嵌入式技术概论

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嵌入式微处理器-POWERPC
PowerPC主要的应用领域如下： 苹果公司生产的笔记本、图形工作站、台式机等； IBM公司生产的服务器、工作站以及台式机等； 用于军工、工控、通信、消费电子以及航天等领域的嵌入式微处理器； Powerpc的技术优势： PowerPC虽然在嵌入式微处理器市场上的占有率远不如ARM，但是它比起 ARM、MIPS确实有很多技术优势，主要体现在以下几点： PowerPC的设计侧重于浮点性能和多处理能力，其多媒体处理能力非常强劲； 整合度非常高，目前飞思卡尔（Freescale）的Powerpc处理器集成了USB、 PCI、DDR控制器、SATA控制器、千兆网口控制器、CAN控制器、 RapidIO以及PCI_Express控制器等，客户无须设计复杂的外围电路，减少 设计复杂程度以及物料使用； 在硬件上实现通信协议（Ethernet, ATM, IPsec, security, HW acceleration）； 综上所述，PowerPc的高性能确实是很多高端嵌入式应用领域的首选，当然 PowerPC芯片的价格较高，功耗也比ARM要大，所以手机上从来不用 PowerPC的芯片，软件对PowerPC的支持也略显不够。
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嵌入式微处理器-POWERPC
Powerpc的技术特点： PowerPC架构具有以下特点： 32 个 integer / float registers 组。32 个general-purpose registers(GPRS) 存放整型数据，用于 integer 运算指令。32 个 float-pointer registers(FPRS) 存放浮点数据，用于 float 运算指 令； 指令 load/store 在 GPRS 与 FPRS 之间存取数据； 统一定长的精简指令格式易于实现超标量流行线； 最多支持 4 个operands，运算结果典型存放在 first operand； IEEE-754 标准浮点数，单精度(single-float)和双精度(doublefloat)指令运算； PowerPC 架构允许实现某一功能为特定的硬件平台； 用户层指令的存取缺省在 caches 执行。特殊指令跨越 caches 存取； 支持 big-endian 和 little-endian 模式； 支持 64-bit 地址模式；

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MIPS
MIPS CPU是一种RISC结构的CPU，MIPS起源于一个学 术研究项目，该项目的设计小组连同几个半导体厂商合伙 人希望能制造出芯片并拿到市场上去卖。结果是该结构得 到了工业领域内最大范围的具有影响力的制造商们的支持。 从生产专用集成电路核心(ASIC Cores)的厂家(LSI Logic,Toshiba, Philips, NEC)到生产低成本CPU的厂家 (NEC, Toshiba,和IDT),从低端64位处理器生产厂家 (IDT, NKK, NEC)到高端64位处理器生产厂家(NEC, Toshiba和IDT)。 1984年，MIPS计算机公司成立。1992年，SGI收购了 MIPS计算机公司。 1998年，MIPS脱离SGI，成为 MIPS技术公司。MIPS技术公司是一家设计制造高性能、 高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商，在RISC处理 器方面占有重要地位。
嵌入式微控制器（Micro Control Unit ）
典型代表有单片机，有8051、atmel的AVR、M3等
嵌入式DSP处理器
TI的TMS320C2K/C5K ，intel的MCS-296等
嵌入式片上系统（system on chip）
实现软硬件的无缝结合。典型的有Philips的smart XA，Motorola的M-Core等
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嵌入式技术概述
谢剑明 xiejianming2008@126.com
内容安排
什么是嵌入式系统 嵌入式微处理器 嵌入式操作系统 嵌入式系统组成 嵌入式系统开发流程 嵌入式系统方面的机遇与挑战
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嵌入式的发展
随着电子技术的发展，嵌入式系统已经广泛应用 到社会生活的各个领域，从工业控制、国防武器 到汽车电子，医疗卫生设备再到智能家居、日常 消费当中随处都可见它们的身影。
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MIPS
MIPS公司设计RISC处理器始于二十世纪八十年代初，1986年推出 R2000处理器，1988年推R3000处理器，1991年推出第一款64位 商用微处器R4000。之后又陆续推出R8000(于1994年)、R10000( 于1996年)和R12000(于1997年)等型号。随后，MIPS公司的战略 发生变化，把重点放在嵌入式系统。1999年，MIPS公司发布 MIPS32和MIPS64架构标准，为未来MIPS处理器的开发奠定了基础。 新的架构集成了所有原来NIPS指令集，并且增加了许多更强大的功 能。MIPS公司陆续开发了高性能、低功耗的32位处理器内核 (core)MIPS324Kc与高性能64位处理器内核MIPS64 5Kc。2000 年，MIPS公司发布了针对MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc处理器内核。 注意： MIPS有两种含义，上文中的MIPS是Microprocessor without Interlocked Pipe Stages的缩写，即无互锁流水线级的微处理机， 它是一个科研项目的名称；MIPS在计算机科学里还有Million Instructions Per Second，即每秒执行百万(条)指令数，是衡量计 算机速度的一个重要指标。
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嵌入式发展
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嵌入式系统发展
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3G网络发展
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物联网发展
通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器 等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连 接起来， 进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管 理的一种网络。基于网络技术、传感器技术、RFID技术与嵌入式技 术等
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嵌入式系统的硬件组成
电源模块 外围电路 微处理器 MPU 复位 外设 USB LCD 键盘 其他
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Flash
时钟模块
RAM
ROM
嵌入式微处理器
PewerPC MIPS DSP
ARM
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嵌入式微处理器-POWERPC
