1、嵌入式系统原理及应用2023-1-9课程目的 本课程介绍了嵌入式系统的前沿技术和发本课程介绍了嵌入式系统的前沿技术和发展趋势，重点讲述了基于展趋势，重点讲述了基于ARMARM微处理器微处理器的的嵌入式硬件平台、嵌入式处理器的指令系嵌入式硬件平台、嵌入式处理器的指令系统、嵌入式操作系统。使学生熟悉开发环统、嵌入式操作系统。使学生熟悉开发环境与开发流程、能够掌握嵌入式系统设计境与开发流程、能够掌握嵌入式系统设计的基本方法。的基本方法。2023-1-9“嵌入式课程是软、硬结合、实践性很强嵌入式课程是软、硬结合、实践性很强的课。越来越软之后的课。越来越软之后,学生不敢动硬件学生不敢动硬件,敲键敲键盘的
2、人烧不了机器。同学们对硬件、软件盘的人烧不了机器。同学们对硬件、软件都要掌握了解都要掌握了解,否则计算机越来越软之后很否则计算机越来越软之后很危险。危险。”清华大学计算机科学与技术系的清华大学计算机科学与技术系的杨士强老师在谈到嵌入式系统时说。杨士强老师在谈到嵌入式系统时说。2023-1-9 采用仿真软件采用仿真软件SkyEyeSkyEye（天目）。（天目）。“这是清华这是清华大学博士做的一个工作大学博士做的一个工作,XScaleXScale已经都做上去了已经都做上去了,我我们开实验也用到了。们开实验也用到了。”北航出版社北航出版社源码开放的嵌入式系统软件分源码开放的嵌入式系统软件分析与实践析
3、与实践基于基于SkyEyeSkyEye和和ARMARM开发平台开发平台,“,“这这样在微机上就可以做一部分的嵌入式系统实验样在微机上就可以做一部分的嵌入式系统实验,在在实验箱较少的情况下可以辅助教学实验箱较少的情况下可以辅助教学”。2023-1-9需要的基础知识 先导课程先导课程计算机操作系统（计算机操作系统（LinuxLinux）微机原理微机原理汇编语言汇编语言C/CC/C语言（包括算法）语言（包括算法）现代嵌入式逐渐向网络方面发展，计算机网络。现代嵌入式逐渐向网络方面发展，计算机网络。需要了解的基础知识需要了解的基础知识了解操作系统、单片机和微机原理的基本概念，了解操作系统、单片机和微机原
4、理的基本概念，能够熟练使用能够熟练使用C/CC/C语言。语言。2023-1-9掌握一种学习方法掌握一种学习方法-理论学习和实践并理论学习和实践并重重学习嵌入式软硬件系统的基本概念、基学习嵌入式软硬件系统的基本概念、基本原理和设计方法本原理和设计方法为未来职场的发展奠定技术基础为未来职场的发展奠定技术基础前景非常好，现在这方面的人才短缺。前景非常好，现在这方面的人才短缺。而且而且做这方面的越有经验就越高薪，做这方面的越有经验就越高薪，一般不存在一般不存在程序员程序员3535岁失去优势的问题。岁失去优势的问题。不过相对来说，不过相对来说，嵌入式需要的软、硬件知识比较多，所以显嵌入式需要的软、硬件知
5、识比较多，所以显得门槛较高。得门槛较高。2023-1-9大家能够期望的收获1.1.马维华马维华 编著编著.嵌入式系统原理与应用嵌入式系统原理与应用.北京：北京邮电大学出版社，北京：北京邮电大学出版社，200620062.2.李驹光李驹光 编著编著.ARM.ARM应用系统开发详解应用系统开发详解.北京：北京航空航天大学出版社，北京：北京航空航天大学出版社，2004 2004 3.3.怯肇乾怯肇乾 编著编著.嵌入式硬件体系设计嵌入式硬件体系设计.北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，200720072023-1-9参考教材2023-1-91C H A P T E R绪论2023-1-9主要内
6、容嵌入式系统简介嵌入式处理器嵌入式操作系统嵌入式系统的典型应用嵌入式系统简介 计算机系统的三大领域计算机系统的三大领域 服务器市场服务器市场 功能强功能强 利润最大的市场利润最大的市场 可用性强可用性强 可扩展性可扩展性 桌面市场桌面市场 最广阔的市场最广阔的市场 嵌入式市场嵌入式市场 潜力最大的市场潜力最大的市场2023-1-9嵌入式系统简介 以往计算机分类：以往计算机分类：巨型机、大型计算机、中型机、小型机和微计巨型机、大型计算机、中型机、小型机和微计算机算机 目前计算机分类：目前计算机分类：超级计算机，大型计算机、工作站、微计算机、超级计算机，大型计算机、工作站、微计算机、亚微计算机亚微
