嵌入式系统简介.ppt

,1,3,2,嵌入式系统的定义,嵌入式系统的组成,嵌入式系统与单片机和PC 的关系,第1章 嵌入式系统简介,4,为什么要学习嵌入式系统,IEEE定义,嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 可以看出此定义是从应用上考虑的，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。,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。 系统级：各种类型的工控器、PC104模块。 板级：各种类型的带CPU的主板及OEM产品。 片级：各种以单片机、DSP、微处理器为核心的产品。,微机学会的定义,单片机与嵌入式系统应用定义,嵌入式系统是嵌入到对象体系内部的专用计算机系统。,一般定义 “以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。” 从以下几个方面来理解国内对嵌入式系统的定义： 嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。可以这样理解上述三个方面的含义，即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。,嵌入式系统的几个重要特征,（1）系统内核小 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。 （）专用性强 嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植。,（）系统精简 嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。 （）高实时性OS 这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要求固化存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性、实时性。,1,3,2,嵌入式系统的定义,嵌入式系统的组成,嵌入式系统与单片机和PC的关系,第1章 嵌入式系统简介,4,为什么要学习嵌入式系统,单 硅 晶 片,CPU,存储器,控制电路,定时器,时钟电路,I / O口,单片机 最小系统,嵌入式系统 与 单片机系统,目前嵌入式系统的主流是以32位嵌入式微处理器为核心的硬件设计和基于实时操作系统（RTOS）的软件设计。 单片机系统多为8位、16位机，不适合运行复杂的操作系统，难以进行复杂的运算及处理功能。 嵌入式系统强调基于平台的设计、软硬件协同设计，单片机大多采用软硬件流水设计。 嵌入式系统设计的核心是软件设计（占70%左右的工作量），单片机系统软硬件设计所占比例基本相同。,嵌入式系统 与 PC机,嵌入式系统一般是专用系统，而PC是通用计算平台。 嵌入式系统的资源比PC少得多。 嵌入式系统软件故障带来的后果比PC机大得多。 嵌入式系统一般采用实时操作系统。 嵌入式系统大都有成本、功耗的要求。 嵌入式系统得到多种微处理体系的支持。 嵌入式系统需要专用的开发工具。,嵌入式系统与单片机、PC相比较,采用32位RISC嵌入式微处理器和实时操作系统组成的嵌入式控制系统，与传统基于单片机的控制系统和基于PC的控制方式相比，具有以下特点： 性能方面：采用32位RISC结构微处理器，主频从30MHz到200MHz以上，处理能力大大超出单片机系统，接近PC机的水平，但体积更小，能够真正地“嵌入”到设备中； 实时性方面：嵌入式控制器内嵌实时操作系统（RTOS），能够完全保证控制系统的强实时性，这一点优于PC机； 人机交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶显示器，提供功能强大的图形用户界面，这方面与PC机相比毫不逊色； 系统升级方面：嵌入式控制器可为控制系统专门设计，其功能专一，成本较低，而且开放的用户程序接口（API）保证了系统能够快速升级和更新。,1,3,2,嵌入式系统的定义,嵌入式系统的组成,嵌入式系统与单片机和PC的关系,第1章 嵌入式系统简介,4,为什么要学习嵌入式系统,嵌入式系统的组成,处理器,存储器,输入,输出,操作系统,应用程序,软件结构,硬件结构,嵌入式系统的硬件构成,嵌入式系统的软/硬件框架,操作系统部分：操作系统分为免费的UCOSII、LINUX，商用的VXWORKS、WINDOWS CE等。,嵌入式系统的硬件部分：,嵌入式系统的软件部分 ：,处理器部分：全世界嵌入式处理器的种类有1000多种，其中以ARM公司授权的ARM系列，MIPS公司的MIPS系列，IBM公司的POWER PC INTER的X86系列，以及MOTOROLA公司的68K系列为主。,ARM与嵌入式技术,ARM嵌入式技术 ARM（Advanced RISC Machines）是英国知识产权核（IP）设计公司，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。 ARM架构是一个32位精简指令集（RISC） 中央处理器（processor）架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点，ARM处理器非常适用于移动通讯领域，符合其主要设计目标为低耗电的特性。,1991 年ARM 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM 微处理器，已遍及工业控制、消费类电子、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM 技术的微处理器应用约占据了32 位RISC 微处理器75 %以上的市场份额，ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。