單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,52,單擊此處編輯母版標題樣式,,,嵌 入 式 系 統(tǒng),,,,西南林業(yè)大學 計算機與信息學院,,秦明明,,135 2903 6061,,,1、掌握一種學習方法,,,2、學習了解嵌入式技術(shù)研發(fā)的基本概念、方法和知識,,,3、獲得嵌入式開發(fā)設計實踐經(jīng)驗,,希望大家有所收獲,課程目的,本課程圍繞基于,ARM的微處理器,和,實時操作系統(tǒng),WinCE,，介紹了嵌入式系統(tǒng)前沿發(fā)展趨勢，理解其設計方法，學會嵌入式編程技術(shù)著重培養(yǎng)學生的實際動手能力，使學生能夠掌握嵌入式系統(tǒng)設計的基本方法學生基礎：學過C語言、微機原理或單片機等,1．王田苗 主編. 嵌入式系統(tǒng)設計及實例開發(fā)——ARM與μC/OS-Ⅱ（第二版）. 北京：清華大學出版社，2003.9,,2．（美）Jean J.Labrosse, 邵貝貝譯. μC/OS-Ⅱ——源碼公開的實時嵌入式操作系統(tǒng). 北京：中國電力出版社，2001.8,,3. 馬忠梅等著. ARM嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)北航出版社,,4. 田澤，于敦山 等譯．ARM SoC 體系結(jié)構(gòu)北航出版社,,5. 鄭靈翔等，嵌入式系統(tǒng)設計與應用開發(fā)，北航出版社，2006.2,參考資料,主要內(nèi)容,,第一章 嵌入式系統(tǒng)概論,,第二章 嵌入式系統(tǒng)的基礎知識,,第三章 嵌入式系統(tǒng)平臺的構(gòu)建,,第四章 ARM嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu),,第五章 嵌入式系統(tǒng)常用模塊設計,,第六章 嵌入式操作系統(tǒng),,第七章 嵌入式實時操作系統(tǒng)uC/OS-II,,第八章 家庭安防遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計,,第九章 嵌入式軟件測試基礎,本節(jié)提要,1,3,2,5,4,為什么要學習嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)簡介,,嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,,嵌入式系統(tǒng)與單片機、PC的區(qū)別,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,一、為什么要學習嵌入式技術(shù),市場需求－中國具有世界最大嵌入式技術(shù)市場，將成為世界第一，手持儀器設備、信息家電、城市建設、工業(yè)控制、軍事應用，,……,，嵌入式技術(shù)無處不在,。

企業(yè)人才需求－軟硬件設計人才，應用開發(fā)人才，綜合性人才，,……,,,技術(shù)發(fā)展趨勢要求－,8,位、,16,位、,32,位，實時操作系統(tǒng)，,……,嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過了1萬億美元，它正在成為信息技術(shù)（IT）產(chǎn)業(yè)爭奪的重點之一它們被廣泛地應用到工業(yè)控制系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、信息家電、通信設備等眾多領域中嵌入式技術(shù)正在形成一種產(chǎn)業(yè),,自動控制領域，不僅可以用于ATM機，自動售貨機，工業(yè)控制等專用設備，和移動通訊設備結(jié)合、GPS、娛樂相結(jié)合，硬件方面，不僅有各大公司的微處理器芯片，還有用于學習和研發(fā)的各種配套開發(fā)包尤其是在最近幾年，嵌入式設備不斷地進入到新的應用領域，比如PDA、手持設備、智能電話和機項盒等在通信領域，數(shù)字技術(shù)正在全面取代模擬技術(shù)在廣播電視領域，美國已開始由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變，歐洲的DVB（數(shù)字電視廣播）技術(shù)已在全球大多數(shù)國家推廣數(shù)字電視，高清晰、互動點播、機頂盒嵌入式技術(shù)正在形成一種產(chǎn)業(yè),現(xiàn)實中的嵌入式系統(tǒng),,嵌入式系統(tǒng)示例,——汽車控制系統(tǒng),,嵌入式技術(shù)在汽車電子中的應用,馬達,,控制器,,車燈,尾燈控制系統(tǒng),后車門控制系統(tǒng),前車門控制系統(tǒng),座椅控制系統(tǒng),發(fā)動器控制系統(tǒng),所有的控制系統(tǒng)都是一個完整的嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)示例,——汽車控制系統(tǒng),,嵌入式技術(shù)在汽車電子中的應用,嵌入式技術(shù)在汽車電子中的應用,VOLVO S80汽車的CAN總線網(wǎng)絡,—（18個嵌入式控制模塊）,,—CAN總線網(wǎng)絡,通訊行業(yè)：華為、中興、大唐、……,,國內(nèi)IT業(yè)：聯(lián)想、同方、方正、……,,外資企業(yè)：微軟、IBM、GE、……,,社會對嵌入式系統(tǒng)設計人才的迫切需求,嵌入式系統(tǒng)設計是一門,綜合性,的課程，涉及,電子,、,計算機,、,自動控制,等諸多專業(yè)知識，綜合性強，可包括,微機原理,、,單片機,設計、,操作系統(tǒng),等課程內(nèi)容。