7、计算机2023-1-9 电子计算机就其规模或系统功能而言，可分为巨电子计算机就其规模或系统功能而言，可分为巨型、大型、中型、小型、微型计算机和单片机。型、大型、中型、小型、微型计算机和单片机。综合起来说，计算机的分类是这样的：综合起来说，计算机的分类是这样的：按照性能指标分类按照性能指标分类 巨型机：巨型机：高速度、大容量高速度、大容量 大型机：大型机：速度快、应用于军事技术科研领域速度快、应用于军事技术科研领域 小型机：小型机：结构简单、造价低、性能价格比突出结构简单、造价低、性能价格比突出 微型机：微型机：体积小、重量轻、价格低体积小、重量轻、价格低 2023-1-9 超级计算机：超级计算
8、机：通常是指由数百数千甚至更多的处理通常是指由数百数千甚至更多的处理器（机）组成的、能计算普通器（机）组成的、能计算普通PCPC机和服务器不能机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。完成的大型复杂课题的计算机。工作站工作站：是一种以个人计算机和分布式网络计算为：是一种以个人计算机和分布式网络计算为基础，主要面向专业应用领域，具备强大的数据运基础，主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力，为满足工程设计、动画算与图形、图像处理能力，为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高
9、性能计算机。模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。亚微计算机亚微计算机(嵌入式计算机嵌入式计算机)是以嵌入式系统的是以嵌入式系统的 形式隐藏在各种装置、产品和系统中。形式隐藏在各种装置、产品和系统中。2023-1-9嵌入式系统简介 一般定义一般定义以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪,应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在一起的系统（技术角度）操作系统和计算机硬件
10、集成在一起的系统（技术角度）嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。（系统角度）其紧密耦合在一起的计算机系统。（系统角度）广义定义广义定义任何一个非计算机的计算系统任何一个非计算机的计算系统2023-1-9 IEEEIEEE定义定义 嵌入式系统是嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作用于控制、监视或者辅助操作的机器、设备或装置的机器、设备或装置”（原文为（原文为devices used to devices used to control,monitor,or assist the operation of c
11、ontrol,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plantsequipment,machinery or plants）。）。通常执行特定功能通常执行特定功能 嵌入式系统的核心嵌入式系统的核心-嵌入式微处理器嵌入式微处理器 严格的时序和稳定性要求严格的时序和稳定性要求 全自动操作循环全自动操作循环2023-1-9嵌入式系统简介 Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE)Institute of Electrical and Electronics
12、 Engineers(IEEE)美美国电气和电子工程师协会国电气和电子工程师协会 美国电气和电子工程师协会美国电气和电子工程师协会(IEEE)(IEEE)是一个国际性的电是一个国际性的电子技术与信息科学工程师的协会，是世界上最大的专子技术与信息科学工程师的协会，是世界上最大的专业技术组织之一（成员人数），拥有来自业技术组织之一（成员人数），拥有来自175175个国家个国家的的3636万会员万会员(到到20052005年年)。IEEEIEEE是非盈利机构，活动经费来源主要是会费。是非盈利机构，活动经费来源主要是会费。IEEEIEEE设有近设有近2020个奖励项目，部分是个奖励项目，部分是IEEE
