 學(xué)生基礎(chǔ)：是否學(xué)過 C語言、微機(jī)原理或是單片機(jī)等 4 課程大綱（約 24學(xué)時(shí)） 課件題目 課時(shí)數(shù) 課件內(nèi)容 1引言 3 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)前沿、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢(shì)及相 關(guān)領(lǐng)域研究成果 2嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí) 3 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)、分類、基本概念 3嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 6 介紹主流實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，深入分析嵌入式實(shí)時(shí)操 作系統(tǒng) C/OS，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)性及應(yīng)用 4 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) 3 介紹主流硬件平臺(tái)，詳細(xì)介紹 ARM微處理器的體系 結(jié)構(gòu)、功能及應(yīng)用 5嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 3 以一個(gè)典型應(yīng)用為例，介紹嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一 般方法， 6嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3、 3 介紹外圍接口設(shè)計(jì)，以 LCD、觸摸屏為例，著重講 解人機(jī)交互接口設(shè)計(jì) 7嵌入式系統(tǒng)編程 3 介紹嵌入式軟件的體系結(jié)構(gòu)，著重講解嵌入式 GUI 的編程方法 8嵌入式技術(shù)研討 3 選擇 5-8名有嵌入式開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生做報(bào)告，師生 點(diǎn)評(píng)，探討。 9考試 2 5 實(shí)驗(yàn)大綱（約 12學(xué)時(shí)） 實(shí)驗(yàn)題目 分類 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、 ARM SDT 2.5開發(fā)環(huán)境介紹 基本知識(shí) 介紹嵌入式開發(fā)一般流程，并介紹開發(fā)過程中使用的軟 件和硬件的安裝與調(diào)試，學(xué)生通過該實(shí)驗(yàn)可以了解 和熟悉嵌入式的軟硬件平臺(tái)。 2、開發(fā)基本的嵌入式應(yīng)用程序 基本知識(shí) 通過一個(gè)最簡(jiǎn)單，最基本的嵌入式應(yīng)用程序，介紹基本 的嵌入式應(yīng)用程序的開

4、發(fā)方法。 3、交通管制信號(hào)燈模擬實(shí)驗(yàn) I/O接口 基礎(chǔ)技能 通過模擬交通燈，掌握 ARM中 I/O接口的使用，以實(shí)現(xiàn)對(duì) 外圍設(shè)備開關(guān)量的控制。 4、模擬電子畫板實(shí)驗(yàn) 觸摸 屏應(yīng)用 基礎(chǔ)技能 通過在觸摸屏上開發(fā)一個(gè)電子畫板，掌握觸摸屏的設(shè)計(jì) 使用方法。 5、 ARM的圖形界面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) API繪圖函數(shù) 基礎(chǔ)技能 通過使用 API函數(shù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)嵌入式用戶圖形界面。 6、基于 ARM的多通道儀表信號(hào) 采集實(shí)驗(yàn) 多任務(wù)與 A/D 轉(zhuǎn)換 基礎(chǔ)技能 本實(shí)驗(yàn)用多任務(wù)模擬一個(gè)多通道的儀表信號(hào)采集器，根 據(jù)優(yōu)先程度的不同，對(duì)儀表信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控。 7、基于局域網(wǎng)的電子菜單設(shè)計(jì) 綜合應(yīng)用 設(shè)計(jì)一個(gè)基于局域網(wǎng)的電子點(diǎn)菜

5、PDA，可以直接查看菜 譜，進(jìn)行實(shí)時(shí)點(diǎn)菜，所涉及技術(shù)點(diǎn)包括網(wǎng)絡(luò)、觸摸 屏、 LCD顯示等。 8、游戲圖形界面的 LCD控制與 應(yīng)用 綜合應(yīng)用 設(shè)計(jì)一個(gè)嵌入式游戲，如俄羅斯方塊、貪吃蛇等 注： 1、實(shí)驗(yàn) 1-6由學(xué)生根據(jù)自己情況選做，要求在課內(nèi) 12個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)完成； 2、實(shí)驗(yàn) 7-8為大作業(yè)題目，要求在課外完成； 6 1. 王田苗 主編 . 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)例開發(fā) ARM與 C/OS - （第二版） . 北京：清華大學(xué)出版社， 2003.9 2（美） Jean J.Labrosse, 邵貝貝譯 . C/OS - 源碼公開的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng) . 北京：中國(guó)電力出 版社， 2001.8 3. 馬忠

6、梅等著 . ARM嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)。北航出 版社 參考資料 7 主講 :魏洪興 （北航機(jī)器人研究所 講師 /博士后） 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) :王斌（博士研究生） 答疑 Tel: （ 010） 82338271 E-mail: 學(xué)習(xí)論壇： WWW.up- 授課老師與實(shí)驗(yàn)答疑 8 一、考核方式：平時(shí)作業(yè)（占 10%） +大作業(yè)（占 40%） +筆試 （ 50%） 平時(shí)作業(yè)： 2-3次， 1次書面作業(yè)， 1-2次實(shí)驗(yàn)報(bào)告； 大作業(yè)（大實(shí)驗(yàn)）：每?jī)扇艘唤M，在嵌入式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上設(shè)計(jì)一 個(gè)小游戲，如搬運(yùn)工、貪吃蛇、俄羅斯方塊等，最后提交設(shè)計(jì) 說明書，實(shí)驗(yàn)源代碼； 筆試：占 50%； 二、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：百分制 考核方

7、式和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 9 您預(yù)期的收獲 通過本門課程的學(xué)習(xí)，你將獲得以下知識(shí)： 提高 C語言編程能力（期望值：） 學(xué)會(huì)使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，了解多任務(wù)（期望值：） 了解嵌入式軟件開發(fā)流程（期望值：） 掌握基本嵌入式硬件知識(shí)（期望值：） 獨(dú)立或合作開發(fā)出嵌入式游戲（期望值：） 掌握嵌入式軟件編程（期望值：） 掌握硬件設(shè)計(jì)知識(shí)（期望值：） 學(xué)會(huì)操作系統(tǒng)移植（期望值：） 成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)高手（期望值：） 10 本節(jié)提要 1 3 2 5 4 為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)及架構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、 PC的區(qū)別 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 11 一、為什么要學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù) 市場(chǎng)需