嵌入式系統(tǒng)是軟件、硬件設計的完美結(jié)合理論與,實踐,相結(jié)合：實踐是嵌入式系統(tǒng)課程的重要環(huán)節(jié)，缺乏實踐的嵌入式系統(tǒng)課程是紙上談兵對提高專業(yè)知識和實踐能力大有幫助,本節(jié)提要,1,3,2,5,4,為什么要學習嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)簡介,,嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,,嵌入式系統(tǒng)與單片機、PC的區(qū)別,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,二,、嵌入式系統(tǒng)簡介,“嵌入式系統(tǒng)”一般指非PC系統(tǒng)，有計算機功能但又不稱之為計算機的設備或器材它是以應用為中心，軟硬件可縮擴的，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)；主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應用軟件系統(tǒng)等組成1.嵌入式系統(tǒng)的歷史,,從20世紀七十年代單片機的出現(xiàn)到今天各式各樣的嵌入式微處理器、微控制器的大規(guī)模應用，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了近40年的發(fā)展歷史70年代，嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)最初是基于單片機的從80年代早期開始，更低的開發(fā)資金和更高的開發(fā)效率的嵌入式系統(tǒng)出現(xiàn)90年代以后，隨著對實時性要求的提高，軟件規(guī)模不斷上升，實時內(nèi)核逐漸發(fā)展為實時多任務操作系統(tǒng)（RTOS）二,、嵌入式系統(tǒng)簡介,,2. 嵌入式系統(tǒng)的定義,,,,根據(jù)IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）的定義：,,,嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設備的裝置”（原文為devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。

可以看出此定義是,從應用上,考慮的，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機電等附屬裝置一般定義,,,,“以,應用,為中心、以計算機技術(shù)為基礎、軟件硬件可,裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求,的,專用,計算機系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是以,嵌入式應用,為目的的計算機系統(tǒng)可分為系統(tǒng)級、板級、片級,,,系統(tǒng)級：各種類型的工控器,,板級：各種類型的帶CPU的主板及OEM產(chǎn)品,,片級：各種以單片機、DSP、微處理器為核心的產(chǎn)品,微機學會的定義,,定義上可從幾方面來理解嵌入式系統(tǒng)：,,◆ 嵌入式系統(tǒng)是與應用緊密結(jié)合的，它具有很強的專用性，必須結(jié)合實際系統(tǒng)需求進行合理的裁減利用◆ 嵌入式系統(tǒng)具有高實時性和高可靠性◆ 嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器和嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式微處理器一般就具備以下4個特點：,,(1) 對實時多任務有很強的支持能力2) 具有功能很強的存儲區(qū)保護功能3) 可擴展的處理器結(jié)構(gòu)4) 嵌入式微處理器必須功耗很低與其他類型的操作系統(tǒng)相比，嵌入式操作系統(tǒng)具有以下一些特點1) 體積小2)實時性3)特殊的開發(fā)調(diào)試環(huán)境。

