嵌入式系统简介资料

交通指挥系统、 售票系统、航空、 铁路、公路运输 系统、停车场管 理系统、雷达系 统、检票系统等。
§1.1.2 嵌入式系统的应用
3.建筑设施
电力供应、备用 电源、火警报警与 控制系统、供热与 通风系统、电梯、 车库、安防系统、 闭路电视监视、温 湿度控制等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§1.1.2 嵌入式系统的应用
4.通信

绪 论

嵌入式系统可以说是 无处不在。从简单的 电子体温计到飞机的 自动导航系统都是典 型的微处理器嵌入式 控制的系统。
绪 论

实时嵌入式系统是将先进的计算机技术、 半导体技术、电子技术以及各行业的具 体应用相结合的产物，这就决定了它是 一个技术密集、资金密集、高度分散、 不断创新的知识集成系统。
绪 论

嵌入式系统已广泛 用于信息家电、移动 通信、手持信息设备 以及工业控制等领域。
绪 论
主要难题：
如何针对某个特定的要求，设计出功耗低、 精度高、实时性好、抗干扰能力强、价 格低的实时嵌入式系统，并使其成功的 运转以满足用户的需求。
第一节
嵌入式系统概论
§1.1.1 嵌入式系统的概念与特点
电话交换机、卫星和 全球定位系统（GPS）、 移动电话等。
5.办公设备
电话系统、传真系 统、复印机、照相机和 摄像机、商用电脑、掌 上电脑等。
§1.1.2 嵌入式系统的应用
6.银行和金融
自动柜员机、信用卡 系统、验钞机、点钞 机、安全系统等。
7.医疗诊断监视系统
心脏起搏器、理疗 控制系统、热疗机、X 光设备、电磁成像系 统等。
4.系统的专用性
用途固定，通常执行特定功能，用于特定 设备，完成特定的任务。
5.技术密集
是计算机技术、微电子技术和行业技术相 结合的产物，必然是一个技术密集，不断创新 的知识集成系统。
6.开发困难
嵌入式系统往往本身不具备自举开发能力， 必须要一套开发工具和环境才能进行开发。其 开发系统与实际运行的系统并不相同，需要交 叉编译系统和适当的调试系统。
一、嵌入式系统（Embedded System）定义：
嵌入式系统是指用于实时控制、监视、管 理或辅助其他设备运行的设备，可以是专用 或多用途（但一般具有可编程的特性）的设 备，“嵌入”意味着这些系统本身与所控制 和管理的系统融为一体的，是其中的一个有 机组成部分，是各种控制系统的基本构造单 元。
由上面的定义，可以看出嵌入式系统的一些特征：
1.嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系 统。
电子计算机是为解决海量数值计算而发明和发 展起来的。 而微型机一旦进入对象体系中后，便失去了通 用计算机的形态和功能，变成了形形色色的自动 化系统。 从而导致了现代计算机技术的两大分支：通用 计算机系统与嵌入式计算机系统。
2.单片机是以嵌入式应用为唯一目的的典型的嵌入式系统。
6801/04/05 8085，Z80 6802 6809 6502
ARM RISC core 68200 MIPS 32Bits RISC core
嵌入式微处理器 4004， （一般用途型） 4040
8086 80386 80486 Pentium 80186 68000/10/20 Ⅱ/Ⅲ 80286 /30/40 Z8000
4)． 使用最优的程序代码编译
由于RISC架构的CPU的硬件设计单纯，成 本低廉、省电效益佳等特点，深受嵌入式系 统产品的欢迎。
三、数字信号处理器（DSP）
即Digital Signal Process是专门处理 数字信号数据的微处理器，基本上DSP是 针对特定的任务而发展的一种微处理器。
DSP最重要的是大量的即时运算功能； 最基本的运算功能是乘法与加法运算如： Σaibi 。DSP的内置硬件构架可以在很短 的时间内处理如离散傅立叶转换之类的复 杂的加法和乘法问题。
§1.1.2 嵌入式系统的应用
嵌入式系统已广泛应用于信息家电、移 动通信、手持信息设备以及工业控制等领域。 用于实现对宿主设备的控制、监视或管 理。 应用范围十分广泛，因此不存在所谓嵌 入式系统的典型应用。
§1.1.2 嵌入式系统的应用
信息家电 智能玩具
工控设备
军事电子
嵌入式应用
智能仪表 通讯设备
汽车电子 电子商务
常见的几种嵌入式应用领域
移动计算
§1.1.2 嵌入式系统的应用
1.制造与过程控制
自动化工厂、柔 性制造系统（FMS）、 无人物流小车、机器 人、加工中心、核电 站、污水处理系统、 发（变）电站、能源 控制系统、石化企业 的控制设备、建筑设 备等。
§1.1.2 嵌入式系统的应用
2.运输
二、嵌入式系统具有的产品特征
1.嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应 用的。如果独立于应用自行发展，则会失去 市场。因此，嵌入式处理器的功能、体积、 成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容 性等方面均受到应用要求的制约。
