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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(shè)計,陳天洲,參考書,嵌入式計算機系統(tǒng)設(shè)計原理，computers as components,principles of embedded computing system design,wayne wolf,機械工業(yè)出版社，2002,ARM嵌入式處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用基礎(chǔ)，馬忠梅等，北航出版社，2002,嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks及其開發(fā)環(huán)境Tornado，孔祥營等，中國電力出版社，2002,第一課、嵌入式系統(tǒng)概述,嵌入式系統(tǒng)的歷史與概念,無所不在的嵌入式系統(tǒng),普適計算,嵌入式系統(tǒng)的基本組成

2、,與設(shè)計,嵌入式熱點領(lǐng)域,一、什么是嵌入式系統(tǒng),Embedded system,個人電腦嵌入式系統(tǒng),計算機工業(yè)的分類,以往計算機分類：大型計算機、中型機、小型機和微計算機,目前計算機分類：超級計算機，大型計算機、工作站、微計算機、亞微計算機,亞微計算機(嵌入式計算機)是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中,歷史,電腦用于控制設(shè)備或嵌入系統(tǒng)的歷史幾乎電腦自身的歷史一樣長,計算機控制系統(tǒng),單片機掀起電子化浪潮,微處理器高速發(fā)展推動了嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)的演變,8031/8051單片機系統(tǒng)，自行編寫程序；,68360/386EX控制系統(tǒng)，自己編寫簡單的操作系統(tǒng)；,32位嵌入式處理器pSo

3、S嵌入式操作系統(tǒng)tcp/ip協(xié)議棧；,各種SoC+嵌入式Linux/VxWorks+嵌入式Web 設(shè)備server以及各種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧GUI圖形界面無線模塊現(xiàn)代可移動的網(wǎng)絡(luò)智能設(shè)備,后PC技術(shù)的時代,小到mp3，PDA等微型數(shù)字化產(chǎn)品，大到網(wǎng)絡(luò)家電，智能家電，車載電子設(shè)備,嵌入式系統(tǒng)是這個后PC時代的擎天之柱,1999年世界電子產(chǎn)品產(chǎn)值已超過12000億美元，2000年達到13000億美元，預(yù)計2005年，銷售額將達18000億美元。,嵌入式簡單定義,嵌入式系統(tǒng)是指操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計算機硬件系統(tǒng)之中。,可以認為凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng),狹義定義,使用嵌入式

4、微處理器構(gòu)成獨立系統(tǒng)，具有自己的操作系統(tǒng)并且具有某些特定功能的系統(tǒng),微處理器專指32位以上的微處理器,嵌入式系統(tǒng),的定義,以應(yīng)用為中心,、,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪,、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求,的專用計算機系統(tǒng),二、,無所不在的嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用遠遠超過了各種通用計算機,一臺通用計算機的外部設(shè)備中就包含了5-10,個嵌入式微處理器：,鍵盤、鼠標、軟驅(qū)、硬盤、顯示卡、顯示器、,Modem,、網(wǎng)卡、聲卡、打印機、掃描儀、數(shù)字相機、,USB,集線器等均是由嵌入式處理器控制的。,在制造工業(yè)、過程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消

5、費類產(chǎn)品等方面均是嵌入式計算機的應(yīng)用領(lǐng)域。,經(jīng)典應(yīng)用,CISCO,的路由器,華為、中興的以太網(wǎng)交換機,恒基偉業(yè)的商務(wù)通,PDA,；,摩托羅拉的手機,美國宇航局的火星探測器,Sony,的機器狗A,IBO,嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域（一）,家用市場,機頂盒、掌上電腦、,DVD,、MP3、數(shù)碼相機、數(shù)字電視、,WebTV,、網(wǎng)絡(luò)冰箱、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)、家庭網(wǎng)關(guān)、智能家用電器、車載導(dǎo)航器系統(tǒng)等,通信市場,電話交換系統(tǒng)，電纜系統(tǒng)，衛(wèi)星和全球定位系統(tǒng)（,L3D,），數(shù)據(jù)交換設(shè)備，移動電話等,工業(yè)市場,制造工廠，污水處理系統(tǒng)，發(fā)電站和電力傳輸系統(tǒng)，自動化工廠，控制系統(tǒng)開發(fā)，維護和測試的工具，石油提煉和相關(guān)的貯運設(shè)施，建筑

6、設(shè)備，計算機輔助制造系統(tǒng)，能源控制系統(tǒng)，核電站，機器人系統(tǒng)等,商業(yè)和金融市場,自動柜員機，信用卡系統(tǒng)，售貨端系統(tǒng)，安全系統(tǒng)等,嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域（二）,辦公市場,電話系統(tǒng)，傳真系統(tǒng)，復(fù)印機，計時系統(tǒng)，照相機和攝象機,運輸市場,航空、鐵路、公路運輸系統(tǒng)，燃料服務(wù)，航空管理，信令系統(tǒng)，雷達系統(tǒng)，交通指揮系統(tǒng)，停車系統(tǒng)，售票系統(tǒng)，乘客信息系統(tǒng)，檢票系統(tǒng)，行李處理系統(tǒng)，應(yīng)急設(shè)備等,建筑市場,電力供應(yīng)，備用電源和發(fā)電機，火警控制系統(tǒng)，供熱和通風系統(tǒng)，電梯和升降系統(tǒng)，車庫管理，安保系統(tǒng)，電子門鎖系統(tǒng)，樓宇管理系統(tǒng)，閉路電視系統(tǒng)，電子保險柜，警鈴等,醫(yī)療市場,心臟除顫器，心臟起搏器，患者信息和監(jiān)視系統(tǒng)，,

