第1章 嵌入式控制系统简介

1.1 单片机和嵌入式控制系统的定义和分类


IEEE定义：嵌入式系统是用于控制、监视或者 辅助操作机器和设备的装置。 一般认为：嵌入式系统是以应用为中心、以计 算机技术为基础、软硬件可裁剪、对功能、可 靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计 算机系统。
2013-10-11
Байду номын сангаас
8
1.1.1 单片机和嵌入式控制系统的定义
24

嵌入式系统示例
前车门控 制系统
——汽车控制系统
后车门控 制系统 尾灯控制 系统 所有的控 制系统都 是一个完 整的嵌入 式系统
发动器控 制系统
马达
座椅控制 系统
10/11/2013 2013-10-11
控制器 车灯
Only the Paranoid Surviv 25

嵌入式系统示例 ---智能玩具与机器人
19
2013-10-11
1.1.4嵌入式系统的组成

嵌入式微处理器的体系结构和指令系统 (3)精简指令集计算机（RISC）

CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）

具有大量的指令和寻址方式 大多数程序只使用少量的指令就能够运行 用一条指令来取代一连串指令
11
2013-10-11
1.1.3 嵌入式控制系统各种设计方法的特点

1、目标机上安装某种嵌入式操作系统

在目标机上安装嵌入式操作系统，如Windows CE，Linux，μC/OS-Ⅱ等等。特别是Linux操作 系统，由于代码简练、功能强大、内核公开等 优点，获得广泛应用。

2、目标机上不安装操作系统
9
2013-10-11
1.1.2 嵌入式控制系统的设计方法




2013-10-11
单片机由于受其本身资源限制，其应用程序都 不能在其本身上开发。 开发其应用程序，需要一台通用计算机，运行 交叉编译环境，我们也称这台通用计算机为 “宿主机”。称做为嵌入式控制器的单片机为 “目标机”。 应用程序在“宿主机”上开发，在“目标机” 上运行。 “目标机”和“宿主机”之间利用计算机并口 通过一台叫“仿真器”的设备相连，程序可以 从“宿主机”传到“目标机”，这也叫程序下
Only the Paranoid Surviv 29
10/11/2013 2013-10-11
1.2.1 嵌入式微处理器分类

从应用角度区分：

1、嵌入式微处理器 2、嵌入式微控制器 3、嵌入式数字信号处理器 4、嵌入式片上系统
10/11/2013 2013-10-11
Only the Paranoid Surviv
28
1.2 嵌入式微处理器

1.2.1 嵌入式微处理器分类




早期的嵌入式系统通常使用PC中的通用处理器。 随着微处理器制造技术的发展，更多的采用嵌入 式处理器而不是通用处理器来建造嵌入式系统。 嵌入式处理器大致可以分为以下几类： 注重嵌入式处理器的尺寸、能耗和价格。应用于 PDA等不注重计算的设备； 注重嵌入式处理器的性能。应用于路由器等计算 密集型的设备； 注重嵌入式处理器的性能、尺寸、能耗和价格。 应用于蜂窝电话等设备；

我们把ARM9 只当成是32位单片机。使用Code Warror IDE对其进行开发，整个开发过程和开 发MCS-51单片机一样，非常简单。
12
2013-10-11
1.1.3 嵌入式控制系统各种设计方法的特点


ADS（ARM Developer Suite）是ARM公司推 出的新一代ARM开发工具，目前最新版本是 ADS1.2。ADS使用Code Warror IDE 集成开发 环境替代了老的开发工具，使用AXD做为调试 工具。 ADS使用并口通过JTAG仿真器与“目标机”相 连，实现在线调试和仿真。



嵌入式系统的发展和单片机的产生和发展是分 不开的。 单片机就是在一片半导体硅片上集成了CPU、 存储器和I/O接口的微型计算机。 由于单片机在使用时，通常处于测试和控制领 域的核心地位并嵌入其中，因此我们也常把单 片机称为嵌入式微控制器（EMU），把嵌入 某种微处理器或单片机的测试和控制系统称为 嵌入式控制系统（ECS）。
10/11/2013 2013-10-11
Only the Paranoid Surviv
26

