嵌入式系统1-介绍
第1章嵌入式系统概述
2、SiM3U1xx(80MHZ USB)系列(M3)
1.4 STM32系列微控制器简介 STM32为意法半导体(ST)公司生产的ARM处理器。
Flash Size (bytes)
512K
256 K
STM32 prod Q2/08 Samples Dec 07 Prod Q2/08
未来 发展方向
64 K 32 K
STM32 Samples NOW Prod Oct 07
72 MHz CORTEX- M3 CPU Wide offer
• 32KB-512KB Flash • 6Kb-64KB RAM
0K 48 pins 64 pins 100 pins
144 pins
LQFP
LQFP
LQFP
LQFP
(7x7) (10x10) (14x14)/BGA (20x20)/BG
machinery or plants”.
1.嵌入式系统简介
目前,对嵌入式系统的定义多种多样,但没有一种定义是全面的。下面给出两种 比较合理定义:
●从技术的角度定义: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。 ●从系统的角度定义:嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件,并使其紧 密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一 个完整的部分,称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。
ADC
16 channels /
Tem1pMSsepns sor
Power Supply Reg 1.8V
POR/PDR/PV XTDAL
oscillators 3I2nKt.HRzC+ o4s~c1il6lMatoHrzs 32KHz +
1.嵌入式系统组成简介
串口4
串口1
串口2
设备
1)嵌入式系统硬件系统
嵌入式系统的硬件是以嵌入式处理器 为核心,配臵必要的外围接口部件。在嵌 入式系统设计中,应尽可能选择适用于系 统功能接口的SoC/SOPC芯片,以最少的外 围部件构成一个应用系统,满足嵌入式系 统的特殊要求。 一般包括有 :嵌入式处理器; 存储器; I/O系统和外设。
硬件抽象层
是硬件功能模块的集合,是对硬设备功能的第一
层抽象,实现基本的IO操作。 所关心的是如何实现硬件功能的软件接口,而不 是设备的管理逻辑。 每个硬件可能有多个端口(设备),对应的硬件 抽象层是对这些端口(设备)操作的基本抽象, 为驱动程序管理这些设备提供接口。上层驱动程 序在不需要了解具体设备硬件信息的情况下,就 可以操作这些设备。
2)板级支持包BSP
BSP主要是为驱动程序提供访问硬件设备寄存器 的函数包,从而实现对操作系统的支持。不同操作 系统有不同的板级支持包。具体完成如下二方面的 功能: ①在系统启动时,完成对硬件的初始化。如对设备 的中断、CPU的寄存器和内存区域的分配等进行操作。 ②为驱动程序提供访问硬件的手段。如系统是统一 编址的,则可以直接在驱动程序中用C语言的函数进 行访问。如是单独编址的,只能用汇编语言编写函 数进行访问。BSP就是为上层的驱动程序提供访问硬 件设备寄存器的函数包。
(3)中间层(驱动层软件)
使用任何外设都需要有驱动程序的支持, 驱动程序不仅要实现设备的基本功能函数, 如初始化、中断响应、发送、接收等,而且 还要提供完备的错误处理函数。中间层为上 层软件提供了设备的操作接口。上层程序只 需调用驱动程序提供的接口,而不用理会设 备具体的内部操作。 驱动层软件(中间层)将系统软件与底 层硬件部分进行了隔离,使得系统的底层设 备驱动程序与硬件无关。具体包括硬件抽象 层HAL和板级支持包BSP。
1. 什么是嵌入式系统?其特点有些什么?
