嵌入式概念概要.ppt

嵌入式系统简介 嵌入式系统 嵌入式系统硬件 嵌入式系统软件 嵌入式操作系统 嵌入式系统开发方法 前言 在信息化社会中，计算机和网络已经全面渗透到我们生活的每一个角落。 本章作为本书的开篇，主要介绍嵌入式系统的基本概念和嵌入式系统的开发学习方法。 嵌入式系统 系统 系统是一种根据固定的计划、程序或者规则进行工作、组织或者执行一项或多项任务的方式。系统也是一种工作安排方法，其所有单元能够按照一定的计划或者程序装配在一起，共同完成工作任务。 嵌入式系统 嵌入式系统 《Computers as Components——Principles of Embedded Computing System Design》一书中指出：什么是嵌入式计算系统？如果不严格地定义，它是任何一个包含可编程计算机的设备，但是它本身却不是一个通用计算机。 嵌入式系统 嵌入式系统 《Embedded Microcontrollers》一书作者认为：嵌入式系统是一种电子系统，它包含微处理器或者微控制器，但是我们不认为它们是计算机——计算机隐藏或者嵌入在系统中。 嵌入式系统 嵌入式系统 英国电机工程师协会定义：嵌入式系统是控制、监视或辅助某个设备、机器甚至工厂运行的设备。它具备4个特征：①用来执行特定的功能；②以微型计算机与外围设备构成核心；③具有严格的时序与稳定度；④全自动操作循环工作。 嵌入式系统 嵌入式系统 还可以用以下文字总结嵌入式系统的概念：嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称为计算机的设备，它以应用为中心，软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件和硬件于一体，类似于PC中BIOS的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“机器”或“器件”。 嵌入式系统 嵌入式系统 图1.1 嵌入式系统的基本架构 嵌入式系统 嵌入式系统的分类 小型嵌入式系统 小型嵌入式系统采用一个8位或者16位的微控制器设计；硬件和软件复杂度小，需要进行板级设计。为这些系统开发嵌入式软件时，主要的编程工具是所使用的微控制器或者微处理器专用的编辑器、汇编器和交叉汇编器等，通常利用C语言开发这些系统的软件。 嵌入式系统 嵌入式系统的分类 中型嵌入式系统 中型嵌入式系统采用一个16位或者32位的微控制器、数字信号处理器（DSP）或者精简指令集（RISC）计算机等设计，硬件和软件复杂度都比较大。对于复杂的软件设计，可以使用如下的编程工具：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了硬件复杂性的解决和分析方法。 嵌入式系统 嵌入式系统的分类 复杂嵌入式系统 复杂嵌入式系统的软件和硬件都非常复杂，需要可升级的处理器或者可配置的处理器和可编程逻辑阵列（如FPGA、CPLD等器件）。它们用于边缘应用，在这些应用中，需要硬件和软件协同设计，并且都集成到最终的系统中，然而它们又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。当然，系统中某些硬件资源的功能模块同样也可以用软件来实现。这些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。 嵌入式系统硬件 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。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，从而使内部的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的嵌入式微处理器； 嵌入式微处理器的功耗要求必须很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备，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mW级。 嵌入式系统硬件 嵌入式微处理器 微处理器是一个集中取址和处理一组通用指令的单元。任何一个CPU必须包括一个控制单元和一个ALU单元。而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应用于环境比较恶劣的环境中，因而嵌入式微处理器