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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,课程内容,第一章嵌入式系统概论,第二章嵌入式处理器,第三章嵌入式外设,第四章嵌入式操作系统,第五章嵌入式系统节能计算,第六章片上系统,SOC,第七章嵌入式系统与多核,第八章嵌入式系统与物联网,嵌入式系统,什么是嵌入式计算机,从产品的角度看嵌入式,3,背景：计算机系统的三大应用领域,服务器,目标：,可用性,可扩展性,有效带宽,利润最大的市场,包括大型机、超级计算机等,桌面,办公等用途,最广阔的市场,包括台式机，笔记本,嵌入式,非计算机形态,潜力最大的市场,以往计算机分类：,大型计算机、中型机、小型机和微计算机,目前计算机分类：,超级计算机，大型计算机、工作站、微计算机、亚微计算机,亚微计算机,(,嵌入式计算机,),是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中,4,动力,计算机硬件发展危机,VLSI,发展到,ULSI,主频瓶颈,3.8G,技术上两条出路,提高片内核的数量,发展到多核,集成外围电路到处理器中,发展到,SOC,（系统芯片，,system on chip,）,产业上的出路,PC,市场有没有出路，来源于对多核计算机的需求,将成熟的,32,位计算机技术融合（嵌入）到非,PC,产品中,使用计算机网络技术取代通讯,5,计算机系统的创新：多核,2006,年突然推出双核，年底到四核,2006,年,Q4,英特尔内部已有,16,核处理器,2007,年,2,月英特尔展示了,80,核计算机,2008,年,10,月，英特尔展示,32,硬核,128,逻辑核的,larlabee,此后，多核成为硬件的主流,市场对多核的反应,技术准备不足,多处理器技术长期以来针对服务区,并行计算技术针对科学计算,实际难点多,应用软件，事务处理如何使用多核？,系统软件对多核的支持不足,软件开发对多核支持不足,机会与挑战并存,6,计算机系统的创新：桌面计算机,平板计算机,个人电脑,ModBook,平板电脑,Toshiba,平板电脑,ClickStart My First Computer,Viewsonic,无,线遥控平板,人人电脑计划,(OLPC),双屏幕笔记本电脑,联想,yoga,电脑,7,计算机系统,(,曾经)的创新：,UMPC,Ultra-Mobile PC,小巧的体积可以使,UMPC,轻松放到书包里面，随身携带,UMPC,外形设计新潮，集成各种附加功能，一般有网络、,GPS,、键盘或屏幕手写等模块。,netbook,HTC Athena,UMPC,Sony,8,嵌入式系统,移动终端,UMPC,，,PDA,，手机，移动电子书以及电子词典,信息家电,智能冰箱、洗衣机、智能空调、数字电视、微波炉、无线家庭网关、数码相机与数码摄像机、游戏机,汽车电子,车载、车控,智能仪器仪表,通讯设备,其他,9,嵌入式系统：,PDA,个人信息助理,掌上电脑,PDA,手机,+ GPS,导航,Dopod U1000,，且支持,SkyPE,Map-Star,的,GPS,定位设备,华硕,GPS,导航器,SONY GPS,导航器,Nokia 6110,四频,HSDPA / GPS,导航器,iPad2,10,Tegra 2,2010,年,1,月,8,日发布,Tegra 250,第一代,Tegra,基于单核心的,ARM11,处理器,Tegra 2,号称“八核心”,双核心的,ARM Cortex-A9,，频率最高,1GHz,，另外还有,ARM7,处理器,(,用于内部数据,/,功耗管理,),、视频编码处理器、视频解码处理器、图像信号处理器、音频处理器、,GeForce,图形处理器,视频编码解码从,720p,升级到了,1080p,输入输出、双显示、,HDMI,、,NAND,闪存、,USB,等多种控制器和,1MB,大容量缓存,40nm,，,2.41,亿个晶体管，核心面积约,49,平方毫米，,500,毫瓦,Ivybridge,微架构（酷睿,3,）,基础知识：与,sandybridge,微架构相同,进阶,硬件,22nm,工艺,PCIE 3,共享三级缓存,LLC,图形能力提升（注意不是显卡，是,GPU,，还不能称为,GPGPU,）,3,路本地输出。