8、求中國(guó)具有世界最大嵌入式技術(shù)市場(chǎng)，將成為 世界第一，手持儀器設(shè)備、信息家電、城市建設(shè)、工業(yè) 控制、軍事應(yīng)用， ，嵌入式技術(shù)無處不在 。 企業(yè)人才需求軟硬件設(shè)計(jì)人才，應(yīng)用開發(fā)人才，綜合 性人才， 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)要求 8位、 16位、 32位，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) ， 12 美國(guó)著名未來學(xué)家尼葛洛龐帝 99年 1月訪華時(shí)預(yù)言， 4 5 年后嵌入式智能（電腦 ) 工具將是 PC和因特網(wǎng)之后最偉大 的發(fā)明。 嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過了 1萬億美元，它正 在成為信息技術(shù)（ IT）產(chǎn)業(yè)爭(zhēng)奪的重點(diǎn)之一。 每年只有 10%-20%的計(jì)算機(jī)芯片用于臺(tái)式機(jī)或筆記本電腦 等，這就意味著每年有 10-0億塊 CPU是為

9、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) 制造的：每年有超過 1萬個(gè)新的嵌入式系統(tǒng)計(jì)劃產(chǎn)生。 未來 5年僅基于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全數(shù)字電視產(chǎn)品，就 將在美國(guó)產(chǎn)生一個(gè)每年 1500億美元的新市場(chǎng)。 據(jù)說， 福特出售的 計(jì)算能力 已超過了 IBM”，由此可 以想見嵌入式計(jì)算機(jī)工業(yè)的規(guī)模和廣度。 嵌入式技術(shù)正在形成一種產(chǎn)業(yè) 13 它們被廣泛地應(yīng)用到工業(yè)控制系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)、醫(yī)療儀 器、信息家電、通信設(shè)備等眾多領(lǐng)域中。 PDA在顯示屏幕上已實(shí)現(xiàn)漢字寫入、短消息語音發(fā)布， 作為企業(yè)專用解決方案，如物流管理、條碼掃描、移動(dòng) 信息采集等 自動(dòng)控制領(lǐng)域，不僅可以用于 ATM機(jī)，自動(dòng)售貨機(jī)，工 業(yè)控制等專用設(shè)備，和移動(dòng)通訊設(shè)備結(jié)合、 GP

10、S、娛樂 相結(jié)合，硬件方面，不僅有各大公司的微處理器芯片， 還有用于學(xué)習(xí)和研發(fā)的各種配套開發(fā)包。 尤其是在最近幾年，嵌入式設(shè)備不斷地進(jìn)入到新的應(yīng)用 領(lǐng)域，比如 PDA、手持設(shè)備、 AutoPC、智能電話和機(jī)項(xiàng) 盒（ STB）等。 嵌入式技術(shù)正在形成一種產(chǎn)業(yè) 14 在通信領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)。在廣 播電視領(lǐng)域，美國(guó)已開始由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變 ，歐洲的 DVB（數(shù)字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數(shù)國(guó) 家推廣。 北京數(shù)字電視，鳳凰數(shù)字衛(wèi)視，高清晰、互動(dòng)點(diǎn)播、 機(jī)頂盒。 在中國(guó)有 8000萬有線電視網(wǎng)用戶， 1億以上的有線電話 網(wǎng)用戶，為其發(fā)展提供了巨大市場(chǎng)。 針對(duì)如此巨大的市場(chǎng)，嵌入式

11、系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)也給 我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。 嵌入式技術(shù)正在形成一種產(chǎn)業(yè) 15 據(jù)國(guó)外某研究機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)， 1999年，嵌入式操作系統(tǒng)全 球產(chǎn)值 3.62億美元，比 1998年的 3.05億美元增長(zhǎng)了 18.7%。而另一研究機(jī)構(gòu)則預(yù)計(jì)，從 1997年到 2001年， 嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)將以年均 240的速度增長(zhǎng)， 2001年的 市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 317億美元 再從手持設(shè)備市場(chǎng)來看， 2000年的全球產(chǎn)銷量為 1290萬 部，而到 2004年時(shí)預(yù)計(jì)將為 6340萬部。 據(jù)預(yù)測(cè)， 2001年中國(guó)信息家電市場(chǎng)將達(dá)到 500億 -700億 元， 2004年有望達(dá)到 3500億 -5000

12、億元。 目前，嵌入式操作系統(tǒng)的品種較多，一年前的統(tǒng)計(jì)顯示 ，僅用于信息家電的嵌入式操作系統(tǒng)就有 40種左右。 嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)分析 16 高級(jí)酒店，電話、 TV、 INTERNET、 PLAY、 EMAIL、 KEY、無線集成； 美國(guó)正在啟動(dòng)一項(xiàng)計(jì)劃，網(wǎng)絡(luò)無線介入平臺(tái) 飛機(jī)的電子設(shè)備，巴黎、東京、漢城等城市地鐵買票系統(tǒng) 電子菜單、日本數(shù)碼相機(jī)等； 未來超市購買東西不排隊(duì)， 施樂 Xerox公司于 70年代初開始實(shí)施其 無紙辦公室的計(jì)劃，首先開發(fā)了自動(dòng)付款機(jī)系統(tǒng)。它設(shè)想要求超市 中的每件商品都有一個(gè)存貯商品價(jià)錢的芯片。當(dāng)商品小推車經(jīng)過記 帳。當(dāng)信用卡 掃過 時(shí)，就給出清單，這樣記賬時(shí)就不用排隊(duì)了

