1、第第1课课 嵌入式系统概述课件嵌入式系统概述课件2嵌入式系统嵌入式系统An Introduction to Embedded System第第1 1课课 嵌入式系统概述嵌入式系统概述邹润民邹润民 rmzoumail.csu.edu民主楼民主楼234#234#20192019年年4 4月月3提纲提纲 本课程教学要求本课程教学要求 嵌入式系统应用领域嵌入式系统应用领域 嵌入式系统概念嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素嵌入式系统构成要素4教材与教学安排国内优秀教材和规划教材为主、外文教材为指导国内优秀教材和规划教材为主、外文教材为指导 l嵌入式系统原理及应用开发
2、嵌入式系统原理及应用开发 陈渝，韩超，李明，机械工业出版社，2019年l嵌入式系统原理与设计嵌入式系统原理与设计王志英、李宗伯等，高等教育出版社，2019年lARMARM嵌入式系统基础教程（第嵌入式系统基础教程（第2 2版）版）周立功，北京航空航天大学出版社，2019年课程共设课程共设3232课时，理论课课时，理论课2626学时，实验课学时，实验课6 6学时学时5教材主教材主教材参考教材参考教材网络资源电子工程专辑，eetchina电子设计技术，ednchina嵌入开发网，embedHigh Performance Embedded Computing，ll.mit.edu/HPEC67教学内
3、容嵌入式硬件组成嵌入式硬件组成ARMARM体系结构体系结构嵌入式软件开发基础嵌入式软件开发基础嵌入式操作系统移植嵌入式操作系统移植嵌入式嵌入式LinuxLinux驱动开发驱动开发嵌入式系统的应用程序开发嵌入式系统的应用程序开发8实验平台EasyARM2103EasyARM2103开发平台开发平台9课程考核方式出勤、课堂讨论等平时成绩：约出勤、课堂讨论等平时成绩：约3030实验报告质量与成绩：实验报告质量与成绩：约约3030期终考查（或考试）成绩：期终考查（或考试）成绩：约约4040有特色贡献者可以在以上总分的基础上再加分。有特色贡献者可以在以上总分的基础上再加分。10提纲提纲 本课程教学要求本
4、课程教学要求 嵌入式系统应用领域嵌入式系统应用领域 嵌入式系统概念嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素嵌入式系统构成要素111.1.嵌入式系统概述嵌入式系统概述经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度上改变了经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度上改变了人们的人们的生活生活、工作工作和和娱乐方式娱乐方式，并且这种改变还在加速。，并且这种改变还在加速。嵌入式系统具有无数的种类，每类都具有自己独特的个性。嵌入式系统具有无数的种类，每类都具有自己独特的个性。例如，例如，MP3MP3、数码相机与打印机就有很大的不同。、数码相机与打印机就有很大的不同。在日常生活
5、中，人们使用各种嵌入式系统，但未必知道它在日常生活中，人们使用各种嵌入式系统，但未必知道它们。事实上，几乎所有带有一点们。事实上，几乎所有带有一点“智能智能”的家电（全自动的家电（全自动洗衣机、恒温空调、电脑电饭煲洗衣机、恒温空调、电脑电饭煲）都是嵌入式系统。）都是嵌入式系统。12韩国电信手机/电视遥控器二合一产品Sony Ericsson超小型手机电脑手机放在底座上成为电脑Nokia手机户外音响内置 DVB-H 移动电视手机p 普通手机p 智能手机与PDA结合1.1嵌入式技术的应用手机嵌入式技术的应用手机13p 智能家居p 智能家电Roto-Rooter的 Pimped Out John组合
6、笔记本/ipod/冰箱/Xbox360/健身高科技的捕鼠器遮断红外线光束掉下笼子DangerBomb 闹钟 不起床就爆炸啰配备电子食谱的锅铲coo.boo智能型垃圾桶 i.Master1.1嵌入式技术的应用智能家居嵌入式技术的应用智能家居141.11.1嵌入式技术的应用嵌入式技术的应用PDAPDAp个人信息助理p掌上电脑PDA 手机+GPS 导航 Dopod U1000，且支持SkyPEMap-Star的GPS定位设备华硕GPS导航器SONY GPS导航器Nokia 6110 四频 HSDPA/GPS 导航器15iLuv可即时将视频录制到iPod/闪存卡上，与以前技术相反Sony家用影音综合设
