嵌入式简介

1嵌入式系统AnIntroductiontoEmbeddedSystem第1课嵌入式系统概述范道尔吉2提纲本课程教学要求嵌入式系统应用领域嵌入式系统概念嵌入式系统发展历程嵌入式系统构成要素3教材与教学安排国内优秀教材和规划教材为主、外文教材为指导《嵌入式系统原理及应用开发》陈渝，韩超，李明，机械工业出版社，2008年《嵌入式系统原理与设计》王志英、李宗伯等，高等教育出版社，2007年《ARM嵌入式系统基础教程（第2版）》周立功，北京航空航天大学出版社，2008年课程共设32课时，理论课26学时，实验课6学时4教材主教材参考教材网络资源电子工程专辑，电子设计技术，嵌入开发网，，实验平台7课程考核方式出勤、课堂讨论等平时成绩：约30％实验报告质量与成绩：约30％期终考查（或考试）成绩：约40％有特色贡献者可以在以上总分的基础上再加分。8提纲本课程教学要求嵌入式系统应用领域嵌入式系统概念嵌入式系统发展历程嵌入式系统构成要素91.嵌入式系统概述经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度上改变了人们的生活、工作和娱乐方式，并且这种改变还在加速。嵌入式系统具有无数的种类，每类都具有自己独特的个性。例如，MP3、数码相机与打印机就有很大的不同。在日常生活中，人们使用各种嵌入式系统，但未必知道它们。事实上，几乎所有带有一点“智能”的家电（全自动洗衣机、恒温空调、电脑电饭煲…）都是嵌入式系统。10韩国电信手机/电视遥控器二合一产品SonyEricsson超小型手机电脑手机放在底座上成为电脑Nokia手机户外音响内置DVB-H移动电视手机普通手机智能手机与PDA结合1.1嵌入式技术的应用－手机11智能家居智能家电Roto-Rooter的PimpedOutJohn组合笔记本/ipod/冰箱/Xbox360/健身高科技的捕鼠器遮断红外线光束掉下笼子DangerBomb闹钟不起床就爆炸啰配备电子食谱的锅铲coo.boo智能型垃圾桶i.Master1.1嵌入式技术的应用－智能家居121.1嵌入式技术的应用－PDA个人信息助理掌上电脑PDA手机+GPS导航＝DopodU1000，且支持SkyPEMap-Star的GPS定位设备华硕GPS导航器SONYGPS导航器Nokia6110四频HSDPA/GPS导航器13iLuv可即时将视频录制到iPod/闪存卡上，与以前技术相反Sony家用影音综合设备XtremeMac开发的iPod音箱IPEVO支持Skype电话Nike的iPod帽MeizuM8IpodnanoArchos带Wifi的704PortableMediaPlayer1.1嵌入式技术的应用－PMP14录音笔FLY数字笔能“看懂”在专用纸上所写的内容能“阅读”写作和纠正语法错误完成简单的算术运算将英文互相翻译成西班牙文等Genius数字便笺存储100页便笺2000LPI分辨率32MB板载内存可通过USB连接电脑笔迹识别软件PolymerVision手机书1.1嵌入式技术的应用－办公用品151.1嵌入式技术的应用－手表MartinFrey手表日程表和手机联动获取网络连接和GPS定位信息手表手机：M3001英寸的显示屏USB接口可播放音乐支持蓝牙Nike的Speed+手表结合iPod和运动计测韩国防性罪犯的电子手镯可追踪罪犯的定位和坐标爱国者视频MP4手表161.1嵌入式技术的应用－运动玩具游戏GTX公司定位的运动跑鞋内置的GPS接收器和可充电电池遥控蜻蜓次世代三大主流三款主机Xbox360，WII，PS3GameCubeXboX360PS3Wii,手柄,手套,枪171.1嵌入式技术的应用－摄像器材数码相机DV181.1嵌入式技术的应用－多媒体终端IP电话视频会议可视电话基于视频电话的小型视频会议系统(MCU)语音识别电话基于H.323协议族的网络视频电话191.1嵌入式技术的应用－家庭音响引入计算机技术的音响配备B&O与Core2Duo的P.Guerra家庭影院SonosZP80无线音响LGHDDVD/蓝光播放器Motorola支持M卡的HDDVR录像机iPhone201.1嵌入式技术的应用－电视高清电视数字电视立体显示技术LG内置数字录像机的LCDTVAppleTV:IntelPentiumM1.0GHz2MBofL2高速缓存nVidiaG72M显示卡64MBDDR2内存内置的40GB硬盘播放iTunes能输出1080p高画质影像的iPodDock数字电视机顶盒211.1嵌入式技术的应用－通讯设备有计算机能力的各种通讯设备路由器/交换机/防火墙等Buffalo路由器/USB网卡套装VPN产品千兆网关防火墙22DCG(动态心电图仪)便携式多参数监护仪中医指套传感器脉象虚拟仪器推拿手法测试仪电动机故障状态监测保护系统监控仪手持仪1.1嵌入式技术的应用－仪器仪表231.1嵌入式技术的应用－交通相关汽车电子处理器个数可达三位数车载娱乐，定位等车控ABS、EBD等其他中国版月球车汽车立体声音响HDRadio扩展包改装遮阳板DVD/TV/MP3241.1嵌入式技术的应用－军工武器控制系统数字化单兵系统有苛刻要求尺寸和重量功率消耗震动和冲击温度和湿度21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统夜视扫描、全球定位、指挥通信251.1嵌入式技术的应用－新兴硬件GPS/蓝牙双拼模块芯片龙芯2号增强型处理器芯片Intel进入二十倍数时代，五年后给我们八十核心处理器可服用的RFID芯片IntelTolapai计划要把南北桥做在芯片中26提纲本课程教学要求嵌入式系统应用领域嵌入式系统概念嵌入式系统发展历程嵌入式系统构成要素27IEEE（国际电气和电子工程师协会）给出的定义：嵌入式系统是用于控制、监视或者辅助装置、机器或者设备运行的装置。Devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants.通常执行特定功能以微电脑和外围构成核心严格的时序和稳定性要求全自动操作循环1.2.1嵌入式系统的定义（1）281.2.1嵌入式系统的定义（2）从技术的角度定义：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。291.2.2计算机应用领域的划分服务器服务器服务器桌面通用型高端服务型小型专用型301.2.3嵌入式系统与桌面通用系统的区别(1/7)嵌入式系统中运行的任务是专用而确定的心脏监视器只需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务如要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护桌面通用系统需要支持大量的、需求多样的应用程序对系统中运行的程序不作假设程序升级、更新等方便311.2.3嵌入式系统与桌面通用系统的区别(2/7)嵌入式系统往往对实时性提出较高的要求。实时系统：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务。（POSIX1003.b）嵌入式实时系统可分为：强实时型：响应时间μs～ms级；一般实时：响应时间ms～s级；弱实时型：响应时间s级以上。32嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统嵌入式实时操作系统数量众多，如：VxWorks(WindRiver)WindowsCEpSOS(被WindRiver兼并)QNX国产嵌入式实时操作系统，如：HOPENDeltaOS。。。OS1.2.3嵌入式系统与桌面通用系统的区别(3/7)33嵌入式系统运行需要高可靠性保障，比桌面系统的故障容忍能力弱很多嵌入式系统需要忍受长时间、无人值守条件下的运行嵌入式系统运行的环境恶劣1.2.3嵌入式系统与桌面通用系统的区别(4/7)34嵌入式系统大都有功耗约束。如：珍贵文物微气象环境监测要求1分钟采样一次，每个采样节点采用电池供电，1年更新一次。采用常规的方法，能量只能持续工作5天！引入间歇工作方式，从而降低功耗，节省能量。1.2.3嵌入式系统与桌面通用系统的区别(5/7)35嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多为降低系统成本，降低功耗，嵌入式系统的资源配置遵循够用就行！嵌入式系统的开发需要专用工具和特殊方法：开发：交叉编译、交叉链接调试：仿真器、虚拟机更新：在线升级等1.2.3嵌入式系统与桌面通用系统的区别(6/7)36嵌入式系统开发是一项综合的计算机应用技术系统结构：状态控制器、中断控制器处理汇编语言：操纵外围设备、端口操作系统：设置运行任务、通讯、互斥编译原理：交叉编译、bootloader加载1.2.3嵌入式系统与桌面通用系统的区别(7/7)通用计算机与嵌入式系统对比特征通用计算机嵌入式系统形式和类型•看得见的计算机。•按其体系结构、运算速度和结构规模等因素分为大、中、小型机和微机。•看不见的计算机。•形式多样，应用领域广泛，按应用来分。组成•通用处理器、标准总线和外设。•软件和硬件相对独立。•面向应用的嵌入式微处理器，总线和外部接口多集成在处理器内部。•软件与硬件是紧密集成在一起的。开发方式•开发平台和运行平台都是通用计算机•采用交叉开发方式，开发平台一般是通用计算机，运行平台是嵌入式系统。二次开发性•应用程序可重新编制•一般不能再编程38提纲本课程教学要求嵌入式系统应用领域嵌入式系统概念嵌入式系统发展历程嵌入式系统构成要素39嵌入式系统出现于20世纪60年代，40多年来随着计算机技术、电子信息技术的发展，嵌入式系统的各项技术蓬勃发展，市场迅猛扩大，已深入生产和生活的各个角落。嵌入式系统发展的三个阶段嵌入式系统的出现和兴起（1960－1970）嵌入式系统走向繁荣，软件、硬件日臻完善（1971－1989）嵌入式系统应用走向纵深化发展（1990－至今）1.3嵌入式系统的发展历程40第一代电子管计算机(1946～1957年)，无法满足嵌入式计算所要求的体积小、重量轻、耗电少、可靠性高、实时性强等一系列要求。60年代，第二代晶体管计算机系统开始应用：第一台机载专用数字计算机是美国海军舰载轰炸机“民团团员”号研制的多功能数字分析器(Verdan)。1962年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制。1965～1970年，第三代集成电路化计算机系统应用：第一次使用机载数字计算机控制：1965年发射的Gemini3号第一次通过容错来提高可靠性：1968年阿波罗4号、土星5号。1.3.1嵌入式系统的出现和兴起嵌入式系统开始走向繁荣嵌入式系统大发展是在微处理器问世之后1973年至1977年间各厂家推出了许多8位的微处理器，包括Intel8080/8085，Motorola的6800/6802，Zilog的Z80和Rockwell的6502。微处理器不单用来组成微型计算机，而且用来制造仪器仪表、医疗设备、机器人、家用电器等嵌入式系统。仅8085/Z80微处理器的销售就超过7亿片,其中大部分是用于嵌入式工业控制应用。嵌入式系统开始走向繁荣微处理器的广泛应用形成了一个广阔的嵌入式应用市场，计算机厂家除了要继续以整机方式向用户提供工业控制计算机系统外，开始大量地以插件方式向用户提供OEM产品，再由用户根据自己的需要构成专用的工业控制微型计算机，嵌入到自己的系统设备中。为了灵活兼容，形成了标准化、模块化的单板机系列。流行的单板计算机有Intel公司的iSBC系列、Zilog公司的MCB等。由于兼容的要求，这就导致了工业控制微机系统总