第一講嵌入式系統概述2022/10/20EmbeddedSystems2關于這門課主要學習內容：1、了解嵌入式系統基本概念2、以TMS320F2812和CCS為學習對象，學習DSP硬件原理、編程和調試方法參考教材：DSP控制器原理及應用（第二版）寧改娣曾翔君駱一萍編著科學出版社2022/10/20EmbeddedSystems3參考網址其他網址，如baidu，科大圖書館電子資源、DSP和嵌入式系統學習交流網站等。2022/10/20EmbeddedSystems4關于這門課考核形式：上課考勤20%

實驗課：20%（考勤+實驗課表現）

開卷考試:60%（以講課和實驗內容涉及到的課本內容為主）2022/10/20EmbeddedSystems5主要內容嵌入式系統基本概念嵌入式系統的組成（重點介紹）嵌入式微處理器嵌入式操作系統及系統開發嵌入式系統的應用2022/10/20EmbeddedSystems6什么是嵌入式系統：

來自IEEE的定義 “Embeddedsystemisdevicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants”. ——IEEE上述定義主要從應用上加以定義。

可以看出：嵌入式系統是軟硬件的綜合體，可以是設備或工廠等的附屬裝置。2022/10/20EmbeddedSystems7ReferenceInterpretation(1)An"embeddedsystem"isanycomputersystemorcomputingdevicethatperformsadedicatedfunctionorisdesignedforusewithaspecificembeddedsoftwareapplication.EmbeddedsystemsmayuseaROM-basedoperatingsystemortheymayuseadisk-basedsystem,likeaPC.Butanembeddedsystemisnotusableasacommerciallyviablesubstituteforgeneralpurposecomputersordevices.2022/10/20EmbeddedSystems8ReferenceInterpretation(2)Aspecializedcomputersystemthatispartofalargersystemormachine.Typically,anembeddedsystemishousedonasinglemicroprocessorboardwiththeprogramsstoredinROM.Virtuallyallappliancesthathaveadigitalinterface--watches,microwaves,VCRs,cars--utilizeembeddedsystems.Someembeddedsystemsincludeanoperatingsystem,butmanyaresospecializedthattheentirelogiccanbeimplementedasasingleprogram.2022/10/20EmbeddedSystems9什么是嵌入式系統：

國內的經典定義嵌入式系統是

以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等部分組成，用于實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。2022/10/20EmbeddedSystems10可以從以下幾個方面來理解國內對嵌入式系統的定義：嵌入式系統是面向用戶、面向產品、面向應用的，它必須與具體應用相結合才會具有生命力、才更具有優勢。

即嵌入式系統是與應用緊密結合的，它具有很強的專用性，必須結合實際系統需求進行合理的裁減利用。2022/10/20EmbeddedSystems11嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術以及各個行業的具體應用相結合后的產物。

這就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。所以，介入嵌入式系統行業，必須有一個正確的定位。2022/10/20EmbeddedSystems12嵌入式系統必須根據應用需求可對軟硬件進行裁剪，滿足應用系統的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎，然后在其上開發出適應各種需要的系統，是一個比較好的發展模式。目前的嵌入式系統的核心往往是一個只有幾KB到幾十KB的微內核，需要根據實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由于微內核的存在，使得這種擴展能夠非常順利地進行。2022/10/20EmbeddedSystems13同時還應該看到，嵌入式系統本身還是一個外延極廣的名詞。凡是與產品結合在一起的具有嵌入式特點的控制系統都可以叫嵌入式系統，而且有時很難給它下一個準確的定義。2022/10/20EmbeddedSystems14主要內容嵌入式系統基本概念嵌入式系統的組成嵌入式微處理器嵌入式操作系統及系統開發嵌入式系統的應用2022/10/20EmbeddedSystems15嵌入式系統的基本組成