1. 什么是嵌入式系统?其特点有些什么?答:嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
特点:(1)通常是面向特定应用,低功耗、体积小、集成度高;(2)是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统;(3)软硬件必须高效率地设计,根据应用需求量体裁衣,去除冗余;(4)与具体应用有机结合,具有较长的生命周期;(5)为提高执行速度和系统可靠性,软件一般固化在存储器芯片或单片机本身中;(6)本身不具备自举开发能力,必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
2. 嵌入式系统的BooTLoader的功能是什么?答: BooTLoader是系统加电后,操作系统内核或用户应用程序运行之前,首先必须运行的一段程序,即引导加载程序。
通过这段程序,为最终调用操作系统内核、运行用户应用程序准备好正确的环境。
3. 什么是嵌入式操作系统?为何要使用嵌入式操作系统?答:嵌入到对象体系中的专用计算机应用系统。
4. 目前嵌入式操作系统有哪些?答:(1)Windows CE(2)VxWorks(3)pSOS(4)QNX(5)Palm OS(6)嵌入式Linux 5. 构造嵌入式开发环境有哪几种形式?答:(1)交叉开发环境(2)软件模拟环境(3)评估电路板6. 嵌入式系统开发的基本流程?答:(1)系统定义与需求分析(2)规格说明(3)系统结构设计(4)构件设计(5)系统集成7. 什么是可编程片上系统?答:用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上,称作可编程片上系统PSOC.它是一种特殊的嵌入式系统,首先它是SOC,即由单个芯片实现整个系统的主要逻辑功能,具有一般SOC基本属性;其次,它又具备软硬件在系统可编程的功能,是可编程系统,具有可裁剪、可扩充、可升级等灵活的设计方式。
8. 有时要使用Thumb技术的原因?答:16位Thumb指令集是32位ARM指令集的子集,用16位代码密度的指令获得32位处理器的性能既节省存储空间及成本,又不降低处理性能,低功耗,小体积,低成本。
第1章 嵌入式系统基础(新)1
重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
2、嵌入式操作系统
• 嵌入式操作系统具有通用操作系统的 一般功能,如向上提供对用户的接口 (如图形界面、库函数API等),向下 提供与硬件设备交互的接口(如硬件 驱动程序等),管理复杂的系统资源, 同时,它还在系统实时性、硬件依赖 性、软件固化性以及应用专用性等方 面,具有更加鲜明的特点。
嵌入式系统及其应用
无线便携式考场信息管理终端 重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
基于ECX平台的变电站值班机器人 重庆大学电气工程学院
嵌入式系统及其应用
嵌入式系统的存在形式
嵌入式系统的存在形式通常有两种: 一种,是作为一个大系统中功能和结构相 对独立但又和其它部分密不可分的形式而 存在。
靠性高、体积小、成本低、功耗小的专用 计算机系统。
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嵌入式系统及其应用
随着信息技术的发展,嵌入式系统在很多 的产业得到了非常广泛的应用并有力的推动 了这些产业的发展。例如在各种消费电子产 品、车载电子产品、办公自动化产品、智能 家电产品、工业自动化产品以及国防、航天 等众多领域中都可以找到嵌入式系统的应用 实例。
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嵌入式系统及其应用
2、基于单片机的 锅炉控制系统的解决方案
• 现在有一些生产企业使用基于单片机的锅 炉控制系统,这种系统由8位MCU、控制执 行机构、LED数码管、发光二极管、按键 等组成,完成以下功能:实时准确检测锅 炉的运行参数;综合分析及时发出控制指 令;诊断故障与报警管理;历史记录运行参 数;计算运行参数,保证锅炉的安全、稳 定运行。
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嵌入式系统及其应用
• 图1.7 服务器软件结构
第一章 嵌入式系统概述1
土星探测
自1997年10月15日发射以来, 经历了7年35亿公里航程的卡西 尼号太空船在2004年7月1日10 时30分进入土星轨道,开始进 行人类有史以来对土星及其31 颗已知卫星最详尽的探测。
嵌入式设备无处不在,但桌面系统还依然有用。
无处不在的计算机是计算机与使用者的比率达到和超 过100:1的阶段 无处不在的计算机包括通用计算机和嵌入式计算机系 统 在100:1比例中95%以上都是嵌入式计算机系统,并非 通用计算机
