嵌入式计算机与嵌入式系统(东华大学陈革教授).ppt

第三讲 嵌入式计算机与嵌入式系统 嵌入式系统开发基础 嵌入式系统的基本概念 嵌入式系统的组成结构 嵌入式系统的硬件组成 嵌入式操作系统 嵌入式应用软件开发 嵌入式系统的开发流程 嵌入式系统的发展趋势 一、什么是嵌入式系统 嵌入式系统被定义为： 根据IEEE的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”（Devices used to control，monitor、or assist the operation of equipment，machinery or plants） 即以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。 可以从以下几个方面来理解该定义： 嵌入式系统是面向产品，面向用户，面向应用的。它必须与具体应用相结合才会具有生命力，才更具有优势。它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。 嵌入式系统是将先进的计算机技术，半导体技术和电子技术以及各个行业的具体应用相结合后的产物。这就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。所以介入嵌入式系统必须有一个正确的定位。例如：Palm OS 之所以在PDA领域占有70%以上的市场，是因为其立足于个人电子消费品，着重发展图形界面和多任务管理，而Windriver的VxWorks之所以在火星上得以应用，则是因为其高实时性和高可靠性。 嵌入式系统必须根据需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、成本、可靠性、体积等要求。所以如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需求的系统，是一个比较好的发展模式。 应该看到嵌入式系统是一个外延极广的概念，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统。狭义上人们讲到嵌入式系统时，一般是指具有操作系统的嵌入式系统。 嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键。软件要求固化存储，软件代码要求高质量、高可靠性，系统软件(OS)的高实时性是基本要求。 在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、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。 二、嵌入式应用的历史 嵌入式系统的发展历史相当悠久。早在电子数字计算机出现之前就有了把计算装置嵌入在系统和设备之中的嵌入式系统，那时的计算装置是由一些凸齿轮的机械量和电压电流的模拟量实现的；在20世纪40年代第一代电子计算机出现后的近20年里，这类计算机主要器件由电子管、晶体管、磁心等组成，因体积庞大，从而阻碍了在嵌入式系统中的发展。 嵌入式应用的兴起是在20世纪60年代末集成电路化的第三代计算机时期，由于在军事和空间领域的需求推动，计算机的软硬件技水达到了可以把人送上月球再返回地面的可靠性要求，而且在这一时期计算机技术取得重大发展，例如：并行技术，先行控制，流水线，单总线结构，高速通用寄存器，强有力的中断系统，交又存取，操作系统等。这些技术同时也应用到嵌入式计算机中来。 而嵌入式应用的真正发展却是在微处理器问世之后。在这个时期，嵌入式计算机的发展是伴随着PC的发展而发展的。总的来说，嵌入式计算机工业的发展基本上是跟随通用计算机工业的发展而发展的。 1971年11月，Intel公司成功地把算术运算器和控制器电路集成在一起．推出了世界上第一片微处理器Intel4004，这是嵌入式应用发展最重要的里程碑，其后各厂家推出了许多8位或16位的微处理器等。以这些微处理器为核心构成的嵌入式计算机系统，已经广泛应用于制造仪器仪表，医疗设备，机器人和家用电器等领域。微处理器的广泛应用形成了一个广阔的嵌入式应用市场，计算机厂家以插件的方式开始向用户大量地提供OEM产品，再由用户根据自己的需要选择一套适合自己应用的CPU板，存储器板和各式I/O插件板构成专用的嵌入式计算机系统，并嵌入到自己的系统设备中，为实现其灵活性和兼容性的特点，已形成了系列化，模块化的单板计算机。 随着微电子工艺水平的提高，集成电路制造商开始把嵌入式应用所需要的微处理器，I/O接口，A/D、D/A转换器，串行接口以及RAM、ROM等都集成到一个超大规模集成电路（VLSI）中，制造出面向I/O设计的微控制器，即我们俗称的单片机。单片机成为嵌入式系统异军突起的一支新秀，而其后发展的DSP产品更快地提升了嵌入式系统的技术水平，迅速地渗入到消费电子、医用电子、智能控制、通信信电子、仪器仪表、交通运输等各种领域。 嵌入式软件也伴随着硬件技木的发展而发展。最初，编写和测试软件只有简单的编程开发工具。每个项目实际运行的软件通常来自于草稿的修改。由于编译器的缺陷，以及凋试工具的不完善，这些软件差不多都是使