,多媒体能力提升,软件,AVX,指令,Cilk,、,TBB,、,OpenMP,、,OpenCL,、,IPP,、,MKL,、,OpenCV,支持,D11,、,OpenGL,，提供图形性能分析器测试图形计算能力、,CPU,与,GPU,的运行时功耗,12,嵌入式系统：手机,普通手机,智能手机,与,PDA,结合,网络手机,gphone,韩国电信手机,/,电视遥,控器二合一产品,Nokia,手机户外音响,内置,DVB-H,移动电视手机,iPhone5,13,嵌入式系统：,PMP,iLuv,可即时将视频录制到,iPod/,闪存卡上，与以前技术相反,Sony,家用影音综合设备,XtremeMac,开发的,iPod,音箱,IPEVO,支持,Skype,电话,Nike,的,iPod,帽,Meizu M8,Ipod nano,Archos,带,Wifi,的,704,Portable Media Player,14,嵌入式系统：办公用品,录音笔,FLY,数字笔,能“看懂”在专用纸上所写的内容,能“阅读”写作和纠正语法错误,完成简单的算术运算,将英文互相翻译成西班牙文等,Genius,数字便笺,存储,100,页便笺,2000LPI,分辨率,32MB,板载内存,可通过,USB,连接电脑,笔迹识别软件,Polymer Vision,手机书,使用可卷电子纸的电子书阅读器,15,嵌入式系统：手表,Martin Frey,手表,日程表,和手机联动,获取网络连接和,GPS,定位信息,手表手机：,M300,1,英寸的显示屏,USB,接口,可播放音乐,支持蓝牙,Nike,的,Speed+,手表,结合,iPod,和运动计测,韩国防性罪犯的电子手镯,可追踪罪犯的定位和坐标,爱国者视频,MP4,手表,16,嵌入式系统：运动玩具游戏,GTX,公司定位的运动跑鞋,内置的,GPS,接收器和可充电电池,遥控蜻蜓,次世代三大主流,三款主机,Xbox 360,，,WII,，,PS3,GameCube,XboX360,PS3,Wii,手柄,手套,枪,17,嵌入式系统：摄像器材,数码相机,DV,18,智能家电,智能冰箱（有时称为网络冰箱）,在冰箱内部装有摄像头、,RFID,接收器或者条码扫描器,可以通过这些设备采集冰箱内部存货的信息，并通过网络进行传输信息,对冰箱的温度控制,韩国一家公司的“网络冰箱”，门上有一个,15,英寸液晶显示器，用户可以通过冰箱上网、打可视电话和观看影片,网络微波炉、网络电饭煲、网络空调等家电,功能现对简单，可以通过网络下载食谱，可以通过网络进行控制,19,嵌入式系统：智能家居,智能家具,智能家电,Roto-Rooter,公司,马桶,组合笔记本,/ipod/,冰,箱,/Xbox360/,健身,高科技的捕鼠器,遮断红外线光束掉下笼子,DangerBomb,闹钟,不起床就爆炸啰,配备电子食谱,的锅铲,coo.boo,智能型垃,圾桶,i.Master,浙江大学显示营养智能果汁机,20,智能割草机,21,嵌入式系统：多媒体终端,IP,电话,视频会议,可视电话,基于视频电话,的小型视频会,议系统,(,MCU,),语音识别电话,基于,H.323,协议族,的网络视频电话,22,嵌入式系统：家庭音响,引入计算机技术的音响,配备,B&O,与,Core 2 Duo,的,P.Guerra,家庭影院,Sonos ZP80,无线音响,LG HD DVD/,蓝光播放器,Motorola,支持,M,卡的,HD DVR,录像机,iPhone,23,嵌入式系统：电视,高清电视,数字电视,立体显示技术,LG,内置数字录像机的,LCD TV,AppleTV:,Intel Pentium M 1.0 GHz,2MB of L2,高速缓存,nVidia G72M,显示卡,64MB DDR2,内存,内置的,40GB,硬盘,播放,iTunes,能输出,1080p,高画质,影像的,iPod Dock,数字电视机顶盒,24,家庭相册,远程宠物喂养器,远程观看到宠物的行动,跟它对话,远程喂养宠物,25,嵌入式系统：通讯设备,有计算机能力的各种通讯设备,路由器,/,交换机,/,防火墙等,Buffalo,路由器,/ USB,网卡套装,VPN,产品,千兆网关防火墙,26,嵌入式系统：仪器仪表,DCG (,动态心电图仪,),便携式多参数监护仪,中医指套传感器脉象虚拟仪器,推拿手法测试仪,电动机故障状态监测保护系统,监控仪,手持仪,27,嵌入式系统：交通相关,汽车电子,处理器个数可达三位数,车载,娱乐，定位等,车控,ABS,、,EBD,等,其他,中国版月球车,汽车立体声音,响,HD Radio,扩展包,改装遮阳板,DVD / TV / MP3,28,嵌入式系统：军工,武器控制系统,数字化单兵系统,有苛刻要求,尺寸和重量,功率消耗,震动和冲击,温度和湿度,21,世纪部队旅及旅以下作战指挥系统,夜视扫描、全球定位、指挥通信,29,嵌入式系统：新兴硬件,GPS/,蓝牙双拼模块芯片,龙芯,2,号增强型处理器芯片,服用的,RFID,芯片,Intel