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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,嵌入式系統(tǒng)設計,嵌入式系統(tǒng)設計,李明,第一章 嵌入式系統(tǒng)概述,1.1,嵌入式系統(tǒng),現(xiàn)實中的嵌入式系統(tǒng),2024/11/27,3,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,嵌入式應用,信息家電,智能玩具,軍事電子,通信設備,移動存貯,工控設備,智能儀表,汽車電子,網(wǎng)絡設備,消費電子,軍事國防,電子商務,網(wǎng)絡,工業(yè)控制,2024/11/27,4,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,汽車領域,2024/11/27,5,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,軍事領域,2024/11/27,6,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,航天領域,2024/11/27,7,嵌入式系統(tǒng)

2、的應用領域,嵌,入,式,網(wǎng),絡,應,用,2024/11/27,8,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,智,能,玩,具,與,機,器,人,2024/11/27,9,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,手,持,通,訊,設,備,2024/11/27,10,IEEE,定義的嵌入式系統(tǒng),根據(jù),IEEE（,國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義：,嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設備的裝置”,（,Devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment machinery or plants)。,2024/11/27,11,嵌入式系統(tǒng)的定義,(,都

3、不全面,),1,。,嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，且軟硬件可裁減，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。,2,。,嵌入式系統(tǒng)是,完成復雜功能的,硬件,和,軟件,，并使其緊密耦合在一起的,計算機系統(tǒng),。,2024/11/27,12,嵌入式系統(tǒng)的組成,嵌入式系統(tǒng),一般由以下幾部分組成,:,嵌入式微處理器,(,含,Embedded MPU,、,Embedded MCU,、,Embedded DSP,、,SOC,等,),外圍硬件設備,嵌入式操作系統(tǒng),特定的應用程序,2024/11/27,13,1.2,嵌入式處理器簡介,常見的嵌入式微處理器,ARM/St

4、rongARM/XSCALE,MIPS,Power PC,X86,68K/Coldfire,2024/11/27,15,常用嵌入式處理器-,ARM,ARM,（,Advanced RISC Machines,）,公司是全球領先的,16/32,位,RISC,微處理器知識產(chǎn)權設計供應商。,ARM,公司通過轉讓高性能、低成本的、低功耗的,RISC,微處理器、外圍和系統(tǒng)芯片設計技術給合作伙伴，使他們能用這些技術來生產(chǎn)各具特色的芯片。,ARM,已經(jīng)成為移動通信、手持設備、多媒體數(shù)字消費嵌入式解決方案的,RISC,標準。,ARM,處理器有三個主要的特點：小體積、低功耗、低成本而高性能；,16/32,位指令集

5、；全球眾多的合作伙伴。,ARM,處理器目前有五個系列的產(chǎn)品：,ARM7,、,ARM9,、,ARM9E,、,ARM10,ARM11,和,SecurCore,。,2024/11/27,16,常用嵌入式處理器-,MIPS,MIPS,是,Microprocessor Without Interlocked Pipeline Stages,縮寫，是一種處理器內核的標準，它是由,MIPS,技術公司開發(fā)的。,MIPS,技術公司是一家設計制造高性能、高檔次及嵌入式32位和64位處理器的廠商，在,RISC,處理器方面占有重要地位。,MIPS,公司設計,RISC,處理器始于80年代初；1986年推出,R2000,

6、處理器；1988年推出,R3000,處理器；1991年推出第一款64位商用微處理器,R4000,之后，又陸續(xù)推出,R8000（1994）、R10000（,于1996年）和,R12000（,于1997年）等型號。之后，,MIPS,戰(zhàn)略發(fā)生變化，把重點放在嵌入式系統(tǒng)。1999年，,MIPS,公司發(fā)布了,MIPS32,和,MIPS64,標準，為未來的,MIPS,處理器的開發(fā)奠定了基礎。新的架構集成了原來所有的,MIPS,指令，并且增加了許多更強大的功能。2000年，,MIPS,公司發(fā)布了針對,MIPS 32 4Kc,的新版本以及未來64位,MIPS 64 20Kc,處理器內核。,MIPS,的定位很廣

