1、什么是嵌入式系统q根据根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置机器和设备的装置”（原文为（原文为devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants）。）。嵌入式计算系统n n嵌入式计算系统是一个较泛的定义嵌入式计算系统是一个较泛的定义n n一个非桌面通用计算机的任何计算系统一个非桌面通用计算机的任何计算系统n n一个嵌入了电子元器件的计
2、算系统一个嵌入了电子元器件的计算系统n n一个利用应用对象的特点而专门设计的计算系一个利用应用对象的特点而专门设计的计算系统，即用户化专用计算系统。统，即用户化专用计算系统。n n嵌入式计算系统一般对系统功能、价格、功耗、嵌入式计算系统一般对系统功能、价格、功耗、体积、速度等有严格的限制，要求对系统环境体积、速度等有严格的限制，要求对系统环境变化作出实时的快速反应。变化作出实时的快速反应。MCUq嵌入式微控制器的典型代表是单片机这种位的嵌入式微控制器的典型代表是单片机这种位的电子器件电子器件,目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。的应用。q单片机芯片内部集
3、成单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线逻辑、定时总线逻辑、定时/计数器、看门狗、计数器、看门狗、I/O、串行口、串行口、脉宽调制输出、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各种必要功能和外设。等各种必要功能和外设。qMCU微控制器，总线宽度一般为微控制器，总线宽度一般为4位、位、8位或位或16位，处理速度有限，一般在几个位，处理速度有限，一般在几个MIPS，进行一进行一些复杂的应用很困难，运行操作系统就更难。些复杂的应用很困难，运行操作系统就更难。DSPqDSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面
4、进行了特殊设计，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、在数字滤波、FFT、频谱分析等各种仪器上频谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。获得了大规模的应用。qDSP是运算密集处理器，一般用在快速执行算法，是运算密集处理器，一般用在快速执行算法，做控制比较困难。为了追求高执行效率，不适合做控制比较困难。为了追求高执行效率，不适合运行操作系统，核心代码使用汇编。运行操作系统，核心代码使用汇编。SOCqSOC（片上系统）是片上系统）是IC设计的发展趋势。采用设计的发展趋势。采用SOC设计技术，可以大幅度地提高系统的可靠性，设计技术，可以大幅度地提高系统的可靠性，减少系统的面积和功
5、耗，降低系统成本，极大地减少系统的面积和功耗，降低系统成本，极大地提高系统的性能价格比。提高系统的性能价格比。qSOC芯片已经成为提高移动通信、网络、信息家芯片已经成为提高移动通信、网络、信息家电、高速计算、多媒体应用及军用电子系统性能电、高速计算、多媒体应用及军用电子系统性能的核心器件。的核心器件。SPOCq 用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作称作SOPC。可编程片上系统（可编程片上系统（SOPC）是一种是一种特殊的嵌入式系统：特殊的嵌入式系统：q首先它是片上系统（首先它是片上系统（SOC），），即由单个芯片完成即由单个芯片完成整个系统的
6、主要逻辑功能；整个系统的主要逻辑功能；q其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。可编程的功能。操作系统/嵌入式操作系统n nLinux/UNIXLinux/UNIXn nWindows/Windows7Windows/Windows7n nMacMacn nWindowsCE/MobileWindowsCE/Mobilen nAndoidAndoidn nSymbianSymbian(NOKIA)(NOKIA)n nBrewBrew(Qualcomm)(
7、Qualcomm)n nPalm(Palm&HP)Palm(Palm&HP)n nBlackBerry OSBlackBerry OS n nAVOS(Amlogic)AVOS(Amlogic)等等等等通信72计算机12军品4工业3仪器2消费类2办公自动化2第1章 绪论1.1 嵌入式系统的概念1.2 嵌入式系统的特点1.3 嵌入式系统的硬件1.4 嵌入式系统的软件1.5 嵌入式系统的开发及工具1.6 嵌入式系统的发展与分类1.7 嵌入式系统的应用1.1嵌入式系统的概念嵌入式系统的组成1.1.1嵌入式系统的定义uuIEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义t t嵌入式系统是用于控制、监视或者辅助
