Chapter01_嵌入式系统概述

嵌入式系统简介上海理工大学2020/1/11主讲：杨海马2TMUSST课程简介课程安排：32学时配套教材：1、《原子教你玩STM32》2、《例说STM32》3、《嵌入式实时操作系统uC/OS-II经典实例》4、数据手册论坛资料、原子、神舟、奋斗开发板要求：多交流，多上网，多动手考核形式(待定)：1、试卷2、报告3、报告+答辩3TM33132何谓嵌入式系统未来嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的应用领域第一章嵌入式系统绪论4开发板产品5何谓嵌入式操作系统0引言及现状4TM4ARMLtd引言ARM公司成立于1990年11月前身为Acorn计算机公司AdvanceRISCMachine(ARM)主要设计ARM系列RISC处理器内核授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴ARM公司不生产芯片IP(IntelligenceProperty)另外也提供基于ARM架构的开发设计技术软件工具,评估板,调试工具,应用软件,总线架构,外围设备单元，等等5TM5引子2011年1月6日，微软公司宣布，下一版Windows将正式支持ARM处理器。1978年12月5日，物理学家赫尔曼·豪泽（HermannHauser）和工程师ChrisCurry，在英国剑桥创办了CPU公司（CambridgeProcessingUnit），主要业务是为当地市场供应电子设备。1979年，CPU公司改名为Acorn计算机公司。6TM6引子1985年，RogerWilson和SteveFurber设计了他们自己的第一代32位、6MHz的处理器，用它做出了一台RISC指令集的计算机，简称ARM（AcornRISCMachine）。这就是ARM这个名字的由来。早期使用ARM芯片的典型设备，就是苹果公司的牛顿PDA。7TM7引子1990年11月27日，Acorn公司正式改组为ARM计算机公司。苹果公司出资150万英镑，芯片厂商VLSI出资25万英镑，Acorn本身则以150万英镑的知识产权和12名工程师入股。公司的办公地点非常简陋，就是一个谷仓。20世纪90年代，ARM公司的业绩平平，处理器的出货量徘徊不前。但是进入21世纪之后，由于手机的快速发展，出货量呈现爆炸式增长，ARM处理器占领了全球手机市场。2006年，全球ARM芯片出货量为20亿片，2010年预计将达到45亿片。8TM8引子2007年底，ARM的雇员总数为1728人，持有专利700项（另有900项正在申请批准中），全球分支机构31家，合作伙伴200家，年收入2.6亿英镑。2012年底，到目前为止已销售了超过150亿枚基于ARM的芯片，向200多家公司出售了600个处理器许可证，获得了所有基于ARM的芯片的版税，赢得了长期成长型市场的市场份额ARM的收益增速通常要比整个半导体行业快9TM9商业模式ARM的商业模式主要涉及IP(IntellectualPropertyRights)的设计和许可，而非生产和销售实际的半导体芯片。向合作伙伴网络（包括世界领先的半导体公司和系统公司）授予IP许可证。这些合作伙伴可利用ARM的IP设计创造和生产片上系统设计，但需要向ARM支付原始IP的许可费用并为每块生产的芯片或晶片交纳版税。除了处理器IP外，还提供了一系列工具、物理和系统IP来优化片上系统设计。10TM10ARMOfficesWorldwide800+雇员全球EnglandCambridge,Maidenhead,Sheffield,BlackburnGermanyMunichFranceParis,SophiaAntipolisKoreaSeoulUSSeattle,LosGatos,WalnutCreek,Austin,Boston,SanDiegoChinaTaiwanandShanghaiJapanShin-Yokohama(Tokyo)11TM11引子12TM12ARMPartnershipModel13TM13内核系列14TM14Cortex-AARMCortex应用处理器Cortex™-A系列-开放式操作系统的高性能处理器Cortex应用处理器在先进工艺节点中可实现高达2GHz+标准频率的卓越性能，从而可支持下一代的移动Internet设备。这些处理器具有单核和多核种类，最多提供四个具有可选NEON™多媒体处理模块和先进浮点执行单元的处理单元。应用包括智能手机智能本和上网本电子书阅读器数字电视家用网关各种其他产品15TM15M、R系列ARMCortex嵌入式处理器•Cortex-R系列-面向实时应用的卓越性能•Cortex-M系列-面向具有确定性的微控制器应用的成本敏感型解决方案Cortex嵌入式处理器旨在为各种不同的市场提供服务。Cortex-M系列处理器主要是针对微控制器领域开发的，在该领域中，既需进行快速且具有高确定性的中断管理，又需将门数和可能功耗控制在最低。而Cortex-R系列处理器的开发则面向深层嵌入式实时应用，对低功耗、良好的中断行为、卓越性能以及与现有平台的高兼容性这些需求进行了平衡考虑。应用包括Cortex-M系列•微控制器•混合信号设备•智能传感器•汽车电子和气囊Cortex-R系列•汽车制动系统•动力传动解决方案•大容量存储控制器•网络和打印16TM16经典ARM经典ARM处理器•ARM11™系列-基于ARMv6架构的高性能处理器•ARM9™系列-基于ARMv5架构的常用处理器•ARM7™系列-面向通用应用的经典处理器ARM经典处理器适用于那些希望在新应用中使用经过市场验证的技术的组织。这些处理器提供了许多的功能、卓越的能效和范围广泛的操作性能，适用于成本敏感型解决方案。这些处理器每年都有数十亿的发货量，因此可确保设计者获得最广泛的生态系统和资源，从而最大限度地减少集成过程中出现的问题并缩短上市时间。