嵌入式体系结构及接口技术：第1章 绪论2

1TM1n配套教材：配套教材：ARMARM嵌入式系统结构与编程嵌入式系统结构与编程，邱铁邱铁 编著，清华大学出版社，编著，清华大学出版社，2009,32009,3ARMARM嵌入式系统结构与编程嵌入式系统结构与编程2TM第第1 1章章 绪论绪论 本章主要介绍嵌入式系统的发展历史和本章主要介绍嵌入式系统的发展历史和相关概念，当前嵌入式技术的主要应用相关概念，当前嵌入式技术的主要应用以及市场上最流行的嵌入式产品，通过以及市场上最流行的嵌入式产品，通过典型产品实例使读者了解当前嵌入式技典型产品实例使读者了解当前嵌入式技术的应用状况和研究方向。最后介绍了术的应用状况和研究方向。最后介绍了嵌入式技术未来的发展趋势。嵌入式技术未来的发展趋势。3TM3内容提要内容提要n1.1嵌入式系统定义嵌入式系统定义n1.2嵌入式操作系统嵌入式操作系统n1.3嵌入式技术在工程领域的应用嵌入式技术在工程领域的应用n1.4典型应用：嵌入式机器人控制系统典型应用：嵌入式机器人控制系统n1.5嵌入式技术的发展趋势嵌入式技术的发展趋势4TM4典型嵌入式操作系统介绍典型嵌入式操作系统介绍 C/OS-II 嵌入式操作系统内核嵌入式操作系统内核 VxWorks嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统 WinCE操作系统操作系统 Linux操作系统操作系统 5TM5C/OS-II C/OS-II 嵌入式操作系统内核嵌入式操作系统内核 C/OS-II是一个可裁减的、源码开放的、结构小巧是一个可裁减的、源码开放的、结构小巧、可剥夺型的实时多任务内核，主要面向中小型嵌、可剥夺型的实时多任务内核，主要面向中小型嵌入式系统，具有执行效率高、占用空间小、可移植入式系统，具有执行效率高、占用空间小、可移植性强、实时性能优良等特点。性强、实时性能优良等特点。C/OS-II中最多可以支持中最多可以支持64个任务，分别对应优先个任务，分别对应优先级级063，其中，其中0为最高优先级。实时内核在任何时为最高优先级。实时内核在任何时候都是运行就绪了的最高优先级的任务。候都是运行就绪了的最高优先级的任务。C/OS-II最大程度上使用最大程度上使用ANSI C语言开发，现已成语言开发，现已成功移植到近功移植到近40多种处理器体系上。多种处理器体系上。6TM6 WinCEWinCE操作系统操作系统 Microsoft Windows CE是针对有限资源的平台而是针对有限资源的平台而设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。高度模块化是高度模块化是WinCE的一个特性，有利于对从掌上的一个特性，有利于对从掌上电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制电脑到专用的工业控制器的用户电子设备进行定制。WinCE操作系统的基本内核需要至少操作系统的基本内核需要至少200K的的ROM，它支持它支持 Win32 API子集、多种用户界面硬件、多子集、多种用户界面硬件、多种的串行和网络通讯技术、种的串行和网络通讯技术、COM/OLE和其他的进和其他的进程间通讯的先进方法。程间通讯的先进方法。Microsoft公司为公司为Windows CE提供了提供了Platform Builder和和Embedded Visual Studio开发工具。开发工具。7TM7 WinCEWinCE操作系统操作系统Windows CE嵌入式操作系统能提供与嵌入式操作系统能提供与PC机类似的机类似的图形界面和主要的应用程序。图形界面和主要的应用程序。这样只要是对这样只要是对PC机上的机上的Windows比较熟悉的用户比较熟悉的用户，可以很快地使用移植有，可以很快地使用移植有Windows CE嵌入式操作嵌入式操作系统的设备。系统的设备。应 用 程 序 软 件uC/O S-II(与 处 理 器 无 关 的 代 码)O S_C O R E.C uC/O S-II.CO S_M B O X.C O S_M E M.CO S_Q.C O S _SE M.C O S_T A SK.C O S_T IM E.CuC/O S-II.HuC/O S-II 设 置（与 应 用 相 关 的 代码）O S_C FG.HIN C L U D E S.HuC/O S-II 移 植（与 处 理 器 相 关 的 代 码）O S_C PU.HO S_C PU _A.A SMO S_C PU _C.C硬 件软 件C PU时 