7、备XtremeMac开发的iPod音箱IPEVO支持Skype电话Nike的 iPod 帽Meizu M8Ipod nanoArchos带Wifi的704pPortable Media Player1.1嵌入式技术的应用嵌入式技术的应用PMP16p录音笔pFLY数字笔能“看懂”在专用纸上所写的内容能“阅读”写作和纠正语法错误完成简单的算术运算将英文互相翻译成西班牙文等pGenius数字便笺存储100页便笺 2000LPI分辨率32MB板载内存可通过USB连接电脑笔迹识别软件pPolymer Vision手机书1.1嵌入式技术的应用办公用品嵌入式技术的应用办公用品171.11.1嵌入式技术的应用
8、手表嵌入式技术的应用手表pMartin Frey手表日程表和手机联动获取网络连接和GPS定位信息p手表手机：M3001英寸的显示屏USB接口可播放音乐支持蓝牙pNike的Speed+手表结合 iPod 和运动计测p韩国防性罪犯的电子手镯可追踪罪犯的定位和坐标p爱国者视频MP4手表181.11.1嵌入式技术的应用运动玩具游戏嵌入式技术的应用运动玩具游戏pGTX公司定位的运动跑鞋内置的GPS接收器和可充电电池p遥控蜻蜓p次世代三大主流三款主机Xbox 360，WII，PS3GameCube XboX360PS3Wii,手柄,手套,枪191.11.1嵌入式技术的应用摄像器材嵌入式技术的应用摄像器材p
9、数码相机pDV201.11.1嵌入式技术的应用多媒体终端嵌入式技术的应用多媒体终端pIP电话p视频会议p可视电话基于视频电话的小型视频会议系统(MCU)语音识别电话基于H.323协议族的网络视频电话211.11.1嵌入式技术的应用家庭音响嵌入式技术的应用家庭音响p引入计算机技术的音响配备B&O与Core 2 Duo的P.Guerra家庭影院Sonos ZP80无线音响LG HD DVD/蓝光播放器Motorola支持M卡的 HD DVR 录像机iPhone221.11.1嵌入式技术的应用电视嵌入式技术的应用电视p高清电视p数字电视p立体显示技术LG内置数字录像机的 LCD TVAppleTV:
10、Intel Pentium M 1.0 GHz 2MB of L2 高速缓存nVidia G72M 显示卡 64MB DDR2 内存内置的 40GB 硬盘播放 iTunes能输出 1080p 高画质影像的 iPod Dock数字电视机顶盒231.11.1嵌入式技术的应用通讯设备嵌入式技术的应用通讯设备p有计算机能力的各种通讯设备p路由器/交换机/防火墙等Buffalo 路由器/USB 网卡套装VPN产品千兆网关防火墙24p DCG(动态心电图仪)p 便携式多参数监护仪p 中医指套传感器脉象虚拟仪器p 推拿手法测试仪p 电动机故障状态监测保护系统 监控仪手持仪1.1嵌入式技术的应用仪器仪表嵌入式
11、技术的应用仪器仪表251.11.1嵌入式技术的应用交通相关嵌入式技术的应用交通相关p汽车电子处理器个数可达三位数车载娱乐，定位等车控ABS、EBD等p其他中国版月球车汽车立体声音响HD Radio扩展包 改装遮阳板 DVD/TV/MP3261.11.1嵌入式技术的应用军工嵌入式技术的应用军工p武器控制系统p数字化单兵系统有苛刻要求尺寸和重量功率消耗震动和冲击温度和湿度21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统夜视扫描、全球定位、指挥通信271.11.1嵌入式技术的应用新兴硬件嵌入式技术的应用新兴硬件GPS/蓝牙双拼模块芯片龙芯2号增强型处理器芯片Intel进入二十倍数时代，五年后给我们八十核心处理器可
12、服用的 RFID 芯片 Intel Tolapai计划要把南北桥做在芯片中28提纲提纲 本课程教学要求本课程教学要求 嵌入式系统应用领域嵌入式系统应用领域 嵌入式系统概念嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素嵌入式系统构成要素29IEEEIEEE（国际电气和电子工程师协会）（国际电气和电子工程师协会）给出的定义：给出的定义：嵌入式系统嵌入式系统是用于控制、监视或者辅助装置、机器是用于控制、监视或者辅助装置、机器或者设备运行的装置。或者设备运行的装置。Devices used to control,monitor,or assist Devices used t
13、o control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or the operation of equipment,machinery or plants.plants.通常执行特定功能通常执行特定功能以微电脑和外围构成核心以微电脑和外围构成核心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1.2.1嵌入式系统的定义（嵌入式系统的定义（1）301.2.1嵌入式系统的定义（嵌入式系统的定义（2）从技术的角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基从技术的角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、础、