嵌入式系統主要由嵌入式處理器、相關支撐硬件、嵌入式操作系統及應用軟件系統等組成，它是集軟硬件于一體的可獨立工作的“器件”2022/10/20EmbeddedSystems16型嵌入式系典統基本組成要素2022/10/20EmbeddedSystems17軟件硬件基本要素硬件嵌入式處理器各種類型存儲器模擬電路及電源接口控制器及接插件軟件實時操作系統（RTOS）板級支持包（BSP）設備驅動（DeviceDriver）協議棧（ProtocolStack）應用程序（Application）2022/10/20EmbeddedSystems18典型嵌入式系統基本組成－硬件2022/10/20EmbeddedSystems192022/10/20EmbeddedSystems20返回HardwareIndependentSoftwareApplicationsTCP/IPStackI/OSystemRTOSlibrariesRTOSKernelFileSystemHardwareAbstractionLayer：BSP&DeviceDriverSCSI

DriverFlashDriverMMU

DriverCache

DriverSerial

DriverEthernet

DriverDevice

DriversHardware嵌入式系統軟件2022/10/20EmbeddedSystems21主要內容嵌入式系統基本概念嵌入式系統的組成（重點介紹）嵌入式微處理器嵌入式操作系統及系統開發嵌入式系統的應用2022/10/20EmbeddedSystems22對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間，從而使內部的代碼和實時內核的執行時間減少到最低限度。具有功能很強的存儲區保護功能。這是由于嵌入式系統的軟件結構已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區保護功能，同時也有利于軟件診斷。嵌入式微處理器的特點2022/10/20EmbeddedSystems23嵌入式微處理器的特點（續）可擴展的處理器結構，以能最迅速地開發出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器。嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW級。2022/10/20EmbeddedSystems24

嵌入式微處理器的分類2022/10/20EmbeddedSystems25以某一種微處理器內核為核心，芯片內部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器的片上外設資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱為微控制器。微控制器是目前嵌入式系統工業的主流。嵌入式微控制器（MCU）2022/10/20EmbeddedSystems26代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300，PIC單片機等。另外還有許多半通用系列如：支持USB接口的MCU8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系統約70％的市場份額。2022/10/20EmbeddedSystems27DSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，它在系統結構和指令進行了特殊設計，使其適合于執行DSP算法，編譯效率較高，指令執行速度也較高。在數字濾波、FFT、譜線分析等方面DSP算法正在大量進入嵌入式領域，DSP應用正從在通用單片機中以普通指令實現DSP功能，過渡到采用嵌入式DSP處理器上?，F在的DSP的運算速度進一步提高，應用領域也從上述范圍擴大到了通信和計算機方面。目前最為廣泛應用的嵌入式DSP處理器是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應用范圍。嵌入式DSP處理器2022/10/20EmbeddedSystems28

嵌入式微處理器（MPU），典型代表就是ARM處理器，它是由通用計算機中的CPU演變而來的，與計算機處理器不同的是，在實際嵌入式應用中，只保留和嵌入式應用緊密相關的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實現嵌入式應用的特殊要求。嵌入式微處理器（MPU）2022/10/20EmbeddedSystems29

和工業控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優點。目前主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。其中基于ARM技術的32位微處理器，市場的占有率目前已達到80%。在所有ARM處理器系列中，ARM7處理器系列應用最廣，采用ARM7處理器作為內核生產芯片的公司最多。2022/10/20EmbeddedSystems30SoC，就是SystemonChip在一個硅片上實現一個復雜的系統