,ARM嵌入式技术,ARM处理器分类 ARM微处理器目前包括下面几个系列，除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。 ARM7系列 ARM9系列ARM9E系列 ARM10E系列 ARM11系列 Securcore系列 Intel的StrongARM Intel的Xscale， 目前：ARM CORTEX嵌入式处理器,ARM 微处理器的特点,RISC体系结构具有如下特点： 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式简单； 使用单周期指令，便于流水线操作执行； 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。,ARM 处理器共有37个寄存器，被分为若干个组，这些寄存器包括： 31个通用寄存器，包括程序计数器（PC 指针），均为32位的寄存器； 6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位。,ARM微处理器支持两种指令集： ARM指令集和Thumb指令集（Thumb-2） ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省3040以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。,ARM公司为ARM架构处理器提供了ARM处理器内核(如ARM7TDMI、ARM9TDMI、ARM10TDMI等)和ARM处理器核(ARM710T/720T/740T、ARM920T/922T/940T、ARM926E/966E及ARM1020E等)。 各半导体公司(ARM公司合作伙伴)在上述的处理器内核或处理器核基础上进行再设计，嵌入各种外围和处理部件，形成各种嵌入式微处理器和嵌入式微控制器。、 ARM芯片具有RISC体系的一般特点，除此之外，ARM体系采用了一些特别的技术，在保证高性能的同时尽量减少芯片体积，降低芯片的功耗。 ARM架构自诞生至今，已经发生了很大的演变，至今已定义7种不同的版本。,v4版架构： 半字的读取和写入指令。 读取(Load)带符号的字节和半字数据的指令。 增加了T变种，可以使处理器状态切换到Thumb状态，在该状态下指令集是16位的Thumb指令集。 增加了处理器的特权模式。在该模式下，使用的是用户模式下的寄存器。 版本4不再强制要求与以前的26位地址空间兼容。,与版本4相比，版本5增加或者修改了下列指令： 提高了T变种中ARM/Thumb混合使用的效率。 对于T变种的指令和非T变种的指令使用相同的代码生成技术。 增加了前导零计数(count leading zeros)指令，该指令可以使整数除法和中断优先级排队操作更为有效。 增加了软件断点指令。 为协处理器设计提供了更多的可选择的指令。 更加严格地定义了乘法指令对条件标志位的影响。 ARM7,ARM9,ARM体系版本6是2001年发布的。其主要特点是增加了SIMD(单指令多数据)功能扩展。SIMD功能扩展为包括音频/视频处理在内的应用系统提供了优化功能。它可以使音频/视频处理性能提高4倍。ARM体系版本6首先在2002年春节发布的ARM11处理器中使用。 ARM还定义了一些拥有特定功能的变种(Variant)。,ARM处理器当前有5个产品系列：ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、ARM11和SecureCore。 ARM7 Family ARM720T ARM7EJ-S ARM7DI ARM7TDMI ARM7TDMI-S ARM9 Family ARM920T ARM922T ARM940T ARM9E Family ARM926EJ-S ARM946E ARM946E-S ARM966E-S,ARM10 Family ARM1020E ARM1022E ARM1026EJ-S ARM11 Family ARM11 Family ARM CORTEX A系列 R系列 M系列,ARM7TDMI参数含义,ARM7TDMI含义：,ARM = Advanced RISC Machines,7 = 体系结构,T = THUMB 代码支持,D = Debug 硬件调试模块支持,M = 增强的乘法指令集,I = Embedded ICE Logic,1,3,2,嵌入式系统的定义,嵌入式系统的组成,嵌入式系统与单片机和PC的关系,第1章 嵌入式系统简介,4,为什么要学习嵌入式系统,嵌入式系统,嵌入式系统,基于VXworks的火星探路者,嵌入式系统,学习嵌入式系统是多方面的需求,市场需求 中国具有世界最大嵌入式技术市场，将成为世界第一的手持仪器设备、信息家电、城市建设、工业控制、军事应用嵌入式技术无处不在。 企业人才需求 软硬件设计人才，应用开发人才，综合性人才 技术发展趋势要求8位、16位、32位，实时操作系统,嵌入式系统的嵌入式系统的学科基础 嵌入式系统没有独立的学科体系 嵌入式系统的四个学科基础： 微电子技术 ：集成电路基础 电子技术 ：应用与技术推进 计算机技术 ：计算机工程方法 对象学科 ： 应用基础,嵌入式系统应用与学科背景,电子工程专业,计算机软件专业,嵌入式系统设计,微处理器及接口,操作系统及应用,微处理器 + 操作系统,自动化,仪器仪表,机电工程,微机测控,航空航天,应 用,消费电子,