7、MN,光設(shè)備，理療控制系統(tǒng)，電磁成像系統(tǒng)等,軍事,武器控制,嵌入式系統(tǒng)熱點應(yīng)用,信息家電,車載系統(tǒng),軍事工業(yè),醫(yī)療器械,信息家電應(yīng)用特點,市場巨大,低成本要求,利潤空間小,競爭激烈,人機界面友好,網(wǎng)絡(luò)化,車載系統(tǒng)應(yīng)用特點,與汽車工業(yè)相配套,利潤空間較大,可靠性要求較高,無線通訊要求,軍事工業(yè)應(yīng)用特點,市場壟斷性強,高利潤,可靠性要求高,安全性要求高,成本要求布不高,軍事工業(yè)產(chǎn)品,數(shù)字化單兵信息裝備,夜視掃描、全球定位、指揮通信,醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用特點,市場廣闊，進入門檻較高,利潤極高,三、,普適計算 PervasiveComputing,普適計算是指使用小型計算設(shè)備、在位置不斷移動的過程中或在地理位

8、置分布很廣的范圍內(nèi)，在不穩(wěn)定的通信條件下實現(xiàn)聯(lián)機事務(wù)處理和企業(yè)核心數(shù)據(jù)訪問。,普適計算是指無所不在的、隨時隨地可以進行計算的一種方式；,主要針對移動設(shè)備；,普適計算設(shè)備可以一直或間斷地連接著網(wǎng)絡(luò),普適計算和無線互聯(lián)及網(wǎng)絡(luò)計算比較,普適計算是網(wǎng)絡(luò)計算的自然延伸,它使得不僅PC機而且其它小巧的智能設(shè)備也可以連接到網(wǎng)絡(luò)中，從而方便人們即時地獲得信息并采取行動,人們就可以以一種一致的方式，使用所喜歡的設(shè)備（主要是嵌入式系統(tǒng)設(shè)備），隨時隨地獲得信息,普適計算需要的條件,第一，處理器價格越來越便宜，而體積越來越小，使得計算機功能得以廣泛應(yīng)用?？梢詫⒂嬎銠C部件安裝在任何用于監(jiān)控或采集數(shù)據(jù)的各種小型計算物理設(shè)

9、備上，例如家用電器、數(shù)據(jù)采集器、跟蹤器等。,第二，高的網(wǎng)絡(luò)帶寬也確保了網(wǎng)絡(luò)連接更快、更方便、更便宜，更完善的網(wǎng)絡(luò)保證了網(wǎng)絡(luò)連接的質(zhì)量和效率。,第三，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用的蜂窩技術(shù)也有了很大的發(fā)展。蜂窩式移動通訊系統(tǒng)的覆蓋能力和范圍比任何通信系統(tǒng)都要廣，且價格低廉。蜂窩電話不必插在墻壁上，用戶在任何地方都能打。通過蜂窩技術(shù)的連接，不用物理連線就可以將POS銷售機連到局域網(wǎng)上。,普適計算的特性,間斷連接,普適計算的第一個特征是間斷連接，是服務(wù)器能否不時地同用戶（特別是移動用戶）保持聯(lián)系。用戶必須能夠存取服務(wù)器信息，在中斷聯(lián)系的情況下，可以處理這些信息。,輕量計算,即計算資源相對有限。普適計算主要用于商

10、業(yè)用途的數(shù)據(jù)處理，通常針對移動辦公的工作人員和需要經(jīng)常在旅途中存取公司系統(tǒng)數(shù)據(jù)的職員，他們需要不受地域和時間限制地獲取和處理核心系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)。,普適計算對數(shù)據(jù)庫的要求,第一，在普適計算設(shè)備上安裝一個系統(tǒng)開銷低的小型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用于在本地存取信息。,第二，在軟件的分布、數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)、移動存取等方面，要具備高效、實時的數(shù)據(jù)復(fù)制能力。,第三，普適計算也與電子商務(wù)緊密聯(lián)系在一起，那些電子商務(wù)應(yīng)用程序要求能夠交流、存取信息。,普適計算對于系統(tǒng)開銷的要求,按普適計算對于系統(tǒng)開銷的要求通?？梢苑譃槿N類型，分別使用三類操作系統(tǒng)，適用于不同類型的用戶，針對不同的市場，有三種不同的數(shù)據(jù)存儲需求。,第一種是