14、软件硬件软件硬件可裁剪可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统专用计算机系统。从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的从系统的角度定义：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。术硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语语嵌入式嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。嵌入式系统。311.2.2计算机应用
15、领域的划分计算机应用领域的划分桌面通用型桌面通用型高端服务型高端服务型小型专用型小型专用型321.2.3嵌入式系统与桌面通用系统的区别嵌入式系统与桌面通用系统的区别(1/7)(1/7)p嵌入式系统中运行的任务是嵌入式系统中运行的任务是专用而确定专用而确定的的心脏监视器只需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务心脏监视器只需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务如要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护如要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护p桌面通用系统需要支持桌面通用系统需要支持大量的、需求多样大量的、需求多样的应用程序的应用程序对系统中运行的程序不作假设对系统中运行的程序
16、不作假设程序升级、更新等方便程序升级、更新等方便331.2.3嵌入式系统与桌面通用系统的区别嵌入式系统与桌面通用系统的区别(2/7)(2/7)p嵌入式系统往往对嵌入式系统往往对实时性实时性提出较高的要求。提出较高的要求。实时系统：指系统能够在实时系统：指系统能够在限定的响应时间限定的响应时间内提供所需水平的内提供所需水平的服务。（服务。（POSIX 1003.b）嵌入式实时系统可分为：嵌入式实时系统可分为：强实时型：响应时间强实时型：响应时间ssmsms级；级；一般实时：响应时间一般实时：响应时间msmss s级；级；弱实时型：响应时间弱实时型：响应时间s s级以上。级以上。34p嵌入式系统中
17、使用的操作系统一般是嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统实时操作系统p嵌入式实时操作系统数量众多，如：嵌入式实时操作系统数量众多，如：VxWorks(Wind River)Windows CEpSOS(被Wind River兼并)QNXp国产嵌入式实时操作系统，如：国产嵌入式实时操作系统，如：HOPENDeltaOS。OS1.2.3嵌入式系统与桌面通用系统的区别嵌入式系统与桌面通用系统的区别(3/7)(3/7)35p嵌入式系统运行需要嵌入式系统运行需要高可靠性高可靠性保障，比桌面系统的故障保障，比桌面系统的故障容忍能力弱很多容忍能力弱很多p嵌入式系统需要忍受嵌入式系统需要忍受长时间长时
18、间、无人值守无人值守条件下的运行条件下的运行p嵌入式系统运行的嵌入式系统运行的环境恶劣环境恶劣1.2.3嵌入式系统与桌面通用系统的区别嵌入式系统与桌面通用系统的区别(4/7)(4/7)36p嵌入式系统大都有嵌入式系统大都有功耗约束功耗约束。如：珍贵文物微气象环境监测如：珍贵文物微气象环境监测要求要求1 1分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，1 1年更新年更新一次。采用常规的方法，能量只能持续工作一次。采用常规的方法，能量只能持续工作5 5天！天！引入间歇工作方式，从而降低功耗，节省能量。引入间歇工作方式，从而降低功耗，节省能量。1.2.3嵌入式系统与
19、桌面通用系统的区别嵌入式系统与桌面通用系统的区别(5/7)(5/7)37p嵌入式系统比桌面通用系统嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少可用资源少得多得多为降低系统成本，降低功耗，嵌入式系统的资源配置遵循够用为降低系统成本，降低功耗，嵌入式系统的资源配置遵循够用就行！就行！p嵌入式系统的开发需要嵌入式系统的开发需要专用工具专用工具和和特殊方法特殊方法：开发：交叉编译、交叉链接开发：交叉编译、交叉链接调试：仿真器、虚拟机调试：仿真器、虚拟机更新：在线升级等更新：在线升级等1.2.3嵌入式系统与桌面通用系统的区别嵌入式系统与桌面通用系统的区别(6/7)(6/7)38p 嵌入式系统开发是一项嵌入式系统开