3. 嵌入式系統(tǒng)的特點,,嵌入式系統(tǒng)特性,,（1）功能特定性,,一般嵌入式系統(tǒng)具有特定應用、特定功能要求2）規(guī)?？勺冃?,嵌入式系統(tǒng)一般是以最小系統(tǒng)為核心，外圍器件可擴充和裁減的系統(tǒng)3）實時性與穩(wěn)定性,,嵌入式系統(tǒng)在大多數(shù)領域?qū)崟r和穩(wěn)定性都有很高的要求，特別是在設計人身安全的控制領域、如航空、汽車控制等領域嵌入式系統(tǒng)的特點,系統(tǒng)其他特性,,（1）操作系統(tǒng)內(nèi)核小,,由于嵌入式系統(tǒng)一般是應用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多比如ENEA公司的OSE分布式系統(tǒng)，內(nèi)核只有5K，而Windows的內(nèi)核則要大得多２）專用性強,,,嵌入式系統(tǒng)的個性化很強，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進行系統(tǒng)的移植即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進行修改同時針對不同的任務，往往需要對系統(tǒng)進行較大更改，程序的編譯下載要和系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改和通用軟件的“升級”是完全不同的概念嵌入式系統(tǒng)的特點,（３）系統(tǒng)精簡,,嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設計及實現(xiàn)上過于復雜，這樣一方面,利于控制系統(tǒng)成本,，同時也利于實現(xiàn)系統(tǒng)安全。

４）高實時性OS,,這是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實時性嵌入式系統(tǒng)的特點,（5）使用多任務的實時操作系統(tǒng),,嵌入式系統(tǒng)的應用程序可以沒有操作系統(tǒng)只接在芯片上運行為了合理地調(diào)度多任務、利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，用戶必須自行選配RTOS（Real－Time Operating System）開發(fā)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性，并減少開發(fā)時間，保障軟件質(zhì)量嵌入式系統(tǒng)的特點,（6）嵌入式系統(tǒng)需要開發(fā)工具和環(huán)境,,由于其本身不具備自主開發(fā)能力，即使設計完成以后，用戶通常也是不能對其中的程序功能進行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)這些工具和環(huán)境一般是基于,通用計算機,上的軟硬件設備以及各種,邏輯分析儀、混合信號示波器,等開發(fā)時往往有,主機,和,目標機,的概念，主機用于程序的開發(fā)，目標機作為最后的執(zhí)行機，開發(fā)時需要交替結(jié)合進行嵌入式系統(tǒng)的特點,,4.嵌入式系統(tǒng)的分類,,主要從實時性進行劃分,,硬實時系統(tǒng),,是指系統(tǒng)要確保在最壞情況下的服務時間，對于事件響應時間的截止期限必須得到滿足軟實時系統(tǒng),,其時限是一個柔性靈活的，可以容忍偶然的超時錯誤。

失敗造成的后果并不嚴重本節(jié)提要,1,3,2,5,4,為什么要學習嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)簡介,,嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,,嵌入式系統(tǒng)與單片機、PC的區(qū)別,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,三、嵌入式系統(tǒng)與單片機、PC機的區(qū)別,嵌入式系統(tǒng),?,單片機系統(tǒng),目前嵌入式系統(tǒng)的主流是以,32,位嵌入式微處理器為核心的硬件設計和基于實時操作系統(tǒng)（,RTOS,）,的軟件設計,,單片機系統(tǒng)多為,4,位、,8,位、,16,位機，不適合運行操作系統(tǒng)，難以進行較為復雜的運算及處理功能,,嵌入式系統(tǒng)強調(diào)基于平臺的設計、軟硬件協(xié)同設計，單片機大多采用軟硬件流水設計,,嵌入式系統(tǒng)設計的核心是軟件設計（占,70%,左右的工作量），單片機系統(tǒng)軟硬件設計所占比例基本相同,嵌入式系統(tǒng)與單片機在學習方法上不同,單片機學習一般從硬件入手，從硬件體系結(jié)構(gòu)、匯編語言到硬件設計、軟件設計,,,嵌入式系統(tǒng)學習可以從軟件入手，從應用層編程到操作系統(tǒng)移植、硬件平臺設計較好，按單片機設計的學習流程較難掌握,嵌入式系統(tǒng),?,PC機,嵌入式系統(tǒng)一般是專用系統(tǒng)，而PC是通用計算平臺,,嵌入式系統(tǒng)的資源比PC少得多,,嵌入式系統(tǒng)軟件故障帶來的后果比PC機大得多,,嵌入式系統(tǒng)一般采用實時操作系統(tǒng),,嵌入式系統(tǒng)大都有成本、功耗的要求,,嵌入式系統(tǒng)得到多種微處理體系的支持,,嵌入式系統(tǒng)需要專用的開發(fā)工具,本節(jié)提要,1,3,2,5,4,為什么要學習嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)簡介,,嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,,嵌入式系統(tǒng)與單片機、PC的區(qū)別,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,嵌入式應用,信息家電,智能玩具,軍事電子,通信設備,移動存貯,工控設備,智能儀表,汽車電子,網(wǎng)絡設備,消費電子,軍事國防,電子商務,網(wǎng)絡,工業(yè)控制,,1．消費類電子產(chǎn)品應用,,如智能冰箱、流媒體電視等。

