datasheet
超过460,000+ 应用技术资源下载
pdf

嵌入式系统原理及应用.pdf

  • 1星
  • 日期: 2014-02-10
  • 大小: 1.44MB
  • 所需积分:1分
  • 下载次数:1
  • favicon收藏
  • rep举报
  • 分享
  • free评论
标签: 嵌入式系统原理及应用

嵌入式系统原理及应用.pdf

嵌入式系统原理及应用 段勃 duanbo@ustc.edu.cn 1 课程安排 „ 理论学时 54 1-13周 每周2次 „ 实验学时 30 第3周起 每次时间3小时 2 课程考核 „ 本课程的评分依据为实验+考试 • 课程小论文+实验报告 • 课程综合设计 • 笔试 25% 50% 25% 3 第一讲 嵌入式基本概念 4 计算机系统? 5 计算机发展史 „ 1946年,第一台电子计算机在美国宾州大 学诞生 6 计算机发展史 „ 1947年,晶体管诞生 „ 1957年,集成电路的概念被提出 „ 1958年,TI 基尔比制作出第一片集成了电 阻电容等分立元件的半导体 „ 1959年,FairChild 诺伊斯 使用平面工 艺制作出第一片集成电路 „ 新技术的出现导致了新冒险家的诞生, Intel等公司在这种背景下开始出现 7 第一颗微处理器的诞生 „ 1971年,Intel Ted Hoff,4004 8 个人PC的诞生 „ 处理器的发展从4004,到4040,8008, 8080 „ 1974年,在8080的基础上,出现了为人 们熟悉的PC机 SOL-20型,基于8080 SOL-20型内部结构 9 嵌入式系统的起源 „ 微机时代的到来 70年代微处理器的出现4004 „ 嵌入式系统的出现 70年代微机在控制方面的应用 • 外形上,失去了原有的微机系统的外观特征 • 用途上,失去了原有的微机系统的通用性特征 • 结构上,附加了很多外设接口电路 嵌入式系统的本质是把一个计算机系统嵌入 到另一个对象体系中去 10 通用处理器与嵌入式处理器的差异? „ 速度、体积、功耗、外设接口电路 11 计算机系统的两个发展分支 „ 通用微型机系统发展分支 • 目标:高速海量的数字处理能力 • 路线:总线速度的无限提升;存储量的无限扩大; • 其他:功耗的增加;体积的增加; „ 嵌入式系统发展分支 • 目标:与对象系统密切相关的嵌入式性能、控制能力 和控制的可靠性 • 路线:单芯片实现;多样性 • 其他:低功耗、小体积、接口丰富 12 通用微处理器的发展道路 „ 从1978年8086的诞生开始飞速发展,经 历80186,286,386,486,奔腾I, II,III,IV 13 使用通用微处理器的个人计算机 使用8088的笔记本电脑 使用80286处理器的个人PC 14 嵌入式处理器发展道路 „ 嵌入式处理器的独立发展的标志为Intel MCS51处理器的诞生 „ 在此之后,Intel逐渐退出嵌入式处理器市 场,开始百家争鸣 80C51 Zilog Z80 15 嵌入式处理器的发展道路 „ 单片机标志着嵌入式系统开始独立发展 „ 嵌入式处理器的发展阶段 • SCM(Single Chip Microcomputer) • MCU/MPU(Micro Controller/Processor Unit) • SoC(System on Chip) „ 不同字长的嵌入式微处理器 • 8位机 MCS-51、M68HC08 • 16位机 M68HC16 • 32位机 ARM系列 16 计算机系统两个分支的发展状态 „ 通用微型机系统发展分支 • 硬件上的高处理性能,大容量存储介质 • 软件上庞大而日益完善的操作系统 • 开发团队上的高度专业化 „ 嵌入式系统发展分支 • 硬件上的多样性,单芯片解决方案 • 软件上精简、可靠、实时的系统 • 开发领域的广泛化 17 嵌入式系统的定义 • 英国电机工程师协会的定义 : 嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或甚至工 厂运作的装置。它具备了下列的特性:通常执行特定 功能;以微电脑与周边构成核心;严格的时序与稳定 度要求; 全自动操作循环。 • 嵌入式系统是: 嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础, 并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠 性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系 统。 