1、 嵌入式系统嵌入式系统倪福川倪福川华中农业大学理学院计算机系华中农业大学理学院计算机系2主要内容嵌入式系统简介嵌入式系统简介嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式系统典型应用嵌入式系统典型应用嵌入式系统的基本设计过程嵌入式系统的基本设计过程3嵌入式系统简介n定义：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、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统 4n嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，n它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 5嵌入式系统组成n嵌入式系统的构架
2、可以分成四个部分：处理器、存储器、输入输出（I/O）和软件（由于多数嵌入式设备的应用软件和操作系统都是紧密结合 )6n嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。n如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。 7嵌入式系统简介嵌入式系统简介n微处理器微处理器(Microprocessor Unit, MPU) n微控制器微控制器(Microcontroller Unit, MCU) n嵌入式嵌入式DSP (Embedded Digital Signal Processor, EDSP) n片上系统片上
3、系统(System On Chip) 8嵌入式处理器分类n微处理器微处理器(Microprocessor Unit, MPU) n微控制器微控制器(Microcontroller Unit, MCU) n嵌入式嵌入式DSP (Embedded Digital Signal Processor, EDSP) n片上系统片上系统(System On Chip) 9嵌入式微处理器10n目前主要的嵌入式处理器类型有目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88Am186/88、386EX386EX、SC-400SC-400、PowerPCPowerPC、6800068000、MIPSMIPS、ARM/S
4、trongARMARM/StrongARM系列等系列等嵌入式微处理器11嵌入式微控制器n又称单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。n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。12嵌入式微控制器n微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。从而使功耗和成本下降、可靠
5、性提高。n微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。因此称为微控制器。13嵌入式DSP处理器nDSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。nDSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。14嵌入式DSP处理器n有代表性的产品是Texas Instruments的 TMS320系列和Motor
6、ola的DSP56000系列。nMotorola公司的DSP56000已经发展成为DSP56000，DSP56100, DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。nPHILIPS公司今年来也推出了基于可重置嵌入式DSP结构低成本、低功耗技术上制造的DSP处理器，特点是具备双Harvard结构和双乘/累加器单元，应用目标是大批量消费类电子产品。15nSoC就是System on Chip，SoC是一种基于IP（Intellectual Property）核嵌入式系统设计技术。它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，ARM RISC、MIPS RISC、DSP或是其他的微处理器
7、核心，加上通信的接口单元，例如通用串行端口（USB）、TCP/IP通信单元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、蓝牙模块接口等等，这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理芯片。嵌入式片上系统(SoC)16SOC体系结构ASIC CoreMemoryEmbedded ProcessorCoreAnalogFunctionsCommunicationSensorInterface17SOC体系结构n在一个硅片上实现一个复杂的系统n各种通用处理器内核将作为标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为VLSI设计中一种标准的器件，用标准的VHDL等语言描述，存储在器件库中。n
8、用户只需定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。 18知识产权19主要内容嵌入式系统简介嵌入式系统简介嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式系统的典型应用嵌入式系统的典型应用嵌入式系统的基本设计过程嵌入式系统的基本设计过程20嵌入式系统的应用领域嵌入式应用嵌入式应用信息家电信息家电智能玩具智能玩具军事电子军事电子通信设备通信设备移动存贮移动存贮工控设备工控设备智能仪表智能仪表汽车电子汽车电子网络设备网络设备消费电子消费电子军事国防军事国防电子
9、商务电子商务网络网络工业控制工业控制21goReader Internet eBookSamsung AnyWebInternet Screen PhoneeRemoteIntelligent Home ControllerTektronix TDS7000 Digital OscilloscopesNixvue Digital AlbumDigital Photo Album一些典型的嵌入式系统应用实例22嵌入式系统的应用n家用方面：数字电视、信息家电、智能玩具、手持通讯、存储设备的核心。23嵌入式视频服务器24现代化家庭25嵌入式Internet应用26嵌入式系统在信息家电中的应用n信息家
10、电(Information Appliance）n一般可认为，那些低单价、操作简单、可通过因特网发送或获取信息，将逐步分割或替代PC的某些功能，并能与其它信息产品交换资料或讯息的产品可统称为信息家电。27信息家电的分类及特点n信息家电的分类n网络电视（NetTV）n网上游戏机（Internet gaming device）n智能掌上型设备(Internet smart handheld device)n网络电话（Internet screen Phone）nConsumer NC client等。n信息家电技术特点n处理器发展趋向低成本、高整合性与低耗能。n整合数字与模拟处理的技术。n较PC更
11、强调通讯能力。n利用软件增加产品的差异性(高附加价值的关键)28典型的信息家电产品信息家电定义代表性产品网络电视具有机顶盒或内建网络连接的电视Microsoft WebTV网络可视电话具有集成网络接入的屏幕电话InfoGear iPhone网络游戏机具有集成网络接入的游戏操纵台Sega Dreamcast网络智能手持器件蜂窝电话、个人数据助理（PDA）和其它集成网络接入的便携式器件3Com Palm AT&T PocketNet Phone Nokia 9000,9000I,9110,7110NC委托（clients）提供网络接入以及能下载应用软件的器件IBM NetStationPC-中间器
12、件通过PC接入网络以下载内容的器件DIAMON Multimedia Rio Player Nuvomedia Rocket e-BookAudible Mobile PlayerSource: IDC, Hambrecht & Quist2930信息家电数字机顶盒31VOLVO S80汽车的CAN总线网络嵌入式应用汽车电子32智能玩具与机器人33嵌入式技术应用工业控制n工业方面：机床、冶金、电子、交通、航空航天等行业技术升级的重要基础34阿富汗参加反恐作战的阿富汗参加反恐作战的“赫耳墨斯赫耳墨斯”价值价值4 4万美元，万美元，可携带可携带2 2架摄像机，发挥了架摄像机，发挥了很好作用。很好作
13、用。军事侦察35反恐防暴36微型飞行器微型飞行器-“黑寡妇黑寡妇”空中飞行器37基于Win CE的移动机器人平台38基于RTLinux的仿人机器人 高高 48 cm48 cm重重: 6 kg: 6 kg灵活性：灵活性：20 DOF20 DOF操作系统操作系统: RT-Linux: RT-Linux接口形式接口形式: USB 1.0 (12Mbps): USB 1.0 (12Mbps)响应周期响应周期: 1ms: 1ms能源：能源： DC24V x 6.2A (150W)DC24V x 6.2A (150W)制造：富士通制造：富士通 39基于VXworks的火星探路者402004年“勇气号”再次登陆火星
