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嵌入式系统原理及接口技术 教师：符意德 njfyd@mail.njust.edu.cn 课程内容 参考教材： 1，嵌入式系统原理及接口技术，符意德主编，清华大学出版社 2，嵌入式系统开发技术-三级教程，张福炎主编，高等教育出版社 1 绪论 嵌入式系统的定义： 第一种定义是传统的定义形式，它把嵌入式系统定义为：嵌入在其他设备中，起智能控制作用的专用计算机系统。 嵌入式系统的特征： （1）嵌入式系统与应用目标结合紧密，硬件组 件需要定制（或称硬件裁剪）。 （2）嵌入式系统的软件组件也需要定制（或称为软件裁剪）。 （3）嵌入式系统的所有软件组件均需要存储在非易失存储芯片中，把运行代码写入非易失存储芯片中的过程叫做“软件固化” （4）嵌入式系统相对于通用个人电脑来说，其硬件、软件资源受限。 嵌入式系统的设计、开发方法与通用个人电脑的应用系统开发方法相比较，也有以下几点不同： （1）需要软硬一体的设计理念。 在嵌入式系统设计阶段，设计者需要根据应用功能需求，结合成本、体积、功耗等非功能性需求，综合考虑哪部分功能由硬件完成，哪部分功能由软件完成，并在开发实施阶段，能根据硬件结构的具体情况，设计适应于该硬件结构的软件。 （2）需要系统软件与应用软件融合设计。 系统软件通常是指管理及控制系统资源的那部分软件，而应用软件指的就是具体完成用户功能的那部分软件。 （3）需要建立交叉开发环境。 嵌入式系统发展概况 *早在20世纪70年代初，随着微处理器的诞生，个人计算时代的到来，就出现了嵌入式系统，只是那时的嵌入式系统，其应用领域主要局限在工业控制和一些智能仪器仪表中。 *但是到了21世纪初，随着普适计算（又称泛在计算）理论的出现，随着智能手机、物联网等各种应用产品或应用系统的涌现，嵌入式系统已对信息技术（IT）产业产生了强有力的影响，改变了以通用个人电脑为主的计算模式，使计算无处不在。 嵌入式系统硬件平台发展概况 嵌入式系统硬件平台的核心部件是各种类型的嵌入式微处理器，嵌入式系统硬件平台是随着嵌入式微处理器芯片的发展而发展的。 2、 MCS51系列单片机 *MCS51是Intel公司生产的一系列8位数据宽度的微处理器统称。 *自二十世纪80年代，Intel公司推出了MCS51系列单片机以来，该系列的微处理器迅速在嵌入式系统中得到了广泛的应用，并逐步取代了Z80等微处理器的地位。 3、 ARM系列微处理器 *ARM系列微处理器也是一类微处理器芯片的统称，它是指一类以ARM公司处理器核为中心的，集成了许多外围专用功能部件的芯片。 *目前，主流的ARM系列微处理器的数据宽度为32位，主频率在几百兆赫兹左右。它们在许多高端嵌入式系统产品中得到广泛应用，如：智能手机、PDA、GPS导航仪等。 *ARM系列微处理器根据其处理器核的架构不同，又分成了许多子系列。目前的子系列主要有：ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10系列、ARM11系列、Cortex系列、XScale系列等。  *嵌入式操作系统作为软件平台在当今嵌入式系统开发中显得越来越重要。 *复杂嵌入式系统的应用程序基于软件平台来进行开发的优点： 1、提高开发效率，降低了应用程序的开发周期； 2、提高了应用软件的可靠性； 3、降低了嵌入式系统应用软件的开发难度。 *国内流行的几款嵌入式操作系统： 1、μC/OS-II（微控制器操作系统）； 2、Linux（内核源码开放的操作系统）、Android操作系统； 3、Windows CE（微软公司推出的一种嵌入式操作系统）； 4、VxWorks（风河公司推出的一种实时嵌入式操作系统）。 SOPC的概况 SOPC是System on a Programmable Chip的缩写，中文名称是可编程片上系统。 一个SOPC的实现是基于一个超大集成规模FPGA芯片上的，这个FPGA芯片上通常集成有至少一个微处理器核（硬核或者软核），以及片上总线、存储器、大量的可编程逻辑阵列等。 国内使用的FPGA芯片主要是Xilinx公司和Altera公司提供的。另外，ACTEL公司、Lattice公司、ATMEL公司等提供的FPGA芯片在我国也有一些特定的行业在使用。 嵌入式系统的应用 嵌入式系统的应用领域是非常广泛的，已经渗透到了人们的日常生活、工作、学习的各个方面。 不同的应用领域，其应用需求也是各种各样，因而，具体的嵌入式系统产品的复杂度也就不同。 不同