第1课 嵌入式系统概述

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嵌入式系统概述
经过几十年的发展， 经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度上改变了 生活、 人们的生活 工作和娱乐方式，并且这种改变还在加速。 人们的生活、工作和娱乐方式，并且这种改变还在加速。 嵌入式系统具有无数的种类，每类都具有自己独特的个性。 嵌入式系统具有无数的种类，每类都具有自己独特的个性。 例如，MP3、数码相机与打印机就有很大的不同。 例如， 、数码相机与打印机就有很大的不同。 在日常生活中，人们使用各种嵌入式系统， 在日常生活中，人们使用各种嵌入式系统，但未必知道它 事实上，几乎所有带有一点“智能”的家电（ 们。事实上，几乎所有带有一点“智能”的家电（全自动 洗衣机、恒温空调、电脑电饭煲…）都是嵌入式系统。 洗衣机、恒温空调、电脑电饭煲 ）都是嵌入式系统。
有计算机能力的各种通讯设备 路由器/交换机/防火墙等
VPN产品
千兆网关防火墙
Buffalo 路由器 / USB 网卡套装
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－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
手持仪
监控仪
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提纲
本课程教学要求 嵌入式系统的应用领域 嵌入式系统的发展历程 嵌入式系统的定义与特点 嵌入式系统的构成要素
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嵌入式系统的发展历程
嵌入式系统出现于20世纪60年代，40多年来随着计算机技 嵌入式系统出现于20世纪60年代，40多年来随着计算机技 20世纪60年代 电子信息技术的发展， 术、电子信息技术的发展，嵌入式系统的各项技术蓬勃发 市场迅猛扩大，已深入生产和生活的各个角落。 展，市场迅猛扩大，已深入生产和生活的各个角落。 嵌入式系统发展的三个阶段
嵌入式系统
An Introduction to Embedded System 第1课 嵌入式系统概述
谢 斌
xiebin@mail.csu.edu.cn 中南大学信息科学与工程学院 2010年 2010年9月
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提纲
本课程教学要求 嵌入式系统的应用领域 嵌入式系统的发展历程 嵌入式系统的定义与特点 嵌入式系统的构成要素
1.嵌入式系统的定义与特点？ 1.嵌入式系统的定义与特点？ 嵌入式系统的定义与特点 2.单片机、嵌入式系统、 2.单片机、嵌入式系统、通用计算机系统三 单片机 者之间的关系如何？ 者之间的关系如何？ 3. 嵌入式系统的一般组成结构有哪些？ 嵌入式系统的一般组成结构有哪些？
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提纲
本课程教学要求 嵌入式系统的应用领域 嵌入式系统的发展历程 嵌入式系统的定义与特点 嵌入式系统的构成要素
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课程考核方式 出勤、课堂讨论等平时成绩： 出勤、课堂讨论等平时成绩：约30％ ％ 实验报告质量与成绩： 实验报告质量与成绩： 期终考查（或考试）成绩： 期终考查（或考试）成绩： 约30％ ％ 约40％ ％
有特色贡献者可以在以上总分的基础上再加分。 有特色贡献者可以在以上总分的基础上再加分。
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课前提问
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－手机
普通手机 智能手机
与PDA结合 Nokia手机户外音响
内置 DVB-H 移动电视手机
韩国电信手机/电视遥 Sony Ericsson超小型手机电 脑手机放在底座上成为电脑 控器二合一产品
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－智能家居
智能家居 智能家电
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现代计算机技术的两大分支
由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中， 由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象体系中，实现的 是对象的智能化控制，因此， 是对象的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系 统完全不同的技术要求与技术发展方向： 统完全不同的技术要求与技术发展方向： 通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算； 通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算； 的技术要求是高速 技术发展方向是总线速度的无限提升， 技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无 限扩大。 限扩大。 嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制 嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制 能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性 能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性 控制能力与控制的可靠性。 与控制的可靠性 能、控制能力与控制的可靠性。
Wii, 手柄, 手套, 枪
PS3
XboX360
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－摄像器材
数码相机 DV
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－多媒体终端
IP电话 视频会议 可视电话
基于H.323协议族 的网络视频电话
基于视频电话 的小型视频会 议系统(MCU)
语音识别电话
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－家庭音响
DangerBomb 闹钟 不起床就爆炸啰
智能型垃圾桶 i.Master
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
配备电子食谱 的锅铲coo.boo
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－PDA
个人信息助理 掌上电脑
Nokia 6110 四频 HSDPA / GPS 导航器
1965～1970年 第三代集成电路化计算机系统应用： 1965～1970年，第三代集成电路化计算机系统应用：
第一次使用机载数字计算机控制：1965年发射的Gemini3号 第一次使用机载数字计算机控制：1965年发射的Gemini3号 年发射的Gemini3 第一次通过容错来提高可靠性：1968年阿波罗4号、土星5号。 第一次通过容错来提高可靠性：1968年阿波罗4 土星5 年阿波罗
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
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－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
Ipod nano
XtremeMac开发的iPod音箱
IPEVO支持Skype电话
Archos带 Wifi的704
Sony家用影音综合设备
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－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
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嵌入式系统走向繁荣，软、硬件日臻完善 嵌入式系统走向繁荣，
