嵌入式系统导论课件 嵌入式系统开发基础 2
合集下载
《嵌入式开发》课件
分类：嵌入式网 络通信技术可以 分为有线网络通 信和无线网络通 信两大类。
有线网络通信： 包括以太网、 USB、串行通信 等，可以实现嵌 入式系统与外部 网络的高速、稳 定、可靠的数据 传输。
无线网络通信： 包括Wi-Fi、蓝 牙、ZigBee等， 可以实现嵌入式 系统与外部网络 的低功耗、远距 离、灵活的数据 传输。
优化方法：对操作 系统进行裁剪和优 化，提高系统性能
移植与优化工具： 使用嵌入式操作系 统移植工具，如 Yo c t o 、 Buildroot等
移植与优化效果： 提高系统稳定性、 降低功耗、提高性 能，满足实际应用 需求。
06
嵌入式网络通信技术
嵌入式网络通信技术的概述与分类
概述：嵌入式网 络通信技术是嵌 入式系统与网络 通信技术相结合 的产物，可以实 现嵌入式系统与 外部网络的互联 互通。
04
嵌入式软件开发基础
嵌入式软件开发流程
需求分析：明确系统需求，确定功能、 性能、接口等要求
系统设计：进行ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件和软件设计，包括 芯片选型、电路设计、软件架构设计等
编码实现：编写源代码，进行单元测试 和集成测试
测试验证：进行系统测试和性能测试， 确保系统稳定可靠
发布部署：将系统部署到目标设备上， 进行现场调试和优化
嵌入式系统的应用领域
工业控制：如自动化生产线、机器人等
医疗设备：如医疗仪器、医疗机器人等
智能家居：如智能家电、智能安防等
汽车电子：如车载导航、汽车电子控制单 元等
消费电子：如智能手机、平板电脑等 航空航天：如卫星、航天器等
03
嵌入式硬件平台
ARM处理器架构
ARM处理器架构是一种广泛应用于嵌入式系统的处理器架构 ARM处理器架构的特点是低功耗、高性能、低成本 ARM处理器架构的应用领域包括智能手机、平板电脑、物联网设备等 ARM处理器架构的发展趋势是向高性能、低功耗、高集成度方向发展
嵌入式系统概述ppt
Connecting SRAM
服务特 权
共享文档下载特权
VIP用户有效期内可使用共享文档下载特权下载任意下载券标价的文档（不含付费文档和VIP专享文档），每下载一篇共享文
档消耗一个共享文档下载特权。
年VIP
月VIP
连续包月VIP
享受100次共享文档下载特权，一次 发放，全年内有效
赠每的送次VI的发P类共放型的享决特文定权档。有下效载期特为权1自个V月IP，生发效放起数每量月由发您放购一买次，赠 V不 我I送 清 的P生每 零 设效月 。 置起1自 随5每动 时次月续 取共发费 消享放， 。文一前档次往下，我载持的特续账权有号，效-自
包权
人书友圈7.三端同步
一、嵌入式系统的定义
嵌入式系统：
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，
其软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、 功耗有严格约束的一种专用系统。
专用计算机系统(非PC智能电子设备)
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
嵌入式系统硬件
Power Supply Oscillation Circuit
Reset Circuit
Ports
Chip Board Ciruit
Prescaler
CPU CORE
Interrupt Controler
Timer DMA
CPU
I/O Port A/D
Connectong for Debugging
前言
课程设置的必要性 嵌入式系统涉及现代生活的方方面面 应用日趣复杂 微处理器技术长足发展 嵌入式软件技术成为核心
嵌入式系统设计与开发第2章基础知识精品PPT课件
6
冯.诺伊曼体系结构特点
数据与指令共享数据总线 每条指令的执行周期：T= TF+TD+TE+TS
取指令（Instruction Fetch)TF 指令译码（Instruction Decode）TD 执行指令（Instruction Execute）TE 存储（Storage）TS 被大多数计算机所采用 ARM7就属于冯.诺伊曼系统结构
信息学院-通信教研室-油海东
14
1.嵌入式系统硬件基础