20、发是一项综合综合的计算机应用技术的计算机应用技术系统结构：状态控制器、中断控制器处理系统结构：状态控制器、中断控制器处理汇编语言：操纵外围设备、端口汇编语言：操纵外围设备、端口操作系统：设置运行任务、通讯、互斥操作系统：设置运行任务、通讯、互斥编译原理：交叉编译、编译原理：交叉编译、bootloaderbootloader加载加载1.2.3嵌入式系统与桌面通用系统的区别嵌入式系统与桌面通用系统的区别(7/7)(7/7)通用计算机与嵌入式系统对比特征通用计算机嵌入式系统形式和类型形式和类型看得见的计算机。按其体系结构、运算速度和结构规模等因素分为大、中、小型机和微机。看不见的计算机。形式多样，应
21、用领域广泛，按应用来分。组成组成通用处理器、标准总线和外设。软件和硬件相对独立。面向应用的嵌入式微处理器，总线和外部接口多集成在处理器内部。软件与硬件是紧密集成在一起的。开发方式开发方式开发平台和运行平台都是通用计算机采用交叉开发方式，开发平台一般是通用计算机，运行 平台是嵌入式系统。二次开发性二次开发性应用程序可重新编制一般不能再编程40提纲提纲 本课程教学要求本课程教学要求 嵌入式系统应用领域嵌入式系统应用领域 嵌入式系统概念嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素嵌入式系统构成要素41p嵌入式系统出现于嵌入式系统出现于2020世纪世纪6060年代，年代，4
22、040多年来随着计算机技多年来随着计算机技术、电子信息技术的发展，嵌入式系统的各项技术蓬勃发术、电子信息技术的发展，嵌入式系统的各项技术蓬勃发展，市场迅猛扩大，已深入生产和生活的各个角落。展，市场迅猛扩大，已深入生产和生活的各个角落。p嵌入式系统发展的三个阶段嵌入式系统发展的三个阶段嵌入式系统的出现和兴起嵌入式系统的出现和兴起 （1960196019701970）嵌入式系统走向繁荣，软件、硬件日臻完善（嵌入式系统走向繁荣，软件、硬件日臻完善（1971197119891989）嵌入式系统应用走向纵深化发展嵌入式系统应用走向纵深化发展 （19901990至今）至今）1.3嵌入式系统的发展历程嵌入式
23、系统的发展历程42p第一代电子管计算机第一代电子管计算机(1946(194619571957年年)，无法满足嵌入式，无法满足嵌入式计算所要求的体积小、重量轻、耗电少、可靠性高、实计算所要求的体积小、重量轻、耗电少、可靠性高、实时性强等一系列要求。时性强等一系列要求。p6060年代，第二代晶体管计算机系统开始应用：年代，第二代晶体管计算机系统开始应用：第一台机载专用数字计算机是美国海军舰载轰炸机第一台机载专用数字计算机是美国海军舰载轰炸机“民团团员民团团员”号研制的多功能数字分析器号研制的多功能数字分析器(Verdan)(Verdan)。19621962年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数
24、字控制。年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制。p1965196519701970年，第三代集成电路化计算机系统应用：年，第三代集成电路化计算机系统应用：第一次使用机载数字计算机控制：第一次使用机载数字计算机控制：19651965年发射的年发射的Gemini3Gemini3号号第一次通过容错来提高可靠性：第一次通过容错来提高可靠性：19681968年阿波罗年阿波罗4 4号、土星号、土星5 5号。号。1.3.1嵌入式系统的出现和兴起嵌入式系统的出现和兴起嵌入式系统开始走向繁荣嵌入式系统大发展是在微处理器问世之后1973年至1977年间各厂家推出了许多8位的微处理器，包括Intel 80
25、80/8085，Motorola 的6800/6802，Zilog的Z80和Rockwell的6502。微处理器不单用来组成微型计算机，而且用来制造仪器仪表、医疗设备、机器人、家用电器等嵌入式系统。仅8085/Z80微处理器的销售就超过7亿片,其中大部分是用于嵌入式工业控制应用。嵌入式系统开始走向繁荣微处理器的广泛应用形成了一个广阔的嵌入式应用市场，计算机厂家除了要继续以整机方式向用户提供工业控制计算机系统外，开始大量地以插件方式向用户提供OEM产品，再由用户根据自己的需要构成专用的工业控制微型计算机，嵌入到自己的系统设备中。为了灵活兼容，形成了标准化、模块化的单板机系列。流行的单板计算机有I