Powerpc简介： PowerPC是由苹果（Apple）公司和IMB以及早期的 Motorola（现在的飞思卡尔半导体）组成的联盟（简称 为AIM）共同设计的微处理器架构，以对抗在市场上占有 压倒优势的x86处理器。 PowerPC是一种RISC指令体系结构。PowerPC 体系结 构规范（PowerPC Architecture Specification）发布 于 1993 年，它是一个 64 位规范 ( 也包含 32 位子集 )。 几乎所有常规可用的 PowerPC（除了新型号 IBM RS/6000 和所有 IBM pSeries 高端服务器）都是 32 位的。 PowerPC有着广泛应用，从高端服务器CPU到嵌入式 CPU，PowerPc在全球通信市场上处于无可争议的领袖地 位。
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嵌入式微处理器-POWERPC
PowerPc的商业模式： 在2006年之前，基于PowerPC架构的CPU一直都只能由 IBM和Motorola公司生产，后来Motorola将其半导体部 门卖给了飞思卡尔，则变成了由IBM和飞思卡尔生产 PowerPC芯片。2006年之后，IBM和飞思卡尔才开放了 PowerPC的授权，将PowerPC授权给其他厂商，其授权 模式开展的比ARM以及MIPS都要晚的多，PowerPC开放 授权之后势必会有更多的厂商加入对其开发的行列，目前 的嵌入式市场反映出来的趋势确实是PowerPC芯片凭借 其出色的性能和高度整合性正在慢慢侵占原先ARM和 MIPS占据主导地位的市场，尤其PowerPC在高端嵌入式 设备上的应用更有着绝对的优势。 PowerPC在中国市场也有着不错的表现，尤其是飞思卡 尔还在西安设有芯片的研发中心，相信他们会大力推广其 PowerPC芯片的应用，估计一些高端嵌入式市场会向 PowerPC倾斜。
Embedded system is a kind of device used to control, monitor or assist the operation of equipment, machinery or plant. “控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”
再看Raj Karmal在他的“Embedded System Architecture Programming and Design”一书中的定义“An Embedded System can be defined as one that has computer hardware with software embedded in it as one of its most important components”
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嵌入式系统具有的产品特征
面向用户、面向产品、面向应用 升级换代也是和具体产品同步 ,具有较长的生命 周期 软件和硬件结合紧密 嵌入式处理器的发展也体现出稳定性 普通处理器18月 嵌入式处理器8~10年 （工业）
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嵌入式系统软件的特征
软件要求固态化存储 软件代码高质量、高可靠性 系统软件(OS)的高实时性是基本要求 多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标 准化道路的基础
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嵌入式系统应用
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嵌入式系统应用
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嵌入式系统发展
20世纪70年代，世界上第一款微处理器 intel4004诞生。计算机发生了历史性的变化。 嵌入式系统的发展历程 无操作系统阶段 简单实时系统阶段 实时多任务操作系统阶段 面向移动互联网阶段
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嵌入式发展
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嵌入式系统定义与组成
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、性能、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机 系统。
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嵌入式系统的分类
基于硬件的分类 嵌入式微处理器（Micro Processor Unit）
主要的处理器类型有Power PC 、ARM 、68k、 MIPS等
译为：嵌入式系统是一种可以植入了软件的计算机硬件为重要组成部分的系统。
嵌入式系统是在硬件和软件功能比PC受到限制的系统
硬件受限:性能、功耗、存储器、其他硬件功能 软件受限：应用程序、没有OS、层次少
嵌入式系统是专用的计算机系统
PDA？Cell Phone? Digital TV? MP4?
嵌入式系统相比其他计算机系统，具有高稳定度、高可靠性的特点
航天、医疗、汽车 TV、Game、Cellphone?
具有嵌入式操作系统的单板计算机系统
?单片机应用系统，？32位嵌入式系统
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嵌入式特点
嵌入式系统是以应用为中心和以计算机技术为基 础的，并且软硬件是可裁减的，能满足应用系统 对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严 格要求的专用计算机系统。 嵌入式=把微处理器嵌入各种电子设备内部，实 现设备的智能化。
计算机系统
应用
应用
计算机 系统
通用计算机系统
嵌入式系统
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“系统”？
先进计算机技术 电子技术
半导体技术
应用
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嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业 PC由WINTEL垄断 嵌入式系统与技术是一个分散的工业，充满竞 争、机遇与创新。 嵌入式系统工业的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。
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智能家居系统
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智能家居系统框架
server
ARM
用户界面
TCP/IP
ARM
温度传感 门口电机
烟雾传感 灯
光传感 其他
窗台电机
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嵌入式系统
成本？ 体积？ 功能？ 功耗？ 可靠性？
软件需要裁剪？ 硬件需要裁剪？
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IEEE对嵌入式系统的定义
常用的定义 非通用计算机的计算机系统 IEEE对嵌入式系统的定义：
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嵌入式系统特点
嵌入到应用（产品设备）中的专用计算机系统 要点 嵌入性
满足应用体系的要求：物理，电气，成本等
专用性
软硬件剪裁性，满足应用的需求 可扩展性?
计算机系统
最小系统+ 外围接口电路
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“嵌入”？
Embedded 植入的, 深入的, 内含的 计算机系统vs应用