8、操作机器和设备的装置。uu微机学会的定义t t嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统，可分为系统级、板级、片级。uu国内一般定义t t嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗要求专用计算机系统。1.1.1嵌入式系统的定义n n嵌入式系统举例1.1.2通用计算机系统与嵌入式系统通用计算机系统组成通用计算机系统组成与微控制器1.1.2通用计算机系统与嵌入式系统n n最小系统法嵌入式系统和通用计算机系统区别1.2嵌入式系统的特点uu嵌入性uu专用性uu计算机系统uu软件代码高质量、高可靠性uu软件固态化存储uu实时性uu低功耗uu集成性1.2
9、嵌入式系统的特点n n器件兼容性1.3嵌入式系统的硬件uu通用处理器通用处理器GPPGPP（GeneralPurposeGeneralPurposeProcessorProcessor）uu专用指令集处理器（专用指令集处理器（ASIPASIP）uu附加处理的专用处理器附加处理的专用处理器uu一个一个FPGAFPGA核核uu多核处理器和多处理器多核处理器和多处理器处理器（处理器（ProcessorProcessor）是）是ICIC（IntegratedCircuitIntegratedCircuit）芯片的）芯片的形式，可以是专用集成电路（形式，可以是专用集成电路（ApplicationSpec
10、ificApplicationSpecificIntegratedCircuit,ASICIntegratedCircuit,ASIC）或）或SoCSoC（SystemonChipSystemonChip）中）中的一个核。的一个核。1.3.1嵌入式处理器1.3.1嵌入式处理器uu微控制器（MCU）uu数字信号处理器（DSP）uu网络处理器uu特定领域可编程处理器等专用指令集处理器（ASIP）微控制器（“单片机”或“微计算机”）uu单片微型计算机SCM（Singlechipmicrocomputer）阶段uu微控制器MCU（Microcontrollerunit）阶段uu片上系统（SoC）指令集
11、和IP核1.3.2嵌入式存储器与外设n n1、嵌入式易失性存储器n n2、嵌入式非易失性存储器n n3、输入/输出设备n n4、外围接口1.4嵌入式系统的软件n n嵌入式系统的软件（简称嵌入式软件）包括嵌入式应用程序、可选的操作系统和中间件以及支撑软件。n n支撑软件包括嵌入式系统的开发、下载、生产与调试工具等。n n本书亦将嵌入式软件分为嵌入式系统设备端软件（PC端）支撑软件。1.4.1嵌入式软件编写uu1 1、用机器语言编写软件用机器语言编写软件uu2 2、用特定汇编语言编写软件用特定汇编语言编写软件uu3 3、用高级语言编写软件用高级语言编写软件1.4.2嵌入式系统设备端软件uu1 1、
12、板级支持包板级支持包uu2 2、嵌入式操作系统嵌入式操作系统uu3 3、中间件中间件uu4 4、应用软件应用软件1.5嵌入式系统的开发及工具uu1 1、嵌入式编译器嵌入式编译器uu2 2、交叉编译与重定向编译器交叉编译与重定向编译器uu3 3、嵌入式系统的软件工具嵌入式系统的软件工具1.5.1嵌入式编译器uu编译器（编译器（CompilerCompiler），是能够阅读一种源语），是能够阅读一种源语言（言（SourceLanguageSourceLanguage）并转换为另一种等价）并转换为另一种等价目标语言（目标语言（TargetLanguageTargetLanguage）的系统软件）的系
13、统软件1.5.1嵌入式编译器n n虽然，针对通用处理器的编译器设计和优化已经较为成熟，但针对嵌入式编译器需要考虑嵌入式系统诸如指令集形式、有限资源与低功耗等特殊性。1.5.2交叉编译与重定向编译器1.5.2交叉编译与重定向编译器交叉编译环境借助于处理器资源丰富的Host主机（宿主机，一般为PC机，含操作系统及各种工具），使用特定的编译工具将LanguageA语言编写的程序翻译成可以运行于嵌入式设备Target平台（目标平台）的LanguageC语言程序，从而完成应用程序的开发，其中LanguageB是编写编译工具的语言。这种在主机平台为目标平台生成可执行程序的方式叫做交叉编译，具有这种功能的编
14、译器则称之为交叉编译器（CrossCompiler）。1.5.2交叉编译与重定向编译器交交叉叉调调试试是是在在主主机机上上借借助助编编译译器器和和调调试试工工具具直直接接调调试试目目标标机机上上的代码，通常需要通过的代码，通常需要通过USBUSB，JTAGJTAG等工具连接目标机器。等工具连接目标机器。可可重重定定向向编编译译器器采采用用可可扩扩展展的的处处理理器器模模型型作作为为编编译译器器的的输输入入，通通过过修修改改目目标标处处理理器器的的模模型型产产生生相相应应的的目目标标代代码码而而不不需需要要重重新新修改到编译器的原代码框架。修改到编译器的原代码框架。可重定向编译器可重定向编译器，
