嵌入式系统PPT讲解

执行装置
执行装置可以很简单，如手机上的一个微小型的电 机，当手机处于震动接收状态时打开；也可以很复 杂，如SONY 智能机器狗，上面集成了多个微小型 控制电机和多种传感器，从而可以执行各种复杂的 动作和感受各种状态信息。
• 嵌入式系统的发展现状
目前，我国嵌入式系统市场处于快速增长时期，我国 政府充分认识到它的重要作用，在政策、资金等方面 给予大力支持。
2、应用于电信、电力、多媒体、国防、自动化设备、 制造业等各领域，多数用作人机界面，客户端，PLC 和POS等通讯、控制终端。
嵌入式工控机，更时髦的叫法是盒式电脑或无风扇工 控机。嵌入式工控机通俗的说就是专门为工业现场而 设计的机构紧凑的计算机。
工控机经常会在环境比较恶劣的环境下运行，对数据 的安全性要求也更高，所以工控机通常会进行加固、 防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等特殊设计。
• 嵌入式系统的组成
一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执 行Baidu Nhomakorabea置组成。
嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬 件层、中间层、操作系统层和应用软件层组成。
执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算 机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。
嵌入式计算机系统
硬件层 驱动层 操作系统层 中间件层 应用软件层
（软件外包是指软件外包提供商为了集中精力从事核心 竞争力业务,降低项目成本,同时提高项目实施的质量,将自 己的软件项目中的全部或部分工作发包给合适的软件企 业去完成）
嵌入式系统在工业上的应用
嵌入式工控机 嵌入式工控机（Embedded Industrial Computer）
是一种加固的增强型工业计算机，它可以作为一个工 业控制器在工业环境中可靠运行。
工控机的主要类别有：IPC（PC总线工业电脑）、 PLC（可编程控制系统）、DCS（分散型控制系统）、 FCS（现场总线系统）及CNC（数控系统）五种。
嵌入式工控机的优势
1、嵌入式工业触控平板电脑是一体机的结构，主机、 液晶显示器、触摸屏合为一体，稳定性比较好。
2、采用目前比较流行的触摸功能，可以简化工作， 更方便快捷，比较人性化。
工控机对于扩展性的要求也非常高，接口的设计需要 满足特定的外部设备，因此大多数情况下工控机需要 单独定制才能满足需求。
嵌入式工控机的优点 性能可靠 体积小巧 免维护 低功耗、无风扇、宽温设计、适应恶劣工作环境
嵌入式工控机的三大缺点。 一是性能较低； 二是扩展性较差；
2、存储器
嵌入式系统需要存储器来存放和执行代码。嵌入式系统的 存储器包含Cache、主存和辅助存储器。
3、通用设备接口和I/O接口
嵌入式系统和外界交互需要一定形式的通用设备接口，如 A/D、D/A、I/O等，外设通过和片外其他设备的或传感 器的连接来实现微处理器的输入/输出功能。每个外设通 常都只有单一的功能，它可以在芯片外也可以内置芯片中。
3、嵌入式工业触控平板电脑体积较小，安装维护非 常简便。
4、嵌入式工业触控平板电脑前面板大多采用铝镁合 金压铸成型，坚固结实，持久耐用，而且重量比较 轻。
5、大多数嵌入式工业触控平板电脑采用无风扇设计， 利用大面积鳍状铝块散热，功耗更小，噪音也小。
应用领域
1、工业现场可嵌入到机器、机柜中或置于操作台上， 做人机显示操作界面
硬件抽象层(HAL) 板级支持包(BSP) 设备驱动程序
操作系统层
嵌入式系统中的操作系统具有一般操作系统的核心功 能，负责嵌入式系统的全部软硬件资源的分配、调度 工作，控制、协调并发活动。它仍具有嵌入式的特点， 属于嵌入式操作系统（Embedded Operating System，EOS）。主流的嵌入式操作系统有 Windows CE、Palm OS、Linux、VxWorks、等。 有了嵌入式操作系统，编写应用程序就更加快速、高 效、稳定。
嵌入式系统
Embedded system
注：蓝色 和 橙色 背景的为备注
嵌入式系统的概念 嵌入式系统的组成 嵌入式系统的应用 嵌入式系统的发展状况 嵌入式系统的未来趋势
• 嵌入式系统的概念
英国电气工程师协会:嵌入式系统是“控制、监视或 者辅助装置、机器和设备运行的装置”。
是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计 的专用计算机系统。
硬件层
硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器 （SDRAM,ROM)、通用设备接口和I/O接口（A/D、 D/A、I/O等）。在一片嵌入式处理器基础上添加电 源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入 式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固 化在ROM中。
1、嵌入式微处理器
嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器，嵌入式微处 理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作 在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多 由板卡完成的任务集成在芯片内部，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,从而有 利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的 效率和可靠性。
• 嵌入式系统的应用
嵌入式开发板 嵌入式开发板（Embedded development board）
就是半导体行业分工合作的载体之一，它为开发产 品的厂商提供基本的底层硬件、系统和驱动等资源， 使得用户不需要再投入人力和时间来完成这些底层 的工作。
ARM9开发板基本配置
WindowsCE操作系统是Windows家族中的成员， 专门设计给掌上电脑（HPCs）以及嵌入式设备所使 用的电脑环境。
相关统计表明，2012 年我国电子制造规模达 5.45 万亿元，位居世界第二；电视、程控交换机、笔记本 电脑、显示器和智能手机等主要电子信息产品的产量 居全球首位。
我国嵌入式系统的应用主要分布在电信、医疗、汽车、 安全和消费类等行业。来自 2010-2011 年度的行业 调查数据显示，目前嵌入式产品应用最多的三大领域：
应用软件层
