第一章嵌入式系統(tǒng)概述2022優(yōu)秀文檔

單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,什么是嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，且軟硬件可裁減，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)它一般由以下幾部分組成,:,嵌入式微處理器,外圍硬件設備,嵌入式操作系統(tǒng),特定的應用程序,嵌入式系統(tǒng)的特點,特點：,應用的特定性和廣泛性,技術、知識、資金的密集性,高效性,較長的生命周期,高可靠性,軟硬一體，軟件為主,無自舉開發(fā)能力,嵌入式系統(tǒng)與,PC,的不同,一般專用于特定的任務，而,PC,是一個通用計算機使用多種類型的處理器和處理器體系結構及其關注成本,有實時約束,使用實時多任務操作系統(tǒng),軟件故障造成的后果比,PC,系統(tǒng)更嚴重,大多有功耗約束,經(jīng)常在極端的環(huán)境下運行,系統(tǒng)資源比,PC,少的多,通常所有的目標代碼存放在,ROM,中,需要專用工具和方法進行開發(fā)設計,嵌入式系統(tǒng)的數(shù)量遠遠超過,PC,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,嵌入式系統(tǒng)的應用領域,我們正步入一個嶄新的,“,數(shù)字世界,”,嵌入式應用,嵌入式系統(tǒng)的歷史,20,世紀,70,年代：單片機出現(xiàn),嵌入式系統(tǒng)最初的應用是基于單片機。

汽車，工業(yè)機器，通信裝置等成千上萬種產(chǎn)品通過內(nèi)嵌電子裝置獲得更佳的使用性能20,世紀,80,年代：嵌入式操作系統(tǒng)出現(xiàn),商業(yè)嵌入式實時內(nèi)核包含傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的特征，使得開發(fā)周期縮短，成本降低，效率提高促使嵌入式系統(tǒng)有了更為廣闊的應用空間20,世紀,90,年代：實時多任務操作系統(tǒng),軟件規(guī)模的不斷上升，對實時性要求的提高，使得實時內(nèi)核逐步發(fā)展為實時多任務操作系統(tǒng)，并作為一種軟件平臺逐步成為目前國際嵌入式系統(tǒng)的主流巨大的市場,計算機應用的普及、互聯(lián)網(wǎng)技術的實用以及納米微電子技術的突破，正有力推動著,21,世紀工業(yè)生產(chǎn)，商業(yè)活動科學試驗和家庭生活等領域自動化和信息化進程嵌入式產(chǎn)品的巨大商機全過程自動化產(chǎn)品制造、大范圍電子商務活動、高度協(xié)同科學實驗以及現(xiàn)代化家庭起居你接觸的每一樣東西將裝有芯片和嵌入式軟件創(chuàng)新的機遇,通用計算機產(chǎn)業(yè)是壟斷的嵌入式系統(tǒng)與技術是一個分散的工業(yè)，充滿競爭、機遇與創(chuàng)新沒有哪一個系列的處理器和操作系統(tǒng)能夠壟斷全部市場即便在體系結構上存在著主流，但各不相同的應用領域決定了不可能有少數(shù)公司，少數(shù)產(chǎn)品壟斷全部市場因此嵌入式系統(tǒng)領域的產(chǎn)品和技術，必然是高度分散的，留給各個行業(yè)的中小規(guī)模高技術公司的創(chuàng)新余地很大。

2.,嵌入式系統(tǒng)的基本結構,嵌入式系統(tǒng)的構架,嵌入式微處理器,嵌入式操作系統(tǒng),啟動程序,BootLoader,介紹,嵌入式系統(tǒng)的構架,API(Application Programming Interface),嵌入式系統(tǒng)的硬件基本結構,嵌入式處理器,支持實時多任務,.,較短的中斷響應時間,存儲區(qū)保護功能,可擴展的處理器結構,較低的功耗,分類：,嵌入式微控制器（,Microcontroller Unit,）,嵌入式,DSP,處理器,EDSP(Embedded Digital Signal Processor),嵌入式微處理器,(Embedded Microprocessor Unit),嵌入式片上系統(tǒng),SOC(System On Chip),嵌入式微處理器,特點,:,功能和微處理器基本一樣,是具有,32,位以上的處理器,具有較高的性能,.,具有體積小,功耗少,成本低,可靠性高的特點,.,有的可提供工業(yè)級應用,.,流行的嵌入式微處理器,:,ARM/Strong(ARM,公司,),PowerPC(MOTOROL,公司,),68000(MOTOROL,公司,),MIPS(MIPS,公司,),MIPS,處理器,MIPS,技術公司是一家設計制造高性能、高檔次及嵌入式,32,位和,64,位處理器的廠商。