形式多样、面向特定应用
一般用于特定的任务,其硬件和软件都必须 高效率地设计,量体裁衣、去除冗余,而通 用计算机则是一个通用的计算平台。 它通常都具有低功耗、体积小、集成度高等 特点,能够把通用微处理器中许多由板卡完 成的任务集成在芯片内部。 嵌入式软件是应用程序和操作系统两种软件 的一体化程序。
即使远在火星和土星
火星与地球, 这一对在星空 中遥遥相望的 “兄弟”,将 迎来6万年来 “最亲密的接 触”,在2003 年8月27日这 一天,火星距 离地球最近达 到55756622(5 千多万)公里。 勇气号 面对6万年才有一次 的机会,科学家们 积极行动起来—— —从6月开始,先后 有欧洲的“火星快 车”、美国“勇气 号”和“机遇号” 等三颗火星探测器 飞往火星,而日本 一颗本已在太空 “迷失方向”的火 星探测器也在关键 时刻及时“醒”来, 开始了久违的火星 之旅。
处理器和处理器体系结构类型多
通用计算机采用少数的处理器类型和体 系结构,而且主要掌握在少数大公司手 里。 嵌入式系统可采用多种类型的处理器和 处理器体系结构。 在嵌入式微处理器产业链上,IP设计、 面向应用的特定嵌入式微处理器的设计、 芯片的制造已形成巨大的产业。大家分 工协作,形成多赢模式。 有上千种的嵌入式微处理器和几十种嵌 入式微处理器体系结构可以选择。
嵌入式系统的例子(一)
嵌入式系统的例子(一)嵌入式系统什么是嵌入式系统嵌入式系统(Embedded System)是集成了计算机硬件和软件,专门用来控制特定功能的计算机系统。
它通常被嵌入到一些特定的物理设备或系统中,不像常见的通用计算机系统那样具备多样化的功能。
嵌入式系统在现代科技中起着重要的作用,应用广泛,包括但不限于:- 汽车 - 手机 - 家电 - 医疗设备 - 无人机 - 工业控制设备等。
嵌入式系统的重要性嵌入式系统之所以如此重要,主要有以下几个原因:1. 特定功能由于嵌入式系统被设计用来控制特定功能,它们可以通过集成硬件和软件满足特定需求。
例如,汽车中的嵌入式系统可以控制车辆的引擎、导航系统和娱乐系统等。
这种特定功能使得嵌入式系统能够在各种复杂的设备中发挥作用。
2. 节省成本和空间相比于传统的计算机系统,嵌入式系统通常更简化、更紧凑。
它们通常集成在设备中的电路板上,不需要额外的外部连接。
这样可以节省空间,并减少设备的成本。
此外,嵌入式系统大多数时候不需要高速处理器和大容量存储器,这也降低了成本。
3. 实时性要求很多嵌入式系统需要实时响应,以满足特定应用的需求。
例如,在工业自动化中,嵌入式系统需要及时地接收和处理传感器数据,从而控制设备的运行。
这种实时性要求使得嵌入式系统能够在高压力、高并发的环境下稳定运行。
嵌入式系统的例子嵌入式系统有非常多的应用场景,下面列举几个常见的例子:1. 智能手机智能手机是目前最常见的嵌入式系统之一。
它们集成了处理器、操作系统、存储器、传感器和通信模块等组件,可以实现通话、上网、拍照和娱乐等功能。
智能手机的嵌入式系统需要满足性能稳定、省电和安全性等要求。
2. 家电现代家电产品如电视、空调、冰箱等,都配备了嵌入式系统。
这些嵌入式系统可以通过用户界面和传感器来实现智能控制和自动化。
例如,智能冰箱中的嵌入式系统可以监测食物的存储情况并提醒用户补货。
3. 无人机无人机也是一种广泛应用嵌入式系统的设备。
嵌入式控制系统原理及设计课件-1-1 嵌入式系统概念
第1章 嵌入式控制系统基础
1.1 嵌入式系统的概念
1. 1. 1 嵌入式系统的定义
嵌入式(计算机)系统虽然早已成为各大 搜索引擎的热点名词,也经常见诸于各种 学术期刊、网络等媒体;
嵌入式控制系统原理及设计
但对于初学者而言,嵌入式系统仍然是一个比较模糊的概念。他们还经常混淆于嵌入式系统、 单片机、ARM、数字信号处理器(DSP)、片上系统(SoC)、Linux、Pad、智能芯片等词 汇,分不清这些词汇所指向的事物有何区别。因此有必要理清概念,明确嵌入式系统的范畴 与界定。
由于其本身不具备自举开发能力,即使设计完成以后用户通常也是不能对其中 的程序功能进行修改的,必须有一套开发工具和环境才能进行开发,这些工具和 环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波 器等。
嵌入式系统软件开发时往往有主机和目标机的概念,主机用于程序的开发,目 标机作为最后的执行机,开发时需要交替结合进行。
1.1.1 嵌入式系统的定义
嵌入式控制系统原理及设计
【定义1】 嵌入式系统的第一个带有官方色彩的定义是由国际电气和电子工程师协会(IEEE) 给出的,英文原文为:
“The devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants.”