13、。 醫(yī)療電子病歷、手持醫(yī)療儀器、德國(guó)血壓儀、 舉例說明 17 通訊行業(yè)：華為、中興、大唐、 國(guó)內(nèi) IT業(yè)：聯(lián)想、同方、方正、 外資企業(yè)：微軟、 IBM、 GE、 工業(yè)領(lǐng)域： Siemens、 ABB、研華、 國(guó)內(nèi)中小型高新技術(shù)企業(yè) 社會(huì)對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人才的迫切需求 18 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一門綜合性的課程，涉及涉及電子、 計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等諸多專業(yè)知識(shí)，綜合性強(qiáng)，可包括 微機(jī)原理、單片機(jī)設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)等課程內(nèi)容。嵌入式 系統(tǒng)是軟件、硬件設(shè)計(jì)的完美結(jié)合。 理論與實(shí)踐相結(jié)合：實(shí)踐是嵌入式系統(tǒng)課程的重要環(huán)節(jié) ，缺乏實(shí)踐的嵌入式系統(tǒng)課程是紙上談兵。 通過嵌入式系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)，可提升嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專 業(yè)

14、知識(shí)和實(shí)際設(shè)計(jì)能力。 知識(shí)的積累是與精力和時(shí)間的付出成正比的，要成為高 手和專家，就需要不斷的努力。 學(xué)無止境。 對(duì)提高專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐能力大有幫助 19 本節(jié)提要 1 3 2 5 4 為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)及架構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、 PC的區(qū)別 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 20 二、嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)與體系結(jié)構(gòu) 嵌入式應(yīng)用 信息家電 智能玩具 軍事電子 通信設(shè)備 移動(dòng)存貯 工控設(shè)備 智能儀表 汽車電子 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 消費(fèi)電子 軍事國(guó)防 電子商務(wù) 網(wǎng)絡(luò) 工業(yè)控制 21 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 22 PDA 可視電話 機(jī)器人 SONY機(jī)器狗 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用

15、領(lǐng)域 23 IEEE定義 根據(jù) IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義： 嵌入式系統(tǒng)是 用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī) 器和設(shè)備的裝置 （原文為 devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 可以看出此定義是從應(yīng)用上考慮的，嵌入式系統(tǒng) 是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)電等附屬裝置 。 24 一般定義 “以 應(yīng)用 為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、 軟件硬件可裁剪 、 功能、可靠性、成本、體積 、功耗嚴(yán)格要求 的 專用 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 25 嵌入式系統(tǒng)是以 嵌

16、入式應(yīng)用 為目的的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？?分為系統(tǒng)級(jí)、板級(jí)、片級(jí) 系統(tǒng)級(jí)：各種類型的工控器、 PC104模塊 板級(jí)：各種類型的帶 CPU的主板及 OEM產(chǎn)品 片級(jí)：各種以單片機(jī)、 DSP、微處理器為核心的產(chǎn)品 微機(jī)學(xué)會(huì)的定義 26 嵌入式系統(tǒng)的幾個(gè)重要特征 （ 1）系統(tǒng)內(nèi)核小 由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資 源相對(duì)有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。 比如 ENEA公司的 OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有 5K，而 Windows的內(nèi)核則要大得多。 27 （）專用性強(qiáng) 嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié) 合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植。 即使在同一品牌、同一系

17、列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬 件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。 同時(shí)針對(duì)不同的任務(wù)，往往需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較大更改， 程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件 的 升級(jí) 是完全不同的概念。 28 （）系統(tǒng)精簡(jiǎn) 嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分 ，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面 利于控制系統(tǒng)成本，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。 29 （）高實(shí)時(shí)性 OS 這是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲(chǔ) ，以提高速度。軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實(shí) 時(shí)性。 30 （ 5）嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片 上運(yùn)行。 為了合理地調(diào)度多任務(wù)、利

18、用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以 及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配 RTOS（ Real Time Operating System）開發(fā)平臺(tái)，這樣才能保 證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開發(fā)時(shí)間，保 障軟件質(zhì)量。 31 （ 6）嵌入式系統(tǒng)需要開發(fā)工具和環(huán)境 由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以 后，用戶通常也是不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改 ，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。 這些工具和環(huán)境一般是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件 設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號(hào)示波器等。 開發(fā)時(shí)往往有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念，主機(jī)用于程序 的開發(fā)，目標(biāo)機(jī)作為最后的執(zhí)行機(jī)，開發(fā)時(shí)需要交 替結(jié)合進(jìn)行。 32 嵌入式系

19、統(tǒng)的架構(gòu) 處理器 存儲(chǔ)器 輸入 輸出 操作系統(tǒng) 應(yīng)用程序 軟件 結(jié)構(gòu) 硬件 結(jié)構(gòu) 33 嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式 微處理器一般就具備以下 4個(gè)特點(diǎn) 對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中 斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間減少到最 低限度。 具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié) 構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用， 需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷。 可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能 的嵌入式微處理器。 嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動(dòng) 的計(jì)

20、算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要 功耗只有 mW甚至 W 級(jí)。 嵌入式處理器 34 嵌入式微處理器 全世界只有 4%的計(jì)算機(jī)處理芯片用于計(jì)算機(jī)中 Source: Embedded Systems Programming, May 1999 Average car has about 15 microprocessors. Mercedes S-class: 63 microprocessors ! 32-bit 嵌入式微處理器 16-bit 8-bit 4-bit 250 million 1 billion 1 billion 1 billion 125 million P

21、Cs Intel, AMD Motorola, ARM, MIPS, i960, x86, 其中只有 4%的 微處理器 35 嵌入式微處理器分類 嵌 入 式 處 理 器 嵌 入 式 微 控 制 器 （ M C U ） 嵌 入 式 D S P 處 理 器 ( D S P ) 嵌 入 式 微 處 理 器 ( M P U ) 嵌 入 式 片 上 系 統(tǒng) ( S y s t e m O n C h i p ) 36 （ 1）嵌入式微控制器 嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)，這種位的電子 器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。 單片機(jī)芯片內(nèi)部集成 ROM/EPROM、 RAM、總線、總線邏輯 、

22、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、看門狗、 I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出 、 A/D、 D/A、 Flash RAM、 EEPROM等各種必要功能和外 設(shè)。 37 微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從 而使功耗和成本下降、可靠性提高。 微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器 的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此 稱為微控制器。 38 （ 2）嵌入式 DSP處理器 DSP處理器是專門用于信號(hào)處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，在數(shù)字濾波、 FFT、譜 分析等各種儀器上 DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。 DSP的理論算法在 70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于專門的 DSP 處理器