冯.诺伊曼体系结构和哈曼体系结构 CISC与RISC 影响CPU性能的因素 存储器系统 I/O接口
24.10.2020
信息学院-通信教研室-油海东
15
流水线技术
流水线技术：几个指令可以并行执行
提高了CPU的运行效率 内部信息流要求通畅流动
高 数据
速 缓
CACHE
CPU
存
主存
控
制
地址
器
数据
24.10.2020
信息学院-通信教研室-油海东
18
总线和总线桥
ARM开发的先进微控制器总线架构AMBA （Advanced Microcontroller Bus Architecture）支持将多个CPU、存储器和外 围设备集成在片上系统中
AMBA包括两条总线。
24.10.2020
信息学院-通信教研室-油海东
7
哈弗体系结构模型
指令寄存器 控制器
地址 指令
程序存储器
指令0 指令1 指令2
数据通道
输入
输出
中央处理器
地址 数据
数据存储器
数据0 数据1 数据2
24.10.2020
嵌入式系统的PPT课件
地址
指令寄存器
控制器
指令
数据通道
输入
输出
中央处理器
地址 数据
程序存储器
指令0 指令1 指令2
数据存储器
数据0 数据1 数据2
9
CISC和RISC
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）
具有大量的指令和寻址方式 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令 确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单
10
CISC与RISC的数据通道
开始
IF
ID
ALU MEM REG
退出
微操作通道
开始
IF
ID
REG ALU MEM
退出
单通数据通道
11
CISC的背景和特点
背景:存储资源紧缺, 强调编译优化 增强指令功能，设置一些功能复杂的指令，把一些原来由
软件实现的、常用的功能改用硬件的（微程序）指令系统 来实现 为节省存储空间，强调高代码密度，指令格式不固定，指 令可长可短，操作数可多可少 寻址方式复杂多样，操作数可来自寄存器，也可来自存储 器 采用微程序控制，执行每条指令均需完成一个微指令序列 （微程序） CPI > ５，指令越复杂，CPI越大。
15
CISC与RISC的对比
类别
CISC
指令系统 指令数量很多
RISC 较少，通常少于100
执行时间 编码长度
有些指令执行时间很长，如 整块的存储器内容拷贝；或 将多个寄存器的内容拷贝到 存贮器
嵌入式系统学习课件2
12
知识产权核(IP 核, intellectual property)
? IP核是指具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成 电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片（SOC）的基 本构件。
? IP复用意味着设计代价降低（时间，价格） ? IP核的类别:
? 微处理器微处理器: ARM, PowerPC; ? 存储器存储器: RAM, memory controller; ? 外设: PCI, DMA controller; ? 多媒体处理: MPEG/JPEG ; ? encoder/decoder ; ? 数字信号处理器(DSP) ? 通信: Ethernet controller, router,
? 物理综合后的描述 ? 准备流片 ? 包含工艺相关的布局和时序信息 ? IP很容易保护 ? 多数的处理器和存储器
14
存储器
?嵌入式系统的存储器包括 主存和外存。 ?大多数嵌入式系统的 代码和数据都存储在处理
器可直接访问的存储空间即主存中 。 ?系统上电后在主存中的代码直接运行。主存储
器的特点是速度快，一般采用 ROM 、EPROM 、Nor Flash 、SRAM 、DRAM 等存储器件。
? 精简指令集：保留最基本的,去掉复杂、使用频度不高 的指令
? 采用Load/Store 结构，有助于减少指令格式，统一存 储器访问方式
? 采用硬接线控制代替微程序控制
11
CISC与RISC的对比
类别
CISC
指令系统 指令数量很多
RISC 较少，通常少于100
执行时间 编码长度
有些指令执行时间很长，如 整块的存储器内容拷贝；或 将多个寄存器的内容拷贝到 存贮器
9
