2010-1-嵌入式系统概述.ppt
第一章 嵌入式系统概述 华东理工大学计算机系 罗飞 2011.2.23,任课老师联系方式,罗飞 Addr：华东理工大学八教405 Tel： 13501946251 Email：luofecust.edu.cn,课程学习方法从做中学,教师提供技术支持 提供基本的课程介绍以及工具和技术介绍 帮助学生建立开发环境和工具（代码管理，错误管理） 协调项目过程（编码、测试和交流） 学生 通过自学和做实验来学习知识 同学之间多交流,课程考查形式,考试形式 闭卷 卷面分（70）+平时分（30） 平时分 回答问题 正确-加分（主动+3分，被动+2分） 错误不扣分 点名 一次不到扣2分,5,课程教材,嵌入式系统开发原理与实践，陈文智，清华大学出版社，2005.8，ISBN : 730211600,6,参考书目-1,嵌入式系统 嵌入式系统技术，张晓林，高等教育出版社，2008.10，ISBN：7040247206 ARM嵌入式系统基础教程(第2版)，周立功，北京航空航天大学出版社 (2008-09出版) 嵌入式系统设计的艺术(英文版.第2版)，Jack ganssle，人民邮电出版社 (2009-03出版) ARM嵌入式系统结构与编程，邱铁，清华大学出版社 (2009-03出版),7,参考书目-2,操作系统 嵌入式Linux应用开发完全手册，韦东山，人民邮电出版社 (2008-08出版) ARM嵌入式Linux系统开发技术详解，杨水清等，电子工业出版社 (2008-11出版) Windows CE嵌入式系统 何宗键，北京航空航天大学出版社 (2006-09出版) 嵌入式系统设计与实例开发-基于ARM微处理器与uC/OS-II实时操作,王田苗，清华大学 (2007-07出版) 嵌入式软件 嵌入式软件调试技术，陈云川，电子工业出版社 (2009-01出版) 嵌入式图形系统设计，怯肇乾，北京航空航天大学出版社 (2009-03出版),实验平台EELIOD 270,课前思考题,生活中所接触到哪些嵌入式产品？ 是否知道嵌入式产品的开发流程？如手机的开发流程？ 你所接触到的嵌入式产品有无CPU？若有CPU，你知道是什么型号么？ 常用的嵌入式产品有哪些接口？如你的手机有哪些接口？,课程大纲,课程概述 嵌入式系统定义 嵌入式系统结构 嵌入式系统与通用PC的区别 嵌入式系统的发展历程 应用领域和发展方向,什么是嵌入式系统？,Embedded system 个人电脑嵌入式系统,历史,嵌入系统的历史几乎和电脑自身的历史一样长 计算机控制系统 单片机掀起电子化浪潮 微处理器高速发展推动了嵌入式系统,嵌入式系统的演变,8031/8051单片机系统，自行编写程序； 68360/386EX控制系统，自己编写简单的操作系统； 32位嵌入式处理器pSoS嵌入式操作系统tcp/ip协议栈； 各种SoC+嵌入式Linux/VxWorks+嵌入式Web 设备server以及各种复杂网络协议栈GUI图形界面无线模块现代可移动的网络智能设备,后PC技术的时代,后PC 小到mp3，PDA等微型数字化产品，大到网络家电，智能家电，车载电子设备 嵌入式系统是这个后PC时代的擎天之柱 1999年世界电子产品产值已超过12000亿美元，2000年达到13000亿美元，到2005年，销售额达18000亿美元，今后,3C: Computer, Communication, Consumer,嵌入式简单定义,嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。 可以认为凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统,狭义定义,使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己的操作系统并且具有某些特定功能的系统 微处理器专指32位以上的微处理器,嵌入式系统定义,嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，采用可剪裁软硬件，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统 含义 通俗的说，嵌入系统就是将计算机的硬件或软件嵌入其它机、电设备或应用系统中去，所构成了一种新的系统，即嵌入式系统。,课程大纲,课程概述 嵌入式系统定义 嵌入式系统结构 嵌入式系统与通用PC的区别 嵌入式系统的发展历程 应用领域和发展方向,嵌入式系统结构,嵌入式系统典型应用-1,软件结构,应用程序,操作系统,硬件结构,微处理器,外围电路,电源模块,时钟,复位,Flash,RAM,ROM,外设,SD card,LCD,USB,Other,21,嵌入式系统典型应用-2,课程大纲,课程概述 嵌入式系统定义 嵌入式系统结构 嵌入式系统与通用PC的区别 嵌入式系统的发展历程 应用领域和发展方向,嵌入式系统VS通用计算机系统,面向特定应用,嵌入式系统特征,各种技术相结合,量体裁衣, 去除冗余,升级换代的同步,固化软件系统,不具备自主开发能力,24,嵌入式系统与桌面通用系统的区别(1/7),嵌入式系统中运行的任务是专用且比较确定的 心脏监视器只需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务 如要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护升级,桌面通用系统需要支持大量的、需求多样的应用程序： 对系统中运行的程序不作假设 程序升级、更新等方便,25,嵌入式系统与桌面通用系统的区别(2/7),嵌入式系统往往对实时性提出较高的要求。 