嵌入式系统示例 --军事国防领域
10/11/2013 2013-10-11
Only the Paranoid Surviv
27

嵌入式系统示例
--航天领域
10/11/2013 2013-10-11
Only the Paranoid Surviv

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
2013-10-11
20
1.1.4嵌入式系统的组成

2、外围硬件设备 外围硬件设备是指在嵌入式硬件系统中，除嵌 入式微处理器以外的完成存储、显示、通信、 调试等功能的部件。
2013-10-11
18
1.1.4嵌入式系统的组成

嵌入式微处理器的体系结构和指令系统 (2)哈佛结构



程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序 存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器， 每个存储器独立编址、独立访问。 系统中具有程序的数据总线与地址总线，数据 的数据总线与地址总线。 允许在一个机器周期内同时获取指令字（来自 程序存储器）和操作数（来自数据存储器）， 从而提高执行速度，提高数据的吞吐率。
嵌入式系统
张健 Email:whealther@ 海南大学应用科技学院（儋州校区）
10/11/2013 2013-10-11
Only the Paranoid Surviv
1
先导课程和基础知识

先导课程


数字逻辑设计基础 微机原理 汇编/C语言 操作系统 掌握电工电子和数字逻辑设计基础知识、操作 系统和微机原理的基本概念，学过一门汇编或C 语言。
30
1.2.1 嵌入式微处理器分类

1、嵌入式微处理器



EMPU是由通用计算机中的CPU演变而来的，实际 嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关 的功能硬件，去除其他的冗余功能部分。 和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器体积 小、重量轻、成本低、可靠性高 目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、 386EX、SC-400、Power C、68000、MIPS、 ARM/StrongARM系列等
2013-10-11
14
1.1.3 嵌入式控制系统各种设计方法的特点

3．两种设计方法的特点


不安装嵌入式操作系统，把ARM9 只当成是32 位单片机来开发，那么，整个开发过程和开发 MCS-51单片机一样，特别简单。在较短时间开 发出高品质嵌入式产品。 一般用于较简单和低端的应用。
2013-10-11
Only the Paranoid Surviv
6
课程学习目标


1、熟悉S3C2410的基本硬件结构、掌握 S3C2410 的C语言驱动程序编写。 2、掌握ADS集成开发环境的使用 3、能独立完成一个课程设计 4、尝试将某个操作系统移植到S3C2410 系统。
2013-10-11
7
第1章 嵌入式控制系统简介

存储器：ROM、SRAM、DRAM、Flash等。 接口：并行口、RS-232串口、IrDA红外接口、 IIC、IIS、USB、CAN、Ethernet网、LCD、键 盘、触摸屏、A/D、D/A等。
2013-10-11
21
2013-10-11
22
1.1.5嵌入式系统的应用和发展

嵌入式系统的应用按照市场领域划分，可以分为 以下几类：



1．信息家电 2．汽车电子 3．工业控制 4．机器人 5．军事国防领域 6．医疗仪器
10/11/2013 2013-10-11
Only the Paranoid Surviv
23
第1章：嵌入式系统概论
10/11/2013 2013-10-11
Only the Paranoid Surviv
ROM RAM 外设1 CPU 外设2
10/11/2013 2013-10-11
单板计算机
Only the Paranoid Surviv
31
1.2.1 嵌入式微处理器分类

2、嵌入式微控制器(MCU)



嵌入式微控制器（MCU）又称单片机，它将整 个计算机系统集成到一块芯片中。 MCU一般以某种微处理器内核为核心，根据特 复位 看门狗 晶振 定的应用，在芯片内部集成了ROM/EPROM、 部件 部件 部件 RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、 定时器 I/O CPU核 I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、 部件 部件 Flash ROM、EEPROM等各种必要功能部件和 中断 SRAM ROM 外设。 部件 部件 部件 常见的有8051系列、PIC系列、AVR系列单片机
16
2013-10-11
1.1.4嵌入式系统的组成

嵌入式微处理器的体系结构和指令系统 (1) 冯· 诺依曼体系结构


计算机由CPU和存储器构成，其程序和数据共 用一个存储空间，程序指令存储地址和数据存 储地址指向同一个存储器的不同物理位置； 采用单一的地址及数据总线，程序指令和数据 的宽度相同。