第一章嵌入式系统.

嵌入式系统设计DesignofEmbeddedSystems参考书目1、张晓林《嵌入式系统技术》，北京：高等教育出版社，20082、彭启琮，李玉柏，管庆，《DSP技术的发展与应用》第2版，北京：高等教育出版社，2007教材1、汪安民，张松灿，常春藤，《TMS320C6000DSP实用技术与开发案例》，北京：人民邮电出版社，20083、彭启琮，管庆，《DSP集成开发环境——CCS及DSP/BIOS的原理与应用》，北京：电子工业出版社，20042李方慧，王飞，何佩琨，《TMS320C6000系列DSP原理与应用》第2版，北京:电子工业出版社，2002。第一章嵌入式系统导论一、什么是嵌入式系统IEEE对嵌入式系统的定义：Embeddedsystemisakindofdeviceusedtocontrol,monitororassisttheoperationofequipment,machineryorplant.“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”嵌入式系统是以应用为中心和以计算机技术为基础的，并且软硬件是可裁减的，能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。嵌入式简单的讲就是把微处理器嵌入各种电子设备内部，实现设备的智能化。嵌入式系统硬件嵌入式系统软件嵌入式系统组成嵌入式系统通常包括：嵌入式应用软件嵌入式操作系统嵌入式处理器嵌入式外围设备嵌入式应用软件在嵌入式系统中完成系统上层应用功能的软件，包括人机交互界面、算法、控制逻辑、通讯等。嵌入式操作系统嵌入式Linux：将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。嵌入式linux既有开放源代码资源，又有嵌入式操作系统的特性、性能优异、软件移植容易，代码开放，有许多应用软件支持，应用产品开发周期短。PalmOS：是Palm公司开发的专用于PDA上的一种操作系统，由于推出时间早，软件丰富，一度普占据了90%的PDA市场的份额。虽然其并不专门针对于手机设计，但是PalmOS的优秀性和对移动设备的支持同样使其能够成为一个优秀的手机操作系统。但随着微软的强势介入，推出了WindowsCE操作系统，以及专门针对掌上电脑的PocketPCEdition2002，Palm的市场份额急剧下降，但作为PDA市场的老大，PALM仍然在现在的PDA市场占据半壁江山。嵌入式操作系统WindowsCE：微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统，它是精简的Windows95，WindowsCE的图形用户界面相当出色。基于WindowsCE构建的嵌入式系统大致可以分为4个层次，从底层向上依次是：硬件层、OEM层、操作系统层和应用层。不同层次是由不同厂商提供的，一般来说，硬件层和OEM层由硬件OEM厂商提供；操作系统层由微软公司提供；应用层由独立软件开发商提供。嵌入式操作系统Android：一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统，有称“安卓”或“安致”，主要使用于移动设备，如智能手机和平板电脑，由Google公司和开放手机联盟领导及开发。2012年11月数据显示，Android占据全球智能手机操作系统市场76%的份额，中国市场占有率为90%。嵌入式操作系统Symbian：“赛班”是Symbian公司为手机而设计的操作系统，它包含联合的数据库、使用者界面架构和公共工具的参考实现。为了对抗微软及Palm，取得未来智能移动终端领域的市场先机，1998年6月，诺基亚、摩托罗拉（Motorola）、爱立信（ERICSSON）、三菱（MITSUBISHI）和宝意昂（Psion）在英国伦敦共同投资成立Symbian公司。2008年已被诺基亚全额收购。嵌入式操作系统uC/OSII(MicroControlOperationSystemTwo):一个可以基于ROM运行的、可裁减的、抢占式、实时多任务内核，具有高度可移植性，特别适合于微处理器和控制器，是优秀的实时操作系统(RTOS)。uC/OSII最大程度上使用ANSIC语言进行开发，并且已经移植到近40多种处理器体系上，涵盖了从8位到64位各种CPU(包括DSP)。从1992年开始，由于高度可靠性、移植性和安全性，uC/OSII已经广泛使用在从照相机到航空电子产品的各种应用中。嵌入式操作系统实时系统实时系统(RealTimeSystem)一个能够在指定或者确定的时间内完成系统功能及对外部或内部事件在同步或异步时间内做出响应的系统，在逻辑或时序控制中如果出现偏差将会引起严重后果。当今的实时系统，大多数是嵌入式系统。有两种类型的实时系统：软实时系统并不要求限定某一任务必须在一定的时间内完成，只要求各任务运行得越快越好硬实时系统对系统响应时间有严格要求，一旦系统响应时间不能满足，就可能会引起系统崩溃或致命的错误，一般在工业控制中应用较多。嵌入式处理器嵌入式系统的核心部件品种总量已经超过1000多种，流行体系结构有30几个系列，其中8051体系的占有多半嵌入式系统处理器32,64位微处理器是目前嵌入式系统的核心主要硬件厂商包括Intel，Motorola，Philip，AMD，TI等每个月都有新产品出现嵌入式计算机内核分类嵌入式微处理器(EmbeddedMicroprocessorUnit,EMPU)嵌入式微控制器(MicrocontrollerUnit,MCU)嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)嵌入式片上系统(SystemOnChip)嵌入式微处理器(EMPU)通用计算机中的CPU专门设计的电路板只保留和嵌入式应用有关的母板功能增强工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面功能与和工业控制计算机相似嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM系列等嵌入式微控制器(MCU)又称单片机以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各种必要功能和外设微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。