实时系统：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务。（POSIX 1003.b ） 嵌入式实时系统可分为： 强实时型：响应时间sms级； 一般实时：响应时间mss级； 弱实时型：响应时间s级以上。 桌面通用系统： 以性能、价格的最优为追求原则 面向多任务性能均衡,26,嵌入式系统与桌面通用系统的区别(3/7),嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统,嵌入式实时操作系统数量众多，如： VxWorks、Windows CE、pSOS、QNX、uc/OS 嵌入式Linux、RTLinux 国产嵌入式实时操作系统，如： HOPEN DeltaOS SmartOS(http:/embedded.zju.edu.cn/smartos),桌面操作系统 Linux、Windows系列,27,嵌入式系统与桌面通用系统的区别(4/7),嵌入式系统运行需要高可靠性保障，比桌面系统的故障容忍能力弱很多,嵌入式系统需要忍受长时间、无人值守条件下的运行 嵌入式系统运行的环境恶劣,28,嵌入式系统与桌面通用系统的区别(5/7),嵌入式系统大都有功耗约束 如：珍贵文物微气象环境监测 要求1分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，1年更新一次。采用常规的方法，能量只能持续工作5天！ 引入间歇工作方式，从而降低功耗，节省能量 WSN（无线传感网）节点一般能工作1-2年,29,嵌入式系统与桌面通用系统的区别(6/7),嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多 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就行！ 因此早年的嵌入式系统的主题是“裁剪” 随着集成化模块化趋势，目前某些领域的嵌入式系统，如刀片式路由器，其可用资源接近甚至超过桌面通用系统,嵌入式系统的开发需要专用工具和特殊方法： 开发：交叉编译、交叉链接 调试：仿真器、虚拟机 更新：在线升级等,30,嵌入式系统与桌面通用系统的区别(7/7),嵌入式系统开发是一项综合的计算机应用技术 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 操作系统：设置运行任务、通讯、互斥 编译原理：交叉编译、bootloader加载,课程大纲,课程概述 嵌入式系统定义 嵌入式系统结构 嵌入式系统与通用PC的区别 嵌入式系统的发展历程 应用领域和发展方向,嵌入式系统的存在形态,嵌入式系统按形态可分为,设备级（工控机）,板级（单板、模块）,芯片级（MCU, SoC）,嵌入式系统的发展历程,无操作系统阶段,简单操作系统阶段,实时操作系统阶段,面向Internet阶段,20世纪70年代,20世纪80年代,20世纪90年代,进入21世纪后,无操作系统阶段,最初的嵌入式系统没有操作系统支持，通过汇编语言对系统进行直接控制，运行结束之后清除内存。 初步具备了嵌入式的应用特点。,简单操作系统阶段,IC制造商开始把嵌入式应用中所需要的各种部件集成到一片电路中，制造出面向I/O设计的微控制器。 简单操作系统：uC/OSII,实时操作系统阶段,实时操作系统阶段 （20世纪90年代） 实时性：在时限范围内的正确响应 对时限要求实现的不同 硬实时系统 软实时系统,面向Internet阶段,嵌入式设备与Internet的结合,课程大纲,课程概述 嵌入式系统定义 嵌入式系统结构 嵌入式系统与通用PC的区别 嵌入式系统的发展历程 应用领域和发展方向,面临的机遇和挑战,通用计算机上使用的技术和观念 两类技术路线 ARM为基础的嵌入式硬件技术，定制软件 X86为基础的计算机硬件技术，通用软件 两者之间共享性极差，成果难以共享 计算机技术逐步以通用化战胜专用化 通用处理器模块化降低了成本 开发简单 嵌入式技术逐步桌面化 数据库，移动代理，实时CORBA等 新的微处理器层出不穷 各类嵌入式操作系统迅速发展 网络化、信息化要求,应用领域和发展方向,应用 领域,交通运输领域,工业控制领域,商业金融领域,环境监测领域,医疗领域,建筑领域,通信领域,家电领域,数字化产品设计和增值的关键因素,生活中所接触到哪些嵌入式产品？