嵌入式系统(第1章 嵌入式系统概述)(软件)2008.ppt
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1、计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 主讲人:主讲人:赵宏伟赵宏伟 学时:学时:3232 吉林大学计算机科学与技术学院吉林大学计算机科学与技术学院 嵌入式系统原理嵌入式系统原理嵌入式系统原理嵌入式系统原理计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SC
2、IENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 参考资料参考资料贾智平贾智平,张瑞华张瑞华,嵌入式系统原理与接口技嵌入式系统原理与接口技术术,清华大学出版社清华大学出版社,2005 2005 杜春雷杜春雷,ARMARM体系结构与编程体系结构与编程,清华大学出版清华大学出版社社,2003,2003 周立功周立功,ARMARM嵌入式系统基础教程嵌入式系统基础教程,北京航空北京航空航天大学出航天大学出版社版社,2005,2005 ARM Limited,ARM Lim
3、ited,ARM Architecture ARM Architecture Reference Manual Reference Manual,http:/ SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 网络资源网络资源http:/ 嵌入式开发网,嵌入式开发网,http:/ SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTE
4、R SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 第第1章章 嵌入式系统概述嵌入式系统概述嵌入式系统的发展、嵌入式系统的发展、定义、定义、特点、组成、分类特点、组成、分类 嵌入式系统硬件核心、软嵌入式系统硬件核心、软件核心件核心嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统评估嵌入式系统处理器的评估嵌入式系统处理器的主要指标主要指标嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用嵌入式系统相关技术嵌入式系统相关技术嵌入式系统发展趋势嵌入式系统发展趋势计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHN
5、OLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 嵌入式系统概述嵌入式系统概述“嵌入式系统嵌入式系统”(Embedded System Embedded System)一般指)一般指非非PCPC系统,有计算机功能但又不称之为计算机的系统,有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。设备或器材。在后在后PCPC时代,嵌入式系统已经广泛地渗透到科学时代,嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术等方方面面。研究、工程设计、军
6、事技术等方方面面。7070年代出现了嵌入式系统的概念,此时的嵌入式年代出现了嵌入式系统的概念,此时的嵌入式系统一般不采用操作系统,它们只是实现某个控系统一般不采用操作系统,它们只是实现某个控制功能,使用循环程序处理外界的请求。当应用制功能,使用循环程序处理外界的请求。当应用系统变得越来越复杂的时候,每增加一项新功能,系统变得越来越复杂的时候,每增加一项新功能,都可能需要从头开始设计。所以没有操作系统就都可能需要从头开始设计。所以没有操作系统就成为了一个比较大的缺点。成为了一个比较大的缺点。9090年代后,以计算机和软件为核心的数字化技术年代后,以计算机和软件为核心的数字化技术取得了迅猛发展,掀
7、起了一场数字化技术革命。取得了迅猛发展,掀起了一场数字化技术革命。多媒体技术与多媒体技术与InternetInternet的应用迅速普及,消费电的应用迅速普及,消费电子、计算机、通信(子、计算机、通信(3C3C)一体化趋势日趋明显,)一体化趋势日趋明显,嵌入式技术再度成为一个研究热点。嵌入式技术再度成为一个研究热点。综观综观嵌入式技嵌入式技术术的的发发展,大致展,大致经历经历了了4 4个个阶阶段。段。计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENC
8、E AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 第一阶段是以第一阶段是以单芯片单芯片为核心的可编程控制为核心的可编程控制器系统。这种系统大部分应用于一些专业器系统。这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中,一般没有操作性极强的工业控制系统中,一般没有操作系统的支持,通过汇编语言程序对系统进系统的支持,通过汇编语言程序对系统进行直接控制,运行结束后清除内存。行直接控制,运行结束后清除内存。主要特点:主要特点:系系统结统结构和功能相构和功能相对单对单一,一,处处理效率理效率较较低,存低,存储储容量容量较较小,几乎没有用小,几