如圖1-2所示，大家最熟悉的莫過于手機、PDA、電子辭典、數(shù)碼相機、MP3/MP4等2．智能儀器、儀表類應用,,這類產(chǎn)品可能離日常生活有點距離，但是對于開發(fā)人員來說卻是實驗室里的必備工具，比如網(wǎng)絡分析儀、數(shù)字示波器、熱成像儀等3．通信信息類產(chǎn)品應用,,這些產(chǎn)品多數(shù)應用于通信機柜設備中，如路由器、交換機、家庭媒體網(wǎng)關(guān)等4．過程控制類應用,,過程控制類應用主要指在工業(yè)控制領域中的應用5．國防武器設備應用,,如雷達識別、軍用數(shù)傳電臺、電子對抗設備等6．生物微電子應用,,指紋識別、生物傳感器數(shù)據(jù)采集等應用中也廣泛采用嵌入式系統(tǒng)設計阿富汗參加反恐作戰(zhàn)的“赫耳墨斯”價值4萬美元，可攜帶2架攝像機，發(fā)揮了很好作用嵌入式技術(shù)在國防武器設備的應用,嵌入式系統(tǒng)——高性能武器平臺的基礎,嵌入式Internet應用,嵌入式技術(shù)在交通管理、環(huán)境監(jiān)測中的應用,交通管理在車輛導航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務方面，目前GPS設備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進入了普通百姓的家庭，只需要幾百元,,水文資料實時監(jiān)測，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測、堤壩安全，地震監(jiān)測網(wǎng)，實時氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測加油站,,停車場管理,,……,嵌入式系統(tǒng)與機,器人技術(shù),圖：卡耐基梅隆大學和瑞士EPFL研制的機器人控制器,,（采用卡西歐PDA和Windows CE）,,智能機器人,基于Win CE的移動機器人平臺,基于Win CE的機器人裝配平臺,基于RTLinux的仿人機器人,,高 48 cm重: 6 kg靈活性：20 DOF,,操作系統(tǒng): RT-Linux接口形式: USB 1.0 (12Mbps),,響應周期: 1ms能源： DC24V x 6.2A (150W),,制造：富士通,,基于VXworks的火星探路者,基于ARM的嵌入式控制器方案設計,,本節(jié)提要,1,3,2,5,4,為什么要學習嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)簡介,,嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,嵌入式系統(tǒng)與單片機、PC的區(qū)別,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,1. 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,,嵌入式系統(tǒng)技術(shù)被廣泛應用于各個領域,,硬件方面，底層系統(tǒng)和硬件平臺已經(jīng)相對比較成熟。

軟件方面，嵌入式軟件開發(fā)平臺，特別是嵌入式操作系統(tǒng)都有大量成熟的產(chǎn)品嵌入式系統(tǒng)市場越來越廣闊，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展空間很大嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢,宏觀方面發(fā)展趨勢:,,— 經(jīng)濟性,（POS開發(fā)失敗，幾十萬、幾萬、5千、5百）,,,計算機要很便宜，讓更多的人能買得起；,,—,小型化,（筆記本、,PDA,）,,,人們攜帶方便；,,—,可靠性,（汽車,VCD,，,挑動問題）,,,能夠在一般環(huán)境條件下或者是苛刻的環(huán)境條件下運行,,—,高速度,（飛機剎車系統(tǒng)）,,,能夠迅速地完成數(shù)據(jù)計算或數(shù)據(jù)傳輸；,,—,智能性,（知識推理、模糊查詢、識別、感知運動）,,,使人們用起來更習慣，對人們更有使價值未來嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,1．嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一項系統(tǒng)工程，不僅需要提供系統(tǒng)本身，還需要提供強大的軟硬件開發(fā)工具支持2．網(wǎng)絡化、信息化的要求孫著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、寬帶的加大而日益提高，使得單一功能的設備趨于功能多樣化，結(jié)構(gòu)復雜化3．網(wǎng)絡互聯(lián)成為必然趨勢4．精簡系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低工號和軟硬件成本5．提供友好的多媒體人機界面。