嵌入式控制系统原理及设计pos网络及电子商务公共交通无接触智能卡contactlesssmartcardcsc发行系统公共电话卡发行系统自动售货机等智能atm终端已全面走进人们的生活在不远的将来手持一张卡就可以行遍天环境工程与自然在很多环境恶劣地况复杂的地区需要进行水文资料实时监测防洪体系及水土质量监测堤坝安全与地震监测实时气象信息和空气污染监测等时嵌入式系统将实现无人监测
第1章 嵌入式系统概述1
1.4.5 ARM10E处理器系列
ARM10E系列处理器采用了新的节能模式, 提供了64位的Load/Store体系,支持包括向量 操作的满足IEEE 754的浮点运算协处理器,系 统集成更加方便,拥有完整的硬件和软件开发 工具。ARM10E系列包括ARM1020E、ARM1022E 和ARM1026EJ-S三种类型。
1.嵌入式系统硬件平台
嵌入式系统硬件平台是整个嵌入式操作系 统和应用程序运行的硬件平台,不同的应用通 常有不同的硬件环境。在嵌入式系统中硬件平 台具有多样性的特点。
(1)嵌入式RISC微处理器 (2)嵌入式CISC微处理器
表1-1
RISC和CISC之间主要的区别
RISC 一个周期执行一条指令,通 过简单指令的组合实现复杂 操作;指令长度固定 流水线每周期前进一步 更多通用寄存器 独立的Load和Store指令完成 数据在寄存器和外部存储器 之间的传输 CISC 指令长度不固定,执行需要多 个周期 指令的执行需要调用微代码的 一个微程序 用于特定目的的专用寄存器 处理器能够直接处理存储器中 的数据
Cortex-M3改进了代码密度,减少了中断 延时并有更低的功耗。Cortex-M3中实现了最 新的Thumb-2指令集。MPCore提供了Cache的 一致性,每个支持1~4个ARM11核,这种设计 为现代消费类产品对性能和功耗的需求进行了 很好的平衡。
1.4.10 各种处理器系列之间的比较
表1-3 ARM系列处理器属性比较
ARM9/9E系列
向量浮点运算(Vector Floating Point)系列
ARM系列
ARM10E系列
包含类型
ARM1020E ARM1022E ARM1026EJ-S
ARM11系列
一单片机嵌入式系统概述
一、单片机嵌入式系统概述嵌入式系统一、一、嵌入式系统1、什么是嵌入式系统按计算机的非嵌入式应用和嵌入式应用将其分为通用计算机系统和嵌入式计算机系统。
PC机电梯控制柜通用计算机具有计算机的标准形态,通过装配不同的应用软件,以类同面目出现,并应用在社会的各个方面。
现在我们在办公室里、家庭中,最广泛普及使用的PC机就是通用计算机其最典型的代表。
而嵌入式计算机则是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中的。
在许多的应用领域中,如工业控制、智能仪器仪表、家用电器、电子通信设备等电子系统和电子产品中,对计算机的应用有着不同的要求。
这些要求的主要特征为:(1)面对控制对象。
面对物理量传感器变换的信号输入;面对人机交互的操作控制;面对对象的伺服驱动和控制。
(2)嵌入到应用系统。
体积小、低功耗、价格低廉,可方便地嵌入到应用系统和电子产品中。
(3)能在工业现场环境中可靠运行。
(4)优良的控制功能。
对外部的各种模拟和数字信号能及时地捕捉,对多种不同的控制对象能灵活地进行实时控制。
我们将具备高速计算能力和海量存储,用于高速数值计算和海量数据处理的计算机称为通用计算机系统。
而将面对工控领域对象,嵌入到各种控制应用系统、各类电子系统和电子产品中,实现嵌入式应用的计算机系统称之为嵌入式计算机系统,简称嵌入式系统。
2、嵌入式系统的特点与应用(1)嵌入式系统就是指用于实现独立功能的专用计算机系统。
(2)嵌入式系统是以应用为核心、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、安全性、成本、体积、重量、功耗、环境等方面有严格要求的专用计算机系统。
(3)嵌入式计算机系统在应用数量上远远超过了各种通用计算机系统。
(4)通用计算机系统和嵌入式计算机系统形成了计算机技术的两大分支。
二、嵌入式系统的种类嵌入式计算机系统的构成,根据其核心控制部分的不同可分为几种不同的类型:(1)各种类型的工控机(2)可编程逻辑控制器PLC(3)以通用微处理器或数字信号处理器构成的嵌入式系统(4)单片嵌入式系统(5)FPGA嵌入式系统以单片机作为控制核心的单片嵌入式系统大部分应用于专业性极强的工业控制系统中。
嵌入式系统设计(基于STM32F4) 课件。1 嵌入式系统概述
嵌入式系统设计(基于STM32F4)课件。
1 嵌入式系统概述本章将介绍嵌入式系统的概念和基本原理。
1.1 嵌入式系统定义嵌入式系统是一种特殊的计算机系统,它被设计成用于控制、监测或执行特定任务。
与通用计算机系统相比,嵌入式系统具有以下特点:特定目的:嵌入式系统被设计用于执行特定任务,如控制设备、采集数据等。