,嵌入式产品无处不在,Communicating,嵌入式系统：PDA,个人信息助理 掌上电脑,PDA 手机 + GPS 导航 Dopod U1000，且支持SkyPE,Map-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,嵌入式系统：手机,普通手机 智能手机 与PDA结合 网络手机 gphone,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,嵌入式系统：PMP,iLuv可即时将视频录制到iPod/ 闪存卡上，与以前技术相反,Sony家用影音综合设备,XtremeMac开发的iPod音箱,IPEVO支持Skype电话,Nike的 iPod 帽,Ipod nano,Archos带 Wifi的704,Portable Media Player,嵌入式系统：办公用品,录音笔 FLY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 Genius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 Polymer Vision手机书 使用可卷电子纸的电子书阅读器,嵌入式系统：手表,Martin Frey手表 日程表 和手机联动 获取网络连接和GPS定位信息 手表手机：M300 1英寸的显示屏 USB接口 可播放音乐 支持蓝牙 Nike的Speed+手表 结合 iPod 和运动计测 韩国防性罪犯的电子手镯 可追踪罪犯的定位和坐标 爱国者视频MP4手表,嵌入式系统：运动玩具游戏,GTX公司定位的运动跑鞋 内置的GPS接收器和可充电电池 遥控蜻蜓 次世代三大主流 三款主机Xbox 360，WII，PS3,GameCube,XboX360,PS3,Wii, 手柄, 手套, 枪,嵌入式系统：摄像器材,数码相机 DV,智能家电,智能冰箱（有时称为网络冰箱） 在冰箱内部装有摄像头、RFID接收器或者条码扫描器 可以通过这些设备采集冰箱内部存货的信息，并通过网络进行传输信息 对冰箱的温度控制 韩国一家公司的“网络冰箱”，门上有一个15英寸液晶显示器，用户可以通过冰箱上网、打可视电话和观看影片 网络微波炉、网络电饭煲、网络空调等家电 功能现对简单，可以通过网络下载食谱，可以通过网络进行控制,嵌入式系统：智能家居,智能家具 智能家电,Roto-Rooter公司马桶 组合笔记本/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.Master,浙江大学显示营养智能果汁机,主要特点 通过显示屏显示榨出的果汁的主要营养成分 根据水果的软硬程度自动调整转速，最大程度保存营养成分 联网实时更新程序，享受科技的进步，不会贬值的果汁机 根据不断变化的个人特点给与实时的营养建议,智能营养果汁机,嵌入式系统：多媒体终端,IP电话 视频会议 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,嵌入式系统：家庭音响,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,iPhone,嵌入式系统：电视,高清电视 数字电视 立体显示技术,LG内置数字录像机的 LCD TV,AppleTV: 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,家庭相册 远程宠物喂养器 远程观看到宠物的行动 跟它对话 远程喂养宠物,嵌入式系统：通讯设备,有计算机能力的各种通讯设备 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,嵌入式系统：仪器仪表,DCG (动态心电图仪) 便携式多参数监护仪 中医指套传感器脉象虚拟仪器 推拿手法测试仪 电动机故障状态监测保护系统,监控仪,手持仪,嵌入式系统：交通相关,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 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 / MP3,嵌入式系统：军工,武器控制系统 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,嵌入式系统：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 八十核 心处理器 2007年2月,服用的 RFID 芯片,Intel Tolapai计划要把南北桥做在芯片中,AMD Swift已经集成了北桥、CPU、显卡,嵌入式系统案例分析：嵌入式视频服务器,无需使用完整的计算机 需要的功能分析 音视频采集，压缩 网络功能 存储 硬件系统 处理器 存储器 外存 采集设备 网卡 软件系统 视频采集、压缩、传输 网络交互,嵌入式系统应用案例分析：智能家电集成,数 字 化 家 庭,嵌入式系统应用案例分析：网络产品集成,信息化社会,Thanks!,