18 嵌入式系统的特点 „ 硬件方面 • 稳定性,表现在对元器件的选择、接插件的质 量要求、电源的稳定性等方面; • 低功耗,一方面处于省电,另一方面出于散热 考虑 ; • 体积受限,这是被嵌入的对象系统的要求; • 看门狗电路,系统不受干涉长期运行的需要; • 成本控制严格,够用即可; • (内存一般较小、处理器一般不带浮点运算单 元) 19 嵌入式系统的特点 „ 软件方面 • 实时性,在早期很重要,近来有所模糊 • 可裁减性 • 精简性,系统代码一般都固化在ROM中 • 人机界面要求不高 20 当前嵌入式系统的市场趋势 „ 嵌入式系统分为四部分 • 嵌入式软件 • 嵌入式处理器 • 嵌入式存储器 • 嵌入式板卡 „ 嵌入式系统的应用领域 航天/国防、制造、医疗、互联网、消费电子及电信设备 等 21 当前嵌入式系统的市场趋势 „ 中国市场将直接从8位机向32位机转变 „ 融合更多的功能、使用更小的封装、增加 模拟功能 „ 从应用来看,汽车电子和消费类电子将成 为行业增长的动力 22 当前嵌入式系统的厂商 „ 嵌入式存储器市场预计在未来三年将出现最高的增长,其 后是嵌入式软件、嵌入式处理器及嵌入式板卡 嵌入式系统的主要厂商 23 嵌入式系统的基本组成 软 件 应用软件 部 分 中间件,API 嵌入式操作系统 硬 件 周边外设 部 分 嵌入式处理器 24 嵌入式系统硬件结构 „ 基于CirrusLogic的CS92288的DVD 录像机结构 25 CS92288内部结构 26 当前32位嵌入式微处理器介绍 „ MIPS „ ARM „ X86 „ PowerPC „ 68K/ColdFire „ 其他 只设计内核的美国公司 只设计内核的英国公司 Intel IBM和Motorola共有 Motorola独有 27 MIPS处理器 „ 高速,跨入64位时代,多处理核集成 „ 主要被PMC和IDT产品化 • PMC 主要生产高端产品 • IDT 主要生产低端接口类芯片 „ 主要用于通信领域 28 X86系列 „ CPU性能价格比良好 „ 开发简单,软件兼容性好。 „ 软件资源丰富 „ 开发平台简单 „ 主要由Intel和AMD公司生产产品 29 ARM系列 „ ARM被授权给全世界上百家半导体厂商 „ 分为ARM7、ARM9、ARM10、 StrongARM/Xscale „ 应用范围从工业控制到手持设备和消费电 子、通信行业 „ 成本低、功耗小 30 PowerPC „ 在高速和低功耗之间作了妥协,接口丰 富,被Motorola公司广泛应用,形成了一 个庞大的家族 „ 曾被广泛用于手持设备,现在逐渐被ARM 取代 „ 广泛用于通信领域,在国内被华为和中兴 大量采用 31 68K/ColdFire „ 68K是最早广泛应用的嵌入式内核,其著 名代表是68360 „ 抗干扰能力强,适合工业控制/军方应用, MC68000微处理器占有美国军方市场的 70%,由此可见其产品的可靠性和稳定性 之高。 32 其他处理器 „ EPSON C33、34处理器 • 功耗低、成本低,在国产手机和便携式数码产品中有 广泛应用 • 开发方便 „ 各种DSP • 主要公司为TI和AD • AD的Blackfin系列体现了嵌入式微处理器同DSP之间 的融合 • TI的OMAP架构则是另一种双内核的融合方式 33 SOPC嵌入式系统 „ 除了前面提到的那些嵌入式处理器厂家,原来生 产可编程逻辑器件的厂商也开始瞄准嵌入式处理 这个大市场 „ Xilinx公司 • 内嵌PowerPC • MicroBlaze ,PicoBlaze „ Altera • NiosII „ Lattice • ARM 34 嵌入式处理器的市场分布 „ ARM成为绝对主流 35 嵌入式软件 „ 所有的嵌入式系统都有应用软件在运行, 但并不一定都有嵌入式操作系统 „ 在复杂的系统中,为了合理地调度多任 务,利用系统资源、系统函数,以及和库 函数接口,应该自行选配嵌入式操作系统 开发平台,这样才能保证程序执行的实时 性、可靠性,并减少开发时间,保障软件 质量 36 嵌入式系统软件架构 Applcation 应用程序 Protocol stack 协议栈 RTOS 嵌入式操作系统 BSP/Device Driver 板支持包/设备驱动 hardware 硬件 37 嵌入式操作系统 „ 与微机操作系统类似的功能: • 任务调度 • 进程间通信 • 文件管理(可选) • 中断处理 • 存储器管理(可选) 38 嵌入式操作系统 „ 嵌入式操作系统的特点: • 微内核、模块化、可方便裁减 • 实时性,尤其对于控制系统 • 强大的网络功能 • 稳定性强、不依赖于交互操作 • 代码固化 • 可以执行好,适应多种体系结构 39 嵌入式操作系统架构 40 当前流行嵌入式操作系统 „ Palm OS „ Windows CE、 „ -Linux(uCLinux) „ -RT Linux „ -uC/OSII „ 其它商业OS:QNX、VxWorks等 41 Palm OS „ Palm OS是一套专门为掌上电脑开发的 OS。