实时性:往往需要对外部事件做出即时响应,具有较高的实时性要求。
低功耗:嵌入式系统通常运行在限制功耗的环境中,需要通过优化设计来降低能耗。
成本效益:嵌入式系统通常在大规模生产中使用,需要具有较低的生产成本。
可靠性:嵌入式系统通常需要在长时间运行和各种环境条件下工作,需要具有高可靠性。
嵌入式系统与通用计算机系统的区别在于其设计目标和应用领域的不同。
嵌入式系统更加专注于特定任务的执行,而通用计算机系统则更加灵活并且具有更广泛的应用范围。
1.2 嵌入式系统设计流程本节将介绍嵌入式系统的设计流程,包括需求分析、系统设计、软件开发和硬件设计等阶段。
设计流程包括以下几个主要阶段:需求分析阶段(Requirements Analysis):在这一阶段,我们要了解以及定义嵌入式系统的需求。
我们需要与客户或用户进行沟通,明确系统所需功能、性能和可靠性等方面的要求。
系统设计阶段(System Design):在这一阶段,我们将定义嵌入式系统的整体结构和组件之间的相互关系。
我们需要考虑软件和硬件之间的接口,以及系统中各个模块之间的通信方式。
软件开发阶段(are Development):在这一阶段,我们将实际编写嵌入式软件的代码。
根据系统设计阶段的结果,我们可以确定需要实现哪些功能,并对其进行详细设计和编码。
硬件设计阶段(Hardware Design):在这一阶段,我们将设计嵌入式系统的硬件部分。
这包括选择合适的处理器、外围设备和电路设计等。
在整个设计流程中,需求分析和系统设计是决定嵌入式系统质量和功能的关键阶段。
第1章嵌入式控制系统——第01章
中文网站:关键词:ARM, 嵌入式 4
100:1的历史阶段 • 95%以上都是嵌入式计算机系统 • 嵌入式应用带动了产业的迅猛发展 • 嵌入式控制系统遍布工业自动化设备
思考题:你的兴趣?你的专业? 应该学习哪些计算机知识?
13
1.2 嵌入式系统的定义
定义一:当前国内通用 嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技
术为基础,软硬件可配置,对功能、可靠性、 成本、体积、功耗有严格约束的专用系统。
• 注:POSIX 表示可移植操作系统接口(Portable Operating System Interface ,缩写为 POSIX ),POSIX标准定义了操作系统应该为应 用程序提供的接口标准,是IEEE为要在各种UNIX操作系统上运行的软 件而定义的一系列API标准的总称,其正式称呼为IEEE 1003,而国际 标准名称为ISO/IEC
2017/2/13
嵌入式控制系统
Embedded Control System
孙昌国(机器人及其控制,运动控制系统,电机控制)
邮箱:cgsun_ustb@ 电话:13501192048(通话前请先发短信联系)
课程课件邮箱:ustb_d07@ 密码:d07_ustb
1
嵌入式控制系统
3、日本日立电梯 (广州日立电梯有限公司)
4、日本三洋电梯(上海三洋电梯有限公司)
5、日本富士达电梯 (华升富士达电梯有限公司)
6、日本东芝电梯 (沈阳东芝电梯有限公司)
7、芬兰通力电梯 (苏州通力电梯有限公司)
8、瑞士迅达电梯(苏州迅达电梯有限公司)
嵌入式实时操作系统1
嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统(Embedded Real-time Operation System,RTOS)。
1 嵌入式实时操作系统概念当外界事件或数据产生时,能够接受并以足够快的速度予以处理,其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应,并控制所有实时任务协调一致运行的嵌入式操作系统。
2 嵌入式实时操作系统特点1)多任务;2)有线程优先级3)多种中断级别3 嵌入式实时操作系统应用在工业控制、军事设备、航空航天等领域对系统的响应时间有苛刻的要求,这就需要使用实时系统。
采用嵌入式实时操作系统(简称RTOS)能够支持多任务,使得程序开发更加容易,便于维护,同时能够提高系统的稳定性和可靠性。
4 实时操作系统的必要性:首先,嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性。
其次,提高了开发效率,缩短了开发周期。
实时操作系统的优缺点:在嵌入式实时操作系统环境下开发实时应用程序使程序的设计和扩展变得容易,不需要大的改动就可以增加新的功能。
通过将应用程序分割成若干独立的任务模块,使应用程序的设计过程大为简化;而且对实时性要求苛刻的事件都得到了快速、可靠的处理。
通过有效的系统服务,嵌入式实时操作系统使得系统资源得到更好的利用。
但是,使用嵌入式实时操作系统还需要额外的ROM/RAM 开销,2~5% 的CPU 额外负荷,以及内核的费用。
