嵌入式系统原理与应用EMB-1 嵌入式系统与片上可编程系统

第1章嵌入式系统与片上可编程系统•第1节嵌入式系统的应用•第2节嵌入式处理器的发展•第3节嵌入式操作系统的发展•第4节嵌入式系统的展望•第5节微控制器(MCU)基础•第6节可编程片上系统(PSOC)概述•第7节PSOC5设计流程•第8节PSOC5结构，功能与器件第1章嵌入式系统与片上可编程系统•第1节嵌入式系统的应用•第2节嵌入式处理器的发展•第3节嵌入式操作系统的发展•第4节嵌入式系统的展望•第5节微控制器(MCU)基础•第6节可编程片上系统(PSOC)概述•第7节PSOC5设计流程•第8节PSOC5结构，功能与器件第1节嵌入式系统的应用发展与展望•嵌入式系统的概念一种完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统；根据英国电器工程师协会的定义，为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备；与个人计算机(PC)等的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务；Computerv.s.ComputingDevices•嵌入式系统的应用物联网(InternetofThings)的发展和应用的3大驱动力之一智能设备(手机/手表/眼镜/腕带/家电/服装，.....)智能手机之Apple篇•AppleiPhone5iPhone5SoriPhone5CiPhone6oriPhone6plusCPU：AppleA8OS：iOS8智能手机之Samsung篇•GalaxyNote2GalaxyNote3GalaxyNote4CPU：SamsungExynosxxxxOS：Android4.x.xScreen：SuperAMOLED智能手机之Microsoft篇•NokiaLumia920NokiaLumia1020NokiaLumia930CPU：QualcommMSMxxxxOS：WindowsPhone8.x智能手表之Apple篇•iWatchCPU:AppleS1OS:WatchOS(iOS-based)智能手表之Motorola篇•MOTOACTVGPSFittnessTrackerandMP3PlayerCPU:OMAP3OS:Android2.3Moto360CPU:OMAP3OS:AndroidWearWirelessQicharging智能手表之Sony篇•SmartWatchCPU：ARMCortex-M3OS：μC/OS-IISmartWatch2CPU：ARMCortex-M4OS：AndroidUISmartWatch3CPU：Snapdragon400OS：AndroidWear智能手表之Samsung篇•GearCPU:ExynosxxxxOS:AndroidScreen:SuperAMOLEDGear2CPU:Exynos3250OS:TizenScreen:SuperAMOLEDGearSCPU:SamsungExynosxxxxOS:TizenScreen:CurvedSuperAMOLED智能眼镜•GoogleGlassCPU:OMAP4430OS:AndroidScreen:PrismProjector第1章嵌入式系统与片上可编程系统•第1节嵌入式系统的应用•第2节嵌入式处理器的发展•第3节嵌入式操作系统的发展•第4节嵌入式系统的展望•第5节微控制器(MCU)基础•第6节可编程片上系统(PSOC)概述•第7节PSOC5设计流程•第8节PSOC5结构，功能与器件嵌入式处理器(EmbeddedProcessor)•ARM(AdvancedRISCMachines)•MIPS(Microprocessorw/oInterlockedPipelineStages)•X86•MPU(MicroProcessorUnit)•MCU(MicroControllerUnit)•DSP(DigitalSignalProcessor)•FPGA(FieldProgrammableGateArray)•SOC(SystemonChip)•PSOC(ProgrammableSystemonChip)ARM处理器•ARM公司是芯片设计公司，自身并不生产处理器，而是将设计授权给需要处理器的公司，由其自行生产或者代工。•ARM公司对外进行授权，分为内核授权和架构授权，内核授权对ARM架构有任何更改的设计，如Samsung和TI。Qualcomm，Apple，Nvidia，Microsoft和Marvell是架构授权，自行设计基于ARM架构的处理器。ARM架构(1)ARM架构(4)•经典ARM处理器ARM7；ARM9；ARM11•嵌入式Cortex处理器Cortex-M0/M0+；Cortex-M1；Cortex-M3；Cortex-M4，Cortex-M7Cortex-R4；Cortex-R5；Cortex-R7•应用Cortex处理器Cortex-A5；Cortex-A7；Cortex-A8Cortex-A9；Cortex-A15ARM嵌入式处理器(1)•Cortex-R系列面向实时应用的卓越性能，则面向深层嵌入式实时应用，对低功耗、良好中断行为、性能及与现有高兼容性进行折中；典型应用：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•Cortex-M系列面向确定性的微控制器应用，针对微控制器领域，既需快速且具有高确定性的中断管理，又需将门数和功耗控制最低；典型应用：微控制器；混合信号设备；智能传感器；汽车电子；安全气囊；PSOC5(Cortex-M3)ARM架构(2)ARM架构(3)ARMmbedIoTDevicePlatformmbedOSArchitectureARM嵌入式处理器(2)•Cortex-A系列开放式操作系统的高性能处理器在先进工艺节点中实现高达2GHz+标准频率的卓越性能，支持下一代的移动Internet设备。