《嵌入式系统导论》课件
智能家居系统
医疗设备中的嵌入式系统
自动化家庭设备，如智能照明、 智能门锁和智能家电。
Hale Waihona Puke 用于监测和控制医疗设备，如 心脏起搏器和呼吸机。
嵌入式系统的应用领域
1 汽车工业
2 工业自动化
嵌入式系统在汽车的控制、安全和娱乐方 面发挥重要作用。
嵌入式系统用于监控和控制工业生产线、 机器人和物联网设备。
3 消费电子
嵌入式软件和硬件
嵌入式软件
运行在嵌入式系统上的程序
编写、测试和优化嵌入式软件，以实现系统功 能
嵌入式硬件 电路板、处理器、传感器等硬件组件 设计和制造硬件组件，使其与软件紧密配合
嵌入式系统的特点和优势
实时性
能够在确定的时间范围内响应和处理事件。
可靠性
嵌入式系统在长时间运行和恶劣环境下具有 稳定性和可靠性。
4 医疗
嵌入式系统在手机、电视、音频设备等消 费电子产品中广泛应用。
嵌入式系统用于医疗设备、生命支持系统 和医疗信息技术。
嵌入式系统的体系结构
单处理器体系结构
使用单个主处理器来执行任 务。
多处理器体系结构
使用多个处理器并行执行任 务，提高系统性能。
分布式体系结构
多个嵌入式系统相互连接， 并通过网络进行通信与协作。
资源受限
嵌入式系统通常具有有限的处理能力、存储 空间和能源。
低功耗
嵌入式系统需要尽量节省能源，以延长电池 寿命或减少能源消耗。
《嵌入式系统导论》PPT 课件
嵌入式系统是什么？它是应用于各个领域的计算机系统，通常被嵌入到其他 设备中，用于控制和监测操作。本课程将深入探讨嵌入式系统的应用、特点 和优势。
嵌入式系统的构成要素
嵌入式系统导论课件 嵌入式系统开发基础 2
24
嵌入式系统的应用
微型飞行器---“黑寡妇”
直径小于6英寸 重量小于100克 巡航时间30分钟 飞行速度每小时30英里 通信距离2公里
25
嵌入式系统的应用
基于Win CE的移动机器人平台
26
嵌入式系统的应用
基于RTLinux的仿人机器人
高 48 cm 重: 6 kg 灵活性：20 DOF 操作系统: RT-Linux 接口形式: USB 1.0 (12Mbps) 响应周期: 1ms 能源： DC24V x 6.2A (150W) 制造：富士通
27
嵌入式系统的应用
基于VXworks的火星探路者
28
嵌入式系统的应用
2004年“勇气号”再次登陆火星
29
嵌入式系统的应用
市场概况
2001年嵌入式系统国际会议年会Jim Turley的报 告中，统计得到 PC的数量只占CPU 总耗量的 0.1%。 CCID2003年的数据显示
2000年嵌入式软件市场规模为70.33亿元，2001年为 95.43亿元 2002年118.56亿元，三年平均增长38.85%。
12
主要内容
1 嵌入式系统的定义与特点 2 嵌入式系统的应用 3 4 5 嵌入式系统的构成 嵌入式系统的分类
嵌入式系统的发展趋势
13
嵌入式系统的应用
军事国防 工业控制
工控设备 智能仪表 军事电子 信息家电 智能玩具
消费电子
嵌入式应用
通信设备 移动存贮
汽车电子
网络设备 电子商务
网络化嵌入式计算系统
第二代1980 第三代1990
专用计算机 专用计算机（总线互 联） 专用计算机（总线互 联）
嵌入式系统的应用
微型飞行器---“黑寡妇”
直径小于6英寸 重量小于100克 巡航时间30分钟 飞行速度每小时30英里 通信距离2公里
25
嵌入式系统的应用
基于Win CE的移动机器人平台
26
嵌入式系统的应用
基于RTLinux的仿人机器人
高 48 cm 重: 6 kg 灵活性：20 DOF 操作系统: RT-Linux 接口形式: USB 1.0 (12Mbps) 响应周期: 1ms 能源： DC24V x 6.2A (150W) 制造：富士通
27
嵌入式系统的应用
基于VXworks的火星探路者
28
嵌入式系统的应用
2004年“勇气号”再次登陆火星
29
嵌入式系统的应用
市场概况
2001年嵌入式系统国际会议年会Jim Turley的报 告中，统计得到 PC的数量只占CPU 总耗量的 0.1%。 CCID2003年的数据显示
2000年嵌入式软件市场规模为70.33亿元，2001年为 95.43亿元 2002年118.56亿元，三年平均增长38.85%。
12
主要内容
1 嵌入式系统的定义与特点 2 嵌入式系统的应用 3 4 5 嵌入式系统的构成 嵌入式系统的分类
