第1章-嵌入式系统概述

ARM嵌入式系统第1章嵌入式系统概述嵌入式系统概述嵌入式系统概念嵌入式系统的特点嵌入式系统的应用嵌入式系统的组成嵌入式微处理器系列嵌入式操作系统嵌入式系统开发工具学好ARM就有机会!1.1嵌入式系统的概念IEEE对嵌入式的定义：devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants.国内普遍认同的嵌入式系统：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。1.2嵌入式系统的特点嵌入式系统是分散的工业，充满竞争、机遇与创新，没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。与通用计算机系统相比，嵌入式系统特点：是专用的计算机系统生命周期较长对软件的要求高需要实时操作系统和专用的开发工具1.3嵌入式系统的应用以嵌入式计算机为核心的嵌入式系统是继IT网络技术后，又一个新的技术发展方向。应用领域：通用计算机的外设：键盘、鼠标、硬盘、显卡等无线通信领域：手机、PDA消费类电子产品：数字媒体播放器、游戏机网络应用：语音及视频处理、数字机顶盒、VoIP成像和安全产品：数码相机、打印机、SIM智能卡工业控制与仪器仪表等其他领域ARMPoweredProductsLexmarkZ52ColorJetprinterSamsungML5100AJVCPixstarGC-X1HPJornado820PsionRevoPlusHPCapShareSonyMZ-R90MiniDiscNokia8810NokiaMediamasterNintendoGameboyAdvanceEricssonR380AlbaBushInternetTV3Com10/100PCINICIomegaHipZipDiamondMultimediaRio6001.4嵌入式系统的组成强调“专用计算机系统”，量身定做、可剪裁。包括硬件和软件：硬件以嵌入式处理器为核心，配置存储器、I\O设备、通信模块以及必要的辅助接口组成。软件包括操作系统和应用性软件。•功能简单的嵌入式系统一般无需操作系统。•但程序较复杂时需要操作系统来管理控制内存、多任务以及周边资源等。使用操作系统的嵌入式系统软件结构包含四层：设备驱动层、实时操作系统（RTOS）、应用程序接口层（API）、实际应用程序层。1.5嵌入式处理器目前全世界嵌入式处理器品种总量超过1000，流行体系结构有30多个系列。分类：嵌入式微处理器（EMPU）嵌入式微控制器（MCU）嵌入式DSP处理器（EDSP）嵌入式片上系统（SOC）一、嵌入式微处理器（EMPU）其基础是通用计算机中的CPU，应用时将微处理器装配在专用的电路板上，只保留和嵌入式应用相关的母板功能。目前主要有Aml86/88、386EX、PowerPC、68000/ColdFire、MIPS、ARM系列。ARM－AdvancedRISCMachinesIP（IntellectualProperty）知识产权。硅知识产权核是用于ASIC、ASSP、PLD等当中，并且是预先设计好的电路功能模块。IP核分为软核、硬核和固核。Fabless(无生产线）RISC（ReducedInstructionSetComputer）精简指令集计算机ARM：RISC处理器IP核＋Fabless爱特梅尔飞思卡尔半导体德州仪器ARM微处理器的特点体积小、低功耗、低成本、高性能支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集大量使用寄存器，指令执行速度更快大多数数据操作都在寄存器中完成寻址方式灵活简单，执行效率高指令长度固定二、嵌入式微控制器（MCU）又名单片机，将整个计算机系统集成到一块芯片中。与微处理器相比，最大特点是单片化，体积减小，功耗和成本下降、可靠性提高，是目前嵌入式系统工业的主流。目前代表性的：Intel的8051/96系列，freescale公司的MC68HC08/12、MC9S08/12，Microchip的PIC系列，Atmel的AVR系列，TI的MSP430系列，Cygnal公司的C8051F系列。目前，MCU占有嵌入式系统约70%的份额。三、嵌入式DSP处理器对系统结构和指令进行特殊设计，适合执行DSP算法，编译效果高、执行指令速度快。DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过度到采用嵌入式DSP处理器（EDSP）代表产品：TI公司的TMS320系列，ADI公司的Blackfin等，Freecale公司的DSP56000系列。四、嵌入式片上系统SOC是20世纪90年代中期出现的一个概念，并成为现代集成电路发展方向。是指在单芯片上集成DSP、MCU、存储器、数据转换器、接口电路等模块，可以直接实现信号采集、转换、存储、处理等功能。各种通用处理器内核将作为SOC设计的标准库。1.6嵌入式操作系统嵌入式操作系统与通用操作系统的区别P6使用操作系统的嵌入式系统软件结构包含：设备驱动层实时操作系统（RTOS）应用程序接口层实际应用程序层RTOS是针对不同处理器优化设计的高效、实时、多任务内核。优秀的商品化RTOS可以面对几十个系列的嵌入式处理器提供类同的API接口。基于RTOS上的C语言具有极大的可移植性。目前，商品化的RTOS可支持8位的8051到32位的ARM、PowerPC及DSP等几十各系列的嵌入式处理器。嵌入式操作系统可分为商用型和免费型商用型的主要包括：VxWorks,WindowsCE,Psos,PalmOS,OS-9,LynxOS,QNX,LYNX等。免费型的主要包括：Linux和uC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ可剪裁、源代码开放、结构小巧、执行效率高、占用空间小、可移植性强、实时强面向中小型嵌入式系统最大程度使用ANSIC语言开发，现已成功移植到近40多种处理器。内核最小可编译成2KB，带用全功能的可编译成6~10KB扩展性强，如自身不带文件系统，可自行加入WindowsCE不是硬实时操作系统高度模块化内核需要200KB的ROM，支持Win32API子集、多种用户界面硬件、多种的串行和网络通信技术、COM/OLE和其他的进程间通信。Microsoft提供PlatformBuilder和EmbeddedVisualStudio开发工具。含有5个主要功能模块：内核、内核系统调用接口、文件系统、图形窗口和时间子系统、通信最大特点是提供与PC类似的图形界面和应用程序。Linux免费的、源代码开放、符合POSIX标准规范。可自由传播并继承UNIX内核，是一种简化和改进。96年美国国家标准技术局确认符合POSIX标准。99年起，多种Linux的简体中文版问世。国内自主创建的有BluePointLinux，FlagLinux、XtermLinux等，美国有Xlinux、TurboLinuxLinux特点：开放性多用户多任务良好用户界面设备独立性丰富的网络功能可靠的系统安全良好的可移植性1.7嵌入式系统开发工具实时在线仿真系统（In-CircuitEmuatorICE）嵌入式应用系统最有效的开发工具高级语言编译器区别于普通PC机中的C语言编译器，嵌入式系统中的C语言编译器要经过专门的优化，以提高编译效率。源程序模拟器通过软件手段模拟执行为某种嵌入式处理器内核编写的源程序测试工具。简单的模拟器可以通过指令解释方式逐条执行原程序，分配虚拟存储空间和外设，供程序员检查；高级模拟器利用计算机外部接口模拟出处理器的I/O电气信号。ARM应用系统开发工具CodeWarriorforARMDeveloperSuite（ADS)Editor|Compiler|Linker|DebuggerARMMulti-ICEInCircuitEmulatorMulti-ICEServer建立工程，编辑源文件配置汇编器、编译器、链接器、调试器AXD调试器ARM应用系统软件开发过程