第1章 嵌入式系统基本概念

信息工程学院嵌入式系统结构徐杨2020年1月21日星期二第1章嵌入式系统基础知识2020年1月21日星期二主要内容•课程概述•嵌入式系统的特点及分类•嵌入式系统的软硬件结构•嵌入式微处理器ARM•嵌入式操作系统•基于ARM和Linux的嵌入式开发平台2020年1月21日星期二1.课程概述•为什么要学习嵌入式系统导论？（why）•开课对象？（who）•本课程在专业方向中的地位？（where）•学什么？（what）•怎么学？（how）2020年1月21日星期二1.课程概述（why）•市场需求–中国具有世界最大嵌入式技术市场，将成为世界第一，手持仪器设备、信息家电、城市建设、工业控制、军事应用，……，嵌入式技术无处不在。•企业人才需求–软硬件设计人才，应用开发人才，综合性人才，……•技术发展趋势要求–8位、16位、32位，实时操作系统，……2020年1月21日星期二嵌入式系统的应用嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子通信设备移动存贮工控设备智能仪表汽车电子网络设备消费电子军事国防电子商务网络工业控制2020年1月21日星期二嵌入式系统的应用goReaderInterneteBookSamsungAnyWebInternetScreenPhoneeRemoteIntelligentHomeControllerTektronixTDS7000DigitalOscilloscopesNixvueDigitalAlbumDigitalPhotoAlbum2020年1月21日星期二1.课程概述（who）•计算机科学与技术（嵌入式软件方向）•软件工程（嵌入式软件方向）2020年1月21日星期二1.课程概述（what）•什么是嵌入式系统？–以应用为中心，以计算机技术为基础，其软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格约束的一种专用系统，所用的计算机称为嵌入式计算机。2020年1月21日星期二1.课程概述（what）•主要内容–嵌入式系统基础知识–嵌入式交叉编译环境–嵌入式开发环境的搭建–MiniGUI应用程序设计–嵌入式数据库–QT图形界面应用程序开发2020年1月21日星期二1.课程概述（how）•勤思考•勤动手•培养兴趣2020年1月21日星期二1.课程概述（how续）•学时数–理论教学36学时，实践教学18学时•考核方式–平时成绩20％＋实验30%+期末50％–闭卷考试•平时成绩评分方法–平时成绩＝作业＋课堂纪律•资料下载–徐杨/嵌入式系统设计方法2020年1月21日星期二1.课程概述（教材及参考书）•教材介绍–《嵌入式应用开发基础—基于ARM微处理器和Linux操作系统》•参考书目–《嵌入式Linux应用开发详解》华清远见培训–《UP-NETARM2410(Linux)嵌入式系统实验指导书》北京博创兴业科技有限公司2020年1月21日星期二2.嵌入式系统的特点及分类比较项目嵌入式软件系统PC引导代码Bootloader引导，针对不同电路进行移植主板的BIOS引导操作系统Wince，Vxworks，Linux等，需要移植Windows，Linux不移植驱动程序每个设备都必须针对电路板进行开发OS中含有大多数，直接下载协议栈移植OS或第三方供应商提供开发环境借助服务器进行交叉编译在本机可开发调试仿真器需要不需要2020年1月21日星期二2.嵌入式系统的特点及分类•简单嵌入式系统–主要以单片机、DSP为微处理器的系统•复杂嵌入式系统–以嵌入式微处理器和Soc为核心，32位以上（速度快，外围接口能力强），可以移植嵌入式操作系统，基于嵌入式操作系统编写嵌入式应用软件，从而缩短开发周期，降低开发成本并提高开发效率。2020/1/212020年1月21日星期二3.嵌入式系统的软硬件结构•硬件结构2020年1月21日星期二3.嵌入式系统的软硬件结构•软件结构–设备驱动接口•负责嵌入式系统与外部设备的信息交互–实时操作系统•与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等–可编程应用接口•API为编制应用程序提供各种编程接口库。–应用软件2020年1月21日星期二4.嵌入式微处理器ARM•嵌入式微处理器的特点–对实时多任务有很强的支持能力–具有功能很强的存储区保护功能–可扩展的处理器结构–嵌入式微处理器必须功耗很低2020年1月21日星期二4.1ARM嵌入式微处理器体系结构概述•ARM（AdvancedRISCMachines）•全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权核供应商•ARM处理器三大特点耗电少，成本低，功能强16/32位双指令集全球众多合作伙伴保证供应ARM处理器性能卓越，占据80％的市场ARM的RISC性能全世界领先，小尺寸封装，具有最低的芯片成本，在非常低的功耗和价格下提供高的性能。