7、，在高端有64位的20,Kc,家族，在低端市場有,Smart MIPS。,2024/11/27,17,常用嵌入式處理器-,Power PC,Power PC,架構的特點是可伸縮型號，方便靈活。,Power PC,處理器品種很多，既有通用的處理器，又有嵌入式控制器和內核，應用范圍非常廣泛，從高端的工作站、服務器到桌面計算機系統(tǒng)，從消費類電子產(chǎn)品到大型通信設備等各個方面。,目前，,Power PC,獨立微處理器與嵌入式微處理器的主頻從25,MHz,700MHz,不等，它們的能量消耗、大小、整合程度、價格差異懸殊，主要產(chǎn)品模塊有主頻350,MHz700MHz Power PC 750CX,和750,

8、Cxe,以及主頻400,MHz,的,Power PC 440GP,等。,Power PC,的處理器都用在電信、金融等領域。,2024/11/27,18,常用嵌入式處理器-,X86,X86,系列處理器是我們最熟悉的了，它起源于,Intel,架構的8086，在發(fā)展出286、386、486，直到現(xiàn)在的,Pentium 4、Athlon,和,AMD,的64位處理器,Hammer。,從嵌入式來看，486,DX,是當時和,ARM、68K、MIPS,和,SuperH,齊名的五大嵌入式處理器之一，8080是第一款主流的處理器。今天的,Pentium,和當初的8080使用相同的指令集，這雖然保持了兼容性，至少十

9、年前寫的程序在現(xiàn)在的機器上還能運行，但弊端是限制了,CPU,性能的提高。,2024/11/27,19,X86,架構的新型處理器,Atom(,凌動,),處理器,面向移動互聯(lián)網(wǎng)終端的英特爾凌動處理器包括,Z500,、,Z510,、,Z510P,、,Z510PT,、,Z515,、,Z520,、,Z520PT,、,Z530,、,Z530P,、,Z540,、,Z550,、,N270,。,凌動處理器是,3,瓦以下功耗處理器中速度最快的產(chǎn)品,凌動處理器支持高達,720p,和,1080i,的高清視頻格式,凌動處理器支持支持流暢,3D,圖形,英特爾凌動處理器擁有超低功耗。,2024/11/27,20,新型,AM

10、D GEODE?,處理器為移動嵌入式設備提供,PC,功能,AMD Geode LX,8000.9W,處理器,使公司向“,x86,架構無所不在”的集成計算目標又邁進了一步,2005,年,5,月,27,日，北京訊,AMD,公司,(NYSE:AMD),宣布推出,AMD Geode LX,8000.9W,處理器*，使消費者能在基于,x86,的下一代嵌入式移動設備上體驗與臺式,電腦,完全相同的計算功能。,AMD Geode LX,8000.9W,處理器功率不到,1W*,，支持,Microsoft,Windows XP,和,XP,嵌入式,操作系統(tǒng),，使用戶能在低功率、無風扇的便攜產(chǎn)品上實現(xiàn)熟悉的商務和消費

11、應用。,業(yè)界標準的,x86,架構、低功耗和出色性能使,AMD Geode LX,處理器適用于廣泛的消費電子和計算市場，包括多媒體設備、單板機、接入設備和其他通用嵌入式應用。,HDTV,、,IP,機頂盒、瘦客戶機、銷售點服務亭和采用,Windows,的平板電腦等產(chǎn)品將受益于,AMD Geode LX,處理器的優(yōu)秀功能。此外，現(xiàn)在市場上還推出了新的基于,x86,的移動多媒體設備，結合了完整的臺式電腦計算功能與小巧外觀、電池供電的便攜性。,2024/11/27,21,英特爾推出五款嵌入式,Sandy Bridge,架構,CPU,據(jù)國外媒體報道，在官方發(fā)布,Sandy Bridge,架構兩個月后，,英

12、特爾,仍舊保持其處理器產(chǎn)品的更新，最近該公司又推出五款新型的嵌入式,CPU,，其中兩款采用了節(jié)能設計。,第一款處理器是,Core i3 2310E,，雙核設計，,3M,三級緩存，時鐘頻率為,2.1GHz,，,35,瓦的散熱設計功耗。該處理器支持,英特爾,的超線程技術，但該處理器也是新發(fā)布的五款處理器中，唯一沒有采用智能加速技術的嵌入式處理器。除此之外，該處理器還采用了,ECC,內存支持技術。,第二款處理器是,Core i5 2510E,，時鐘頻率為,2.5GHz,（使用智能加速技術可以超頻到,3.1GHz,），同樣為雙核，,35,瓦的散熱設計功耗。該處理器也是唯一一款使用,G2,套接技術和,E