整個嵌入式系統大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去應用系統電路板將變得很簡潔

嵌入式片上系統(SOC)2022/10/20EmbeddedSystems312022/10/20EmbeddedSystems322022/10/20EmbeddedSystems33主要內容嵌入式系統基本概念嵌入式系統的組成嵌入式微處理器嵌入式操作系統及系統開發嵌入式系統的應用2022/10/20EmbeddedSystems34簡單的嵌入式應用簡單的嵌入式應用不需要使用操作系統當系統上電后，main函數將被調用，首先初始化，然后進入循環直到系統停電或者出現重大錯誤。超級循環voidmain(void){ //prepareforfunctionX X_init(); While(1)X();}2022/10/20EmbeddedSystems35嵌入式操作系統簡單的說，嵌入式操作系統就是支持嵌入式系統工作的操作系統。在本質上與通用的操作系統沒有太大的區別，一般用于比較復雜的嵌入式系統中，例如手機、PDA等電子類消費產品機頂盒、路由器等對嵌入式系統的硬件有較高的要求2022/10/20EmbeddedSystems36操作系統的分類（1）順序執行系統：系統內只含有一個程序，獨占CPU的運行時間，按語句順序執行該程序，直至執行完畢，另一程序才能啟動運行。如DOS操作系統。（2）分時操作系統：系統內同時可以有多個程序運行，把CPU的時間分按順序分成若干片，每個時間片內執行不同的程序。如UNIX（3）實時操作系統：系統內有多個程序運行，每個程序有不同的優先級，只有最高優先級的任務才能占有CPU的控制權。2022/10/20EmbeddedSystems37基于嵌入式操作系統的嵌入式應用開發確定需求根據需求選擇合適的硬件硬實時/軟實時系統？什么處理器？哪些輔助硬件？選擇嵌入式操作系統選擇開發平臺編程語言、軟件開發工具實際的開發平臺包括硬件開發平臺、操作系統、編程語言以及軟件開發工具2022/10/20EmbeddedSystems38編寫并優化代碼一般在主機系統上進行開發和優化工作。代碼優化主要在軟件執行速度和軟件尺寸之間取得平衡，滿足嵌入式系統對速度和存儲空間的限制。在嵌入式開發中，一般需要避免使用大型的軟件庫，避免使用遞歸編程，減少堆棧的消耗。在模擬器或者開發板上調試2022/10/20EmbeddedSystems39嵌入式軟件系統的指標尺寸滿足硬件限制實時性硬實時，軟實時和非實時系統網絡能力人機交互能力2022/10/20EmbeddedSystems40嵌入式操作系統分類硬實時系統確保系統中的關鍵任務在確定的時間得到響應，不能有失敗的情況，否則會出現嚴重后果軟實時系統設計的時候是有響應時間要求的，但是偶爾某些任務的響應時間超過這個限制也不會有嚴重的后果非實時系統無響應時間的要求2022/10/20EmbeddedSystems41嵌入式操作系統一覽2022/10/20EmbeddedSystems42WindowsEmbedded家族2022/10/20EmbeddedSystems43

OS-前五大嵌入式作業系統廠商資料來源：資策會MIC，2003年10月2022/10/20EmbeddedSystems44常見嵌入式實時操作系統RTlinux及其他嵌入式實時LinuxuC/OSIIwindriversystems公司的VxworksQNXsoftwaresystems公司的QNX。pSOSOS/9VRTXeCOS2022/10/20EmbeddedSystems45常見嵌入式分時操作系統Microsoft公司的windowsCE、EmbeddedwindowsxpPalm公司的PalmOSsymbian公司的EPOC一些嵌入式linux系統2022/10/20EmbeddedSystems46主要內容嵌入式系統基本概念嵌入式系統的組成嵌入式微處理器嵌入式操作系統及系統開發嵌入式系統的應用2022/10/20EmbeddedSystems472022/10/20EmbeddedSystems48手機的大概組成2022/10/20EmbeddedSystems49什麼是嵌入系統2022/10/20EmbeddedSystems50未來嵌入式產業技術需求AnyTimeAnyMediumAnyWhereAnyContentConsumerElectronicsLowCostLowPower造型外觀設計能力Communications寬頻無線Computer運算技術量產能力SoCRTOSInformationAccess用戶需求技術需求2022/10/20EmbeddedSystems51最新進展之：嵌入式Internet技術定義：嵌入式Internet是近幾年發展起來的一項新興概念和技術，是指設備通過嵌入式模塊而非PC系統直接接入Internet，以Internet為介質實現信息交互的過程，通常又稱為非PCInternet接入。應用：

智能家居（家電上網）工業遠程監控與數據采集InternetReconfigurableLogic（IRL）及其相關應用等等2022/10/20EmbeddedSystems52圖：嵌入式Internet應用2022/10/20EmbeddedSystems53最新進展之：可編程片上系統（SOPC）SOPC：可編程邏輯器件在嵌入式應用中的完美體現SOPC的技術基礎超大規?？删幊踢壿嬈骷捌溟_發