嵌入式系统开发概述

嵌入式电子工程师2嵌入式系统开发概述3为什么要学习嵌入式系统什么是嵌入式系统嵌入式系统的发展历程嵌入式系统的组成嵌入式系统的特点嵌入式系统的开发本次培训的内容、资料及目标嵌入式系统简介4为什么要学习嵌入式技术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，……5嵌入式技术正在形成一种产业美国著名未来学家尼葛洛庞帝99年1月访华时预言，4～5年后嵌入式智能（电脑)工具将是PC和因特网之后最伟大的发明。嵌入式系统带来的工业年产值已超过了1万亿美元，它正在成为信息技术（IT）产业争夺的重点之一。每年只有10%-20%的计算机芯片用于台式机或笔记本电脑等，这就意味着每年有10-0亿块CPU是为嵌入式系统设计制造的：每年有超过1万个新的嵌入式系统计划产生。未来5年仅基于嵌入式计算机系统的全数字电视产品，就将在美国产生一个每年1500亿美元的新市场。据说，“福特出售的‘计算能力’已超过了IBM”，由此可以想见嵌入式计算机工业的规模和广度。6嵌入式技术正在形成一种产业它们被广泛地应用到工业控制系统、仿真系统、医疗仪器、信息家电、通信设备等众多领域中。PDA在显示屏幕上已实现汉字写入、短消息语音发布，作为企业专用解决方案，如物流管理、条码扫描、移动信息采集等自动控制领域，不仅可以用于ATM机，自动售货机，工业控制等专用设备，和移动通讯设备结合、GPS、娱乐相结合，硬件方面，不仅有各大公司的微处理器芯片，还有用于学习和研发的各种配套开发包。尤其是在最近几年，嵌入式设备不断地进入到新的应用领域，比如PDA、手持设备、智能电话和机项盒（STB）等。7嵌入式技术正在形成一种产业在通信领域，数字技术正在全面取代模拟技术。在广播电视领域，美国已开始由模拟电视向数字电视转变，欧洲的DVB（数字电视广播）技术已在全球大多数国家推广。北京数字电视，凤凰数字卫视，高清晰、互动点播、机顶盒。在中国有8000万有线电视网用户，1亿以上的有线电话网用户，为其发展提供了巨大市场。针对如此巨大的市场，嵌入式系统的研发和生产也给我国信息产业实现跨越式发展提供了良好的机遇。8嵌入式系统市场分析据国外某研究机构的统计，1999年，嵌入式操作系统全球产值3.62亿美元，比1998年的3.05亿美元增长了18.7%。而另一研究机构则预计，从1997年到2001年，嵌入式系统市场将以年均240％的速度增长，2001年的市场规模将达到317亿美元再从手持设备市场来看，2000年的全球产销量为1290万部，而到2004年时预计将为6340万部。据预测，2001年中国信息家电市场将达到500亿-700亿元，2004年有望达到3500亿-5000亿元。目前，嵌入式操作系统的品种较多，一年前的统计显示，仅用于信息家电的嵌入式操作系统就有40种左右。9举例说明高级酒店，电话、TV、INTERNET、PLAY、EMAIL、KEY、无线集成；美国正在启动一项计划，网络无线介入平台飞机的电子设备，巴黎、东京、汉城等城市地铁买票系统电子菜单、日本数码相机等；未来超市购买东西不排队，施乐Xerox公司于70年代初开始实施其无纸办公室的计划，首先开发了自动付款机系统。它设想要求超市中的每件商品都有一个存贮商品价钱的芯片。当商品小推车经过记帐。当信用卡“扫过”时，就给出清单，这样记账时就不用排队了。医疗电子病历、手持医疗仪器、德国血压仪、10社会对嵌入式系统设计人才的迫切需求通讯行业：华为、中兴、大唐、……国内IT业：联想、同方、方正、……外资企业：微软、IBM、GE、……工业领域：Siemens、ABB、研华、……国内中小型高新技术企业11对提高专业知识和实践能力大有帮助嵌入式系统设计是一门综合性的课程，涉及涉及电子、计算机、自动控制等诸多专业知识，综合性强，可包括微机原理、单片机设计、操作系统等课程内容。嵌入式系统是软件、硬件设计的完美结合。理论与实践相结合：实践是嵌入式系统课程的重要环节，缺乏实践的嵌入式系统课程是纸上谈兵。通过嵌入式系统课程学习，可提升嵌入式系统设计的专业知识和实际设计能力。知识的积累是与精力和时间的付出成正比的，要成为高手和专家，就需要不断的努力。学无止境。12为什么要学习嵌入式系统什么是嵌入式系统嵌入式系统的发展历程嵌入式系统的组成嵌入式系统的特点嵌入式系统的开发本次培训的内容、资料及目标嵌入式系统简介13什么是嵌入式系统？PDA智能手机自动化电器Mp3、mp4播放器数码相机VCD、DVD14什么是嵌入式系统？15嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫做嵌入式系统（EmbeddedSystem）什么是嵌入式系统？16IEEE定义根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置17微机学会的定义嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统。可分为系统级、板级、片级系统级：各种类型的工控器、PC104模块板级：各种类型的带CPU的主板及OEM产品片级：各种以单片机、DSP、微处理器为核心的产品18嵌入式系统最权威的定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗的严格要求的专用计算机系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。什么是嵌入式系统？