15、不仅其能够支持大量的目标体系结构，而且，不仅其能够支持大量的目标体系结构，而且能够适应嵌入式特点生成高效，低功耗的目标代码，且利于其能够适应嵌入式特点生成高效，低功耗的目标代码，且利于其维护升级。维护升级。n n目前，已经出现的可重定向编译器有目前，已经出现的可重定向编译器有GCCGCC，LCCLCC编译器，美国编译器，美国NCINCI（NationalCompilerInfrastructureNationalCompilerInfrastructure）项目）项目SUIFSUIF和和ZephyrZephyr编译编译器等。器等。GCCGCC编译器是嵌入式系统广泛使用的编译器，将作为本编译器是
16、嵌入式系统广泛使用的编译器，将作为本书讨论的重点书讨论的重点1.5.3嵌入式系统的软件工具1.6嵌入式系统的发展与分类uu1 1、以微控制器为代表的第一阶段、以微控制器为代表的第一阶段uu2 2、以数字信号处理器为代表的第二阶段、以数字信号处理器为代表的第二阶段uu3 3、以嵌入式、以嵌入式SoCSoC为代表的第三阶段为代表的第三阶段uu4 4、嵌入式双核处理器和嵌入式多核处理器、嵌入式双核处理器和嵌入式多核处理器发展趋势发展趋势1.6.1嵌入式处理器的发展20世纪70年代，Intel公司推出第一个微处理器4004，与此同时，将微型机嵌入到具体的应用对象体中以区别于原有的通用计算机系统，即为早
17、期的嵌入式系统。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，其经历了由早期依托通用处理器（如80 x86）技术到独立发展的过程，大致经历的如下几个发展阶段。1.6.2嵌入式软件的发展嵌入式软件从层次上看，包括板级支持包、嵌入式操作系统、中间件和应用软件。本节重点讨论嵌入式操作系统及其发展。通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，如u能够有效管理越来越复杂的系统资源；u能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来；u能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。与通用操作系统相比较，嵌入式操
18、作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点嵌入式操作系统uu一类是面向控制、通信等领域的实时操作系统，如一类是面向控制、通信等领域的实时操作系统，如WindRiverWindRiver公司的公司的VxWorksVxWorks、ISIISI的的pSOSpSOS、QNXQNX系统软件公司的系统软件公司的QNXQNX、ATIATI的的NucleusNucleus等。另一类是面向消费电子产品的非实时操作系等。另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统，这类产品包括个人数字助理统，这类产品包括个人数字助理(PDA)(PDA)、移动电话、机顶盒、移动电话、机
19、顶盒、电子书、电子书、WebPhoneWebPhone等，如等，如WindowCE/MobileWindowCE/Mobile，AndroidAndroid等。等。u另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统，这类产品包括个人数字助理(PDA)、移动电话、机顶盒、电子书、WebPhone等，如WindowCE/Mobile，Android等。n n1、无操作系统嵌入算法的第一阶段n n2、简单监控式操作系统的第二阶段n n3、通用嵌入式操作系统的第三阶段n n4、基于Internet的嵌入式操作系统嵌入式操作系统上的应用1.6.3嵌入式系统的分类u1、按处理器位宽分类u2、按控制技术的复杂度分类
20、u3、按实时性分类u4、按应用分类1.7 嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用u1、信息家电u2、交通管理u3、商业领域u4、工业控制u5、环境工程与自然u6、机器人习题1.什么是嵌入式系统？嵌入式系统的特点是什么？2.嵌入式系统的发展经历了哪几个阶段？3.嵌入式系统未来的发展趋势是什么？4.简述嵌入式处理器的分类及各自的主要特点5.简述嵌入式软件的结构及各组成部分的主要特点。6.按控制技术的复杂度，嵌入式系统可以分为哪几类？7.编译器在嵌入式系统软件开发中的作用和地位?8.什么是交叉编译器和可重定向编译器？9.列举一两个生活中应用到嵌入式系统的例子。10.简述嵌入式系统的应用。47联系方式：Email： parallel_Tel：1369694889048考核方法理论课程理论课程n n期终考试期终考试 60%n n平时成绩平时成绩 20%n n实验成绩实验成绩 20%49学时及学分学时及学分42学时谢谢