23、還未出現(xiàn)，所以這種理論算法只能通過 MPU等由分立 元件實(shí)現(xiàn)。 1982年世界上誕生了首枚 DSP芯片。在語音合 成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。 DSP的運(yùn)算速度進(jìn)一 步提高，應(yīng)用領(lǐng)域也從上述范圍擴(kuò)大到了通信和計(jì)算機(jī)方 面。 目前最為廣泛應(yīng)用的嵌入式 DSP處理器是 TI的 TMS320C2000/C5000系列，另外如 Intel的 MCS-296和 Siemens的 TriCore也有各自的應(yīng)用范圍。 39 MPU嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的 CPU演變而來的。 與計(jì)算機(jī)處理器不同的是，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，只保留 和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能 部分，這樣就以最低

24、的功耗和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊 要求。 （ 3）、嵌入式微處理器（ Micro Processor Unit) 40 和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、 重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。目前主要的嵌入式 處理器類型有 Am186/88、 386EX、 SC-400、 Power PC、 68000、 MIPS、 ARM/StrongARM系列等 41 SoC 就是 System on Chip ， SoC嵌入式系統(tǒng)微處理 器就是一種電路系統(tǒng)。 它結(jié)合了許多功能區(qū)塊，將功能做在一個(gè)芯片上， 像是 ARM RISC、 MIPS RISC、 DSP或是其他的微處理 器核心，加上通信的

25、接口單元，像是通用串行端口 （ USB）、 TCP/IP通信單元、 GPRS通信接口、 GSM通 信接口、 IEEE1394、藍(lán)牙模塊接口等等，這些單元 以往都是依照各單元的功能做成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的處理 芯片。 （ 4）嵌入式片上系統(tǒng) (System On Chip) 42 SoC是追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件， SOC最大的特點(diǎn) 是成功實(shí)現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操 作系統(tǒng)的代碼模塊。 運(yùn)用 VHDL等硬件描述語言不需要再像傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣 ，繪制龐大復(fù)雜的電路板，一點(diǎn)點(diǎn)的連接焊制，只需要使 用精確的語言，綜合時(shí)序設(shè)計(jì)直接在器件庫中調(diào)用各種通 用處理器的標(biāo)準(zhǔn)，然后通過仿真之后就

26、可以直接交付芯片 廠商進(jìn)行生產(chǎn)。 43 由于 SOC往往是專用的，所以大部分都不為用戶所知，如 Philips的 Smart XA。 Siemens的 TriCore， Motorola的 M- Core，某些 ARM系列器件， Echelon和 Motorola聯(lián)合研制 的 Neuron芯片等。 SOC芯片也將在聲音、圖像、影視、網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)邏輯等應(yīng) 用領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。 44 SoC嵌入式系統(tǒng)微處理器所具有的其他的好處可以分 為下列幾點(diǎn)： 利用改變內(nèi)部工作電壓，降低芯片功耗。 減少芯片對(duì)外管腳數(shù)，簡(jiǎn)化制造過程。 減少外圍驅(qū)動(dòng)接口單元及電路板之間的信號(hào)傳遞， 可以加快微處理器數(shù)據(jù)處理的速度。

27、 內(nèi)嵌的線路可以避免外部電路板在信號(hào)傳遞時(shí)所造 成系統(tǒng)雜訊。 45 新的發(fā)展方向： SOC ASIC Core Memory Embedded Processor Core Analog Functions Co mmun ica tion Sensor Interface 46 Moores 定律 47 RTOS是 32位嵌入式 CPU的軟件基礎(chǔ) RTOS內(nèi)核 提供 CPU的管理 硬件初時(shí)化， MMU，定時(shí)器，中斷 RTOS內(nèi)核提供任務(wù)，內(nèi)存管理 RTOS提供設(shè)備管理，文件和網(wǎng)絡(luò)的支持 RTOS提供 C/C+， JAVA，圖形模塊等編程接口 48 常見的嵌入式操作系統(tǒng) 實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的種

28、類繁多，大體上可分為兩 種，商用型和免費(fèi)型。 商用型的實(shí)操作系統(tǒng)功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技 術(shù)支持和售后服務(wù)，但往往價(jià)格昂貴。 免費(fèi)型的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在價(jià)格方面具有優(yōu)勢(shì)，目前 主要有 Linux和 C/OS ，穩(wěn)定性與服務(wù)性存在挑戰(zhàn)。 49 VxWorks VxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó) WindRiver公司于 1983年設(shè)計(jì)開發(fā) 的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（ RTOS），具有良好的持續(xù)發(fā) 展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入 式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域牢牢占據(jù)著一席之地。 VxWorks所具有的顯著特點(diǎn)是： 可靠性、實(shí)時(shí)性和可裁減性。 它支持多種處理器，如 x86、 i960、 Sun S

29、parc、 Motorola MC68xxx、 MIPS 、 POWER PC等等。 大多數(shù)的 VxWorks API是專有的，火星機(jī)器人。 50 Windows Embedded Windows CE 3.0：一種針對(duì)小容量、移動(dòng)式、智能化、 32位、連接設(shè)備的模塊化實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。 針對(duì)掌上設(shè)備、無線設(shè)備的動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序和服務(wù)提供了 一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺(tái)， WindowsCE嵌入但不夠 實(shí)時(shí)，屬于軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)， 由于其 Windows背景，界面比較統(tǒng)一認(rèn)可。 操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少 200K的 ROM。 51 Palm OS Palm OS是著名的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商 3COM旗下