5 实时系统与非实时系统的根本区别实时系统与非实时系统的根本区别在于:实时系统具有与外部环境及时交互作用的能力。
也就是说实时系统从外部获取信息以及系统得出结论要在很短的限制时间内完成。
它具有嵌入式软件共有的可裁剪、低资源占用、低功耗等特点;实时任务之间可能还会有一些复杂的关联和同步关系,如执行顺序限制、共享资源的互斥访问要求等。
实时操作系统所遵循的最重要的设计原则是:采用各种算法和策略,始终保证系统行为的可预测性(predictability)。
可预测性是指在系统运行的任何时刻,在任何情况下,实时操作系统的资源调配策略都能为争夺资源(包括CPU、内存、网络带宽等)的多个实时任务合理地分配资源,使每个实时任务的实时性要求都能得到满足。
第一章嵌入式系统基础
1.3 嵌入式操作系统
基本概念 ——实时操作系统(RTOS) 实时操作系统是一段在嵌入式系统启动后首先执行的背景程序,用户的应用程序是运 行于RTOS之上的各个任务,RTOS根据各个任务的要求,进行资源(包括存储器、外设等) 管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在RTOS支持的系统中, 每个任务均有一 个优先级,RTOS根据各个任务的优先级,动态地切换各个任务,保证对实时性的要求。
1.2 嵌入式处理器
1.2.1嵌入式系统分类 按表现形式分:(硬件范畴)
芯片级嵌入(含程序或算法的处理器) 模块级嵌入(系统中的某个核心模块) 系统级嵌入SOC(System on a chip) 按实时性要求分:(软件范畴) 非实时系统(PDA,Personal Digital Assistant 個人數字助理) 软实时系统(消费类产品) 硬实时系统(导引头等工业和军工系统)
是嵌入式软件的基本要求,软件固态存储,以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性、 实时性。
(5)嵌入式软件开发走向标准化 嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行。
5、嵌入式系统应用领域
工业 工控设备 智能仪表 汽车电子
军事国防 军事电子
嵌入式应用
网络设备
电子商务 网络
消费电子 信息家电 智能玩具 通信设备 移动存贮
第一章嵌入式系统基础
主要内容
嵌入式硬件平台 微处理器、存储器、I/O… ARM和XScale的指令系统和体系结构
嵌入式操作系统 特点、进程调度、存储管理… μC/OS, Linux的移植、设备驱动和应用开发
嵌入式应用开发 基于μC/OS, Linux, WinCE等
使用教材
ARM9嵌入式系统设计与开发应用 熊茂华 杨震伦 主编 清华大学出版社
chapter1.嵌入式系统概述
ARM处理器
ARM Cortex-A系列处理器
Cortex-A 系列 ARM Cortex™-A 系列的应用型处理器可向托管丰富的操作
系统平台的设备和用户应用提供全方位的解决方案,包括超 低成本的手机、智能手机、移动计算平台、数字电视、机顶 盒、企业网络、打印机和服务器解决方案。高性能的 CortexA15、可伸缩的 Cortex-A9、经过市场验证的 Cortex-A8 处理 器以及高效的 Cortex-A7 和 Cortex-A5 处理器均共享同一体 系结构,因此具有完整的应用兼容性,支持传统的 ARM 、 Thumb® 指令集和新增的高性能紧凑型 Thumb-2 指令集。 Cortex-A15 和 Cortex-A7 都支持 ARMv7A 体系结构的扩展, 从而为大型物理地址访问和硬件虚拟化以及启用 big.LITTLE 处理的 AMBA4 ACE 一致性提供支持。 Cortex-A 处理器的应用示例
智能手机操作系统
BlackBerry OS Embedded Linux Access Linux Platform Android bada Firefox OS (project name: Boot to Gecko) Openmoko Linux OPhone MeeGo (from merger of Maemo & Moblin) Mobilinux MotoMagx Qt Extended Sailfish OS Tizen (earlier called LiMo Platform) webOS PEN/GEOS, GEOS-SC, GEOS-SE iOS (a subset of Mac OS X) Palm OS Symbian platform (successor to Symbian OS) Windows Mobile (superseded by Windows Phone)
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Need careful co-design of h/w & s/w!
