嵌入式系统简介 (2).ppt
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1、MC9S12XS单片机原理单片机原理及嵌入式系统开发及嵌入式系统开发裘君Email:QIUJUNNBZJU.EDU.CNTEL:(600)15258282306MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发第第1章章 嵌入式系统简介嵌入式系统简介l 嵌入式系统l 嵌入式系统硬件l 嵌入式系统软件l 嵌入式操作系统l 嵌入式系统开发方法MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发前言MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发在信息化社会中,计算机和网络已经全面渗透到我们生活的每一个角落。本章作为本书的开篇,主要介绍嵌入式系统的基本概念和嵌入式系统的开发学习方法。1.1 嵌入式系统 MC9S12XS单片
2、机原理及嵌入式系统开发1.1.1 系统 系统是一种根据固定的计划、程序或者规则进行工作、组织或者执行一项或多项任务的方式。系统也是一种工作安排方法,其所有单元能够按照一定的计划或者程序装配在一起,共同完成工作任务。1.1 嵌入式系统 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发1.1.2 嵌入式系统 Computers as ComponentsPrinciples of Embedded Computing System Design一书中指出:什么是嵌入式计算系统?如果不严格地定义,它是任何一个包含可编程计算机的设备,但是它本身却不是一个通用计算机。1.1 嵌入式系统 MC9S12XS单片机
3、原理及嵌入式系统开发1.1.2 嵌入式系统 Embedded Microcontrollers一书作者认为:嵌入式系统是一种电子系统,它包含微处理器或者微控制器,但是我们不认为它们是计算机计算机隐藏或者嵌入在系统中。1.1 嵌入式系统 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发1.1.2 嵌入式系统 英国电机工程师协会定义:嵌入式系统是控制、监视或辅助某个设备、机器甚至工厂运行的设备。它具备4个特征:用来执行特定的功能;以微型计算机与外围设备构成核心;具有严格的时序与稳定度;全自动操作循环工作。1.1 嵌入式系统 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发1.1.2 嵌入式系统 还可以用以下文
4、字总结嵌入式系统的概念:嵌入式系统一般指非PC系统,有计算机功能但又不称为计算机的设备,它以应用为中心,软硬件可裁减,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说,嵌入式系统集系统的应用软件和硬件于一体,类似于PC中BIOS的工作方式,具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点,特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成,它是可独立工作的“机器”或“器件”。1.1 嵌入式系统 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发1.1.2 嵌入式系统 图1.1 嵌入式系统的基本架构 1.1
5、嵌入式系统 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发1.1.3 嵌入式系统的分类 小型嵌入式系统 小型嵌入式系统采用一个8位或者16位的微控制器设计;硬件和软件复杂度小,需要进行板级设计。为这些系统开发嵌入式软件时,主要的编程工具是所使用的微控制器或者微处理器专用的编辑器、汇编器和交叉汇编器等,通常利用C语言开发这些系统的软件。1.1 嵌入式系统 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发1.1.3 嵌入式系统的分类中型嵌入式系统 中型嵌入式系统采用一个16位或者32位的微控制器、数字信号处理器(DSP)或者精简指令集(RISC)计算机等设计,硬件和软件复杂度都比较大。对于复杂的软件设计,可
6、以使用如下的编程工具:RTOS、源代码设计工具、模拟器、调试器和集成开发环境(IDE)等,软件工具往往还提供了硬件复杂性的解决和分析方法。1.1 嵌入式系统 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发1.1.3 嵌入式系统的分类复杂嵌入式系统 复杂嵌入式系统的软件和硬件都非常复杂,需要可升级的处理器或者可配置的处理器和可编程逻辑阵列(如FPGA、CPLD等器件)。它们用于边缘应用,在这些应用中,需要硬件和软件协同设计,并且都集成到最终的系统中,然而它们又受到硬件单元所提供的处理速度、存储器等资源的限制。为了解决时间问题,提高系统运行速度,可以在硬件中实现一部分软件功能,例如加密和解密算法、TC
7、P/IP协议栈和网络驱动程序等功能。当然,系统中某些硬件资源的功能模块同样也可以用软件来实现。这些系统的开发工具一般十分昂贵,有时还需要为这些系统开发编译器或者重定目标的编译器等。1.2 嵌入式系统硬件 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般具备4个特点:对实时和多任务有很强的支持能力,能完成多任务并且有较短的中断响应时间,从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度;具有功能很强的存储区保护功能,这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化,而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用,需要设计强大的存储区保护功能,同时也有利于软件诊
8、断;可扩展的处理器结构,以便能够迅速地扩展满足应用的高性能的嵌入式微处理器;嵌入式微处理器的功耗要求必须很低,尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备,对于靠电池供电的嵌入式系统更是如此,功耗往往为mW甚至W级。1.2 嵌入式系统硬件MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发1.2.1 嵌入式微处理器 微处理器是一个集中取址和处理一组通用指令的单元。任何一个CPU必须包括一个控制单元和一个ALU单元。而嵌入式微处理器采用的是“增强型”通用微处理器。由于嵌入式系统通常应用于环境比较恶劣的环境中,因而嵌入式微处理器在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方面的要求较通用的标准微处理器高。根据实际嵌入式
9、应用要求,将嵌入式微处理器装配在专门设计的主板上,只保留和嵌入式应用有关的主板功能,这样可以大幅度地减小系统的体积和功耗。1.2 嵌入式系统硬件MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发1.2.1 嵌入式微处理器 和工业控制计算机相比,嵌入式微处理器组成的系统具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等一系列优点,但在其电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、必要的外设等器件。由嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等器件安装在一块电路主板上而构成的系统,就是通常所说的单板机系统。嵌入式微处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等
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