13、IEEE的资金；有的资金；有的是公司赞助，如的是公司赞助，如IBMIBM、LucentLucent、日立、东芝等。、日立、东芝等。IEEEIEEE有有600600多个义务工作者从事认证工作，充分利用多个义务工作者从事认证工作，充分利用互联网的优势发布各种最新技术信息。互联网的优势发布各种最新技术信息。2023-1-9嵌入式系统的特点 专用性强专用性强 由于嵌入式系统通常是面向某个特定应用的，由于嵌入式系统通常是面向某个特定应用的，所以嵌入式系统的硬件和软件，尤其是软件，所以嵌入式系统的硬件和软件，尤其是软件，都是为特定用户群来设计的，它通常都具有都是为特定用户群来设计的，它通常都具有某种专用性
14、的特点。某种专用性的特点。可靠性高可靠性高 由于有些嵌入式系统所承担的计算任务涉及由于有些嵌入式系统所承担的计算任务涉及产品质量、人身设备安全、国家机密等重大产品质量、人身设备安全、国家机密等重大事务，加之有些嵌入式系统的宿主对象要工事务，加之有些嵌入式系统的宿主对象要工作在无人值守的场合，例如危险性高的工业作在无人值守的场合，例如危险性高的工业环境中、内嵌有嵌入式系统的仪器仪表中、环境中、内嵌有嵌入式系统的仪器仪表中、在人际罕至的气象检测系统中以及为侦察敌在人际罕至的气象检测系统中以及为侦察敌方行动的小型智能装置中等。所以与普通系方行动的小型智能装置中等。所以与普通系统相比较，对嵌入式系统可
15、靠性的要求极高。统相比较，对嵌入式系统可靠性的要求极高。2023-1-9嵌入式系统的特点 实时性好实时性好 目前，嵌入式系统广泛应用于生产过程控目前，嵌入式系统广泛应用于生产过程控制、数据采集、传输通信等场合，主要用制、数据采集、传输通信等场合，主要用来对宿主对象进行控制，所以都对嵌入式来对宿主对象进行控制，所以都对嵌入式系统有或多或少的实时性。系统有或多或少的实时性。例如，对嵌入在武器装各中的嵌入式系统、例如，对嵌入在武器装各中的嵌入式系统、在火箭中的嵌入式系统、一些工业控制装在火箭中的嵌入式系统、一些工业控制装置中的控制系统等应用中的实时性要求就置中的控制系统等应用中的实时性要求就极高。也
16、正因为这种要求，在硬件上嵌人极高。也正因为这种要求，在硬件上嵌人式系统极少使用存取速度慢的磁盘等存储式系统极少使用存取速度慢的磁盘等存储器，在软件上更是加以精心设计，从而可器，在软件上更是加以精心设计，从而可使嵌入式系统快速地响应外部事件。使嵌入式系统快速地响应外部事件。当然，随着嵌入式系统应用的扩展，有些当然，随着嵌入式系统应用的扩展，有些系统对实时性要求也并不是很高，例如近系统对实时性要求也并不是很高，例如近年来发展速度比较快的手持式计算机、掌年来发展速度比较快的手持式计算机、掌上电脑等。但总体来说，实时性是对嵌入上电脑等。但总体来说，实时性是对嵌入式系统的普遍要求，是设计者和用户重点式系
17、统的普遍要求，是设计者和用户重点考虑的一个重要指标。考虑的一个重要指标。2023-1-9嵌入式系统的特点 可裁剪性好可裁剪性好 从嵌入式系统专用性的特点来看，作为嵌从嵌入式系统专用性的特点来看，作为嵌入式系统的供应者，理应提供各式各样的入式系统的供应者，理应提供各式各样的硬件和软件以各选用。但是，这样做势必硬件和软件以各选用。但是，这样做势必会提高产品的成本。会提高产品的成本。为了既不提高成本，又满足专用性的需要，为了既不提高成本，又满足专用性的需要，嵌入式系统的供应者必须采取相应措施使嵌入式系统的供应者必须采取相应措施使产品在通用和专用之间进行某种平衡。产品在通用和专用之间进行某种平衡。目前
18、的做法是，把嵌人式系统硬件和操作目前的做法是，把嵌人式系统硬件和操作系统设计成可裁剪的，以便使嵌入式系统系统设计成可裁剪的，以便使嵌入式系统开发入员根据实际应用需要来量体裁衣，开发入员根据实际应用需要来量体裁衣，去除冗余，从而使系统在满足应用要求的去除冗余，从而使系统在满足应用要求的前提下达到最精简的配置。前提下达到最精简的配置。2023-1-9嵌入式系统的特点 功耗低功耗低 有很多嵌入式系统的宿主对象都是一些小有很多嵌入式系统的宿主对象都是一些小型应用系统，例如移动电话、型应用系统，例如移动电话、pdapda、mp3mp3、飞机、舰船、数码相机等，这些设各不可飞机、舰船、数码相机等，这些设各
19、不可能配各容量较大的电源，因此低功耗一直能配各容量较大的电源，因此低功耗一直是嵌入式系统最求的目标。是嵌入式系统最求的目标。当然也是为了降低系统的功耗，嵌入式系当然也是为了降低系统的功耗，嵌入式系统中的软件一般不存储于磁盘等载体中，统中的软件一般不存储于磁盘等载体中，而都固化在存储器芯片或单片系统的存储而都固化在存储器芯片或单片系统的存储器之中。器之中。嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使设计完成以后用户通常也是不能对其中使设计完成以后用户通常也是不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。工具