在编写程序时,Palm OS充分考虑了 掌上电脑内存相对较小的情况,因此它只 占有非常小的内存 „ Palm OS使掌上电脑与PC机上的信息实现 同步,把台式同的功能扩展到了掌上电脑 42 Windows CE „ Windows CE是微软开发的一个开放的、可升级 的32位嵌入式操作系统,是一个基于掌上型电脑 类的电子设备的操作系统 „ Windows CE不仅继承了传统的Windows图形界 面,并且在Windows CE平台上可以使用 Windows 95/98/2000上的编程工具(如 Visual Basic、Visual C++等)、使用同样的函 数、使用同样的界面风格,使绝大多数的应用软 件只需简单的修改和移植就可以在Windows CE 平台上继续使用 43 Linux „ 是最为流行的一款开放源代码的操作系统 „ 资源丰富,而且免费 „ 目前正在开发的嵌入式系统中,70%以上 的项目选择Linux作为嵌入式操作系统。 Linux现已成为嵌入式操作的理想选择 „ ucLinux不带MMU „ 对linux有经过实时性改造的RTLinux 44 Uc/OS II „ 简单易学、源码公开,核心代码5500行左 右 „ 可移植性强,只有与微处理器相关的极少 数文件用汇编 „ 可抢占任务调度,真正意义上的实时系统 „ 稳定可靠 45 其他操作系统 „ VxWorks • WindRiver的产品,市场占有率最高的商用嵌入式操 作系统 • 可靠性极高 „ QNX • 极小的实时可扩充内核(12KB),仅提供四种服务 (进程调度、进程间通信、底层网络通信、中断处 理) • 运行速度极快,可将系统配置成微小的嵌入式操作系 统或是包括几百个处理器的超级虚拟机操作系统 46 嵌入式系统的开发流程 „ 元器件选型-〉 „ 原理图编制-〉 „ 印制板-〉 „ 样板试制-〉 „ 硬件功能测试-〉 „ BSP调试-〉 „ RTOS移植-〉 „ 协议栈移植-〉 „ 应用程序调试- 〉 系统联调 -〉 样机交付 47 嵌入式系统软件开发特点 „ 嵌入式系统的一个特点在于其开发的特殊 性与困难性。 开发机器 != 执行机器 开发环境 != 执行环境 „ 专门的开发环境与开发工具 48 嵌入式系统开发环境 以太网 Modem Linux/PC服务器 Modem 串行线 Windows工作站 BDM电缆 串行线 Linux/PC工作站 BDM电缆 Internet PSTN 笔记本电脑 开发板 开发板 49 嵌入式系统开发环境 磁盘 宿主机 网络 串口连接 目标机 …. „ 宿主机:开发机器,使用通用操作系统,运行编 辑、编译、调试等软件工具 „ 目标机:目标程序运行的硬件平台,使用嵌入式 操作系统或者没有操作系统 „ 交叉编译:在宿主机上运行针对目标机的编译工 具,编译生成只能在目标机上运行目标的文件 50 目标机 EPSON L11 开发平台 51 开发系统 S1C33209开发系统 52 嵌入式软件开发环境的建立 „ 选定目标机(主要是使用的嵌入式处理 器) „ 在一台宿主机(普通PC机)上安装针对目 标机的编译工具软件 „ 编辑编译程序,过程与普通程序开发一 样,只是调用的编译链接工具不同 „ 将生成的代码下载到目标板上,在宿主机 端用调试工具软件来调试 53 本课程对于知识的要求 „ 熟练的C语言编程能力 „ 对计算机体系结构和微机原理及接口技术 的了解 „ 数字电路基础 „ 模拟电路基础 „ 对操作系统原理的掌握 54 本学期教学内容 „ 嵌入式系统开发调试环境 „ S1C33L05处理器及其指令集 „ 嵌入式硬件设计 „ 嵌入式RTOS——ucosII „ 嵌入式系统设备驱动程序 „ 嵌入式GUI „ 嵌入式文件系统 „ 一个嵌入式系统设计实例 55
更多简介内容

评论

下载专区


TI最新应用解决方案

工业电子 汽车电子 个人电子
$(function(){ var appid = $(".select li a").data("channel"); $(".select li a").click(function(){ var appid = $(this).data("channel"); $('.select dt').html($(this).html()); $('#channel').val(appid); }) })