(备用)第1章嵌入式系统基础知识.ppt

第1章 嵌入式系统基础知识 1.1 嵌入式系统的定义和组成 1.1.1 嵌入式系统的定义 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、功耗严格要求的专用计算机系统。 1.1.2 嵌入式系统发展趋势 1．嵌入式系统的发展历史（4个阶段） （2）简单操作系统阶段 20世纪80年代，高可靠性、低功耗的嵌入式CPU（如Power PC等在嵌入式系统设计应用。一些简单的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展。 此时的嵌入式操作系统虽然还比较简单，但已经初步具有了一定的兼容性和扩展性，内核精巧且效率高，大大缩短了开发周期，提高了开发效率。 （3）实时操作系统阶段 2）．嵌入式系统的发展趋势 （1）新的微处理器层出不穷，精简系统内核，优化关键算法，降低功耗和软硬件成本。提供更加友好的多媒体人机交互界面。 （2）Linux、Windows CE等嵌入式操作系统迅速发展。嵌入式操作系统自身结构的设计更加便于移植。计算机的新技术、新观念开始逐步移植到嵌入式系统中，嵌入式软件平台得到进一步完善。 （3）嵌入式系统的开发成了一项系统工程，开发厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身，同时还要提供强大的硬件开发工具和软件支持包。 3）．IP核（Intellectual Property Core，知识产权核） SOC（System On Chip，片上系统）是90年代中期出现的一个概念，并成为现代集成电路设计的发展方向。 SOC是指在单芯片上集成数字信号处理器、微控制器、存储器、数据转换器、接口电路等电路模块，可以直接实现信号采集、转换、存储、处理等功能。 IP软核以源代码的形式提供的，IP知识产权不易保护 IP硬核易于实现IP保护，缺点是灵活性和可移植性差。 1.1.3 嵌入式系统的组成 嵌入式系统通常由包含有嵌入式处理器、嵌入式操作系统、应用软件和外围设备接口的嵌入式计算机系统和执行装置（被控对象）组成。 1．嵌入式计算机系统的硬件层 硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。 硬件层通常是一个以嵌入式处理器为中心的，包含有电源电路、时钟电路和存储器电路的电路模块，其中操作系统和应用程序都固化在模块的ROM中。 嵌入式系统硬件层的核心。将通用CPU中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部。有利于系统设计小型化、高效率和高可靠性。 嵌入式系统的存储器包含Cache、主存储器和辅助存储器，用来存放和执行代码。 ②主存储器用来存放系统和用户的程序及数据，是嵌入式微处理器能直接访问的存储器。主存储器包含有ROM和RAM，可以位于微处理器的内部或外部。 常用的ROM类存储器有NOR Flash、EPROM和PROM等，RAM类存储器有SRAM、DRAM和SDRAM等。 （3）通用设备接口和I/O接口 嵌入式系统与外界交互所需要的通用设备接口，如GPIO、 A/D（模／数转换接口）、D/A（数／模转换接口）、RS-232接口（串行通信接口）、Ethernet（以太网接口）、USB（通用串行总线接口）、音频接口、VGA视频输出接口、I2C（现场总线）、SPI（串行外围设备接口）和IrDA（红外线接口）等。 2．中间层 中间层也称为硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）或板级支持包（Board Support Package，BSP），位于硬件层和软件层之间，将系统上层软件与底层硬件分离开来。 （1）嵌入式系统硬件初始化 按照自底向上、从硬件到软件的次序初始化分为3个主要环节。 （2）硬件相关的设备驱动程序 BSP中包含硬件相关的设备驱动程序，但是这些设备驱动程序通常不直接由BSP使用，而是在系统初始化过程中由BSP将他们与操作系统中通用的设备驱动程序关联起来，并在随后的应用中由通用的设备驱动程序调用，实现对硬件设备的操作。 3．系统软件层 系统软件层通常包含有 实时多任务操作系统 （ RTOS） 文件系统 图形用户接口（GUI） 网络系统 通用组件模块 1）嵌入式操作系统（Embedded Operating System，EOS） EOS负责嵌入式系统的软件、硬件的资源分配、任务调度，控制协调。 2）文件系统 嵌入式文件系统与通用操作系统的文件系统不完全相同，主要提供文件存储、检索和更新等功能，一般不提供保护和加密等安全机制。 通常支持FAT32、JFFS2、YAFFS等几种标准的文件系统，一些嵌入式文件系统还支持自定义的实时文件系统。嵌