9、乎没有用户户接口。由于接口。由于这这种嵌入式系种嵌入式系统统使用使用简简便、便、价格低廉,当价格低廉,当时时在国内工在国内工业领业领域域应应用用较为较为普遍,但是已普遍,但是已经远远经远远不能适不能适应现应现代化工代化工业业控制和新控制和新兴兴的信息家的信息家电电等等领领域的需求。域的需求。嵌入式系统发展嵌入式系统发展 -第一阶段第一阶段计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE
10、 AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 嵌入式系统发展嵌入式系统发展 -第二阶段第二阶段第二阶段是以第二阶段是以嵌入式嵌入式CPUCPU为基础、以为基础、以简单操简单操作系统作系统为核心的嵌入式系统。为核心的嵌入式系统。主要特点:主要特点:CPUCPU种类繁多,通用性比较弱;种类繁多,通用性比较弱;系统开销小,效率高;操作系统具有一定系统开销小,效率高;操作系统具有一定的兼容性和扩展性;应用软件较专业,用的兼容性和扩展性;应用软件较专业,用户界面不够友好;系统主要用来控制系统户界面不够友好;系统主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。负载以及监控应用程序运行。计算机科学与技术学院计算
11、机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 第三阶段是以第三阶段是以嵌入式操作系统嵌入式操作系统为标志的嵌为标志的嵌入式系统。入式系统。主要特点:主要特点:嵌入式操作系统能运行于各种嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上,兼容性好;操作不同类型的微处理器上,兼容性好;操作系统内核精小、效率高,并且具有高度的系统内核精小、效率高,并且具有高度的模块化和
12、扩展性;具备文件和目录管理、模块化和扩展性;具备文件和目录管理、设备支持、多任务、网络支持、图形窗口设备支持、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能;具有大量的应用程以及用户界面等功能;具有大量的应用程序接口(序接口(APIAPI),),开发应用程序简单;嵌开发应用程序简单;嵌入式应用软件丰富。入式应用软件丰富。嵌入式系统发展嵌入式系统发展 -第三阶段第三阶段计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCO
13、MPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 嵌入式系统发展嵌入式系统发展 -第四阶段第四阶段第四阶段是以第四阶段是以嵌入式嵌入式InternetInternet为标志的嵌为标志的嵌入式系统,这是一个正在迅速发展的阶段。入式系统,这是一个正在迅速发展的阶段。目前大多数嵌入式系统还孤立于目前大多数嵌入式系统还孤立于InternetInternet之外,但随着之外,但随着InternetInternet的发展以及的发展以及InternetInternet技术与信息家电、工业控制技术技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切,嵌入式设备与等结合日益密切,嵌入式设备与In
14、ternetInternet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 嵌入式微处理器在应用数量上远远超过了各种通嵌入式微处理器在应用数量上远远超过了各种通用计算机,一台通用计算机的外部设备中就包含用计算机,一台通用计算机的外部设备中就包含了了5 51010个嵌入
15、式微处理器,键盘、鼠标、软驱、个嵌入式微处理器,键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、网卡、硬盘、显示卡、显示器、网卡、ModemModem、声卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、打印机、扫描仪、数字相机、USBUSB集线器等均是集线器等均是由嵌入式处理器控制。由嵌入式处理器控制。在制造工业、过程控制、通讯、仪器仪表、汽车、在制造工业、过程控制、通讯、仪器仪表、汽车、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。的应用领域。嵌入式系统与一般的嵌入式系统与一般的PCPC机应用系统不同,不同的机应用系统不同,不同的嵌入式系统彼此之间差别也很大。嵌
16、入式系统一嵌入式系统彼此之间差别也很大。嵌入式系统一般功能单一,简单,在兼容性方面要求不高,但般功能单一,简单,在兼容性方面要求不高,但是在大小、成本方面限制较多。是在大小、成本方面限制较多。目前,嵌入式系统还没有比较权威、比较统一的目前,嵌入式系统还没有比较权威、比较统一的定义,人们从不同的角度来理解嵌入式系统,描定义,人们从不同的角度来理解嵌入式系统,描述嵌入式系统。述嵌入式系统。嵌入式系统定义嵌入式系统定义计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER
