课件 嵌入式系统简介.ppt

基于HCS12的嵌入式系统设计 合肥工业大学 吴 晔，张 阳，滕 勤 参考教材 吴晔，张阳，滕勤.基于HCS12的嵌入式系统设计.电子工业出版社，2010. 王宜怀，刘晓升.嵌入式系统——使用HCS12微控制器的设计与应用.北京航空航天大学出版社，2008. 孙同景，陈桂友.Freescale 9S12十六位单片机原理及嵌入式开发技术.机械工业出版社，2008. 张 阳 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院 TEL： 第1章 嵌入式系统简介 本章内容 1.1 嵌入式系统 1.2 嵌入式系统硬件 1.3 嵌入式系统软件 1.4 嵌入式操作系统 1.5 嵌入式系统开发方法 1.6 HCS12和HCS12X系列单片机简介 概述 【单片微型计算机】简称单片机(Single-chip Microcomputer)，是将中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM、EPROM、EEPROM、Flash等)、外围接口(并行I/O、串行I/O、高速I/O)、定时/计数器、A/D转换器、PWM、通信接口(SCI、SPI、I2C、USB、CAN、以太网)等集成在单个芯片内的高集成度器件。 【应用】汽车、家电、航空航天及工业控制等领域。 也称为微控制器(Microcontroller)或微控制单元(MCU)。 概述 MC9S12EVK教学与评估核心板 概述 智能小车控制电路板 概述 发动机电控单元（ECU） 概述 世界上著名的单片机供应商主要有Freescale (Motorola)、Infineon、Microchip、Atmel、Philips、ST、TI、NEC、西门子、日立、东芝、三菱等。 迄今为止，市场上出售的单片机产品已达70多个系列、上千个品种。 从单片机的年产量来看，8位、16位、32位单片机的需求与供给呈现逐渐上升的态势。 从市场产值份额上看，大有8位、16位、32位单片机三分天下的趋势。 1.1 嵌入式系统 【嵌入式系统】一种专用计算机系统，它包含微处理器或微控制器——计算机隐藏或嵌入在系统中。 【组成】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。 是可独立工作的“机器”或“器件”。 1.1 嵌入式系统 1.1 嵌入式系统 嵌入式系统的分类 小型嵌入式系统 采用8位或16位微控制器。 硬件和软件复杂度小，需要进行板级设计。 开发嵌入式软件时，主要编程工具是微控制器或微处理器专用的编辑器、汇编器和交叉汇编器等，系统的软件通常利用C语言开发。 1.1 嵌入式系统 嵌入式系统的分类 中型嵌入式系统 采用16位或32位微控制器、数字信号处理器（DSP）或精简指令集（RISC）计算机等设计，硬件和软件复杂度较高。 对于复杂的软件设计，可以使用如下编程工具：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硬件复杂性的解决和分析方法。 1.1 嵌入式系统 嵌入式系统的分类 复杂嵌入式系统 软件和硬件都非常复杂，需要可升级的处理器或可配置的处理器和可编程逻辑阵列（如FPGA、CPLD ）等器件。 用于边缘应用，需要硬件和软件协同设计，并且都集成到最终的系统中，但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、TCP/IP协议栈和网络驱动程序等功能。 系统中某些硬件资源的功能模块也可以用软件来实现。 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 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嵌入式微处理器； 嵌入式微处理器的功耗低，尤其是用于便携式无线及移动计算和通信设备，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uW级。 1.2 嵌入式系统硬件 1.2.1 嵌入式微处理器 【微处理器CPU】集中取址和处理一组通用指令的单元，包含一个控制单元和一个ALU单元。 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用于比较恶劣的环境，因而CPU在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方面的要求比通用微处理器高。根据实际应用要求，将嵌入式微处理器装配在专门设计的主板上，只保留与嵌入式应用有关的主板功能，以大幅度地减小系统的体积和功耗。 与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器组