在,RISC,處理器方面占有重要地位MIPS,的意思是“無內(nèi)鎖流水段微處理器”（,Microprocessor without interlocked piped stages,），最早是在,80,年代初期由美國斯坦福大學,Hennessy,教授領導的研究小組研制出來的1986,年推出,R2000,處理器，,1988,年推出,R3000,處理器，,1991,年推出第一款,64,位商用微處理器,R4000,之后，又陸續(xù)推出,R8000,（于,1994,年）、,R10000,（于,1996,年）和,R12000,（于,1997,年）等型號之后，,MIPS,公司的戰(zhàn)略發(fā)生變化,MIPS,處理器,此外，,24K,微架構能符合各種新興的服務趨勢，為寬頻存取以及還在不斷發(fā)展的網(wǎng)絡基礎設施、通訊協(xié)議提供軟件可編程的彈性在嵌入式方面，,MIPS,系列微處理器是目前僅次于,ARM,的用得最多的處理器之一（,1999,年以前,MIPS,是世界上用得最多的處理器），其應用領域覆蓋游戲機、路由器、激光打印機、掌上電腦等各個方面MIPS,的系統(tǒng)結構及設計理念比較先進，在設計理念上,MIPS,強調(diào)軟硬件協(xié)同提高性能，同時簡化硬件設計。

PowerPC,處理器,PowerPC,架構的特點是可伸縮性好，方便靈活PowerPC,處理器品種很多，既有通用的處理器，又有嵌入式控制器和內(nèi)核，應用范圍非常廣泛，從高端的工作站、服務器到桌面計算機系統(tǒng)，從消費類電子產(chǎn)品到大型通信設備，無所不包處理器芯片主要型號是,PowerPC 750,，它于,1997,年研制成功，最高的工作頻率可以達到,500MHz,，采用先進的銅線技術該處理器有許多品種，以便適合各種不同的系統(tǒng)包括,IBM,小型機、蘋果電腦和其他系統(tǒng)嵌入式的,PowerPC 405,（主頻最高為,266MHz,）和,PowerPC 440,（主頻最高為,550MHz,）處理器內(nèi)核可以用于各種,SoC,設計上，在電信、金融和其他許多行業(yè)具有廣泛的應用嵌入式微控制器,嵌入式微控制器就是將整個計算機系統(tǒng)的主要硬件集成到一塊芯片中,芯片內(nèi)部集成,ROM/EPROM,RAM,總線,總線邏輯,定時,/,計數(shù)器,Watchdog,I/O,串行口等各種必要功能和外設,.,其特點為,:,一個系列的微控制器具有多種衍生產(chǎn)品,;,單片化,體積大大減小,功耗和成本降低,可靠性提高,;,是目前嵌入式工業(yè)的主流,約占嵌入式系統(tǒng),70%,的份額,;,多是,8,位和,16,位處理器,流行的嵌入式微控制器,通用系列,:8051,MCS251,MCS-96/196/296,半通用系列,:,支持,I2C,CAN BUS,LCD,及眾多專用,MCU,和兼容系列,嵌入式,DSP,嵌入式,DSP,處理器有兩個發(fā)展方向：,是嵌入式,DSP,處理器和嵌入式處理器經(jīng) 過單片化設計，片上增加豐富的外設成為具有高性能,DSP,功能的,SoC,；,是在通用微處理器、微控制器或,SoC,中增加,DSP,協(xié)處理器，例如,Intel,的,MCS-296,和,Siemens,的,TriCore,。

所以嵌入式系統(tǒng)的設計具有一些特殊的要求嵌入式產(chǎn)品的巨大商機全過程自動化產(chǎn)品制造、大范圍電子商務活動、高度協(xié)同科學實驗以及現(xiàn)代化家庭起居因此嵌入式系統(tǒng)領域的產(chǎn)品和技術，必然是高度分散的，留給各個行業(yè)的中小規(guī)模高技術公司的創(chuàng)新余地很大其原因在于:一方面,任何一個嵌入式產(chǎn)品都是軟件和硬件的結合體;另一方面,一旦嵌入式產(chǎn)品研發(fā)完成,軟件就固化在硬件環(huán)境中,嵌入式軟件是針對相應的嵌入式硬件開發(fā)的,是專用的嵌入式DSP處理器EDSP(Embedded Digital Signal Processor),IrDA（Infra Red Data Association紅外線接口）、,之后，又陸續(xù)推出R8000（于1994年）、R10000（于1996年）和R12000（于1997年）等型號靜態(tài)易失型存儲器（RAM，SRAM）；,一般專用于特定的任務，而PC是一個通用計算機找到軟硬件設計中的錯誤,這些代碼是用匯編語言編寫的，其主要作用在于初始化CPU和板上的必備硬件如內(nèi)存、中斷控制器等68000(MOTOROL公司),操作系統(tǒng)的應用程序接口（API）,依據(jù)系統(tǒng)所提供的程序界面來編寫應用程序，可以大大的減少應用程序員的負擔。