嵌入式系统的大发展是在微处理问世之后： 嵌入式系统的大发展是在微处理问世之后：
1971年11月 Intel公司推出了第一片微处理器Intel4004。 1971年11月，Intel公司推出了第一片微处理器Intel4004。 公司推出了第一片微处理器Intel4004 人们再也不必为设计一台专用机而研制专用的电路、 人们再也不必为设计一台专用机而研制专用的电路、专用的运 算器了，只需以微处理器为基础进行设计。 算器了，只需以微处理器为基础进行设计。 1976年 第一个单片机Intel 8048出现 出现。 1976年，第一个单片机Intel 8048出现。 1982年 第一个DSP出现，比同期的CPU快10～50倍 1982年，第一个DSP出现，比同期的CPU快10～50倍。 DSP出现 CPU 80年代后期，第三代DSP芯片出现。 80年代后期，第三代DSP芯片出现。 年代后期 DSP芯片出现
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教材与教学安排 国内优秀教材和规划教材为主、 国内优秀教材和规划教材为主、外文教材为指导
《嵌入式系统原理及应用开发》 嵌入式系统原理及应用开发》 陈渝，韩超，李明，机械工业出版社，2008年 嵌入式系统基础教程（ 版 《ARM嵌入式系统基础教程（第2版）》 嵌入式系统基础教程 周立功，北京航空航天大学出版社，2008年
嵌入式系统的出现和兴起 （1960－1970） 1960－1970）
嵌入式系统走向繁荣，软件、硬件日臻完善（1971－1989） 嵌入式系统走向繁荣，软件、硬件日臻完善（1971－1989） 嵌入式系统应用走向纵深化发展 （1990－至今） 1990－至今）
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嵌入式系统的出现和兴起
第一代电子管计算机(1946～1957年 第一代电子管计算机(1946～1957年)，无法满足嵌入式 (1946 计算所要求的体积小、重量轻、耗电少、可靠性高、 计算所要求的体积小、重量轻、耗电少、可靠性高、实 时性强等一系列要求。 时性强等一系列要求。 60年代，第二代晶体管计算机系统开始应用： 60年代，第二代晶体管计算机系统开始应用： 年代
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
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－新兴硬件
服用的 RFID 芯片 GPS/蓝牙双拼模块芯片 Intel进入 二十倍数 时代，五 年后给我 们八十核 心处理器
龙芯2号增强型处理器芯片
Intel Tolapai计划要把南北桥做在芯片中
课程共设32课时，理论课 学时 实验课6学时 学时， 课程共设 课时，理论课26学时，实验课 学时 课时
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教材
主教材
参考教材
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教学内容 嵌入式硬件组成 ARM体系结构 体系结构 ARM指令系统 指令系统 嵌入式软件开发基础 嵌入式操作系统移植
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实验平台 EasyARM2103开发平台 开发平台
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
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－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
能输出 1080p 高画质 影像的 iPod Dock
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
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数字电视机顶盒
嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－通讯设备
第一台机载专用数字计算机是美国海军舰载轰炸机“民团团员” 第一台机载专用数字计算机是美国海军舰载轰炸机“民团团员” 号研制的多功能数字分析器(Verdan) (Verdan)。 号研制的多功能数字分析器(Verdan)。 1962年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制。 1962年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制。 年美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－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
中国版月球车
车控
ABS、EBD等
其他
汽车立体声音 响HD Radio扩展包 改装遮阳板 DVD / TV / MP3
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－军工
武器控制系统 数字化单兵系统
有苛刻要求
软件技术的进步使嵌入式系统日臻完善： 软件技术的进步使嵌入式系统日臻完善：
早期嵌入式系统：采用汇编语言， 早期嵌入式系统：采用汇编语言，基本不采用操作系统 硬件的提升 软件技术发展
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始于微型机时代的嵌入式应用
以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、 以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高 可靠性特点，迅速走出机房； 可靠性特点，迅速走出机房；其高速数值解算能力表 现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣， 智能化水平引起了控制专业人士的兴趣 现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求 将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智 将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智 能化控制。 能化控制。 为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体 为了区别于原有的通用计算机系统， 系中，实现对象体系智能化控制的计算机， 系中，实现对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入 式计算机系统。 式计算机系统。 嵌入式系统诞生于微型机时代， 嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性 本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去。 计算机嵌入到一个对象体系中去 本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去。
引入计算机技术的音响
LG HD DVD/蓝光播放器
iPhone
Motorola支持M卡的 HD DVR 录像机
配备B&O与Core 2 Duo的P.Guerra家庭影院
Sonos ZP80无线音响
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－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
SONY GPS导航器
Map-Star的GPS定位设备
PDA 手机 + GPS 导航＝ Dopod U1000，且支持SkyPE
华硕GPS导航器
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嵌入式技术的应用－ 嵌入式技术的应用－PMP
Meizu M8
Portable Media Player
Nike的 iPod 帽
iLuv可即时将视频录制到iPod/ 闪存卡上，与以前技术相反