具有单核和多核种类，最多提供4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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BeagleBone开发板(CortexA8)ARM专用处理器•SecurCore面向高安全性应用的处理器；旨在满足特定市场的苛刻需求。在安全市场中用于手机SIM卡和证件应用，集成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。•FPGACores面向FPGA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。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。MIPS处理器•MISPTechnologies→ImaginationTechnologies提供业内最为丰富的低功率、高性能嵌入式微处理器内核，在全球各地用于数亿件产品。Imagination针对每个独特设计需求开发从入门级到业内最高性能水平的各种处理器内核。MIPS针对正在引入下一代嵌入式设计的高增长市场，包括数码产品应用和越来越多的移动应用、宽带接入与联网，以及最新通信应用。2012年5月推出其新一代Aptiv™处理器内核。Aptiv由3个新的处理器系列组成，包括入门级、中级和高端处理器内核解决方案，涵盖多种应用要求。MIPS架构Aptiv处理器内核•microAptiv高效紧凑实时嵌入的MIPS32®Release3内核，采用microMIPS代码压缩指令集架构。集成DSP和SIMD功能，满足多种微控制器和入门级嵌入系统的信号处理要求。•interAptivMIPS32Release3多重处理器内核带有多线程平衡9阶段管道，具有领先性能效率。适于需优化成本和功率的高度并行应用。•proAptiv超标量深度乱序MIPS32Release3处理器内核的CoreMark/MHz得分在目前可获许可IP内核最高，具有领先硅效率。可选择单内核和多内核产品，适于联网消费电子产品的应用处理和联网应用的控制平面处理。经典内核系列•提供业内最为丰富的低功率、高性能嵌入式微处理器内核，在全球各地用于数亿件产品。MIPS321074KMIPS321004KMIPS3274KMIPS3234KMIPS3224KMIPS32M4K/4KMIPS32M14K硬IP内核•采用最新设计方法、标准单元库和内存开发的ImaginationTechnologies硬IP内核代表了最先进的硬件IP。硬内核面积很小，为用户节约很多成本，在同等性能级别中的内核中脱颖而出。搭配可靠的开发环境，大幅缩短SoC实施时间。M4KHardIPCores4KcHardIPCore4KEcHardIPCores24KEcHardIPCoresX86架构•X86架构的发展(1978年迄今)Intel4004-Intel8008-Intel8080-Intel80861981年IBMPC选用Intel8086，使得X86PC标准平台，成为史上最成功的CPU架构。其他公司也制造x86CPU，如Cyrix(VIA收购)、AMD、IBM、IDT以及Transmeta。•除Intel外最成功的制造商是AMD，其早先产品Athlon系列处理器的市场份额仅次于IntelPentium。•少数台湾公司生产386/486CPU用于工控86DuinoZERO开发板(Vortex86EXCPU)：昭营科技IntelEmbedded•IntelAtomD410；D425；N455；D525；N450；D510Z6xx；E6xx；E6x5C：(CPU+FPGA)SOC；N2000；D2000：白色家电Z2460(Medfield)：SOC;手机应用Z2000；Z2580：SOC;Z3xxx•IntelQuark(586架构)伽利略(Galileo)开发板(400MHzQuarkX1000)爱迪生(Edison)开发板(500MHzAtom+100MHzQuark)AMDEmbedded•G-seriesAPU主频：615MHz～1.65GHzTDP：4.5～18W单核或双核•GeodeLX600/700/800/900主频：366~600MHzTDP：2.8～5.1W第1章嵌入式系统与片上可编程系统•第1节嵌入式系统的应用•第2节嵌入式处理器的发展•第3节嵌入式操作系统的发展•第4节嵌入式系统的展望•第5节微控制器(MCU)基础•第6节可编程片上系统(PSOC)概述•第7节PSOC5设计流程•第8节PSOC5结构，功能与器件嵌入式操作系统(EmbeddedOS)•Android•μC/OS•μC/Linux•Meego/Tizen•Symbian•iOS•WindowsPhone/Mobile/Embedded•WindriverAndroid•Android以Linux为基础的半开源操作系统，主要用于移动终端，由Google领头成立的开放手持设备联盟(OpenHandsetAlliance-OHA)持续领导与开发中。其内核属于Linux内核的分支，具有典型的Linux周期和功能，除此之外，Google为能让Linux在移动设备上良好的运行，对其进行修改和扩充。Android硬件支持(1)•Android的开放性和可移植性，广泛用在电子产品上：智能手机，上网本，平板电脑，PC，笔记本电脑，TV，机顶盒(STB)，MP3/MP4播放器，掌上游戏机，家用主机，电子手表，电子收音机，耳机，汽车设备，导航仪，CD/VCD/DVD播放机，以及其他设备。•Android大多搭载在使用了ARM架构的硬件设备上。也有支持X86架构终端产品，GoogleTV；LenovoK800等智能手机和平板电脑；也支持MIPS架构的智能手机和平板电脑。Android硬件支持(2)•Apple公司的iOS设备，iPhone，iPodTo