嵌入式微控制器(MCU)代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外还有许多半通用系列如：支持USB接口的MCU8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系统约70％的市场份额。嵌入式DSP处理器(EDSP)DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器。嵌入式DSP处理器(EDSP)主流的DSP厂商包括TI(TexasInstruments)、Motorola、ADI(AnalogDevices)、Lucent(朗讯)、Zilog、AT&T。TI的TMS320系列处理器包括用于控制的C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。Motorola的DSP56000目前已经发展成为DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。ADI的嵌入式处理器和DSP产品组合由Blackfin、SHARC、SigmaDSP、TigerSHARC、ADSP-21xx及模拟微控制器组成，提供高速、多DSP信号处理、融合信号/控制处理、固定功能处理及微控制器应用等多种功能。嵌入式片上系统(SOC)SoC(SystemonChip)将各种功能模块集成于一块芯片上的完整系统，是集成电路发展的必然趋势。它是把整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，使得电路应用系统电路板将变得很简洁。深亚微米工艺技术、IP核复用、软硬件协同设计是其主要特征嵌入式外围设备嵌入式外围设备是指，在嵌入式硬件系统中，除了嵌入式处理器之外的完成存储、通信、保护、调试、现实等辅助功能的其他部件。根据外围设备的功能可分为以下3类：存储器类型：静态易失型存储器(RAM/SRAM)，动态存储器(DRAM)，非易失型存储器(ROM、EPROM、EEPROM、FLASH)。其中，FLASH(闪存)以可擦写次数多，存储速度快，容量大及价格便宜等有点在嵌入式领域得到广泛的应用。接口类型：目前存在的所有接口在嵌入式系统中都有其广泛的应用，但是以下几种接口的应用最为广泛，包括RS-232接口(串口)、IrDA(红外)、SPI(串行设备接口)、I2C、USB、Ethernet和普通并口。显示类型：CRT、LCD和触摸屏等外围显示设备。本课内容：基于DSP的嵌入式系统数字信号处理技术（DigitalSignalProcessing,DSP）：用数学方法对数字信号进行处理，处理包括变化或提取相应的信息经典的数字信号处理方法：时域：信号滤波FIR、IIR频域：频谱分析FFT数字信号处理的特点：ΣAi×Xi高速实时数字信号处理器（DigitalSignalProcessor）：用于实时完成数字信号处理的微处理器。DSP：特指数字信号处理器什么是DSP？本课程需要具备的知识单片机原理或微型计算机原理C/C++数字信号处理技术/数字图像处理技术具备专业知识（本专业领域的专业知识）关于课程DSP简单说就是高性能处理器，处理器课程的特点：理论性——不强（犹如英语单词，无需溯源,软硬件都如此）学习目的——会用（最大限度发挥其作用）学习方法——动手（练出来的，不是学出来的）如何学？会找资料:充分利用网络资源（无所不有），提高查找资料能力会看：教材或datasheets.（*.pdf文件)。一般了解和详细使用软件开发环境：熟悉一些仿真软件Keil51、CCS等；找、看、用对比学习:（CPU、微控制器MCU、DSP、嵌入式处理器）动手：软硬件设计，遇到问题先找自己，才能积累软硬件设计技能会借力：高手指点，是捷径；最好的教师是自己：自己动手才有收获，特别是工程应用课程！设计中如何得到技术参考资料以及如何得到相关源码1）原则是碰到问题就去搜索资料，主要要注意的就是ApplicationNotes，userguides，这些资料一般均有PDF文档说明和相应的源程序包提供，download后做少许改动即可2）相关专业论坛(bbs.21ic.com)。3）google、baidu搜索.4）再不济，找技术支持，碰运气了处理器工程应用（实战——用）选型（DSP、MCU及具体型号）；（靠只是储备）熟悉有关模块详细结构及编程方法；(C或汇编)熟悉开发软件（大多数是相通的）；软件、硬件设计、调试、系统联调（调试功底相通）。第一部分：DSP基本概念DSP芯片的分类DSP芯片主要可以按下列两种方式进行分类。1、按数据格式分：定点DSP芯片浮点DSP芯片2、按用途分：通用型DSP芯片专用型DSP芯片DSP芯片的主要应用(1)信号处理——如数字滤波、自适应滤波、快速傅立叶变换、相关运算、谱分析、卷积、模式匹配、加窗、波形产生等；(2)通信——如调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回波抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、可视电话等；(3)语音——如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人辨认、说话人确认、语