17TM17专业处理器ARM专业处理器•SecurCore™-面向高安全性应用的处理器•FPGACores-面向FPGA的处理器ARM专业处理器旨在满足特定市场的苛刻需求。SecurCore处理器在安全市场中用于手机SIM卡和证件应用，集成了多种既可为用户提供卓越性能，又能检测和避免安全攻击的技术。ARM还开发面向FPGA构造的处理器，在保持与传统ARM设备兼容的同时，使用户产品快速上市。此外，这些处理器具有独立于构造的特性，因此开发人员可以根据应用选择相应的目标设备，而不会被绑定于特定供应商。18TM18基于ARM的系统示例16bitRAM8bitROM32bitRAMARMCoreI/O外设中断控制器nFIQnIRQ19TM19AMBA总线BridgeTimerOn-chipRAMARMInterruptControllerRemap/PauseTICArbiterBusInterfaceExternalROMExternalRAMReset系统总线片内外设总线AMBAAdvancedMicrocontrollerBusArchitectureADKCompleteAMBADesignKitACTAMBAComplianceTestbenchPrimeCellARM’sAMBAcompliantperipheralsAHBorASBAPBExternalBusInterfaceDecoder20TM20ARMDeveloperSuite1.2ADS1.2是为嵌入式ARM开发而设计的一整套软件开发工具从最初的软件原型到最终优化的ROM代码。ADS1.2发布于2001的12月份支持的主机系统IBMcompatiblePCswithWindows95,98,2000,MEorNT4SunworkstationswithSolaris2.6,2.7or2.8HPworkstationswithHPUX10.20,11RedHatLinux6.2&7.1使用FLEXLM管理器,管理它的LICENSE45天的评估版软件第三方工具支持:使用Multi-ICE调试5线JTAG被调试的系统可以是最终系统!也可以使用第三方开发调试工具。DataAddressControlBREAKPTCPUARMDebuggerandMulti-ICEserver(可以运行在不同的主机上)TAPEmbeddedICELogic-RT22TM22ARM实时跟踪EmbeddedTraceMacrocell(ETM)实时指令(PC)跟踪实时数据访问跟踪包含ICE功能（trigger&filterlogic）MultiTraceTracePortAnalyzer(TPA)更深层次的追踪TraceDebugTools通过JTAG/Multi-ICE配置ETM跟踪从ETM/MultiTrace接收跟踪信息使用源代码镜像文件得到ETM跟踪的数据5ARMcoreETM…RAMROM…TAPcontrollerTraceTrigger/Filter9,13,21wireTracePort5wireJTAGportSerial/Ethernet并口l主机运行TraceDebug工具(Add-onforADS)23TM23J-linkJ-LinkSEGGER公司为支持仿真ARM内核芯片推出的JTAG仿真器。配合IAREWAR，ADS，KEIL，WINARM，RealView等集成开发环境支持所有ARM7/ARM9/ARM11,CortexM0/M1/M3/M4,CortexA4/A8/A9等内核芯片的仿真，与IAR,Keil等编译环境无缝连接，操作方便、连接方便、简单易学，是学习开发ARM最好最实用的开发工具。产品规格：电源USB供电，整机电流50mA支持的目标板电压1.2～3.3V，5V兼容目标板供电电压4.5～5V(由USB提供5V)目标板供电电流最大300mA，具有过流保护功能工作环境温度+5℃～+60℃存储温度-20℃～+65℃湿度90%尺寸（不含电缆）100mmx53mmx27mm重量（不含电缆）70g电磁兼容EN55022,EN5502。24TM24ARMPoweredProductsLexmarkZ52ColorJetprinterSamsungML5100AJVCPixstarGC-X1HPJornado820PsionRevoPlusHPCapShareSonyMZ-R90MiniDiscNokia8810NokiaMediamasterNintendoGameboyAdvanceEricssonR380AlbaBushInternetTV3Com10/100PCINICIomegaHipZipDiamondMultimediaRio60025嵌入式技术无处不在处理文档、进行工作管理和生产控制的计算机各种使用嵌入式技术的电子产品，如：MP3、PDA、手机、智能玩具，网络家电、智能家电、车载电子设备等在工业和服务领域中，大量嵌入式技术也已经应用于工业控制、数控机床、智能工具、工业机器人、服务机器人等各个行业，正在逐渐改变着传统的工业生产和服务方式何谓嵌入式系统26国际芯片市场来看据统计每年只有10-20%的计算机芯片是为台式PC或膝上电脑而设计的。嵌入式系统设计制造的CPU每年大概有10-20亿片。每年又有1万个新的嵌入式系统计划产生，而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统。如：手持设备市场。2000年的全球产销量为1290万部，而到今年时预计将为6340万部。何谓嵌入式系统27中国信息家电市场2001年达到500亿～700亿元，今年有望达到3500亿～5000亿元。国内现有8000万有线电视网用户、3亿多台彩色电视机和7000多万台VCD／DVD机。业内分析，未来10年是国内机顶盒生产的黄金时期，10年总量可望达到1～1.5亿台，总产值在600～1500亿元人民币之间。仅此一项，嵌入式软件开发商每年获得