嵌入式系统及应用绪论1.ppt

嵌入式系统及开发应用 ARM与C/OS-,1.1 嵌入式系统的基本概念,从使用角度，计算机可分为两类： 一类是独立使用的计算机系统，如个人计算机、工作站等；,手持的MP3,PC机, 通用计算机,1、什么是嵌入式系统？,另一类是嵌入式计算机系统，它是作为其他系统的组成部分使用的,第一章 绪论,（1）根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义： devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants (嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”) 可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。 （2）一般定义(国内定义) “以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。”,2、几种定义,3、嵌入式系统的组成 一般有以下四个部分组成 嵌入式微处理器 外围硬件设备,嵌入式操作系统 应用程序,嵌入式系统是嵌入到对象体系内部的专用计算机系统,4、嵌入式系统的分类,按表现形式分：（硬件范畴） 芯片级嵌入（含程序或算法的处理器） 模块级嵌入（系统中的某个核心模块） 系统级嵌入SOC（System on a chip） 按实时性要求分：（软件范畴） 非实时系统（PDA，Personal Digital Assistant 個人數字助理） 软实时系统（消费类产品） 硬实时系统（导引头等工业和军工系统）,5、嵌入式系统的几个重要特征,（1）系统内核小 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。 比如ENEA公司的OSE分布式系统，内核只有5K，而Windows的内核则要大得多。 （）专用性强 嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植。,嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。 （）高实时性OS 是嵌入式软件的基本要求，软件固态存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性、实时性。 （5）嵌入式软件开发走向标准化 嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行。,（）系统精简,6、嵌入式系统的发展,嵌入式系统已经有了近30年的发展历史，它是硬件和软件交替发展的双螺旋式发展。 嵌入式处理器 1971年，单片机是Intel公司的4044， 同时期，Motorola：68HC05，Zilog公司：Z80系列，均含有256字节的RAM、4K的ROM、4个8位并口、1个全双工串行口、两个16位定 时 器。 80年代初，Intel8048，8051。 90年代，ARM7TDMI 处理器，32位 2007年，ARM Cortex M3处理器，32位,几种最常见的RTOS,软实时RTOS 嵌入式Linux Win CE 硬实时RTOS VxWorks OSE Nuclear 著名的open RTOS ucOS/II RTEMS 自主知识产权的RTOS HOPEN Delta OS,ARM公司简介（英国）,成立于1990年11月 前身为 Acorn计算机公司 主要设计ARM系列RISC处理器内核 授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴 ARM 公司不生产芯片 另外也提供基于ARM架构的开发设计技术 软件工具, 评估板, 调试工具,应用软件,总线架构, 外围设备单元，等等,ARM公司的英文全称为Advanced RISC Machines，直译可以叫先进RISC机器公司，,ARM 全球分布,这是ARM公司在全球的网点分布图，从图中可以看到目前ARM公司在全球3个洲设立了分支机构，总人数是超过750人。 如英国、德国法国、韩国、美国等等。ARM在上海的全资子公司是于2002年成立的,ARM合作伙伴,正中间是和ARM公司合作最紧密的公司，它们都是一些大的半导体公司，也是ARM公司最直接的客户，比如IBM、OKI、MOTOROLA、SHARP、PHILIPS等等 旁边这四个角分别是技术共享计划合作伙伴、开发工具合作伙伴、软件应用合作伙伴、操作系统合作伙伴。这是比较早期的一个图片，很多公司都没有出现在这上面，实际上ARM公司的合作伙伴类型和数量都远远不止这些。,ARM的应用,ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10。 