Tolapai,把南北桥做在芯片中,AMD Fusion,已经集成了北桥、,CPU,、显卡,30,嵌入式系统案例分析：嵌入式视频服务器,无需使用完整的计算机,需要的功能分析,音视频采集，压缩,网络功能,存储,硬件系统,处理器,存储器,外存,采集设备,网卡,软件系统,视频采集、压缩、传输,网络交互,31,嵌入式系统应用案例分析：智能家电集成,数,字,化,家,庭,32,嵌入式系统应用案例分析：网络产品集成,信息化社会,33,嵌入式系统是一种技术，应用技术,以实现产业产品为目的,嵌入式产品,任何包含一个或多个专用或者通用计算机部件的电子设备,不以计算机形态出现,将计算机,”嵌入“,在电子设备内,能执行特定功能的计算机硬件和软件的结合体,广义,:,任何一个非计算机的计算系统,34,嵌入式系统必要条件,有处理器,计算机五大部件,运算器，控制器合称处理器,存储器,输入输出,如果只有存储器、输入输出，不能认为是嵌入式系统,不能执行计算机最基础的功能,常用,32,位处理器,价格与单片机接近,性能高,网络支持能力强,35,嵌入式产品硬件特征,通常由嵌入式处理器、嵌入式外围设备组成,高集成度,逐步形成单芯片解决方案,系统芯片,(SOC),定制性,面向用户,面向产品,面向应用,解决方案不唯一,不可垄断的高度分散的工业，候选器件太多,而,PC,由,WINTEL,（,window,，,intel,）垄断,36,嵌入式系统硬件,37,嵌入式产品软件特征,包括嵌入式操作系统和嵌入式应用软件、开发工具,软件要求固态化存储,稳定性要求高,软件代码高质量、高可靠性,可能无系统软件,软硬件紧密结合，协同开发,38,其他可能有的要求,实时性强,功耗低,支持升级,软件和硬件结合紧密,由于定制，可能无硬盘，无通用操作系统,产品升级换代困难,和硬件同步升级,具有较长的生命周期,39,定义,微软在,2002,年将嵌入式系统定义为完成某一特定功能、或是使用某一特定嵌入式应用软件的计算机或计算装置。,英国电机工程师学会的定义,:,“,嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或甚至工厂操作的装置”,通常执行特定功能,以微电脑和外围构成核心,严格的时序和稳定性要求,全自动操作循环,精确定义,:,以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统,互联网企业蚕食嵌入式,41,Google,手机发布,T-Mobile G1,硬件,高通,MSM 7201,处理器，,GPS,卫星导航、,300,万像素摄像头, 3.17,英寸触摸屏,480x320,分辨率，,18GB MicroSD,卡,支持,WCDMA/HSPA,网络，理论下载速率,7.2Mbps,；支持,Wi-Fi,软件,Android,操作系统,各种谷歌的服务,Gmail,、,Google Maps,、,YouTube,、,Google,日历、,Google Talk,Chrome,精简版,一键搜索,Android Market,下载，全免费,基于图片的导航软件“,BreadCrumbz”,用手机唱卡拉,OK,的软件“,TuneWiki”,179,美元,42,几个问题,1,、互联网企业进入手机领域,2,、手机未来是否就是计算机,3,、手机技术走势如何,43,处理器作为发动机，让手机飞起来,处理器发展趋势,制造工艺发展到,32nm,，实现小尺寸、微功耗和低成本,需要计算能力，提供精巧的多媒体人机界面,联网成为必然的趋势，芯片上集成,Wifi,、,WiMax,最新处理器,ARM (16/32-bit),Intel Atom (32-bit, 0.6-2.5w),本地,+,远程,本地提供相对充足的计算能力,远程提供超级计算能力,Scott McNealy: The network is the computer.,多核,双核,-,多核,-,千核,44,能耗是风阻，让手机飞行时间变短,能耗,是手机等移动终端所面临的一个重要问题,解决方法,硬件节能：低功耗设计、工艺,软件节能：解决内存墙，动态调频，节能编译，节能调度,提高电池容量,燃料电池可能从根本上解决能耗问题,其能量密度，理论上可为锂离子电池的五至十倍以上,补充供电燃料仅需数秒；,最适合可携式微小型系统,质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池,在室温下运作、体积小、重量轻、方便电池堆设计,挑战：,小型化；,安全性,45,联网方式是飞行通道,移动通信,2G,、,2.5G,3G,WCDMA,CDMA2000,TD-SCDMA ,中国造,WiMAX ,挑战巨大,4G,：,无线接入技术,802.15(,无线个域网，,WPAN),802.11(,无线局域网，,WLAN),802.16a/d(,无线固定接入，,FWA),802.20(,宽带移动接入，,WBMA),发展方向,带宽更大，至少保证流畅视频,安全性更高,多模手机,46,存储扩容，资料丰富,器件,速度、容量增长,内存,基本可以运行桌面上的软件,外存,可以插拔,网络存储,依托互联网,本地存储基本的程序、数据；,其他数据保存在网络存储中,47,终端硬件,手机终端,计算能力强,支持多种互联网和移动通讯网络接入,待机时间长,便携小尺寸,分类界限逐步模糊,手机,PDA,MID/PMP,UMPC,笔记本电脑,手机硬件与台式机无差别,X86,，大存储，大屏幕，人机设备,48,手机嵌入式软件的需求变化,1,、实时性需求,到底哪些嵌入式设备需要实时？ 手机实时性要求不高,2,、内核小,小内存,vs,大内存,3,、处理器架构不一样,ARM,（,RISC,架构）,vsatom,（,X86,架构）,4,、软件定制化,定制化的软件,vs,可以随意安装卸载软件,5,、基带芯片协议栈,已经非常完备,手机软件需要研究什么？,手机嵌入式操作系统：,No.,有足够多的解决方案了,手机支撑软件与应用软件：从桌面移植,49,手机终端软件架构,传统手机软件,:,层次化架构,BSP,专业操作系统,GUI,定制应用软件,手机软件革命：平台结构,平台软件,封装手机操作系统、驱动、网络浏览器、,GUI,以,API,形式提供应用开发者,应用软件,基于开放,API,开发的软件,通过网络获取定制应用，人机友好，用户下载,革了谁的命,?,50,网络化手机软件,计算机的网络化,以前：单机为主,现在：必须在网，大部分工作依赖于网络,手机的网络化,开机开机即在网,连接移动通讯网 启动计算机网络,手机,=,移动网络终端,在网的终端与非在网终端，软件上的差异性在哪里,计算机,单机操作系统网络操作系统,手机,支持移动网的操作系统普通手机,支持协议栈的操作系统智能手机,网络化操作系统网络手机,51,WebOS,应运而生,WebOS,基于网络（,Web,）的操作系统,Web operating system,或者,Web-based Operating System,内涵,运行在浏览器中的虚拟,OS,，是基于,Web,的服务的开放式集合,提供了,WebOS API,，能够根据,WebOS API,进行编程,能够在,WebOS,中打开应用程序,外延,用户通过浏览器运行基于,Web,的在线应用,能实现,PC,操作系统上的各种操作,程序语言以,PHP, XML, JS,等,Web,语言为主，尽可能消灭高级语言,Android,是典型的,WebOS,52,WebOS,是下一代手机软件平台吗？,优点,基于,Web,的标准化程度很高，不同的程序和服务能够方便的对接,无需下载，维护方便，软件升级扩展性好,免受病毒木马的骚扰，容易解决盗版问题，解决了收费困难的问题,可在不同浏览器、不同的,OS,上运行程序，甚至可以在其他的终端,缺点,执行效率低,机器码运行,os os,运行浏览器浏览器运行,webos webos,运行,web service,传统：机器码运行,os os,运行,software,网络依赖性过强 ，对网络要求高,WebOS,本身开发难度大，,js,调试困难，浏览器的兼容性差,隐私性：操作在网上，数据在服务器上,个人观点,WebOS,使得一切工作都在线,WebOS,是一种趋势、一种方向,53,Android/chrome,都是一种,WebOS,Android: google phone,Chrome,：,google browser,屏蔽底层,OS/,驱动,/GUI,OS,可以是,linux,或其他,驱动程序支持各种,BSP,GUI,可以是各类,提供上层应用以,API,非,OS,的,API,技术路线,Linux,内核,+apache,运行机制,完全开放开源,遵循,Apache v2 License,免费的商业性使用,软件服务提供商,提供专业的,Android,平台应用服务,手机开发厂商,可以方便的基于,Android,平台添加个性化的应用和服务,收费,广告引擎,54,终端软件,单点技术的研究热情逐步消退,与台式机逐步融合,平台化趋势明显,在网要求越来越强,55,嵌入式热点领域,日益增长的功能密度,更高的可靠性保障,灵活的网络连接,分布式应用和移动应用,多媒体信息处理,更便捷的信息共享,适应更加激烈的市场竞争,下节课讨论主题,嵌入式处理器,56,57,谢谢,
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