30、的 Palm Computing掌上電腦公司的產(chǎn)品。 3COM、 CISCO競(jìng)爭(zhēng) Palm OS在 PDA市場(chǎng)上占有很大的市場(chǎng)份額， Palm OS的 市場(chǎng)份額占到將近 90%，最近下降 70，目前主要與 WIN CE進(jìn)行激烈競(jìng)爭(zhēng)。 52 QNX 加拿大 QNX公司的產(chǎn)品。 QNX是在 X86體系上面開發(fā)出來的，這和別的 RTOS不一樣 ，別的好多 RTOS都是從 68K的 CPU上面開發(fā)成熟，然后再移 植到 X86體系上面來的。 QNX是一個(gè)實(shí)時(shí)的、可擴(kuò)充的操作系統(tǒng)，它部分遵循 POSIX相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由于 QNX具有強(qiáng)大的圖形界面功能，因此 很適合作為機(jī)頂盒、手持設(shè)備（手掌電腦、手機(jī)）、 GP

31、S 設(shè)備的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)使用。 53 嵌入式 Linux 嵌入式系統(tǒng)越來越追求數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。因此原來 在某些設(shè)備或領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的軟件系統(tǒng)越來越難以為繼 ，整個(gè)系統(tǒng)必須是開放的、提供標(biāo)準(zhǔn)的 API，并且能夠方便 地與眾多第三方的軟硬件溝通。 Linux是開放源碼的，不存在黑箱技術(shù)，遍布全球的眾多 Linux愛好者又是 Linux開發(fā)的強(qiáng)大技術(shù)后盾。 Linux的內(nèi)核小、功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定、系統(tǒng)健壯、效率高 ，易于定制剪裁，在價(jià)格上極具競(jìng)爭(zhēng)力。 Linux不僅支持 x86 CPU，還可以支持其他數(shù)十種 CPU芯片。 54 嵌入式 Linux(Embedded Linux)是指對(duì) Lin

32、ux經(jīng)過小 型化裁剪后，能夠固化在容量只有幾百 K字節(jié)或幾兆 字節(jié)的存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)中，應(yīng)用于特定嵌入式場(chǎng) 合的專用 Linux操作系統(tǒng)。嵌入式 Linux的開發(fā)和研 究是目前操作系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。主要有 RTLinux 和 CLinux Linux在嵌入式領(lǐng)域異軍突起不過是近兩年的事情， 過去的一年中有 13%的用戶已經(jīng)開始使用嵌入式 Linux系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)工作；有 52%的用戶決定在未來 24個(gè)月內(nèi)開始使用 Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)的開發(fā) 原型。 嵌入式 Linux及應(yīng)用 55 本節(jié)提要 1 3 2 5 4 為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)及架構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

33、 嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、 PC的區(qū)別 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 56 三、嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、 PC機(jī)的區(qū)別 嵌入式系統(tǒng) 單片機(jī)系統(tǒng) 目前嵌入式系統(tǒng)的主流是以 32位嵌入式微處理器為核心 的硬件設(shè)計(jì)和基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（ RTOS）的軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)多為 4位、 8位、 16位機(jī)，不適合運(yùn)行操作系 統(tǒng)，難以進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算及處理功能 嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)、軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，單 片機(jī)大多采用軟硬件流水設(shè)計(jì) 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是軟件設(shè)計(jì)（占 70%左右的工作 量），單片機(jī)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)所占比例基本相同 57 嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)在學(xué)習(xí)方法上不同 單片機(jī)學(xué)習(xí)一般從硬件入手，從硬件體系結(jié)構(gòu)、匯編語 言

34、到硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì) 嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)可以從軟件入手，從應(yīng)用層編程到操作 系統(tǒng)移植、硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)較好，按單片機(jī)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)流 程較難掌握 58 嵌入式系統(tǒng) PC機(jī) 嵌入式系統(tǒng)一般是專用系統(tǒng)，而 PC是通用計(jì)算平臺(tái) 嵌入式系統(tǒng)的資源比 PC少得多 嵌入式系統(tǒng)軟件故障帶來的后果比 PC機(jī)大得多 嵌入式系統(tǒng)一般采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)大都有成本、功耗的要求 嵌入式系統(tǒng)得到多種微處理體系的支持 嵌入式系統(tǒng)需要專用的開發(fā)工具 59 本節(jié)提要 1 3 2 5 4 為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)及架構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、 PC的區(qū)別 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 60 四、嵌

35、入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 電子通訊 信息家電 網(wǎng)絡(luò)安全、設(shè)備 工業(yè)自動(dòng)化 精密儀器 61 嵌入式技術(shù)在電子通訊中的應(yīng)用 手機(jī)、小靈通、智能手機(jī)、 3C合一 62 嵌入式系統(tǒng)在信息家電中的應(yīng)用 信息家電（ Information Appliance， IA）。一般可 認(rèn)為，那些低單價(jià)、操作簡(jiǎn)單、可通過因特網(wǎng)發(fā)送或獲 取信息，將逐步分割或替代 PC的某些功能，并能與其 它信息產(chǎn)品交換資料或訊息的產(chǎn)品可統(tǒng)稱為信息家電。 63 信息家電的分類及特點(diǎn) 信息家電的分類 (1)網(wǎng)絡(luò)電視（ NetTV） (2)網(wǎng)上游戲機(jī)（ Internet gaming device） (3)智能掌上型設(shè)備 (Internet s

36、mart handheld device) (4)網(wǎng)絡(luò)電話（ Internet screen Phone） (5)Consumer NC client等。 信息家電技術(shù)特點(diǎn)： (1) 處理器發(fā)展趨向低成本、高整合性與低耗能。 (2) 整合數(shù)字與模擬處理的技術(shù)。 (3) 較 PC更強(qiáng)調(diào)通訊能力。 (4) 利用軟件增加產(chǎn)品的差異性 (高附加價(jià)值的關(guān)鍵 ) 64 信息家電的應(yīng)用 65 信息家電提供的服務(wù) 一、安全防范：智能安防可以實(shí)時(shí)監(jiān)控著非法闖入、火災(zāi)、煤氣泄露、緊急 呼救的發(fā)生。 二、消費(fèi)電子產(chǎn)品的智能控制：例如可以自動(dòng)控制加熱時(shí)間、加熱溫度的微 波爐，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度、濕度的智能空調(diào)，可以根據(jù)