17、SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 嵌入式系统嵌入式系统描述一描述一嵌入式系统被定义为嵌入式系统被定义为(经典描述经典描述):以应用为中心、:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的要求的专用计算机系统专用计算机系统。计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND
18、TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 嵌入式系统是指嵌入式计算机及其嵌入式系统是指嵌入式计算机及其应用系统,是指应用系统,是指嵌入各种设备及应嵌入各种设备及应用产品内部用产品内部的计算机系统,它主要的计算机系统,它主要完成信号控制的功能,体积小,结完成信号控制的功能,体积小,结构紧凑,可作为一个部件埋藏于所构紧凑,可作为一个部件埋藏于所控制的装置中,它提供用户接口、控制的装置中,它提供用户接口、管理有关信息的输入输出、监控设管理有关信息的输入输出、监控设备工作,使设备及应
19、用系统有较高备工作,使设备及应用系统有较高智能和性价比。智能和性价比。嵌入式系统嵌入式系统描述二描述二计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 嵌入式系嵌入式系统统是是计计算机技算机技术术,通信技,通信技术术,半,半导导体技体技术术,微,微电电子技子技术术,语语音音图图象数据象数据传输传输技技术术,甚至,甚至传传感器感器等先等先进进
20、技技术术和具体和具体应应用用对对象相象相结结合合后的更新后的更新换换代代产产品品,是是技技术术密集密集,投投资资强强度大,高度分散,不断度大,高度分散,不断创创新新的知的知识识密集型系密集型系统统。反映当代最新。反映当代最新技技术术的先的先进进水平。水平。嵌入式系统嵌入式系统描述三描述三计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 嵌入
21、式系统是一个嵌入式系统是一个分散分散的工业的工业,充满了竞充满了竞争、机遇与创新争、机遇与创新,没有哪一个系列的处理没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。器和操作系统能够垄断全部市场。从某种意义上来说,通用计算机行业的技从某种意义上来说,通用计算机行业的技术是垄断的。占整个计算机行业术是垄断的。占整个计算机行业90%90%的的PCPC产业,其中产业,其中80%80%采用采用IntelIntel的的80 x8680 x86体系结体系结构,芯片基本上出自构,芯片基本上出自IntelIntel,AMDAMD等几家公等几家公司。在操作系统和文字处理器方面,司。在操作系统和文字处理器方面,M
22、icrosoftMicrosoft的的WindowsWindows及及WordWord占占808090%90%,凭借操作系统还可以搭配其它应用程序。凭借操作系统还可以搭配其它应用程序。因此当代的通用计算机工业的基础被认为因此当代的通用计算机工业的基础被认为是由是由WintelWintel(MicrosoftMicrosoft和和Intel 90Intel 90年代年代初建立的联盟)垄断的工业。初建立的联盟)垄断的工业。嵌入式系统嵌入式系统描述四描述四计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND
23、TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 嵌入式系统面向用户,面向产品,嵌入式系统面向用户,面向产品,面向应用面向应用。如果独立于应用,自行。如果独立于应用,自行发展,则会失去市场。嵌入式处理发展,则会失去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约面均受到应用要求的制约,这也是各这也是各个半导体厂商之间竞争的热点。个半导体厂商之间竞争的热点。嵌入式系统嵌入式系统
24、描述五描述五计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 电气工程师协会电气工程师协会(IEEE)的定义的定义(http:/www.iee.org/Policy/Areas/Y2K/w-43.cfm):嵌入式系统是用来控制或监视机器、嵌入式系统是用来控制或监视机器、装置或工厂等的大规模系统的装置或工厂等的大规模系统的设备设备。嵌入式系统
25、嵌入式系统描述六描述六计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院ZCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大学吉林大学 嵌入式系统定义:嵌入式系统定义:是现代科学多学是现代科学多学科互相融合的以应用技术产品为核科互相融合的以应用技术产品为核心,以计算机技术为基础,以通信心,以计算机技术为基础,以通信技术为载体,以消费类产品为对象,技术为载体,以消费类产品为对象,引入各类传感器,进入引入各
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