2.嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率的设 计，量体裁衣，去除冗余。 3.嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起， 它的升级换代也是和具体的产品同步进行。因 此，嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长 的生命周期。
嵌入式应用分微控制器（Micro－control—MCU） 和嵌入式微处理器（Embedded Microprocessor— MPU）应用两种。 微控制器即俗称为单片机（Single Chip Computer），设计的目标就是面向控制，面向嵌 入式应用的。
3.嵌入式系统的组成：
一般由：嵌入式微处理器、外围硬件设备、 嵌入式操作系统以及用户应用程序等四个部分组 成。 通常，嵌入式系统中的系统程序（包括操作 系统）和应用程序是浑然一体的。这些程序被编 译连接成一个可以执行的二进制映象文件 （image），并被固化在系统中，在系统复位后 自动执行。
2.系统的实时性
嵌入式系统多数与生产过程的实时控制 相关。 生产过程本身的特性往往决定了这类系统 不可能随意中断正常的生产过程去进行测试 或维修。 多数造价昂贵的嵌入式系统也往往没有备 份系统，实时诊断的难度也相应增加。
3.系统的可靠性
嵌入式系统在一些关键系统的控制过程中 得到广泛应用（如：钢铁、石化等企业）。 控制系统的任何微小的错误都可能导致整 个生产过程的中断和巨额的经济损失。 嵌入式计算机隐藏在系统或设备中，用户 很难直接接触控制，一旦工作就要求它可靠运 行。 嵌入式产品的使用人员多为非计算机专业 人士，使用环境不定，往往条件恶劣（高温、 高湿、多尘、强电磁干扰等)。
§1.1.3 嵌入式系统工业的特点和要求
三、嵌入式系统软件的特征
嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系 统功能的关键，其特征主要有：
1.软件要求固态化存储。
2.软件代码高质量、高可靠性：以减少程序二 进制代码的长度，提高执行速度。
3.系统软件（OS）的高实时性是基本要求 在多任务嵌入式系统中，对重要性各不 相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是保证每 个任务及时执行的关键。这种任务调度只能由 优化编写的系统软件来完成。
§1.1.2 嵌入式系统的应用
8.家庭中的应用
每个家庭使用的嵌入式 处理器约30～40个。 一台PC机中就可能使用 了10来个嵌入式处理器。 其他家电中，电冰箱、 微波炉、洗衣机、录像机、 电子钟、洗碗机、DVD播放 机、电视机、音响设备、通 用遥控器、电子玩具、电子 宠物等。
§1.1.2 嵌入式系统的应用
一个处理算法能否满足严格的时间约束，是否需 要建造特殊的硬件来完成其任务？ OS能否满足高效的中断处理、多任务和通信的要 求？
以微处理器在单一指令内所能处理的位 数来衡量，嵌入式微处理器的发展可以分为 以下几个阶段。
表1.2.1 以位数来对嵌入式系统微处理器分类
4位 8位 16位 32位 64位
MIPS 64 Bits RISC core
嵌入式微处理器 TMS1000 8048/49/50 8096/ COPS 8051/52,Z8 97 （单片机型）
五、嵌入式系统开发人员以应用专家为主
嵌入式系统要和各个不同行业的应用相结 合，要求更多的计算机以外的专业知识，其开 发人员往往是各个应用领域的专家。因此对开 发工具的基本要求是易学、易用、高效、可靠。
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下一节
嵌入式系统的特点：
1.系统的复杂性 2.系统的实时性 3.系统的可靠性 4.系统的专用性 5.技术密集 6.开发困难
第二节
嵌入式系统的硬件介绍
§1.2.1 嵌入式系统微处理器的发展
一、嵌入式系统微处理器的分类与发展
嵌入式系统微处理器在目前的嵌入式系 统硬件设计上占了很大的影响力，嵌入式系 统开发人员必须要从琳琅满目的嵌入式系统 微处理器中选择一个最适当的微处理器产品 作为嵌入式系统控制核心，才能够兼具低成 本、高效率的产品优势。
§1.2.2 嵌入式应用的开发设计技术
一、嵌入式应用系统开发的特征
1.嵌入式应用常将性能要求放在第一位 与通用计算机相比，嵌入式系统的软、 硬件更关注时间限制、性能约束和对外 交互等问题。 即它不但要求满足功能要求，还要求 满足性能需求，甚至将性能需求放在第 一位。
2.性能要求体现在限定时间的约束或代码 大小的约束上，如：
4.嵌入式系统软件一般需要RTOS开发平台 虽然嵌入式系统的应用程序可以没有OS直 接在“裸机”上运行，但是为了合理的调度多 任 务。利用系统资源系统函数以及和专家库函数 接口，用户必须自行选配RTOS开发平台，这样 才能保证程序执行的实时性和可靠性，并减少 开发时间，保障软件质量。
四、嵌入式系统开发需要开发工具和环境 嵌入式系统本身不具备自举开发的 能力，设计完成后，用户必须有一套开 发工具和环境才能方便的对其硬件、软 件进行调试与修改。
4.嵌入式处理器的发展也体现出稳定性。一个 体系结构一般要存在8～10年的时间。一个体 系结构及其相关的片上外设、开发工具、库 函数、嵌入式应用产品是一套复杂的知识系 统。因此，用户和半导体厂商都不会轻易的 放弃一种处理器。