MIPS技術公司是一家設計制造高性能、高檔次及嵌入式32位和64位處理器的廠商觸摸屏可以方便的實現(xiàn)鼠標和鍵盤功能2.3.4,嵌入式外圍接口電路和設備接口,根據(jù)外圍設備的功能可分為以下,5,類,存儲器類型,通信接口,輸入輸出設備,設備擴展接口,電源及輔助設備,存儲器類型：,存儲器是嵌入式系統(tǒng)中存儲數(shù)據(jù)和程序的功能部件，目前常見的存儲設備按使用的存儲器類型分為：,靜態(tài)易失型存儲器（,RAM,，,SRAM,）；,動態(tài)存儲器（,DRAM,）；,非易失性存儲器,ROM,（,ROMEPROM,，,EEPROM,，,FLASH,）；,硬盤、軟盤、,CD,ROM,等通信接口,目前存在的所有計算機通信接口在嵌入式領域中都有其廣泛的應用，應用最為廣泛的接口設備包括,RS-232,接口（串口,UART,）,USB,接口（通用串行總線接口）,IrDA,（,Infra Red Data Association,紅外線接口）、,SPI,（串行外圍設備接口）、,I2C,、,CAN,總線接口、,藍牙接口（,Bluetooth,）,Ethernet,（以太網(wǎng)接口）、,IEEE1394,接口和通用可編程接口,GPIO,輸入輸出設備,CRT,、,LCD,和觸摸屏等，構成了嵌入式系 統(tǒng)中重要的信息輸入輸出設備，應用廣泛。

觸摸屏可以方便的實現(xiàn)鼠標和鍵盤功能設備擴展接口,簡單的嵌入式系統(tǒng)如具有簡單的記事本、備忘錄以及日程計劃等功能的,PDA,，它所需要存儲的數(shù)據(jù)量并不需要很大的內(nèi)存由于目前的嵌入式系統(tǒng)功能越來越復雜，需要大容量內(nèi)存，大的內(nèi)存使得系統(tǒng)成本和體積加大目前一些高端的嵌入式系統(tǒng)都會預留可擴展存儲設備接口，為日后用戶有特別需求時，可購買符合擴展接口規(guī)格的裝置直接接入系統(tǒng)使用常用的擴展卡還有各種,CF,卡、,SD,卡、,Memory Stick,等目前高端的嵌入式系統(tǒng)都留有一定的擴展卡接口嵌入式操作系統(tǒng),嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式應用軟件的基礎和開發(fā)平臺,.,嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn),解決了嵌入式軟件開發(fā)標準化的難題,.,嵌入式系統(tǒng)具有操作系統(tǒng)的最基本的功能,:,進程調(diào)度,內(nèi)存管理,設備管理,文件管理,操作系統(tǒng)接口,(API,調(diào)用,),嵌入式操作系統(tǒng)具有的特點,:,系統(tǒng)可裁減,可配置,.,系統(tǒng)具備網(wǎng)絡支持功能,系統(tǒng)具有一定的實時性,嵌入式操作系統(tǒng)的分類,按照對實時系統(tǒng)的定義,嵌入式系統(tǒng)可分為實時嵌入式系統(tǒng)與非實時嵌入式系統(tǒng),:,實時系統(tǒng)的定義：能夠?qū)ν獠渴录龀黾皶r響應的系統(tǒng)響應時間要有保證對外部事件的響應包括,事件發(fā)生時要識別出來,在給定時間約束內(nèi)必須輸出結果,實時操作系統(tǒng),:VxWorks,，,WinCE,，,QNX,Nucleus,非實時操作系統(tǒng),:,嵌入式,Linux,Ethernet（以太網(wǎng)接口）、,嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Unit),一個確定的實時系統(tǒng)意味著系統(tǒng)的每個部件都必須具有確定的行為，使得整個系統(tǒng)是確定性的。

汽車，工業(yè)機器，通信裝置等成千上萬種產(chǎn)品通過內(nèi)嵌電子裝置獲得更佳的使用性能MIPS技術公司是一家設計制造高性能、高檔次及嵌入式32位和64位處理器的廠商啟動程序BootLoader介紹,MIPS的系統(tǒng)結構及設計理念比較先進，在設計理念上MIPS強調(diào)軟硬件協(xié)同提高性能，同時簡化硬件設計嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的最大特點就是需要軟硬件綜合開發(fā)軟件故障造成的后果比PC系統(tǒng)更嚴重,是在通用微處理器、微控制器或SoC中增加DSP協(xié)處理器，例如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore是在通用微處理器、微控制器或SoC中增加DSP協(xié)處理器，例如Intel的MCS-296和Sie。