xA嵌入式系统.ppt
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1、1,嵌入式系统 An Introduction to Embedded System 第1课 嵌入式系统概述 陈文智 浙江大学计算机学院 2009年4月,2,提纲, 嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域 浙大嵌入式系统教学 浙大嵌入式系统科研,3,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,用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能,4,5,计算机应用领域的划分,桌面通用型,高端服务型,小型专用型,6,嵌入式系统与桌面通用系统的区别(1/7),嵌入式系
2、统中运行的任务是专用而确定的 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,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,7,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。,8,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
3、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 国产嵌入式实时操作系统,如: HOPEN DeltaOS 。OS,9,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,10,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
4、。,11,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!,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,12,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,13,提纲, 嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域 浙大嵌入
5、式系统教学 浙大嵌入式系统科研,14,嵌入式系统的发展历程,嵌入式系统出现于20世纪60年代,40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展,市场迅猛扩大,已深入生产和生活的各个角落。 嵌入式系统发展的三个阶段 嵌入式系统的出现和兴起 (19601970) 嵌入式系统走向繁荣,软件、硬件日臻完善(19711989) 嵌入式系统应用走向纵深化发展 (1990至今),15,嵌入式系统的出现和兴起,第一代电子管计算机(19461957年),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、实时性强等一系列要求。 60年代,第二代晶体管计算机系统开始应用: 第一台
6、机载专用数字计算机是美国海军舰载轰炸机“民团团员”号研制的多功能数字分析器(Verdan)。 1962年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制。 19651970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:1965年发射的Gemini3号 第一次通过容错来提高可靠性:1968年阿波罗4号、土星5号。,16,嵌入式系统走向繁荣,软、硬件日臻完善,嵌入式系统的大发展是在微处理问世之后: 1971年11月,Intel公司推出了第一片微处理器Intel4004。 人们再也不必为设计一台专用机而研制专用的电路、专用的运算器了,只需以微处理器为基础进行设计。 1976年,第
7、一个单片机Intel 8048出现。 1982年,第一个DSP出现,比同期的CPU快1050倍。 80年代后期,第三代DSP芯片出现。 软件技术的进步使嵌入式系统日臻完善: 早期嵌入式系统:采用汇编语言,基本不采用操作系统 硬件的提升 软件技术发展,17,嵌入式系统应用走向纵深化发展,应用充分普及:工业控制、数字化通讯、数字化家电 汽车:50个以上嵌入式微处理器 飞机:70个以上嵌入式系统 嵌入式微处理器32位、64位 嵌入式实时操作系统使用比率越来越高 早期:10;90年代初:30;目前:8090 嵌入式系统开发工具越来越丰富 嵌入式系统产业链形成,18,嵌入式系统产业链,19,嵌入式系统市
8、场规模及平均增长率(20032006),20,嵌入式软件系统生命周期发展,21,提纲, 嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域 浙大嵌入式系统教学 浙大嵌入式系统科研,22,嵌入式系统结构,嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统(可选),以及用户的应用软件系统等四个部分组成,23,一个典型的嵌入式系统应用,24,嵌入式微处理器,1000多种硬件处理器,分为MCU、DSP、MPU、SOC ARM RISC (ARM) TMS320 DSP(TI) Trimedia (Philips) StrongARM (Intel) Xscale (I
9、ntel) MIPS RISC (MIPS) DragonBall(Motorola),25,外围硬件设备 (1/2),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。 ESIA总线、SCSI总线、PCI总线 AMBA总线:ARM研发的总线规范 专用总线 CompactPCI总线:工业控制 CAN总线:汽车电子总线 1553B总线:航空工业总线 电子盘:采用flash芯片存储数据,体积小、功耗低、抗震 DOC:Disk on Chip DOM:IDE电子盘 CF:CompactFlash SM:Smart Media MS:Memory Stick,26,外围硬件设备 (2/2),I/
10、O设备 A/D、D/A 中断控制器 UART LCD 通讯设备 有线通讯:IEEE1394、USB 无线通讯:IrDA、Bluetooth、802.11b/g,27,嵌入式实时操作系统,典型的嵌入式实时操作系统(RTOS) 近200种操作系统,VxWorks、QNX、WinCE、PalmOS 面向SOC的操作系统:Symbian的Epoc、Express Logic的ThreadX、ATI的Nucleus 开放源码的操作系统:Linux系列、uC/OS 典型性能指标 内核大小:几K几百K; 调度时间片:1ms; 实时任务响应时间:2040微妙 一般任务响应时间:20微妙几百毫秒,28,提纲,
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