嵌入式系统概述57173(免费阅读).ppt

第一节 嵌入式系统概述 内容： 1、嵌入式系统的概念 2、嵌入式系统的特点 3、嵌入式系统的发展历史 4、嵌入式系统的组成 5、嵌入式系统的应用 6、嵌入式系统的发展趋势 7、与实时系统相关的几个基本概念 1、嵌入式系统的概念 嵌入式系统： IEEE的定义：是控制、监视或辅助设备、机器运行的装置。从应用上来定义的。 另外一种定义：以应用为核心、以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统是计算机技术、电子技术、半导体技术综合发展的产物。 2、嵌入式系统的特点 1、面向特定的应用：从硬件到软件，CPU具有不同的应用领域，如ARM、PowerPC。决定嵌入式处理器的应用环境的因素主要是集成的外部接口的功能和处理速度，通常具有功耗低、体积小、集成度高等特点，将通用CPU系统中由板卡完成的功能集成在芯片内部，有利于实现小型化、节约成本、提高可靠性。软件也必须根据应用系统的需要进行设计。 大多数嵌入式系统的开发不是计算机专业人才，而是各个行业的专业技术人员，如控制系统、生物医学工程等。 2、嵌入式系统是计算机技术、半导体技术、电子技术以及各行业的具体应用相结合的产物。不同的嵌入式系统具有不同的市场定位，满足其要求。不易形成垄断。 3、嵌入式系统必须精简设计：考虑成本和体积因素，量体裁衣，通常不必升级，生命周期较长。 4、高可靠性、高实时性要求。如DO-178。 5、软件固化，通常要求高可靠性、强实时性。为了开发的标准化，通常要有操作系统（工业化/标准化），开发时考虑软件和硬件的可移植性等，便于在不同系统 的修改（跨平台只需修改1%~4%的代码）和重用，减少开发时间，保证软件质量。 6、需要专门的开发工具：不具备自举开发能力。通常基于通用的计算机平台，主机开发和目标机运行，调试时交换数据。 3、嵌入式系统的发展历史 20世纪50~60年代：在军事应用的需求下，出现了专用的计算机系统，用于控制导弹和 空间飞行器。 1971: Intel 为计算器设计的 4位4004 70年代~80年代初：出现了单板计算机+存储器板+外围接口板构成的嵌入式计算机系统，不同的应用需求选用不同的配置满足不同的应用。 80年代：采用VLSI集成外围接口——单片机，采用操作系统来编写嵌入式应用软件。第一个商业嵌入式实时内核VRTX32。现在多种形式的商用嵌入式操作系统如VxWorks、pSOS、Nucleus、WinCE和ucos等 90年代：RTOS得到广泛应用，处理器由8位-16位-32位，DSP得到广泛应用 现在：SoC （System on Chip），在FPGA上实现CPU、存储器和与应用相关的外围接口。 4、嵌入式系统的组成 处理器 处理器分为：嵌入式微处理器（EMPU）、嵌入式微控制器（EMCU）、嵌入式数字信号处理器（EDSP）、嵌入式片上系统(ESoC)、嵌入式可编程片上系统(EPSoC)等。 存储器包括：程序存储器（ROM、EPROM、EEPROM、Flash）、数据存储器(RAM)， 外围接口包括：网络、AD/DA、USB、UART等。 2、? 嵌入式系统软件 BSP与BIOS： 板级支持包BSP （ board support package ），基本输入输出系统BIOS（Basic Input Output System）。 启动代码，设置堆栈指针、初始化各寄存器和IO端口、跳到实时操作系统的内核运行（启动操作系统）。 操作系统： 商用OS：方便用户管理计算机资源，追求系统资源的最大利用率； RTOS：追求调度的实时性、响应时间的确定性、系统的可靠性。功能包括：任务管理、任务间同步和通信、内存管理、时钟管理、中断管理。 RTOS与商用OS的主要区别：可伸缩性、调度策略、对目标环境的支持等。 驱动程序： 应用程序：与特定应用相关的程序 3、? 嵌入式系统的开发系统：嵌入式系统开发完成后，用户通常不能修改，借助于开发系统，其独立于嵌入式系统产品外，包括：语言编译器、连接定位器、调试器等。开发语言包括汇编、C、EC++、Ada、Java等，汇编常用于：小型系统、与系统初始化和硬件相关代码、为了提高效率应用于时间要求苛刻的程序中。 5、嵌入式系统的应用 1、工业控制：机器人、现场总线设备、智能仪表、数控机床、医疗设备。 2、消费类电子设备：机顶盒、数码相机。 3、网络通信设备：路由器、网关、加解密系统等。 4、办公自动化：打印机、投影仪等。 实例 飞控和导航系统 PowerPC控制器应用实例： 1、Boing：AV8B、F-15、F/A-18飞控系统 2、Lockhead Martin：JSF的航空电