嵌入式系统的发展趋势
13
嵌入式系统的应用
军事国防 工业控制
工控设备 智能仪表 军事电子 信息家电 智能玩具
消费电子
嵌入式应用
通信设备 移动存贮
汽车电子
网络设备 电子商务
网络化嵌入式计算系统
第二代1980 第三代1990
专用计算机 专用计算机（总线互 联） 专用计算机（总线互 联）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
嵌入式系统概述
1
嵌入式系统的定义与特点 2 嵌入式系统的应用 3 嵌入式系统的构成 嵌入式系统的分类
4
5 嵌入式系统的发展趋势
嵌入式系统的定义
Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants---IEEE
嵌入式系统的构成
嵌入式系统由硬件和软件两部分构成
硬件部分：微处理器及外围设备 软件部分：操作系统和应用程序
应用程序 操作系统 (协议栈) 软件部分 硬件部分
外围设备
输入接口
存储器
处理器
输出接口
33
嵌入式系统的构成
嵌入式系统的框架
功能层 应用程序
文件系统 软件层
图形用户 接口
任务管理
实时操作系统( R T O S ) 中间层 D/A A/D 硬件层 I/O 人机交互接口 嵌入式计算机系统 嵌入式 微处理器 B S P / H A L 硬件抽象层/ 板极支持包 通用接口 ROM SDRAM
安全性等级 失效概率要求 失效危害度 影响范围
A级 B级 C级 D级 E级 小于10-9 (10-9, 10-7) (10-7，10-5) (10-5，10-3) >10-3 灾难性失效 人身伤亡、对环境造成不可逆破坏 严重失效 重要失效 次要失效 人身伤害、对环境造成巨大破坏 影响健康、财产巨大损失 对环境造成较大破坏 财产损失
嵌入式系统是用于设备、机器或机械的控制、 监视或者辅助操作的装臵
专用性：面向应用，执行特定功能 计算系统:系统核心----嵌入式微处理器 嵌入性：计算过程往往不可见
嵌入式系统的基本三要素
2
嵌入式系统的定义
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础， 软件、硬件可裁减，适应应用系统对功能、可信属
14
嵌入式系统的应用
智能消费电子
数字电视、信息家电、智能玩具、手持通讯、 存储设备的核心。
16
嵌入式系统的应用
嵌入式视频服务器
17
嵌入式系统的应用
智能家庭
18
嵌入式系统的应用
嵌入式物联网应用
19
嵌入式系统的应用
汽车电子：CAN总线网络连接18个嵌入式控制 单元
20
嵌入式系统的应用
8
产品相对稳定性，长生命周期
嵌入式系统的特点
实时性
嵌入式系统大多是实时计算系统
实时系统的正确性依赖于运行结果的逻辑正确性 和运行结果产生的时间正确性 实时系统必须在规定的时间范围内正确地响应外 部物理过程的变化。
实时嵌入式系统计算任务需要在规定的时限 内完成。
任务执行的时间可以根据系统的软硬件的信息而 进行确定性的预测 有些嵌入式系统没有实时性要求
智能玩具
21
嵌入式技术应用——
工业控制
机床、冶金、电子、交通、航空航天等行业 技术升级的重要基础
22
嵌入式系统的应用
军事侦察机器人
阿富汗参加反恐作战的“ 赫耳墨斯”价值4万美元， 可携带2架摄像机，发挥了 很好作用。
23
嵌入式系统的应用
反恐防暴机器人
2002年11月28 日，以色列一 选举投票点， 发生枪击事件 ，造成至少7 人死亡，数十 人受伤 以警方用机器 人在检查一具 巴勒斯坦枪手 的尸体。
第二代1980 第三代1990
专用计算机 专用计算机（总线互 联） 专用计算机（总线互 联）
专用性强，应用广泛
系统个性化很强，软件和硬件的结合非常紧密，一般要 针对硬件进行系统的移植。 针对不同的应用需要对系统进行较大更改，这种修改和 通用软件的“升级”是完全不同的概念 广泛应用于制造工业、通信、仪表、车船、航空航天、 军事装备、消费电子等应用领域 对体积、功耗、配臵、可靠性等方面需要周密设计 在设计过程中，可裁减不需要的借口、存储器，以及软 件模块、通信协议，只保留需要的部分 比如ENEA公司的OSE实时OS，内核只有5K，而Windo有自己操作系统，具有特定功能，用于特定应用 场合
本课程中的嵌入式系统是指狭义上的嵌入式系统
4
嵌入式系统的定义
嵌入式系统计算层次