26、ntel公司的iSBC系列、Zilog公司的MCB等。由于兼容的要求，这就导致了工业控制微机系统总线的诞生。嵌入式系统开始走向繁荣1976年Intel推出Multibus，1983年扩展为带宽达40MB/S的Multibus。1978年Prolog设计简单的STD总线广泛用于小型嵌入式系统。1981年Motorola推出的VME_Bus则与Multibus瓜分高端市场。目前在工业控制领域，嵌入式PC、PC104、CPCI（Compact PCI）总线已广泛应用到工业控制领域。嵌入式系统开始走向繁荣单片机、DSP出现随着微电子工艺水平的提高,集成电路设计制造商开始把嵌入式应用所需要的微处理器、I
27、/O接口、A/D、D/A转换、串行接口以及RAM、ROM通通集成到一个VLSI中,制造出面向面向I/OI/O设计的微控制器，就设计的微控制器，就是我们俗称的单片机是我们俗称的单片机。专门用于高速实时信号处理的数字信号处理器DSP。嵌入式系统开始走向繁荣软件技术的进步使嵌入式系统日臻完善在微处理器出现的初期，为了保障嵌入式软件的时间、空间效率，软件只能用汇编语言编写。由于微电子技术的进步，对软件的时空效率的要求不再那么苛刻了，嵌入式计算机的软件开始使用PL/M、C等高级语言。对于复杂的嵌入式系统来说除了需要高级语言开发工具外，还需要嵌入式实时操作系统的支持。嵌入式系统开始走向繁荣80年代初开始出
28、现了一批软件公司，推出商品化的嵌入式实时操作系统和各种开发工具。Ready SystemReady System(后来的Microtec Research、后来又被Mentor Graphic收购)公司:VRTX操作系统及Xray,Spectra工具Integrated System Incorporation Integrated System Incorporation(ISI，后被WindRiver公司合并):pSOS操作系统及pRISM工具WindRiverWindRiver公司:VxWorks操作系统及Tornado工具QNXQNX公司:QNX操作系统及工具商用嵌入式实时操作系统和开
29、发工具的出现和推广应用，使嵌入式系统的开发从作坊式向分工协作规模化嵌入式系统的开发从作坊式向分工协作规模化的方向发展的方向发展，促使嵌入式应用扩展到更广阔的领域。嵌入式系统应用走向纵深进入20世纪90年代,在分布控制、柔性制造、数字化通信和数字化家电等巨大需求的牵引下，嵌入式系统的硬件、软件技术进一步加速发展、应用领域进一步扩大。手机、数码相机、VCD、数字电视、路由器、交换机等都是嵌入式系统。大多数豪华轿车每辆拥有约50个嵌入式微处理器。最新的波音777宽体客机上约有1000个微处理器。在不久的将来你会在你的家里发现几十到上百的嵌入系统在为你服务。嵌入式系统应用走向纵深嵌入式系统的硬件4 4
30、位、位、8 8位、位、1616位微处理器芯片已逐步让位于位微处理器芯片已逐步让位于3232位嵌入位嵌入式微处理器芯片。式微处理器芯片。面向不同应用领域的（面向不同应用领域的（Application-SpecificApplication-Specific）、）、功能强大、集成度高、种类繁多、价格低廉、低功耗功能强大、集成度高、种类繁多、价格低廉、低功耗的的3232位芯片已大量应用于各种各样的军用和民用设备。位芯片已大量应用于各种各样的军用和民用设备。DSPDSP向高速、高精度、低功耗发展。向高速、高精度、低功耗发展。DSPDSP与通用嵌入式微处理器集成（与通用嵌入式微处理器集成（SoCSoC）
31、已成为现实，）已成为现实，并已大量应用于嵌入式系统，如手机、并已大量应用于嵌入式系统，如手机、IPIP电话等。电话等。嵌入式系统应用走向纵深在工业控制领域，嵌入式在工业控制领域，嵌入式PCPC大量应用于嵌入式系统大量应用于嵌入式系统中。中。PC104PC104、CPCICPCI（Compact PCICompact PCI）总线因其成本低、兼）总线因其成本低、兼容性化也已被广泛应用。容性化也已被广泛应用。嵌入式系统的软件随着微处理器性能的提高，嵌入式软件的规模也随随着微处理器性能的提高，嵌入式软件的规模也随着发生指数型增长。着发生指数型增长。嵌入式系统应用走向纵深嵌入式嵌入式软件软件危机危机
32、软件体现价值 DVD播放机功能：视频+音频（incl.MP3）价格：200 600元 iPod MP3iPod MP3播放机播放机 功能：MP3 价格：iPod nanoiPod nano1 GB1 GB14001400元元iPod nanoiPod nano4 GB4 GB22002200元元iPodiPod30GB30GB28002800元元iPodiPod60GB60GB38003800元元 两者的硬件差异？两者的硬件差异？两者的价格差异？两者的价格差异？核心价值在于：核心价值在于：好的软件带给消费者最好的使用体验好的软件带给消费者最好的使用体验嵌入式系统应用走向纵深为此，嵌入式系统已大