钟睡眠态任务就绪态任务运行态任务中断服务态任务等待状态任务OSFlagPend()OSMboxPend()OSMutexPend()OSQPend()OSSemPend()OSTaskSuspend()OSTimeDly()OSTimeDlyHMSM()中断OSIntExit()OSTaskDel()OSTaskDel()任务的CPU使用权被剥夺OSFlagPost()OSMboxPost()OSMboxPostOpt()OSMutexPost()OSQPost()OSQPostFront()OSQPostOpy()OSSemPost()OSTaskResume()OSTimeDlyResume()OSTimeTick()OSStart()OSIntExit()OS_TASK_SW()OSTaskCreate()OSTaskCreateExt()OSTaskDel()驱动电机1、脉冲编码器1驱动电机2、脉冲编码器2转向舵机（控制机器人的运动方向）任务4任务3七路光电检测（巡地面颜色标记）任务5行程开关、微动开关检测（报警或置终止标志）任务7LCD动态显示（运行状态、参数或出错信息）任务9超声波检测（避开障碍物、预测目标点距离）任务6机械手电磁铁（控制机械手开合或拾取物品）任务8监视按键状态任务2起动机器人系统（硬件电路及运行参数初始化）任务120TM201.5嵌入式技术的发展趋势嵌入式技术的发展趋势n时代的发展使得嵌入式产品获得了巨大的商时代的发展使得嵌入式产品获得了巨大的商机，为嵌入式产品提供了广阔的市场前景，机，为嵌入式产品提供了广阔的市场前景，同时也对嵌入式生产厂商提出了新的挑战同时也对嵌入式生产厂商提出了新的挑战。21TM21n1随着信息化与数字化的发展，嵌入式设备进行随着信息化与数字化的发展，嵌入式设备进行网络互联是未来发展的趋势。网络互联是未来发展的趋势。n未来的嵌入式设备为了适应信息化与数字化的发展未来的嵌入式设备为了适应信息化与数字化的发展，网络化成为发展的方向。要进行网络互联，在硬，网络化成为发展的方向。要进行网络互联，在硬件设计上要提供各种网络通信接口件设计上要提供各种网络通信接口。n在应用软件方面，要提供可以在设备上安装嵌入式在应用软件方面，要提供可以在设备上安装嵌入式Web浏览器，实现网页浏览和远程数据库的访问。浏览器，实现网页浏览和远程数据库的访问。22TM22n2优化嵌入式系统软硬件内核，提高系统运优化嵌入式系统软硬件内核，提高系统运行速度，降低功耗和硬件成本。行速度，降低功耗和硬件成本。n嵌入式产品是软件和硬件相结合的设备，为嵌入式产品是软件和硬件相结合的设备，为了提高运行速度、降低功耗和成本，要求开了提高运行速度、降低功耗和成本，要求开发人员尽量裁剪系统的硬件资源和软件内核发人员尽量裁剪系统的硬件资源和软件内核，利用最少的硬件资源和软件结构实现最多，利用最少的硬件资源和软件结构实现最多的功能。在实现过程中要不断的优化硬件电的功能。在实现过程中要不断的优化硬件电路并改进算法，达到最佳的控制功能。路并改进算法，达到最佳的控制功能。23TM23n3指令级的并行计算技术将引入嵌入式微处指令级的并行计算技术将引入嵌入式微处理器。理器。n在工程的实际应用中会出现大量的数据执行相在工程的实际应用中会出现大量的数据执行相同的运算功能，比如向量计算，这就需要在单同的运算功能，比如向量计算，这就需要在单个时钟周期内实现多个数据的运算操作。个时钟周期内实现多个数据的运算操作。n在在CPU中设计多个执行部件来完成此功能，这中设计多个执行部件来完成此功能，这种种CPU的架构形式称为单指令流多数据流体系的架构形式称为单指令流多数据流体系结构，也称之为指令级的并行计算技术。结构，也称之为指令级的并行计算技术。24TM24n4嵌入式微处理器将会向多核技术发展。嵌入式微处理器将会向多核技术发展。n无所不在的智能必将带来无所不在的计算，无所不在的智能必将带来无所不在的计算，大量的图像信息也需要高速的处理器来处理大量的图像信息也需要高速的处理器来处理，面对海量数据，单个处理器可能无法在规，面对海量数据，单个处理器可能无法在规定的时间完成处理。定的时间完成处理。n引入并行计算技术，可以采用多个执行单元引入并行计算技术，可以采用多个执行单元同时处理，这就是处理器的多核技术。同时处理，这就是处理器的多核技术。25TM25n5嵌入式技术将引领信息时代嵌入式技术将引领信息时代n嵌入式产品具有自身的优点，如体积小、低嵌入式产品具有自身的优点，如体积小、低功耗等，这也正是在走可持续发展的战略功耗等，这也正是在走可持续发展的战略；n使我们无论身处何时、何地，想要什么信息使我们无论身处何时、何地，想要什么信息都可以信手拈来都可以信手拈来；n“无所不在的智能无所不在的智能”的观点，它是嵌入式系的观点，它是嵌入式系统应用的最高境界。统应用的最高境界。26TM第第1 1章章 绪论绪论 The End