系统级：各种类型的工控机、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
5
嵌入式系统的特点
性、成本、体积等严格要求的计算机系统
3
嵌入式系统的定义
广义上讲，凡是带有微处理器的专用软硬件系统， 如各类单片机和DSP系统
系统完成较为单一专业功能，具有简洁高效的特点 系统没有操作系统，管理系统硬件和软件的能力有限 在实现复杂多任务功能时，往往困难重重，甚至无法实 现
狭义上讲，使用嵌入式微处理器构成独立系统
27
嵌入式系统的应用
基于VXworks的火星探路者
28
嵌入式系统的应用
2004年“勇气号”再次登陆火星
29
嵌入式系统的应用
市场概况
2001年嵌入式系统国际会议年会Jim Turley的报 告中，统计得到 PC的数量只占CPU 总耗量的 0.1%。 CCID2003年的数据显示
2000年嵌入式软件市场规模为70.33亿元，2001年为 95.43亿元 2002年118.56亿元，三年平均增长38.85%。
嵌入式软件 673.62亿元 相关软件服务（937.48亿元）
除生产产品化软件之外的所有的软件研发及相关活动，包括系 统集成、软件外包、咨询、数据加工和处理等。
31
主要内容
1 嵌入式系统的定义与特点 2 嵌入式系统的应用 3 4 5 嵌入式系统的构成 嵌入式系统的分类
嵌入式系统的发展趋势
32
2002年中国软件市场为345.0亿元，嵌入式软件 约占软件总市场的34.37％。
30
嵌入式系统的应用
软件市场概况
2004年，具有独立产品形态的套装软件共计478亿元
系统软件89亿元（操作系统44.19亿元、数据库管理系统20.06 亿元、支撑软件25.71亿元） 中间件软件6.98亿元 应用软件304.53亿元，包括通用应用软件（安全软件、办公软 件、管理软件、游戏软件、教育软件等）与行业应用软件（金 融、电信、政府等）
7
应用量大，要求单体系统低成本
环境相关性
嵌入式系统的特点
产品市场大且多，具有不可垄断性
PC市场：Win+Tel垄断 服务市场：IBM+HP 软件市场：IBM+Oracle 嵌入式系统的应用相关性，决定了其工业基础是以应用 为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。 普通计算系统：处理器18月，软件2-3年 嵌入式系统：处理器8－10年，系统生命周期与被嵌入 设备一样，比如：飞机嵌入式系统一般为40年 生命周期长，导致系统维护难度大
39
嵌入式系统的构成
嵌入式片上系统（SOC）
广义的SOC是一种嵌入式系统设计技术，以实现从确定 系统功能开始，到软/硬件划分，并完成设计的全过程 狭义的SOC是一种嵌入式产品，是嵌入式系统核心的芯 片集成，包含了完整的嵌入式系统及其全部软件功能
40
SOC体系结构
具有定制性，是面向特定应用的标准产品
ASIC Core
Memory
Communication
Analog Functions
Embedded Processor Core
Sensor Interface
41
嵌入式系统的构成
嵌入式外围设备
除了嵌入式处理器之外的完成存储、通信、I/O、 调试等功能的其它部件 存储器类型：静态易失型存储器(RAM/SRAM)，动 态存储器(DRAM)，非易失型存储器(ROM、EPROM、 EEPROM) 和FLASH(闪存) 接口类型：RS-232接口(串口)、IrDA(红外)、 SPI(串行设备接口)、I2C、USB、Ethernet和普 通并口 显示类型：CRT、LCD和触摸屏等外围显示设备
9
嵌入式系统≠实时系统
嵌入式系统的定义与特点
实时性分类 嵌入式系统按照任务执行的时间约束要求，分为
强实时嵌入式系统 软（弱）实时嵌入式系统 非实时嵌入式系统实时频谱图
实时频谱图
10
嵌入式系统的特点
安全性（Safety）
嵌入式系统大多是安全攸关系统，要求开发过程遵循“机载系 统和设备合格审定中的软件考虑” Royal Technical Commission on Aviation,DO-178B
24
嵌入式系统的应用
微型飞行器---“黑寡妇”
直径小于6英寸 重量小于100克 巡航时间30分钟 飞行速度每小时30英里 通信距离2公里
25
嵌入式系统的应用
基于Win CE的移动机器人平台
26
嵌入式系统的应用
基于RTLinux的仿人机器人