33、量采用嵌入式操作系统嵌入式操作系统。嵌入式操作系统功能不断的扩大和丰富，由80年代只有内核、发展为包括内核、网络、文件、图形接口、嵌入式JAVA、嵌入式CORBA及分布式处理等丰富功能的集合。此外，嵌入式开发工具嵌入式开发工具更加丰富，其集成度和易用性不断提高，目前不同厂商已开发出不同类型的嵌入式开发工具，可以覆盖嵌入式软件开发过程各个阶段，提高嵌入式软件开发效率。55提纲提纲 本课程教学要求本课程教学要求 嵌入式系统应用领域嵌入式系统应用领域 嵌入式系统概念嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素嵌入式系统构成要素561.4嵌入式系统结构嵌入式系统结构n嵌入式
34、系统一般由嵌入式系统一般由嵌入式处理器嵌入式处理器、外围硬件设备外围硬件设备、嵌入嵌入式操作系统式操作系统（可选），以及用户的（可选），以及用户的应用软件系统应用软件系统等四个等四个部分组成。部分组成。571.4.1嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式处理器是嵌入式系统的核心。嵌入式处理器一般嵌入式处理器是嵌入式系统的核心。嵌入式处理器一般都具有较高的集成度。都具有较高的集成度。1000多种硬件处理器，分为多种硬件处理器，分为MPU、MCU、DSP、SOCARM RISC （ARM）TMS320 DSP（TI）Trimedia （Philips）StrongARM（Intel）Xscale （Int
35、el）MIPS RISC（MIPS）DragonBall（Motorola）58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。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留中，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的母板功能，这样可以大幅度减小和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统系统体积体积和和功耗功耗。和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、和工业控制计算机相比，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，但是在电路板上重量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括必须包括R
36、OMROM、RAMRAM、总线接口、各种外设等器件，从、总线接口、各种外设等器件，从而而降低了降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。系统的可靠性，技术保密性也较差。CPUROMRAM外设1外设2单板计算机1.4.1嵌入式微处理器（嵌入式微处理器（MPU）59嵌入式微控制器又称嵌入式微控制器又称，它是将整个计算机系统集，它是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROMROM/EPROM、RAMRAM、总线等、总线等各种必要功能和外设。各种必要功能和外设。和嵌
37、入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，和嵌入式微处理器相比，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。体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称因此称。嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，是目前嵌入式嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，是目前嵌入式系统工业的主流，占嵌入式系统约系统工业的主流，占嵌入式系统约7070的市场份额。的市场份额。1.4.1嵌入式微控制器（嵌入式微控制器（MCU）复位部件看门狗部件晶振部件I/O部件中断部件ROM部件SRA