11、WindowsCE，它具有典型的前端辦公形式應(yīng)用程序，是用于商務(wù)處理的完整操作系統(tǒng)，在小型輕便個人計算機上運行。用戶用微型鍵盤輸入數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)開銷大約為2MB，所以數(shù)據(jù)庫的開銷很小，大約只有1MB，物理存儲量約在500MB600MB之間。,第二種是手持設(shè)備（又叫掌上機，Palm），運行生產(chǎn)商特制的掌上機操作系統(tǒng)（PalmOS）。這種設(shè)備比WindowsCE設(shè)備更小，通過手寫筆進行數(shù)據(jù)錄入，配有一個很小的瀏覽窗口。通常該設(shè)備上數(shù)據(jù)庫可用的內(nèi)存容量小于1MB，物理存儲量在500MB以下。,第三種設(shè)備的代表是汽車的內(nèi)置計算機部件。這種設(shè)備只有100KB的內(nèi)存，沒有硬盤存儲，運行用專用的實時操作系統(tǒng)

12、開發(fā)商開發(fā)的操作系統(tǒng)。,普適計算用途及前景,普適計算主要用于商業(yè)，通常針對移動辦公的工作人員和需要經(jīng)常存取公司系統(tǒng)信息的職員。,數(shù)字家庭能通過家庭網(wǎng)關(guān)將寬帶網(wǎng)絡(luò)接入家庭，家庭內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)可以是無線或有線的。在家庭內(nèi)部，手持設(shè)備、PC或者家用電器通過有線或者無線的方式連接到網(wǎng)絡(luò)，從而提供了一個無縫、交互和普適計算的環(huán)境。,四、嵌入式系統(tǒng)的基本組成,與設(shè)計,嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是集軟硬件于一體的可獨立工作的“器件”,交叉學(xué)科,先進的計算機技術(shù),半導(dǎo)體技術(shù),電子技術(shù),各個行業(yè),面向具體應(yīng)用,嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品特征,硬件：嵌入式處理器的功耗、體

13、積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等方面,嵌入式軟件生命周期嵌入式產(chǎn)品,軟件以只讀存儲器為載體,不可以隨意更換,嵌入式處理器,嵌入式系統(tǒng)的核心部件,品種總量已經(jīng)超過,1000,多種，流行體系結(jié)構(gòu)有,30,幾個系列，其中,8051,體系的占有多半,嵌入式系統(tǒng)硬件主流,32,64位微處理器是目前嵌入式系統(tǒng)的核心,主要硬件廠商包括Intel，Motorola，Philip，AMD等,每個月都有新產(chǎn)品出現(xiàn),嵌入式計算機內(nèi)核分類,嵌入式微處理器,(Embedded Microprocessor Unit,EMPU),嵌入式微控制器,(Microcontroller Unit,MCU),嵌入式,

14、DSP,處理器,(Embedded Digital Signal Processor,EDSP),嵌入式片上系統(tǒng),(System On Chip),嵌入式微處理器,(EMPU),通用計算機中的,CPU,專門設(shè)計的電路板,只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能,增強工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面,功能與和工業(yè)控制計算機相似,嵌入式處理器目前主要有,Am186/88,、,386EX,、,SC-400,、,Power PC,、,68000,、,MIPS,、,ARM,系列等,嵌入式微控制器,(MCU),又稱單片機,以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成,ROM/EPROM,、,RAM,、總線、總線邏輯

15、、定時,/,計數(shù)器、,WatchDog,、,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),微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。,嵌入式微控制器,(MCU),代表性的通用系列包括,8051,、,P51XA,、,MCS-251,、,MCS-96/196/296,、,C166/167,、,MC68HC05/11/12/16,、,68300,等。,另外還有許多半通用系列如：支持,USB,接口的,MCU 8XC930/931,、,C540,、,C541,；支持,I,2,C,、,CAN-Bus,

16、、,LCD,及眾多專用,MCU,和兼容系列。目前,MCU,占嵌入式系統(tǒng)約,70,的市場份額。,嵌入式,DSP,處理器,(EDSP),DSP,處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進行了特殊設(shè)計，使其適合于執(zhí)行,DSP,算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。,在數(shù)字濾波、,FFT,、譜分析等方面,DSP,算法正在大量進入嵌入式領(lǐng)域，,DSP,應(yīng)用正從在通用單片機中以普通指令實現(xiàn),DSP,功能，過渡到采用嵌入式,DSP,處理器。,嵌入式,DSP,處理器,(EDSP),有代表性的產(chǎn)品是,Texas Instruments,的,TMS320,系列和,Motorola,的,DSP56000,系列。,TMS320,系列處理器包括用于控制的,C2000,系列，移動通信的,C5000,系列，以及性能更高的,C6000,和,C8000,系列。,DSP56000,目前已經(jīng)發(fā)展成為,DSP56000,，,DSP56100,，,DSP56200,和,DSP56300,等幾個不同系列的處理器。,嵌入式片上系統(tǒng),(SOC),在一個硅片上實現(xiàn)一個復(fù)雜的系統(tǒng),整個嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去,應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很