37、指令自動(dòng)搜索電 視節(jié)目并攝錄的電視機(jī) /錄像機(jī)等等。 三、交互式智能控制：可以通過語音識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家電的聲控功能；通 過各種主動(dòng)式傳感器（如溫度、聲音、動(dòng)作等）實(shí)現(xiàn)智能信息家電的主 動(dòng)性動(dòng)作響應(yīng)。用戶還可以自己定義不同場(chǎng)景智能信息家電的響應(yīng)。 四、家庭信息服務(wù)：智能家庭服務(wù)器可以提供最新的股市情報(bào)、新聞、天氣 預(yù)報(bào)、電視節(jié)目預(yù)報(bào)、甚至當(dāng)前公路上的交通流量狀況，還可以自動(dòng)管 理用戶的水電賬單、銀行和信用卡賬戶等財(cái)務(wù)信息。 五、自動(dòng)維護(hù)：智能信息家電可以通過服務(wù)器直接從制造商的服務(wù)網(wǎng)站上自 動(dòng)下載、更新驅(qū)動(dòng)程序和診斷程序，實(shí)現(xiàn)智能化的故障自診斷、新功能 自動(dòng)擴(kuò)展。 六、家庭醫(yī)療保?。和ㄟ^網(wǎng)絡(luò)化

38、的智能傳感器，醫(yī)院可以通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶進(jìn) 行身體檢查。 66 目前信息家電平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn) 1.HAVI（ Home Audio/Video interoperability）體系。是關(guān)于家庭網(wǎng)絡(luò)中音頻 / 視頻電子產(chǎn)品的互聯(lián)和控制方面的標(biāo)準(zhǔn)。它建立在 IEEE-1394的底層協(xié)議基礎(chǔ)上 ，主要實(shí)現(xiàn) HAVI設(shè)備之間的數(shù)字音頻 /視頻內(nèi)容的傳送以及對(duì)該內(nèi)容的操作，如 播放、錄像、回放等。典型的 AV內(nèi)容有由信息家電平臺(tái)接受的數(shù)字電視和由數(shù) 字錄像機(jī)、 CD等所產(chǎn)生的內(nèi)容?；ゲ僮餍允?HAVI標(biāo)準(zhǔn)的主要特點(diǎn)，一個(gè) HAVI設(shè) 備上的應(yīng)用軟件可以探測(cè)并直接使用聯(lián)入 HAVI網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備所提供的功能。 2

39、.Jini技術(shù)。是 Sun公司提出的基于 Java的一項(xiàng)技術(shù)。它可以使各種設(shè)備方便地連 到網(wǎng)絡(luò)上。即：任何計(jì)算設(shè)施不需預(yù)先配置和安裝，便可在任何時(shí)間地點(diǎn)加入 網(wǎng)絡(luò)，并能和網(wǎng)絡(luò)中已有的各種軟硬件一起協(xié)調(diào)工作完成分布式計(jì)算。 Jini體 系結(jié)構(gòu)的目的是將成組的設(shè)備和軟件構(gòu)件聯(lián)合成一個(gè)單 一、動(dòng)態(tài)的分布式系統(tǒng) 。聯(lián)合后的聯(lián)邦系統(tǒng)向用戶提供如下能力： (a)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)訪問； (b)網(wǎng)絡(luò)的易 于管理； (c)在保持單機(jī)或工作站的靈活性、統(tǒng)一響應(yīng)和控制的情況下，支持由 邦聯(lián)系統(tǒng)提供的共享能力。 3.OSGi(Open Service Gateway Initiative)開發(fā)服務(wù)網(wǎng)關(guān)。是由 Ericsso

40、n、 ABB 、 Alcatel、 Cisco、 IBM、 Nortel、 Siemens、 HP、 Oracle、 Philips、 Sun、 Motorola、 Lucent等電信、計(jì)算機(jī)、電器巨人發(fā)起建立的一個(gè)工作組和 開放式的論壇。其主要的功能是，為連接 Internet上的商業(yè)服務(wù)和下一代智能 電器定義一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)。因此 OSGi 將成為智能信息家電平臺(tái)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。 OSGi 規(guī)范將為 Internet服務(wù)提供商 (ISP)、網(wǎng)絡(luò)控制員、設(shè)備制造商提供通過運(yùn)行在 家中或遠(yuǎn)程地點(diǎn)的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器傳遞各種電子商務(wù)服務(wù)的公共平臺(tái)。 OSGi在 2000 年剛剛發(fā)布了它的服務(wù)網(wǎng)關(guān)規(guī)范 1.0。

41、67 信息家電平臺(tái)軟件的總體結(jié)構(gòu) 嵌入式應(yīng)用 網(wǎng)絡(luò)瀏覽 E-mail 游戲 傳真 VOD IP 中間件和運(yùn)行 環(huán)境 統(tǒng)一的應(yīng)用程序編程界面 資源管理器 HAVi管理器 JINI UPnP Ja va TV OPEN TV HomeAPI Java VM 邏輯資源基本 OS TCP/IP 文件系 統(tǒng) 圖形界面 中文環(huán)境 Linux， Psos， OS Open等嵌入式操作系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)程序 驅(qū)動(dòng)程序管理器 HomePNA驅(qū)動(dòng)器 USB BLUETOO TH CEBUS IEEE139 4 IEEE802.2 IEEE802.11 POWER Line SWAP 其它驅(qū)動(dòng) 基本 OS Linux， P

42、sos， OS Open等嵌入式操作系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)程序 驅(qū)動(dòng)程序管理器 HomePNA驅(qū)動(dòng)器 BLUETOOTH IEEE1394 IEEE802.2 Ieee802.11 USB CEBUS POWER Line SWAP 其它驅(qū)動(dòng) 68 典型的信息家電產(chǎn)品 信息家電 定義 代表性產(chǎn)品 網(wǎng)絡(luò)電視 具有機(jī)頂盒或內(nèi)建網(wǎng)絡(luò)連 接的電視 Microsoft WebTV 網(wǎng)絡(luò)可視電話 具有集成網(wǎng)絡(luò)接入的屏幕 電話 InfoGear iPhone 網(wǎng)絡(luò)游戲機(jī) 具有集成網(wǎng)絡(luò)接入的游戲 操縱臺(tái) Sega Dreamcast 網(wǎng)絡(luò)智能手持器件 蜂窩電話、個(gè)人數(shù)據(jù)助理 （ PDA）和其它集成網(wǎng)絡(luò)接 入的便攜式器件