双指令集可以相互切换，可以优化软件设计保证了大量的开发工具和第三方资源2020年1月21日星期二4.1ARM嵌入式微处理器体系结构概述Partner授权费IPARM创造和设计IP产品，例如：芯片Partner把ARMIP和其他IP集成进产品OEMCustomer版权费单价OEM用来自ARMPartner的芯片设计制造最终用户产品业务拓展/市场格局ARM2020年1月21日星期二ARM嵌入式微处理器体系结构概述•ARM系列ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10、ARM11、SecureCore、IntelXScale2020年1月21日星期二5.嵌入式操作系统•什么是嵌入式操作系统–嵌入式操作系统是嵌入式系统的重要组成部分，是嵌入式硬件设备和嵌入式应用软件之间通信的桥梁。它包括与硬件相关的底层驱动软件、内核、设备驱动接口、通信协议等，提供与硬件设备交互的接口；它还包括图形界面、库函数等等，提供对用户的接口。2020年1月21日星期二5.嵌入式操作系统•与通用操作系统相比较–嵌入式操作系统要求很强的实时性–支持快速而确定的上下文切换–具有高度的可裁剪性–支持动态链接，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能–具有快速有效的中断和异常处理能力–支持优化的浮点运算–能够进行动态的内存管理2020年1月21日星期二5.嵌入式操作系统•实时嵌入式操作系统一般分为商用型和免费型–商用型的实时操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但往往价格昂贵–免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，目前主要有Linux和μC/OS，稳定性与服务性存在挑战2020年1月21日星期二5.嵌入式操作系统•主流嵌入式操作系统–VxWorks–WinCE–μC/OS-Ⅱ–嵌入式Linux2020年1月21日星期二5.嵌入式操作系统•VxWorks•VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统，具有良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境•VxWorks的显著特点：可靠性、实时性和可裁减性。•它支持多种处理器•大多数的VxWorksAPI是专有的，火星机器人。美国市场第一名。2020年1月21日星期二5.嵌入式操作系统•WindowsCE6.0–一种针对小容量、移动式、智能化、32位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统。–WinCE针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台，WindowsCE嵌入但不够实时，属于软实时操作系统，目前也开始中文手机的研究开发。–由于其Windows背景，界面比较统一认可。–操作系统的基本内核需要至少200K的ROM2020年1月21日星期二5.嵌入式操作系统•嵌入式实时内核uC/OSuC/OS是一款公开源代码的免费实时内核uC/OS的特点：具有RTOS基本的特点，代码尺寸小、结构简明、易学、易移植源代码的绝大部分是用C语言写的，经过简单的编译，就能在PC机上运行；用汇编语言写的部分只有200行左右，该实时内核可以方便地移植到几乎所有的嵌入式应用类CPU上2020年1月21日星期二5.嵌入式操作系统•嵌入式LinuxLinux是开放源码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多Linux爱好者又是Linux开发的强大技术后盾。Linux的内核小、功能强大、运行稳定、系统健壮、效率高，易于定制剪裁，在价格上极具竞争力。Linux不仅支持x86CPU，还可以支持其他数十种CPU芯片。2020年1月21日星期二6.基于ARM和Linux的嵌入式开发平台2020年1月21日星期二课后作业•查找相关资料总结嵌入式系统的发展趋势和相关技术•网上查找当今比较流行的嵌入式微处理器和嵌入式操作系统，至少列出5种。•复习Linux基本常用命令。•安装linux虚拟机—先安装vmware软件，再运行映象文件•周末完成并提交纸质作用2020年1月21日星期二2020年1月21日星期二