20、和环境才能进行开发。2023-1-9嵌入式系统的特点不可垄断性不可垄断性 PCPC有有WinTelWinTel垄断垄断 嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片芯片”设计和面向应用的软件产品开发。设计和面向应用的软件产品开发。产品相对稳定性产品相对稳定性 普通处理器普通处理器1818月月 嵌入式处理器嵌入式处理器8 81010年年2023-1-9嵌入式系统的发展 嵌入式系统的出现至今已经有嵌入式系统的出现至今已经有3030多年的历史，近多年的历史，近几年来，计算机、通信、消费电子的一体化趋势几年来，计算机、通信、消费电子的一体化趋势日益明显，嵌入式技术已成
21、为一个研究热点。纵日益明显，嵌入式技术已成为一个研究热点。纵观嵌入式技术的发展过程，大致经历四个阶段。观嵌入式技术的发展过程，大致经历四个阶段。2023-1-9第一阶段 以单片机为核心低级嵌入式系统系统以单片机为核心低级嵌入式系统系统 以单芯片为核心的可编程控制器形式的系以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，具有与监测、伺服、指示设备相配合统，具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。这类系统大部分应用于一些专业的功能。这类系统大部分应用于一些专业性强的工业控制系统中，一般没有操作系性强的工业控制系统中，一般没有操作系统的支持，通过汇编语言编程对系统进行统的支持，通过汇编语言编程对系统进行直接
22、控制。直接控制。这一阶段系统的主要特点是：系统结构和这一阶段系统的主要特点是：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入较小，几乎没有用户接口。由于这种嵌入式系统使用简单、价格低。式系统使用简单、价格低。以前在国内工业领域应用较为普遍，但是以前在国内工业领域应用较为普遍，但是已经远不能适应高效的、需要大容量存储已经远不能适应高效的、需要大容量存储的现代工业控制和新兴信息家电等领域的的现代工业控制和新兴信息家电等领域的需求。需求。2023-1-9第二阶段 以嵌入式以嵌入式CPUCPU为基础、以简单操作系统为核为基础、以简
23、单操作系统为核心的嵌入式系统。心的嵌入式系统。主要特点是：主要特点是：CPUCPU种类繁多，通用性比较弱；种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；操作系统达到一定系统开销小，效率高；操作系统达到一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业化，的兼容性和扩展性；应用软件较专业化，用户界面不够友好。用户界面不够友好。2023-1-9第三阶段 以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各主要特点是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性好；操种不同类型的微处理器上，兼容性好；操作系统内核小、效率高，并且具有高度的作系统内核小
24、、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具备文件和目录管理、模块化和扩展性；具备文件和目录管理、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的应用程序接口面等功能；具有大量的应用程序接口APIAPI，开发应用程序较简单；嵌入式应用软件丰开发应用程序较简单；嵌入式应用软件丰富。富。2023-1-9 API(Application Programming Interface,API(Application Programming Interface,应用程序编应用程序编程接口程接口)是一些预先定义的函数，目的是提供应用是一些预先定义的函数，目的是提供应