嵌入式应用软件是针对特定应用领域，用来实现用户 预期目标的软件。嵌入式应用软件和普通应用软件有 一定的区别，它不仅要求在准确性、安全性和稳定性 等方面能够满足实际应用的需要，而且还要尽可能地 进行优化，以减少对系统资源的消耗，降低硬件成本。
嵌入式系统中的应用软件是最活跃的力量，每种应 用软件均有特定的应用背景。尽管规模较小，但专 业性较强，所以嵌入式应用软件不像操作系统和支 撑软件那样受制于国外产品，是我国嵌入式软件的 优势领域。
三是缺乏标准化。
性能低是因为体积限制和散热设计要求，嵌入式工 控机普遍选用低功耗的处理器设计方案，性能普遍 不高；
也是由于空间限制，不可能做太多扩展槽，扩展性 必然大受影响，一般最多提供两个扩展。
目前，嵌入式工控机是“百花齐放”，没有统一的 标准，既没有内部架构标准，也没有接口标准。标 准化未来是制约嵌入式工控机发展的重要因素。
国内普遍定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算 机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统 对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专 用计算机系统。
嵌入式系统（Embedded system）是一种专用的计 算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式 系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器 控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、 微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些 嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都 是是由单个程序实现整个控制逻辑。
硬件层，是整个嵌入式系统的根本，如果现在单片 机及接口这块很熟悉，并且能用C和汇编语言来编程 的话，从嵌入式系统的硬件层走起来相对容易，硬
件层也是驱动层的基础，一个优秀的驱动工程师是 要能够看懂硬件的电路图和自行完成CPLD的逻辑设 计的，同时还要对操作系统内核及其调度性相当的 熟悉的。
嵌入式系统的软件部分
嵌入式工业触控一体机
工控机（Industrial Personal Computer，IPC）即 工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过 程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总 称。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有 计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作 系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界 面。
中间件层
中间件是用于帮助和支持应用软件开发的软件，通常 包括数据库、网络协议、图形支持及相应开发工具等。 例如，MySQL、TCP/IP、GUI等都属于这一类软件。
MySQL[1] 是一个关系型数据库管理系统， 是一个 数据库
TPC/IP 是通信协议 GUI： （Graphical User Interface）图形用户界面
WindowsCE是微软公司嵌入式、移动计算平台的基 础，它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系 统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统
嵌入式开发板:从概念上来讲，与软件外包非常类似。 像嵌入式产品的硬件、驱动程序、协议层、基本应 用软件这些方面，都是电子产品的公共和通用部分， 并不是产品能够形成差异化的关键技术，在这个讲 求分工合作的时代，如果是这部分的工作量比较大， 或者是厂商没有相关的开发人员的时候，就能够选 择由第三方完成这些软件开发的工作，加快产品研 发的进程，实现产品的迅速上市，抢占市场先机。
嵌入式技术已经无处不在，从随身携带的mp3、语 言复读机、手机、PDA到家庭之中的智能电视、智 能冰箱、机顶盒，再到工业生存、娱乐中的机器人， 无不采用嵌入式技术。各大跨国公司及国内家电巨头 如INTEL、TI、SONY、三星、TCL、联想和康佳等 都面临着嵌入式人才严重短缺的挑战。
近几年，嵌入式系统产品渐渐完善，并在全世界各
三大领域所占比例之和接近60%
消费电子：信息家电，电视机、微波炉、数字电话 通信设备：手机、平板电脑 工业控制:自动化与测控仪器仪表 在工控和仿真领域，几乎所有的计算机控制系统都
采用嵌入式系统.新型的测控仪器仪表无一不是嵌入 式系统
嵌入式系统作为“物联网”的核心，是当前最热门最 有前景的IT应用领域之一。
行业得到广泛应用。2004年，全球嵌入式系统产品 的产值已达2000亿美元，国内嵌入式软件的产值也 达到600亿人民币。 更大的应用领域马上带来了更 大的人才需求。
我国自主开发的嵌入式系统软件产品如科银 (CoreTek)公司的嵌入式软件开发平台DeltaSystem, 中科院推出的Hopen嵌入式操作系统.
据悉，目前国内核心嵌入式人才不足万人，其中华 为约拥有5000-6000人，中兴通讯、大唐各有约 2000人，以区区万人的阵容去争夺据称上千亿元的 市场，肯定不敷所用。专家预测，未来几年，国家 嵌入式人才缺口每年将以20万人递增。 据中华英才 网最新的薪酬报告，初入门的嵌入式开发人员年薪 一般能达到4-7万元，有3年以上经验的人员年薪都 在10万元以上，有10年工作经验的高级嵌入式工程 师年薪在30万元左右。
嵌入式系统的软件体系是面向嵌入式系统特定的硬件体系和用 户要求而设计的，是嵌入式系统的重要组成部分，是实现嵌入 式系统功能的关键。嵌入式系统软件系统和通用计算机软件体 系类似，分成驱动层、操作系统层、中间件层和应用软件层等
四层，各有其特点。下图显示了嵌入式系统的软件体系。
设备驱动层
设备驱动层是嵌入式系统中必不可少的重要部分；使 用任何外部设备都需要有相应的驱动程序的支持，它 为上层软件提供了设备的操作接口。上层软件不用理 会设备的具体内部操作，只须调用驱动层程序提供的 接口即可。驱动层一般包括：
嵌入式系统在车载系统中的应用
车载终端是智能交通系统中关键的一环，车辆的所有 信息都必须通过车载终端得到，而且车载终端还必须 具备一定的处理能力，以便能够对搜集到的信息进行 必要的处理，最后车载终端要能够接收并处理监控中 心发出的命令。