43、3Com Palm AT&T PocketNet Phone Nokia 9000,9000I,9110,7110 NC委托（ clients） 提供網(wǎng)絡(luò)接入以及能下載 應(yīng)用軟件的器件 IBM NetStation PC-中間器件 通過 PC接入網(wǎng)絡(luò)以下載內(nèi) 容的器件 DIAMON Multimedia Rio Player Nuvomedia Rocket e-Book Audible Mobile Player Source: IDC, Hambrecht & Quist 69 70 信息家電 數(shù)字機(jī)頂盒 71 72 信息家電 消費(fèi)電子 73 數(shù)字化家庭信息系統(tǒng) 74 75 SAN公司的信

44、息家電產(chǎn)品 76 信息家電提供的服務(wù) 一、安全防范：智能安防可以實(shí)時(shí)監(jiān)控著非法闖入、火災(zāi)、煤氣泄露、緊急 呼救的發(fā)生。 二、消費(fèi)電子產(chǎn)品的智能控制：例如可以自動(dòng)控制加熱時(shí)間、加熱溫度的微 波爐，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度、濕度的智能空調(diào)，可以根據(jù)指令自動(dòng)搜索電 視節(jié)目并攝錄的電視機(jī) /錄像機(jī)等等。 三、交互式智能控制：可以通過語音識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家電的聲控功能；通 過各種主動(dòng)式傳感器（如溫度、聲音、動(dòng)作等）實(shí)現(xiàn)智能信息家電的主 動(dòng)性動(dòng)作響應(yīng)。用戶還可以自己定義不同場(chǎng)景智能信息家電的響應(yīng)。 四、家庭信息服務(wù)：智能家庭服務(wù)器可以提供最新的股市情報(bào)、新聞、天氣 預(yù)報(bào)、電視節(jié)目預(yù)報(bào)、甚至當(dāng)前公路上的交通流量狀況

45、，還可以自動(dòng)管 理用戶的水電賬單、銀行和信用卡賬戶等財(cái)務(wù)信息。 五、自動(dòng)維護(hù)：智能信息家電可以通過服務(wù)器直接從制造商的服務(wù)網(wǎng)站上自 動(dòng)下載、更新驅(qū)動(dòng)程序和診斷程序，實(shí)現(xiàn)智能化的故障自診斷、新功能 自動(dòng)擴(kuò)展。 六、家庭醫(yī)療保?。和ㄟ^網(wǎng)絡(luò)化的智能傳感器，醫(yī)院可以通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶進(jìn) 行身體檢查。 77 目前信息家電平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn) 1.HAVI（ Home Audio/Video interoperability）體系。是關(guān)于家庭網(wǎng)絡(luò)中音頻 / 視頻電子產(chǎn)品的互聯(lián)和控制方面的標(biāo)準(zhǔn)。它建立在 IEEE-1394的底層協(xié)議基礎(chǔ)上 ，主要實(shí)現(xiàn) HAVI設(shè)備之間的數(shù)字音頻 /視頻內(nèi)容的傳送以及對(duì)該內(nèi)容的操作，如 播

46、放、錄像、回放等。典型的 AV內(nèi)容有由信息家電平臺(tái)接受的數(shù)字電視和由數(shù) 字錄像機(jī)、 CD等所產(chǎn)生的內(nèi)容。互操作性是 HAVI標(biāo)準(zhǔn)的主要特點(diǎn)，一個(gè) HAVI設(shè) 備上的應(yīng)用軟件可以探測(cè)并直接使用聯(lián)入 HAVI網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備所提供的功能。 2.Jini技術(shù)。是 Sun公司提出的基于 Java的一項(xiàng)技術(shù)。它可以使各種設(shè)備方便地連 到網(wǎng)絡(luò)上。即：任何計(jì)算設(shè)施不需預(yù)先配置和安裝，便可在任何時(shí)間地點(diǎn)加入 網(wǎng)絡(luò)，并能和網(wǎng)絡(luò)中已有的各種軟硬件一起協(xié)調(diào)工作完成分布式計(jì)算。 Jini體 系結(jié)構(gòu)的目的是將成組的設(shè)備和軟件構(gòu)件聯(lián)合成一個(gè)單 一、動(dòng)態(tài)的分布式系統(tǒng) 。聯(lián)合后的聯(lián)邦系統(tǒng)向用戶提供如下能力： (a)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)訪

47、問； (b)網(wǎng)絡(luò)的易 于管理； (c)在保持單機(jī)或工作站的靈活性、統(tǒng)一響應(yīng)和控制的情況下，支持由 邦聯(lián)系統(tǒng)提供的共享能力。 3.OSGi(Open Service Gateway Initiative)開發(fā)服務(wù)網(wǎng)關(guān)。是由 Ericsson、 ABB 、 Alcatel、 Cisco、 IBM、 Nortel、 Siemens、 HP、 Oracle、 Philips、 Sun、 Motorola、 Lucent等電信、計(jì)算機(jī)、電器巨人發(fā)起建立的一個(gè)工作組和 開放式的論壇。其主要的功能是，為連接 Internet上的商業(yè)服務(wù)和下一代智能 電器定義一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)。因此 OSGi 將成為智能信息家電