高 48 cm 重: 6 kg 灵活性：20 DOF 操作系统: RT-Linux 接口形式: USB 1.0 (12Mbps) 响应周期: 1ms 能源： DC24V x 6.2A (150W) 制造：富士通
1
嵌入式系统的定义与特点 2 嵌入式系统的应用 3 嵌入式系统的构成 嵌入式系统的分类
4
5 嵌入式系统的发展趋势
嵌入式系统的定义
Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants---IEEE
嵌入式系统的构成
嵌入式系统由硬件和软件两部分构成
硬件部分：微处理器及外围设备 软件部分：操作系统和应用程序
应用程序 操作系统 (协议栈) 软件部分 硬件部分
外围设备
输入接口
存储器
处理器
输出接口
33
嵌入式系统的构成
嵌入式系统的框架
功能层 应用程序
文件系统 软件层
图形用户 接口
任务管理
实时操作系统( R T O S ) 中间层 D/A A/D 硬件层 I/O 人机交互接口 嵌入式计算机系统 嵌入式 微处理器 B S P / H A L 硬件抽象层/ 板极支持包 通用接口 ROM SDRAM
安全性等级 失效概率要求 失效危害度 影响范围
A级 B级 C级 D级 E级 小于10-9 (10-9, 10-7) (10-7，10-5) (10-5，10-3) >10-3 灾难性失效 人身伤亡、对环境造成不可逆破坏 严重失效 重要失效 次要失效 人身伤害、对环境造成巨大破坏 影响健康、财产巨大损失 对环境造成较大破坏 财产损失
嵌入式系统是用于设备、机器或机械的控制、 监视或者辅助操作的装臵
专用性：面向应用，执行特定功能 计算系统:系统核心----嵌入式微处理器 嵌入性：计算过程往往不可见
嵌入式系统的基本三要素
2
嵌入式系统的定义
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础， 软件、硬件可裁减，适应应用系统对功能、可信属
14
嵌入式系统的应用
智能消费电子
数字电视、信息家电、智能玩具、手持通讯、 存储设备的核心。
16
嵌入式系统的应用
嵌入式视频服务器
17
嵌入式系统的应用
智能家庭
18
嵌入式系统的应用
嵌入式物联网应用
19
嵌入式系统的应用
汽车电子：CAN总线网络连接18个嵌入式控制 单元
20
嵌入式系统的应用
8
产品相对稳定性，长生命周期
嵌入式系统的特点
实时性
嵌入式系统大多是实时计算系统
实时系统的正确性依赖于运行结果的逻辑正确性 和运行结果产生的时间正确性 实时系统必须在规定的时间范围内正确地响应外 部物理过程的变化。
实时嵌入式系统计算任务需要在规定的时限 内完成。
任务执行的时间可以根据系统的软硬件的信息而 进行确定性的预测 有些嵌入式系统没有实时性要求
智能玩具
21
嵌入式技术应用——
工业控制
机床、冶金、电子、交通、航空航天等行业 技术升级的重要基础
22
嵌入式系统的应用
军事侦察机器人
阿富汗参加反恐作战的“ 赫耳墨斯”价值4万美元， 可携带2架摄像机，发挥了 很好作用。
23
嵌入式系统的应用
反恐防暴机器人
2002年11月28 日，以色列一 选举投票点， 发生枪击事件 ，造成至少7 人死亡，数十 人受伤 以警方用机器 人在检查一具 巴勒斯坦枪手 的尸体。
第二代1980 第三代1990
专用计算机 专用计算机（总线互 联） 专用计算机（总线互 联）
专用性强，应用广泛
系统个性化很强，软件和硬件的结合非常紧密，一般要 针对硬件进行系统的移植。 针对不同的应用需要对系统进行较大更改，这种修改和 通用软件的“升级”是完全不同的概念 广泛应用于制造工业、通信、仪表、车船、航空航天、 军事装备、消费电子等应用领域 对体积、功耗、配臵、可靠性等方面需要周密设计 在设计过程中，可裁减不需要的借口、存储器，以及软 件模块、通信协议，只保留需要的部分 比如ENEA公司的OSE实时OS，内核只有5K，而Windo有自己操作系统，具有特定功能，用于特定应用 场合
本课程中的嵌入式系统是指狭义上的嵌入式系统
4
嵌入式系统的定义
嵌入式系统计算层次
系统级：各种类型的工控机、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
5
嵌入式系统的特点
性、成本、体积等严格要求的计算机系统
3
嵌入式系统的定义