25、用程序与开发人员基于某软件或硬件的以访问一组程序与开发人员基于某软件或硬件的以访问一组例程的能力，而又无需访问源码，或理解内部工例程的能力，而又无需访问源码，或理解内部工作机制的细节，作机制的细节，API API 接口属于一种操作系统或程接口属于一种操作系统或程序接口。序接口。APIAPI除了有应用除了有应用“应用程序接口应用程序接口”的意思外，还的意思外，还特指特指 APIAPI的说明文档，也称为帮助文档。另外，的说明文档，也称为帮助文档。另外，也是美国石油协会、空气污染指数、医药、空中也是美国石油协会、空气污染指数、医药、空中位置指示器的英文简称。位置指示器的英文简称。2023-1-9AP
26、I API 分为四种类型：分为四种类型：远程过程调用（远程过程调用（RPCRPC）：通过作用在共享数据缓）：通过作用在共享数据缓存器上的过程（或任务）实现程序间的通信。存器上的过程（或任务）实现程序间的通信。标准查询语言（标准查询语言（SQLSQL）：是标准的访问数据的查）：是标准的访问数据的查询语言，通过通用数据库实现应用程序间的数据询语言，通过通用数据库实现应用程序间的数据共享。共享。文件传输：文件传输通过发送格式化文件实现应文件传输：文件传输通过发送格式化文件实现应用程序间数据共享。用程序间数据共享。信息交付：指松耦合或紧耦合应用程序间的小型信息交付：指松耦合或紧耦合应用程序间的小型格式
27、化信息，通过程序间的直接通信实现数据共格式化信息，通过程序间的直接通信实现数据共享。享。2023-1-9 图形用户接口（图形用户接口（GUIGUI）GUI GUI 是是Graphic User InterfaceGraphic User Interface，是图形用户，是图形用户接口，主要提供可视化界面方面的接口接口，主要提供可视化界面方面的接口 ，属于直接用户接口属于直接用户接口 2023-1-9第四阶段 以以InternetInternet为标志的嵌入式系统。为标志的嵌入式系统。这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于数嵌入式系统还孤立于
28、InternetInternet之外，但随之外，但随着着InternetInternet的发展以及的发展以及InternetInternet技术与信息家技术与信息家电、工业控制技术结合日益密切，嵌入式电、工业控制技术结合日益密切，嵌入式设备与设备与InternetInternet的结合将代表嵌入式系统的的结合将代表嵌入式系统的未来未来2023-1-92、未来嵌入式系统的发展趋势 信息时代，数字时代使得嵌入式产品获信息时代，数字时代使得嵌入式产品获得了巨大的发展契机，为嵌入式市场展现得了巨大的发展契机，为嵌入式市场展现了美好的前景，同时也对嵌入式生产厂商了美好的前景，同时也对嵌入式生产厂商提出了
29、新的挑战，从中我们可以看出未来提出了新的挑战，从中我们可以看出未来嵌入式系统的几大发展趋势嵌入式系统的几大发展趋势：2023-1-9 1 1嵌入式开发是一项系统工程，因此要求嵌入式嵌入式开发是一项系统工程，因此要求嵌入式系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同系统厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。时还需要提供强大的硬件开发工具和软件包支持。目前很多厂商已经充分考虑到这一点，在目前很多厂商已经充分考虑到这一点，在主推系统的同时，将开发环境也作为重点主推系统的同时，将开发环境也作为重点推广。推广。比如三星在推广比如三星在推广Arm7Arm7，Arm
30、9Arm9芯片的同时还芯片的同时还提供开发板和版及支持包（提供开发板和版及支持包（BSPBSP），而），而WindowCEWindowCE在主推系统时也提供在主推系统时也提供Embedded Embedded VCVC作为开发工具，还有作为开发工具，还有VxworksVxworks的的TonadoTonado开发环境，当然，这也是市场竞争开发环境，当然，这也是市场竞争的结果。的结果。2023-1-9 2 2网络化、信息化的要求随着因特网技术的成熟、网络化、信息化的要求随着因特网技术的成熟、带宽的提高日益提高，使得以往单一功能的设备带宽的提高日益提高，使得以往单一功能的设备如电话、手机、冰箱、微
31、波炉等功能不再单一，如电话、手机、冰箱、微波炉等功能不再单一，结构更加复杂。结构更加复杂。这就要求芯片设计厂商在芯片上集成更多这就要求芯片设计厂商在芯片上集成更多的功能，为了满足应用功能的升级，设计的功能，为了满足应用功能的升级，设计师们一方面采用更强大的嵌入式处理器如师们一方面采用更强大的嵌入式处理器如3232位、位、6464位位RISCRISC芯片或信号处理器芯片或信号处理器DSPDSP增强增强处理能力，同时增加功能接口，如处理能力，同时增加功能接口，如USBUSB，扩，扩展总线类型加强对多媒体、图形等的处理，展总线类型加强对多媒体、图形等的处理，逐步实施片上系统（逐步实施片上系统（SOC
