第一章.嵌入式教案.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,嵌入式系统设计,Embedded System Design,中国地质大学机电学院 李勇波,课程安排,24,学时上课,16,学时实验,考核方式,:,平时,(,占,30,）,+,大作业,(,占,30,）,+,笔试,(40,）,考核方式,嵌入式教学先修课程,C,语言,数字电路,单片机原理,微机原理,第,1,章 嵌入式系统概述,嵌入式技术近年来新兴的控制领域的前沿技术,过去,20,年：单片机构成嵌入式系统，,微处理器以,8,位机为主。,近几年来：,16,位,32,位操作系统,是主流，,是一般意义上的嵌入式系统,实现复杂多任务功能时有明显优势,运行速度、处理能力大大超出单片机系统,真正,实时性，人机界面友好,接近,PC,机的水平,价格更低，体积更小，真正,“,嵌入,”,到设备中,1.1,嵌入式系统基本概念,嵌入式系统的组成,2026/3/1 周日,应用程序,实时操作系统（RTOS）,输入输出接口,处理器,/ARM核,MMU/Cache,SOC/SOPC,USB,GPIO,IIS,LCD,UART和IrDA,ADC/DAC,FPGA/CPLD,DSP/浮点运算协处理器,DMA,电源管理,人机交互接口LCD/触摸屏、键盘、鼠标,设备驱动程序、HAL、BSP,文件系统/图形用户应用程序接口,驱动层,OS层,应用层,软 件,以太网,看门狗及复位电路,Timer/RTC,CAN,Flash,EEPROM,SDRAM,SRAM,内存,硬 件,1.,2,嵌入式系统应用,2026/3/1 周日,汽车电子产品（,18,个嵌入式控制模块）,CAN,总线网络,VOLVO S80,汽车的,CAN,总线网络,2026/3/1 周日,智能玩具与机器人,2026/3/1 周日,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,2026/3/1 周日,基于,RTLinux,的仿人机器人,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 x 6.2A(150W),制造：富士通,2026/3/1 周日,基于,VXworks,的火星探路者,2026/3/1 周日,现代化家庭,2026/3/1 周日,嵌入式视频服务器,2026/3/1 周日,嵌入式,Internet,应用,企业需要大量的嵌入式系统研发人才,嵌入式技术正在改变生活,嵌入式技术无处不在,1.,3,嵌入式系统特点,初识嵌入式系统,-,FS2410,开发板,嵌入式系统与,PC,（,1,）,嵌入式系统与,PC,（,2,）,2026/3/1 周日,嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器，据不完全统计，全世界大约有1000多种嵌入式处理器，流行的体系结构有30多个系列。如MCS-51、PIC、AVR、ARM、DSP等，其中MCS-51占了多半，生产厂家20多个，350多种衍生产品，仅Philips就有近百种。处理速度从0.1MIPS到2000MIPS，寻址空间从64KB到4GB。,嵌入式处理器介绍,2026/3/1 周日,微控制器（MCU）,（MicroController Unit）,微处理器（MPU）,(Embedded MicroProcessor Unit),数字信号处理器（DSP）,(Digital Signal Processor),混合处理器和片上系统（SOC）,(System On Chip),可编程片上系统（SOPC）,(System On Programmable Chip),2026/3/1 周日,1、微控制器（MCU）,：,嵌入式微控制器的典型代表是单片机这种,位的处理器,目前在嵌入式设备中仍然有着,极其广泛的应用。,单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线,逻辑、定时/计数器、I/O、串行口、EEPROM 等,各种必要功能和外设。,2026/3/1 周日,MCU处理能力非常有限,MCU微控制器，总线宽度一般为4位、8位或16位，处理速度有限，一般在几个MIPS，进行一些复杂的应用很困难，运行操作系统就更难。,2026/3/1 周日,嵌入式微处理器,（Micro Processor Unit),是由通用计算机中的CPU演变而来的，8038680387,与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。,2、微处理器（MPU）,2026/3/1 周日,特点：,功能和微处理器基本一样，,是具有32位以上的处理器,具有较高的性能。,具有体积小、功耗小、成本低、抗干扰能力强、可靠性高的特点，有的可提供工业级应用。