广义上讲，凡是带有微处理器的专用软硬件系统， 如各类单片机和DSP系统
系统完成较为单一专业功能，具有简洁高效的特点 系统没有操作系统，管理系统硬件和软件的能力有限 在实现复杂多任务功能时，往往困难重重，甚至无法实 现
狭义上讲，使用嵌入式微处理器构成独立系统
27
嵌入式系统的应用
基于VXworks的火星探路者
28
嵌入式系统的应用
2004年“勇气号”再次登陆火星
29
嵌入式系统的应用
市场概况
2001年嵌入式系统国际会议年会Jim Turley的报 告中，统计得到 PC的数量只占CPU 总耗量的 0.1%。 CCID2003年的数据显示
2000年嵌入式软件市场规模为70.33亿元，2001年为 95.43亿元 2002年118.56亿元，三年平均增长38.85%。
嵌入式软件 673.62亿元 相关软件服务（937.48亿元）
除生产产品化软件之外的所有的软件研发及相关活动，包括系 统集成、软件外包、咨询、数据加工和处理等。
31
主要内容
1 嵌入式系统的定义与特点 2 嵌入式系统的应用 3 4 5 嵌入式系统的构成 嵌入式系统的分类
嵌入式系统的发展趋势
32
2002年中国软件市场为345.0亿元，嵌入式软件 约占软件总市场的34.37％。
30
嵌入式系统的应用
软件市场概况
2004年，具有独立产品形态的套装软件共计478亿元
系统软件89亿元（操作系统44.19亿元、数据库管理系统20.06 亿元、支撑软件25.71亿元） 中间件软件6.98亿元 应用软件304.53亿元，包括通用应用软件（安全软件、办公软 件、管理软件、游戏软件、教育软件等）与行业应用软件（金 融、电信、政府等）
7
应用量大，要求单体系统低成本
环境相关性
嵌入式系统的特点
产品市场大且多，具有不可垄断性
PC市场：Win+Tel垄断 服务市场：IBM+HP 软件市场：IBM+Oracle 嵌入式系统的应用相关性，决定了其工业基础是以应用 为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。 普通计算系统：处理器18月，软件2-3年 嵌入式系统：处理器8－10年，系统生命周期与被嵌入 设备一样，比如：飞机嵌入式系统一般为40年 生命周期长，导致系统维护难度大
39
嵌入式系统的构成
嵌入式片上系统（SOC）
广义的SOC是一种嵌入式系统设计技术，以实现从确定 系统功能开始，到软/硬件划分，并完成设计的全过程 狭义的SOC是一种嵌入式产品，是嵌入式系统核心的芯 片集成，包含了完整的嵌入式系统及其全部软件功能
40
SOC体系结构
具有定制性，是面向特定应用的标准产品
ASIC Core
Memory
Communication
Analog Functions
Embedded Processor Core
Sensor Interface
41
嵌入式系统的构成
嵌入式外围设备
除了嵌入式处理器之外的完成存储、通信、I/O、 调试等功能的其它部件 存储器类型：静态易失型存储器(RAM/SRAM)，动 态存储器(DRAM)，非易失型存储器(ROM、EPROM、 EEPROM) 和FLASH(闪存) 接口类型：RS-232接口(串口)、IrDA(红外)、 SPI(串行设备接口)、I2C、USB、Ethernet和普 通并口 显示类型：CRT、LCD和触摸屏等外围显示设备
9
嵌入式系统≠实时系统
嵌入式系统的定义与特点
实时性分类 嵌入式系统按照任务执行的时间约束要求，分为
强实时嵌入式系统 软（弱）实时嵌入式系统 非实时嵌入式系统实时频谱图
实时频谱图
10
嵌入式系统的特点
安全性（Safety）
嵌入式系统大多是安全攸关系统，要求开发过程遵循“机载系 统和设备合格审定中的软件考虑” Royal Technical Commission on Aviation,DO-178B
24
嵌入式系统的应用
微型飞行器---“黑寡妇”
直径小于6英寸 重量小于100克 巡航时间30分钟 飞行速度每小时30英里 通信距离2公里
25
嵌入式系统的应用
基于Win CE的移动机器人平台
26
嵌入式系统的应用
基于RTLinux的仿人机器人
高 48 cm 重: 6 kg 灵活性：20 DOF 操作系统: RT-Linux 接口形式: USB 1.0 (12Mbps) 响应周期: 1ms 能源： DC24V x 6.2A (150W) 制造：富士通