38、M部件定时器部件CPU核60DSPDSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行合于执行DSPDSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、高。在数字滤波、FFTFFT、谱分析等方面、谱分析等方面DSPDSP算法正在大算法正在大量进入嵌入式领域。量进入嵌入式领域。嵌入式嵌入式DSPDSP处理器比较有代表性的产品是处理器比较有代表性的产品是TITI的的TMS320TMS320系系列和列和FreescaleFreescale的的DSP56000 DSP56000 系列。另外系列。另外PHILIP
39、SPHILIPS公司近公司近年也推出了基于可重置嵌入式年也推出了基于可重置嵌入式DSPDSP结构低成本、低功耗结构低成本、低功耗技术上制造的技术上制造的R.E.A.L DSPR.E.A.L DSP处理器，特点是具备双处理器，特点是具备双HarvardHarvard结构和双乘结构和双乘/累加单元，应用目标是大批量消累加单元，应用目标是大批量消费类产品。费类产品。1.4.1嵌入式嵌入式DSP处理器（处理器（DSP）611.4.1嵌入式片上系统（嵌入式片上系统（SOC）随着随着EDAEDA的推广和的推广和VLSIVLSI设计的普及化及半导体工艺的迅速设计的普及化及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实
40、现一个更为复杂的系统的时代已发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是来临，这就是System On Chip(SOC)System On Chip(SOC)。这样除个别无法集。这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块成的器件以外，整个嵌入式系统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，对于或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小减小体积体积和和功耗功耗、提高可靠性提高可靠性非常有利。非常有利。SoCSoC可以分为可以分为通用通用和和专用专用两类。通用系列包括两类。通用系列包括InfineonInfineon的的Tri
41、CoreTriCore、FreescaleFreescale的的M-CoreM-Core、某些、某些ARMARM系列器件、系列器件、EchelonEchelon和和FreescaleFreescale联合研制的联合研制的NeuronNeuron芯片等。专用芯片等。专用SoCSoC一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。621.4.21.4.2外围硬件外围硬件外围硬件是嵌入式系统处理器以外的硬件，它为系统提外围硬件是嵌入式系统处理器以外的硬件，它为系统提供了供了运行条件运行条件和和部分功能部分功能。在运行条件方面，最基础的是在运行条件方面，最基
42、础的是时钟时钟和和电源电源部件，它们不部件，它们不可能集成到处理器内部，但它们对于处理器运转是必需可能集成到处理器内部，但它们对于处理器运转是必需的。的。外围硬件也将提供在系统中需要，但是微处理器内部不外围硬件也将提供在系统中需要，但是微处理器内部不具有的功能，如：具有的功能，如：内存内存、各种、各种通讯端口通讯端口、AD/DAAD/DA等。等。63p片外总线：连接系统各个部件，进行互连和传输信息的片外总线：连接系统各个部件，进行互连和传输信息的信号线。信号线。ESIA总线、总线、SCSI总线、总线、PCI总线总线AMBA总线：总线：ARM研发的总线规范研发的总线规范专用总线专用总线Compa
43、ctPCI总线：工业控制总线：工业控制CAN总线：汽车电子总线总线：汽车电子总线1553B总线：航空工业总线总线：航空工业总线1.4.21.4.2外围硬件设备（外围硬件设备（1/31/3）64p电子盘：采用电子盘：采用flash芯片存储数据，体积小、功耗低、抗芯片存储数据，体积小、功耗低、抗震震DOC：Disk on ChipDOM：IDE电子盘电子盘CF：CompactFlashSM：Smart MediaMS：Memory Stick1.4.21.4.2外围硬件设备（外围硬件设备（2/32/3）65pI/O设备设备A/D、D/A中断控制器中断控制器UARTLCDp通讯设备通讯设备有线通讯：
44、有线通讯：IEEE1394、USB无线通讯：无线通讯：IrDA、Bluetooth、802.11b/g1.4.2外围硬件设备（外围硬件设备（3/3）66嵌入式操作系统的作用一般只是为了应用程序提供嵌入式操作系统的作用一般只是为了应用程序提供必要运行环境（任务调度），附加任务通讯、内存必要运行环境（任务调度），附加任务通讯、内存管理等功能。管理等功能。嵌入式系统和系统的硬件基础关系紧密，一般都需嵌入式系统和系统的硬件基础关系紧密，一般都需要移植和配置才可以使用。嵌入式操作系统让嵌入要移植和配置才可以使用。嵌入式操作系统让嵌入式系统的开发利用通用的功能模块，这可以让开发式系统的开发利用通用的功能模