Source: Mani Srivastava®
• Time matters
Embedded Systems Fundamentally Different from General Purpose Systems
– “As fast as possible” is not good enough
– Predictable, repeatable timing – Support for common operations (e.g. FIR filters) – Need for specialized data types (fixed point, bit vectors)
• Programs need to run (essentially) forever
Source: Edward Lee®
More Characteristics of Embedded Systems
• Part of a larger system – not a “computer with keyboard, display, etc.” • HW & SW do application-specific function – not general purpose – Much of the application is known a priori – but definition and development concurrent • Some degree of re-programmability is essential – flexibility in upgrading, bug fixing, product differentiation, product customization • Interact (sense, manipulate, communicate) with the external world • Never terminate (ideally) – fundamentally different from TM • Operation is time constrained: latency, throughput • Other constraints: power, size, weight, heat, reliability etc. • Increasingly high-performance (DSP) & networked
Office Equipment
What is an Embedded Computing System?
• "A miniature computation system developed for low power, high performance devices" • "A system where different things are brought together to perform a particular application" • "...defined as any system which does a fixed number of predefined set of tasks with the deadlines" • "A system that is specialized" • "A system that contains a micro computer controller" • "An electronic device with computing capability, but whose main purpose isn't computing (i.e. cellphone, appliance, ..., not a laptop)"
• e.g. Java ring, smart cards, printers
– cameras, disks etc. that sit directly on networks
• Increasing need for flexibility
– time-to-market under ever changing standards!
– to eliminate host, and remotely monitor/debug – embedded Web servers
• e.g. IQEye camera • e.g. Mercedes car with web server
– embedded Java virtual machines
Embedded Systems
Credits
• For this class, some slides will be adopted from other researchers. Reordering and modifications may have been made. All credits go to the original authors, and all errors are mine.
Source: Mani Srivastava®
Advanced Car Controls
Source: Alberto Sangiovanni-Vincentelli®
HVAC Building Monitoring
Source: Alberto Sangiovanni-Vincentelli®
What is an Embedded Computing System?
• "Latest computing, signal processing, networking, components packaged into a small form factor. Unique resource and power constraints." • "A digital system interfacing with hardware." • "A system on the border between the physical and digital worlds."
What is an Embedded Computing System?
• "Everything I use now is practically an embedded system" • "A system that users cannot install their own application software on" • "Miniaturized system that's a combination of HW/SW/ Firmware for a specific application or cause." • "A system designed for a specific task, not a multipurpose computer, which often has restraints such as memory, power, size, cost. Usually all components needed are local (memory, i/o, processor, application specific ICs)
Biotechnology
Hearing Aids Pacemakers Systems Biology
Source: Alberto Sangiovanni-Vincentelli®
More Examples…
Avionics
Household Appliances
Home Entertainment
Source: Mani Srivastava®
Key Recent Trends
• Increasing computation demands
– e.g. multimedia processing in set-top boxes, HDTV
• Increasingly networked
– Memory usage has to be bounded (no leaks!!) – Rebooting is not acceptable
What about Real-Time?
Байду номын сангаас
Making it as fast as possible not good enough
What if you need “absolutely positively on time”? Today, most embedded software engineers write code, build your system, and test for timing. True embedded system design must specify dynamic behavior (including timing) and “compile” implementations that meet the behavior.
What is an Embedded Computing System?
• "A system designed to achieve certain application. Get some particular input and perform some particular active (sic)" • "Computer with relatively small size, eliminating unnecessary functionality, cheaper and easier to use for even monkey if needed" • "Combination of h/w and w/w designed for a specific set of purposes (as opposed to a PC which can be programmed to close to anything). The system usually operates under resource constraints