32、SOC）的概念。）的概念。软件方面采用实时多任务编程技术和交叉软件方面采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量和缩短开发周用程序设计、保障软件质量和缩短开发周期。期。2023-1-9 3 3网络互联成为必然趋势。网络互联成为必然趋势。未来的嵌入式设备为了适应网络发展的要未来的嵌入式设备为了适应网络发展的要求，必然要求硬件上提供各种网络通信接求，必然要求硬件上提供各种网络通信接口。传统的单片机对于网络支持不足，而口。传统的单片机对于网络支持不足，而新一代的嵌入式处理器已经开始内嵌网络新一代的嵌入式处理器已经开始内
33、嵌网络接口，除了支持接口，除了支持TCPTCPIPIP协议，还有的支持协议，还有的支持IEEE1394IEEE1394、USBUSB、CANCAN、BluetoothBluetooth通信接通信接口中的一种或者几种，同时也需要提供相口中的一种或者几种，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。软件方面系统系统内核支持网络模块，甚软件方面系统系统内核支持网络模块，甚至可以在设备上嵌入至可以在设备上嵌入WebWeb浏览器，真正实现浏览器，真正实现随时随地用各种设备上网。随时随地用各种设备上网。2023-1-9 4 4提供友好的多媒体人机界面提供友好
34、的多媒体人机界面 嵌入式设备能与用户亲密接触，最重要的嵌入式设备能与用户亲密接触，最重要的因素就是它能提供非常友好的用户界面。因素就是它能提供非常友好的用户界面。图像界面，灵活的控制方式，使得人们感图像界面，灵活的控制方式，使得人们感觉嵌入式设备就象是一个熟悉的老朋友。觉嵌入式设备就象是一个熟悉的老朋友。这方面的要求使得嵌入式软件设计者要在这方面的要求使得嵌入式软件设计者要在图形界面，多媒体技术上痛下苦功。手写图形界面，多媒体技术上痛下苦功。手写文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件文字输入、语音拨号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像都会使使用者获得自以及彩色图形、图像都会使使用者获得自由的感
35、受。由的感受。目前一些先进的目前一些先进的PDAPDA在显示屏幕上已实现在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，但一般的嵌汉字写入、短消息语音发布，但一般的嵌入式设备距离这个要求还有很长的路要走入式设备距离这个要求还有很长的路要走 2023-1-9嵌入式系统的应用领域2023-1-9嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子通信设备移动存贮工控设备智能仪表汽车电子网络设备消费电子军事国防电子商务网络工业控制2023-1-9goReader Internet eBookSamsung AnyWebInternet Screen PhoneeRemoteIntelligent Home Control
36、lerTektronix TDS7000 Digital OscilloscopesNixvue Digital AlbumDigital Photo Album一些典型的嵌入式系统应用实例嵌入式系统的应用 家用方面：数字电视、信息家电、智能玩具、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。手持通讯、存储设备的核心。2023-1-9嵌入式视频服务器2023-1-92023-1-9现代化家庭嵌入式Internet应用2023-1-9嵌入式系统在信息家电中的应用 信息家电信息家电(Information Appliance(Information Appliance）一般可认