48、平臺(tái)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。 OSGi 規(guī)范將為 Internet服務(wù)提供商 (ISP)、網(wǎng)絡(luò)控制員、設(shè)備制造商提供通過運(yùn)行在 家中或遠(yuǎn)程地點(diǎn)的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器傳遞各種電子商務(wù)服務(wù)的公共平臺(tái)。 OSGi在 2000 年剛剛發(fā)布了它的服務(wù)網(wǎng)關(guān)規(guī)范 1.0。 78 信息家電的應(yīng)用 79 嵌入式技術(shù)在汽車電子中的應(yīng)用 VOLVO S80汽車的 CAN總線網(wǎng)絡(luò) （ 18個(gè)嵌入式控制模塊） CAN總線網(wǎng)絡(luò) 80 阿富汗參加反恐作戰(zhàn)的 “ 赫耳墨斯 ” 價(jià)值 4萬美元， 可攜帶 2架攝像機(jī)，發(fā)揮了 很好作用。 嵌入式技術(shù)在軍事方面的應(yīng)用 81 嵌入式系統(tǒng) 高性能武器平臺(tái)的基礎(chǔ) 82 嵌入式 Internet應(yīng)用 83 嵌入式

49、技術(shù)在交通管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 交通管理在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)與汽車服務(wù) 方面，目前 GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入了普通百姓的家 庭，只需要幾千元 水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測(cè)、堤壩安 全，地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān) 測(cè)。 加油站 停車場(chǎng)管理 84 嵌入式系統(tǒng)與機(jī) 器人技術(shù) 圖：卡耐基梅隆大學(xué)和瑞士 EPFL研制的機(jī)器人控制器 （采用卡西歐 PDA和 Windows CE） 85 智能機(jī)器人 86 基于 Win CE的移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái) 87 基于 Win CE的機(jī)器人裝配平臺(tái) 88 基于 RTLinux的仿人機(jī)器人 高 48 cm 重 : 6 kg 靈活性

50、： 20 DOF 操作系統(tǒng) : RT-Linux 接口形式 : USB 1.0 (12Mbps) 響應(yīng)周期 : 1ms 能源： DC24V x 6.2A (150W) 制造：富士通 89 基于 VXworks的火星探路者 90 2004年“勇氣號(hào)”再次登陸火星 91 定位與協(xié)調(diào)游動(dòng)控制 機(jī)器魚頂球和多機(jī)器魚協(xié)調(diào)過孔 我們?cè)诜律鷻C(jī)器人中采用了嵌入式技術(shù) 92 機(jī)器魚的智能控制 93 尾鰭驅(qū)動(dòng)子 系統(tǒng) GPS 導(dǎo) 航 子 系 統(tǒng) 羅 盤 定 位 子 系 統(tǒng) 上升下潛 子系統(tǒng) 水泵/ 水柜裝置 機(jī)器魚關(guān)節(jié)電 機(jī) 基于ARM的嵌入式控制器 測(cè) 距 傳 感 器 壓 力 深 度 傳 感 器 無線通信 模塊

51、 智能機(jī)器魚的嵌入式控制器 主控計(jì)算 機(jī) 基于 ARM的嵌入式控制器方案設(shè)計(jì) 94 模塊化機(jī)器人的智能控制 95 機(jī)器蛇的智能控制 96 本節(jié)提要 1 3 2 5 4 為什么要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)及架構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)、 PC的區(qū)別 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 97 五、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 軟件設(shè)計(jì)比重日益突出 組件設(shè)計(jì)技術(shù) SOC 硬件軟件化 98 經(jīng)濟(jì)性（ POS開發(fā)失敗，幾十萬、幾萬、 5千、 5百） 計(jì)算機(jī)要很便宜，讓更多的人能買得起； 小型化（筆記本、 PDA） 人們攜帶方便； 可靠性（汽車 VCD，挑動(dòng)問題） 能夠在一般環(huán)境條件下或者是苛刻

52、的環(huán)境條件下運(yùn)行； 高速度（飛機(jī)剎車系統(tǒng)） 能夠迅速地完成數(shù)據(jù)計(jì)算或數(shù)據(jù)傳輸； 智能性（知識(shí)推理、模糊查詢、識(shí)別、感知運(yùn)動(dòng)） 使人們用起來更習(xí)慣，對(duì)人們更有使價(jià)值。 宏觀方面發(fā)展趨勢(shì) 99 軟件工程方法在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的工作重點(diǎn)正在向軟件轉(zhuǎn)移。 如：以機(jī)械控制系統(tǒng)為例， 10年前機(jī)械、硬件和軟件在 機(jī)電系統(tǒng)中所占的比重分別是 65%、 20%和 15%，而在 EMS中則是 30%、 15%和 55%。 嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的特點(diǎn)： 實(shí)時(shí)性 模塊化 組件化 可重用 100 基于組件的嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)方法 基于組件的嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的優(yōu)點(diǎn) 1、可以選用商業(yè)成熟的軟件組件 2、

53、可以重用以往經(jīng)過測(cè)試的高可靠性軟件模塊 3、提高軟件質(zhì)量、縮短產(chǎn)品面市時(shí)間 4、降低成本、減少費(fèi)用 101 基于端口對(duì)象（ PBO）的嵌入式軟件設(shè)計(jì) A. 設(shè) 備 驅(qū) 動(dòng) 的 傳 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) B. 組 塊 式 設(shè) 備 驅(qū) 動(dòng) 代碼在主處理器執(zhí)行 （進(jìn)程流驅(qū)動(dòng)） 傳感器數(shù)據(jù) 致動(dòng)輸出 原始數(shù)據(jù) 原始數(shù)據(jù) 代碼在主處理器執(zhí)行 （數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)） 傳感器數(shù)據(jù) 致動(dòng)輸出 算法控制 算法控制 數(shù)據(jù)過濾 指令過濾 讀 寫 讀 對(duì)話 寫 IPC的共享數(shù)據(jù) 組件式設(shè)備驅(qū)動(dòng) 啟動(dòng) 初始化 激活 循環(huán) 傳感器 I/O電路 致動(dòng)器 傳感器 I/O電路 致動(dòng)器 采用 PBO方法，用戶可以定制自己的嵌入式應(yīng)用組件庫，方便地實(shí)現(xiàn)軟件、硬件可重用 102 硬件設(shè)計(jì)軟件化 可編程芯片在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用促進(jìn)了硬件設(shè)計(jì) 向軟件設(shè)計(jì)發(fā)展： 對(duì)象： FPGA， CPLD， ASIC 工具： VHDL 編程：硬件工程師 103 謝 謝 各 位