,流行的嵌入式微处理器:,ARM/Strong(ARM公司),PowerPC、68000(MOTOROLA公司),MIPS(MIPS公司),2026/3/1 周日,3、数字信号处理器（DSP）,DSP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、频谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。,2026/3/1 周日,DSP是运算密集处理器，一般用在快速执行算法，做控制比较困难。为了追求高执行效率，不适合运行操作系统，核心代码使用汇编。,应用领域：,数字滤波,频谱分析FFT,流行的嵌入式DSP：,TMS320C2000系列（TI）,MCS-296（Intel）,2026/3/1 周日,SOC芯片已经成为提高移动通信、网络、信息家电、高速计算、多媒体应用及军用电子系统性能的核心器件。,SOC（片上系统）,VERILOG,VHDL,等硬件描述语言,甩开庞大复杂的电路板,直接在器件库中调用，仿真,-,4,、混合处理器和片上系统（SOC）,ASIC,2026/3/1 周日,特点：,结构简洁,体积小、功耗低,可靠性高,设计生产效率高,流行的SOC：,Smart XA（Philips）,2026/3/1 周日,5、可编程片上系统（SOPC）,用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统：,首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；,其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。,嵌入式处理器使用调查,Android,、,Meego,1.,4,嵌入式操作系统,嵌入式操作系统的选择,免费,实时性好,过于简单,价格昂贵,实时性好,价格较贵,实时性一般,免费,实时性较差,性能稳定,硬件需求小,可剪裁,MV-Linux,KURT,Red-Linux,RT-Linux,WinCE,Vxworks,C/OS-,Linux,进行实时性改进,单内核改进方案,双内核改进方案,RTAI-Linux,价格较贵,实时性好,不方便移植,不免费,实时性好,方便移植,免费,实时性好,方便移植,嵌入式操作系统使用调查,2026/3/1 周日,实时系统的定义：,能够对外部事件做出及时响应的系统。响应时间要有保证。,对外部事件的响应包括：,事件发生时要识别出来,在给定时间约束内必须输出结果,实时操作系统必须有以下特征：,多任务,有线程优先级,多种中断级别,顺序执行系统、分时操作系统、,实时操作系统,2026/3/1 周日,实时操作系统又分为：,硬实时系统：,对系统响应时间有严格的要求，如果系统响应时间不能满足，就会引起系统崩溃或致命的错误。,软实时系统：,对系统响应时间有要求，但是如果系统响应时间不能满足，它并不会导致系统出现致命的错误或崩溃，只是降低系统的吞吐量。,嵌入式,linux,系统开发流程,具体？,步骤：,1,、选择一种嵌入式微处理器学习,如：,ARM9,系列微处理器,三星的,S3C2410,处理器只是其中的一种；,使用较多；其结构和资源都比较典型；,2,、操作系统：,linux,安装及网络配置,内核目录结构和特点,基本命令等,3,、注重实验练习,2026/3/1 周日,嵌入式系统软件的开发模式,需要使用交叉编译器，进行交叉开发。,交叉编译器,(Cross-compiler)：是一种运行在通用计算机上的、但是能够生成在另一种处理器上运行的目标代码的编译器。,交叉开发,：在一台通用计,算机上进行软件的编辑、,编译，然后下载到嵌入式,系统中运行调试。,宿主机,目标机,2026/3/1 周日,嵌入式系统设计的一般过程如下：,1、系统需求分析,确定设计任务和设计目标，并提炼出设计规格说明书，作为正式设计指导和验收的标准。,1.5,嵌入式系统设计过程,2、体系结构设计,描述系统如何实现所述的功能和非功能需求,包括：,对硬件，软件和执行装置的功能划分,系统的软件，硬件选型,一个好的体系结构是设计成功与否的关键。,2026/3/1 周日,3、硬件/软件设计,基于体系结构，对系统的软件和硬件进行详细设计。为了缩短产品开发周期，设计往往是并行的。,一般嵌入式系统设计的工作大部分都集中在软件设计上：,采用面向对象技术,软件组件技术,模块化设计是现代软件工程经常采用的方法。,2026/3/1 周日,4、系统集成,把系统的软件，硬件和执行装置集成在一起，进行调试，发现并改进单元设计过程中的错误。,5、系统测试,对设计好的系统进行测试，看其是否满足规格说明书中给定的功能要求。,2026/3/1 周日,1.,6,嵌入式系统的发展趋势,嵌入式系统设计趋势是：,1）对处理器的要求越来越高。,2）软件变得复杂和重要，主要体现在以下几个方面：,（1）操作系统：,要有较好的图形界面和文件系统以及通信协议。,（2）复杂算法：,人工智能、安全和多媒体等应用方面的算法，高级编程语言得到应用空间。,（3）设计复杂度急剧增加：,硬件是目前的2-3倍，软件是目前的10倍。,