37、为，那些低单价、操作简单、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，将逐步可通过因特网发送或获取信息，将逐步分割或替代分割或替代PCPC的某些功能，并能与其它的某些功能，并能与其它信息产品交换资料或讯息的产品可统称信息产品交换资料或讯息的产品可统称为信息家电。为信息家电。2023-1-9信息家电的分类及特点 信息家电的分类信息家电的分类 网络电视（网络电视（NetTVNetTV）网上游戏机（网上游戏机（Internet gaming deviceInternet gaming device）智能掌上型设备智能掌上型设备(Internet smart handheld dev
38、ice)(Internet smart handheld device)网络电话（网络电话（Internet screen PhoneInternet screen Phone）Consumer NC clientConsumer NC client等。等。信息家电技术特点信息家电技术特点 处理器发展趋向低成本、高整合性与低耗能。处理器发展趋向低成本、高整合性与低耗能。整合数字与模拟处理的技术。整合数字与模拟处理的技术。较较PCPC更强调通讯能力。更强调通讯能力。利用软件增加产品的差异性利用软件增加产品的差异性(高附加价值的关键高附加价值的关键)2023-1-9典型的信息家电产品2023-1-
39、9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-中间器件通过PC接入网络以下载内容的器件DIAMON Multimedia Rio P
40、layer Nuvomedia Rocket e-BookAudible Mobile PlayerSource:IDC,Hambrecht&Quist信息家电数字机顶盒2023-1-9汽车电子产品（汽车电子产品（1818个嵌入式控制模块）个嵌入式控制模块）CANCAN总线网络总线网络2023-1-9VOLVO S80汽车的CAN总线网络嵌入式应用汽车电子2023-1-9智能玩具与机器人嵌入式技术应用工业控制 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2023-1-92023-1-9阿富汗参加反恐作战的“赫耳墨斯”价值4万美元，可携带2架摄像机，发挥了很好作用。军事侦察
41、 20022002年年1111月月2828日，日，以色列一以色列一选举投票选举投票点，发生点，发生枪击事件，枪击事件，造成至少造成至少7 7人死亡，人死亡，数十人受数十人受伤。以警伤。以警方用机器方用机器人在检查人在检查一具巴勒一具巴勒斯坦枪手斯坦枪手的尸体。的尸体。2023-1-9反恐防暴微型飞行器微型飞行器-“-“黑寡妇黑寡妇”2023-1-9空中飞行器基于Win CE的移动机器人平台2023-1-9基于RTLinux的仿人机器人 2023-1-9高 48 cm重:6 kg灵活性：20 DOF操作系统:RT-Linux接口形式:USB 1.0(12Mbps)响应周期:1ms能源：DC24V
42、 x 6.2A(150W)制造：富士通 基于VXworks的火星探路者2023-1-92004年“勇气号”再次登陆火星2023-1-9嵌入式系统学习方法 嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的途的ITIT应用领域之一。嵌入式系统用在一应用领域之一。嵌入式系统用在一些特定专用设备上，通常这些设备的硬件些特定专用设备上，通常这些设备的硬件资源（如处理器、存储器等）非常有限，资源（如处理器、存储器等）非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应要求并且对成本很敏感，有时对实时响应要求很高等。特别是随着消费家电的智能化，很高等。特别是随着消费家电的智能化，嵌入式更显
43、重要。嵌入式更显重要。像我们平常常见到的手机、像我们平常常见到的手机、PDAPDA、电子字、电子字典、可视电话、典、可视电话、VCD/DVD/MP3 PlayerVCD/DVD/MP3 Player、数、数字相机（字相机（DCDC）、数字摄像机）、数字摄像机(DV)(DV)、U-DiskU-Disk、机顶盒机顶盒(Set Top Box)(Set Top Box)、高清电视、高清电视(HDTV)(HDTV)、游、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等等都是典型的医