13、CC,內存支持技術的,i5,處理器。,第三款為,Core i5 2515E,，與,2510E,相比，該處理器使用了,BGA1023,封裝技術。,最后兩款處理器是,Core i7 2610UE,和,i7 2655E,。這兩款處理器的時鐘頻率分別為,1.5GHz,和,2.2GHz,，散熱設計功耗分別為,17,瓦和,25,瓦。均使用,16G,的,ECC,內存，并有額外的,PCI,快速通道，支持智能加速，超線程，,AVX,和,AES,以及可信執(zhí)行和虛擬化技術。（,2011-02-28,日網(wǎng)絡消息）,目前這五款產(chǎn)品的價格信息還未知，知曉范圍很可能只限于,OEM,廠商。,2024/11/27,22,常用嵌

14、入式處理器-,68,K/Coldfire,Motorola 68000（68K）,是出現(xiàn)得比較早的一款嵌入式處理器，68,K,采用的是,CISC,結構，與現(xiàn)在的,PC,指令保持了二進制兼容。,CISC,是個人電腦常用的，,Intel、AMD、VIA,都采用,CISC,指令集，只有,Apple,電腦中的,Power PC,采用了,RISC,架構。最初使用的,CISC,指令集是有道理的，因為,CISC,指令數(shù)量少，執(zhí)行效率很高，而且當時的,CPU,時鐘頻率不同，沒有涉及到現(xiàn)在的超標量和超流水線的問題。,RISC,是精簡指令集，每條指令長度都一樣，有利于簡化譯碼結構，減少處理器的晶體管數(shù)量，這對于嵌

15、入式處理器來說是很重要的。,68,K,最初曾用在,Apple2,上，比,Intel,的8088還要早。,SUN,也把這款處理器用于其最早的工作站?，F(xiàn)在68,K,芯片已經(jīng)完全用于嵌入式系統(tǒng)了，1992年68,K,的銷售量達到了兩千萬片，現(xiàn)在,Motorola,每年還能銷售75萬片。1994年，,Motorola,推出了基于,RISC,結構的68,K/ColdFire,系統(tǒng)微處理器。目前基于該架構的嵌入式微處理器主要有,MCF5272，,它基于第二代,ColdFire V2,核心。與所有,ColdFire,產(chǎn)品一樣，,MCF5272,系統(tǒng)提供了優(yōu)秀的編碼密度，同時達到出色的系統(tǒng)性能水平。,2024

16、/11/27,23,1.3,嵌入式操作系統(tǒng),嵌入式軟件主要是嵌入式操作系統(tǒng)。早期的嵌入式系統(tǒng)很多都不用操作系統(tǒng)，它們只是為了實現(xiàn)某些特定功能，使用一個簡單的循環(huán)控制對外界的控制請求進行處理，不具備現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本特征（如進程管理、存儲管理、設備管理、網(wǎng)絡通信等）。不可否認，這對一些簡單的系統(tǒng)而言是足夠的。但是，我們的系統(tǒng)越來越復雜，利用的范圍越來越廣泛的時候，缺少操作系統(tǒng)就成為了一個最大缺點，因為每設計個一項新的功能都可能需要從頭開始設計，實際上增加了開發(fā)成本和系統(tǒng)的復雜度。,C,語言的實現(xiàn)使我們的操作系統(tǒng)開發(fā)變得越來越簡單，可以利用,C,語言很快地寫出一個小型的、穩(wěn)定的操作系統(tǒng)。,2024/11/27,24,嵌入式操作系統(tǒng)的基本功能,嵌入式操作系統(tǒng)的基本功能,在嵌入式操作系統(tǒng)中一般使用微內核（,micro-kernel）,體系結構，其內核主要實現(xiàn)如下功能：,多任務調度，系統(tǒng)設計人員只需設計任務，然后通過操作系統(tǒng)調度實現(xiàn)多任務的同時處理。,內存管理，微內核內存管理主要是提供內存頁面的申請和釋放工作。在沒有操作系統(tǒng)的情況下，內存的申請和釋放是由嵌入式應用程序本身完成；在有操作系統(tǒng)的情況