其中ARM7是低功耗的32位核，最适合应用于对价位和功耗敏感的产品，它又分为应用于实时环境的ARM7TDMI、ARM7TDMI-S，以及适用于开放平台的ARM720T和适用于DSP运算及支持Java的ARM7EJ等。 ARM7主要在PDA、手持仪器仪表，ARM9、ARM10主要在NC、TFT。,2007年ARM公司推出了基于v7 版本的ARM Cortex M3核， 性能优于ARM7TDMI，价格低于1美元。,ARM7 国际象棋演示,指纹锁实物演示,ARM嵌入式系统应用领域,1、课时安排,本课程的安排与要求,2、需要的预备知识,（1）单片机原理或微机原理（2）C语言程序设计（3）操作系统,3、教材和参考书,1、自编讲议， ARM Cortex M3微处理器原理及应用。 2、任哲编著. 嵌入式实时操作系统uC/OS-II原理及应用. 北航大学出版社。 3、Joseph Yiu 著,宋岩 译,Cortex-M3 权威指南, 北京航空航天大学出版社。 4、王永虹等 STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践，北京航空航天大学出版 5、周立功等编著，ARM微控制器基础与实战，北京航空航天大学出版社。 6、Jean J.Labrosse （美）, 邵贝贝译. C/OS-源码公开的实时嵌入 式操作系统. 中国电力出版社。 简介：是目前学习嵌入式操作系统最好的入门教材，书中对一个完整的嵌入式实时内核C/OS-进行了剖析，详细讲述了实时内核的设计和创建方法，以及多任务实时系统的原理和编程思想。,典型嵌入式系统基本组成硬件,处理器,存储器,输入,输出,操作系统,应用程序,软件结构,硬件结构,典型嵌入式系统基本组成软件,嵌入式处理器的发展Intel 4004 Microprocessor,Introduced in 1970 First microprocessor 4 bit architecture ! 2,250 transistors 12 mm2 Clock: 108 kHz,Intel 8085 Microprocessor,Introduced in 1974 8-bit architecture Still used in some microcontroller applications !,Intel 8086 Microprocessor,Introduced in 1979 29,000 transistors 33 mm2 Clock: 5 MHz 16 bit architecture,Intel 386 Microprocessor,Introduced in 1985 275,000 transistors 43 mm2 Clock: 16 MHz 32 bit architecture,Intel 486 Microprocessor,Introduced in 1989 1,200,000 transistors 81 mm2 Clock: 25 MHz 32 bit architecture 1st pipelined implementation of IA32,Intel Pentium Microprocessor,Introduced in 1993 3,100,000 transistors 296 mm2 Clock: 60 MHz 32 bit architecture 1st superscalar implementation of IA32,嵌入式处理器,嵌入式处理器可以分为三类： 嵌入式微控制器:又称单片机，将CPU、存储器（少量的RAM、ROM或两者都有）和其它外设封装在同一片集成电路里。常见的有8051。 嵌入式DSP （Digital Signal Processor）:专门用来对离散时间信号进行极快的处理计算，提高编译效率和执行速度。在数字滤波、FFT、谱分析、图像处理的分析等领域，DSP正在大量进入嵌入式市场。 嵌入式微处理器:和通用计算机的微处理器对应的CPU。在应用中，一般是将微处理器装配在专门设计的电路板上，在母板上只保留和嵌入式相关的功能即可，这样可以满足嵌入式系统体积小和功耗低的要求。目前的嵌入式处理器主要包括：X86、PowerPC、Motorola 68000、ARM系列等等。,两种类型的实时系统,软实时系统: 不要求限定某一任务必须在一定的时间内完成，只要求各任务运行得越快越好； 硬实时系统: 对系统响应时间有严格要求，一旦系统响应时间不能满足，就可能会引起系统崩溃或致命的错误，一般在工业控制中应用较多。 ,嵌入式系统与PC之间的区别,嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用计算平台 嵌入式系统的资源比PC少得多 嵌入式系统软件故障带来的后果比PC机大得多 嵌入式系统一般采用实时操作系统 嵌入式系统大都有成本、功耗的要求 嵌入式系统得到多种微处理体系的支持 嵌入式系统需要专用的开发工具,