44、疗仪器、航天航空设备等等都是典型的嵌入式系统。嵌入式系统。2023-1-9 嵌入式系统是软硬结合的东西，搞嵌入式开发的嵌入式系统是软硬结合的东西，搞嵌入式开发的人有两类。人有两类。一类是学电子工程、通信工程等偏硬件专业出身一类是学电子工程、通信工程等偏硬件专业出身的人，主要是搞硬件设计，有时要开发一些与硬的人，主要是搞硬件设计，有时要开发一些与硬件关系最密切的最底层软件，如件关系最密切的最底层软件，如BootLoaderBootLoader、Board Support Package(Board Support Package(像像PCPC的的BIOSBIOS一样，往下驱一样，往下驱动硬件，往
45、上支持操作系统），最初级的硬件驱动硬件，往上支持操作系统），最初级的硬件驱动程序等。动程序等。优势是对硬件原理非常清楚，不足是他们更擅长优势是对硬件原理非常清楚，不足是他们更擅长定义各种硬件接口，但对复杂软件系统往往力不定义各种硬件接口，但对复杂软件系统往往力不从心（例如嵌入式操作系统原理和复杂应用软件从心（例如嵌入式操作系统原理和复杂应用软件等）。等）。2023-1-9 另一类是学软件、计算机专业出身的人，主要从另一类是学软件、计算机专业出身的人，主要从事嵌入式操作系统和应用软件的开发。事嵌入式操作系统和应用软件的开发。如果学软件的人对硬件原理和接口有较好如果学软件的人对硬件原理和接口有较好
46、的掌握，完全也可写的掌握，完全也可写BSPBSP和硬件驱动程序。和硬件驱动程序。嵌入式硬件设计完后，各种功能就全靠软嵌入式硬件设计完后，各种功能就全靠软件来实现了，嵌入式设备的增值很大程度件来实现了，嵌入式设备的增值很大程度上取决于嵌入式软件，这占了嵌入式系统上取决于嵌入式软件，这占了嵌入式系统的最主要工作（目前有很多公司将硬件设的最主要工作（目前有很多公司将硬件设计包给了专门的硬件公司，稍复杂的硬件计包给了专门的硬件公司，稍复杂的硬件都交给台湾或国外公司设计，国内的硬件都交给台湾或国外公司设计，国内的硬件设计力量很弱，很多嵌入式公司自己只负设计力量很弱，很多嵌入式公司自己只负责开发软件，因为
47、公司都知道，嵌入式产责开发软件，因为公司都知道，嵌入式产品的差异很大程度在软件上，在软件方面品的差异很大程度在软件上，在软件方面是最有是最有“花头花头”可做的），可做的），所以搞软件的人完全不用担心在嵌入式市所以搞软件的人完全不用担心在嵌入式市场上的用武之地，越是智能设备越是复杂场上的用武之地，越是智能设备越是复杂系统，软件越起关键作用，而且这是目前系统，软件越起关键作用，而且这是目前的趋势。的趋势。2023-1-9 a a 掌握主流嵌入式微处理器的结构与原理掌握主流嵌入式微处理器的结构与原理 b b 必须掌握一个嵌入式操作系统必须掌握一个嵌入式操作系统 c c 熟悉嵌入式软件开发流程。熟悉嵌
48、入式软件开发流程。2023-1-91.2 嵌入式微处理器2023-1-9嵌入式处理器分类 微处理器微处理器(Microprocessor Unit,MPU)(Microprocessor Unit,MPU)微控制器微控制器(Microcontroller Unit,MCU)(Microcontroller Unit,MCU)嵌入式嵌入式DSP(Embedded Digital Signal DSP(Embedded Digital Signal Processor,EDSP)Processor,EDSP)片上系统片上系统(System On Chip)(System On Chip)2023-
49、1-91、嵌入式微处理器(EMPU)嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPUCPU。在应用中，将微处理器装配在专门设。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做可靠性等
50、方面一般都做 了各种增强。了各种增强。嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括必须包括ROMROM、RAMRAM、总线接口、各种外、总线接口、各种外设等器件，设等器件，从而降低了系统的可靠性，技从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。术保密性也较差。2023-1-9 嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。在一块电路板上，称为单板计算机。如如STD-BUSSTD-BUS、PC104 PC104 等。近年来，