45、块，这可以让开发更加高效。更加高效。1.4.31.4.3嵌入式操作系统嵌入式操作系统 67p典型的嵌入式实时操作系统（典型的嵌入式实时操作系统（RTOS）近近200种操作系统，种操作系统，VxWorks、QNX、WinCE、PalmOS面向面向SOC的操作系统：的操作系统：Symbian的的Epoc、Express Logic的的ThreadX、ATI的的Nucleus开放源码的操作系统：开放源码的操作系统：Linux系列、系列、uC/OSp典型性能指标典型性能指标内核大小：几内核大小：几K几百几百K；调度时间片：调度时间片：1ms；实时任务响应时间：实时任务响应时间：2040 s一般任务响应
46、时间：一般任务响应时间：20 s 几百几百ms1.4.31.4.3嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统 68ClinuxClinux是一个完全符合是一个完全符合GNU/GPLGNU/GPL公约的操作系统，完公约的操作系统，完全开放代码。全开放代码。ClinuxClinux从从Linux 2.0/2.4Linux 2.0/2.4内核派生而来内核派生而来，沿袭了主流，沿袭了主流LinuxLinux的绝大部分特性。它是专门针对的绝大部分特性。它是专门针对没没有有MMUMMU的的CPUCPU，并且为嵌入式系统做了许多小型化的工作，并且为嵌入式系统做了许多小型化的工作。适用于没有虚拟内存或内存管理单元。
47、适用于没有虚拟内存或内存管理单元(MMU)(MMU)的处理器的处理器，例如，例如ARM7TDMIARM7TDMI。它通常用于具有很少内存或。它通常用于具有很少内存或FlashFlash的的嵌入式系统。它保留了嵌入式系统。它保留了LinuxLinux的大部分优点：的大部分优点：。嵌入式嵌入式LinuxLinux1.4.3常见的嵌入式操作系统（常见的嵌入式操作系统（1/4）69是微软开发的一个开放的、可升级的是微软开发的一个开放的、可升级的3232位位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作，它是精简的作，它是精简的Windows 95Wind
48、ows 95。Windows CEWindows CE的图形用户的图形用户界面相当出色。界面相当出色。Win CEWin CE具有模块化、结构化和基于具有模块化、结构化和基于Win32Win32应用程序接口以及与处理器无关等特点。应用程序接口以及与处理器无关等特点。Win CEWin CE不仅继承了传统的不仅继承了传统的WindowsWindows图形界面，并且在图形界面，并且在Win CEWin CE平平台上可以使用台上可以使用Windows 95/98Windows 95/98上的编程工具（如上的编程工具（如Visual Visual BasicBasic、Visual C+Visual
49、C+等）、等）、1.4.3常见的嵌入式操作系统（常见的嵌入式操作系统（2/4）Win CEWin CE70VxWorksVxWorks操作系统是美国操作系统是美国 公司于公司于19831983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS)(RTOS)，是嵌入式开发环境的关键组成部分。，是嵌入式开发环境的关键组成部分。，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地。它以其良好在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，航空、
50、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等，甚至如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等，甚至在在20192019年年4 4月登陆火星表面的火星探测器上也使用到了月登陆火星表面的火星探测器上也使用到了VxWorksVxWorks。1.4.3常见的嵌入式操作系统（常见的嵌入式操作系统（3/4）VxWorksVxWorks71C/OS-IIC/OS-II是一个是一个。其绝大部分源码是用。其绝大部分源码是用ANSI CANSI C写的，使其可以方便的移植并支持大多数类型写的，使其可以方便的移植并支持大多数类型的处理器。的处理器。C/OS-IIC/OS-II