19为什么要学习嵌入式系统什么是嵌入式系统嵌入式系统的发展历程嵌入式系统的组成嵌入式系统的特点嵌入式系统的开发本次培训的内容、资料及目标嵌入式系统简介20嵌入式系统发展的里程碑上世纪70年代单片微处理器问世，它标志着嵌入式系统的开端。从上世纪80年代早期开始,嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件,这使得可以获取更短的开发周期,更低的开发资金和更高的开发效率。21上世纪90年代以后,随着对实时性要求的提高,软件规模不断上升,实时核逐渐发展为实时多任务操作系统(RTOS),并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流进入21世纪以后嵌入式系统发展更为迅猛，在市场的巨大需求下，嵌入式系统成为继个人PC、网络之后第三次大发展嵌入式系统发展的里程碑22什么是嵌入式系统嵌入式系统的发展历程嵌入式系统的组成嵌入式系统的特点嵌入式系统的开发本次培训的内容、资料及目标嵌入式系统简介23嵌入式系统的组成嵌入式系统包括硬件部分和软件部分用户应用程序嵌入式操作系统外围硬件设备嵌入式微处理器24嵌入式系统的组成嵌入式系统的一般组成软件结构嵌入式操作系统特定的应用程序硬件结构嵌入式微处理器外围硬件设备25嵌入式处理器嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。可扩展的处理器结构，以能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。26嵌入式微处理器分类嵌入式处理器嵌入式微控制器（MCU）嵌入式DSP处理器(DSP)嵌入式微处理器(MPU)嵌入式片上系统(SystemOnChip)27（1）嵌入式微控制器嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种８位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、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。28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。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。29（2）嵌入式DSP处理器DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。DSP的理论算法在70年代就已经出现，但是由于专门的DSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPU等由分立元件实现。1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。DSP的运算速度进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。目前最为广泛应用的嵌入式DSP处理器是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的应用范围,AD公司的DSPADSP21XXBF561BF531BF53330嵌入式微处理器（MicroProcessorUnit)MPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。31和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等32（4）嵌入式片上系统(SystemOnChip)SoC就是SystemonChip，SoC嵌入式系统微处理器就是一种电路系统。它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，像是ARMRISC、MIPSRISC、DSP或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，像是通用串行端口（USB）、TCP/IP通信单元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、蓝牙模块接口等等，这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理芯片。33SoC是追求产品系统最大包容的集成器件，SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。运用VHDL等硬件描述语言不需要再像传统的系统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点点的连接焊制，只需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。34由于SOC往往是专用的，所以大部分都不为用户所知，如Philips的SmartXA。Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。SOC芯片也将在声音、图像、影视、网络及系统逻辑等应用领域中发挥重要作用。35SoC嵌入式系统微处理器所具有的其他的好处可以分为下列几点：利用改变内部工作电压，降低芯片功耗。减少芯片对外管脚数，简化制造过程。减少外围驱动接口单元及电路板之间的信号传递，可以加快微处理器数据处理的速度。内嵌的线路可以避免外部电路板在信号传递时所造成系统杂讯。36新的发展方向：SOCASICCoreM