嵌入式系统简介
第1章嵌入式系统概述

2、SiM3U1xx(80MHZ USB)系列(M3)
1.4 STM32系列微控制器简介 STM32为意法半导体(ST)公司生产的ARM处理器。
Flash Size (bytes)
512K
256 K
STM32 prod Q2/08 Samples Dec 07 Prod Q2/08
未来 发展方向
64 K 32 K
STM32 Samples NOW Prod Oct 07
72 MHz CORTEX- M3 CPU Wide offer
• 32KB-512KB Flash • 6Kb-64KB RAM
0K 48 pins 64 pins 100 pins
144 pins
LQFP
LQFP
LQFP
LQFP
(7x7) (10x10) (14x14)/BGA (20x20)/BG
machinery or plants”.
1.嵌入式系统简介
目前,对嵌入式系统的定义多种多样,但没有一种定义是全面的。下面给出两种 比较合理定义:
●从技术的角度定义:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、 适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 ●从系统的角度定义:嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件,并使其紧 密耦合在一起的计算机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统中的一 个完整的部分,称为嵌入的系统。嵌入的系统中可以共存多个嵌入式系统。
ADC
16 channels /
Tem1pMSsepns sor
Power Supply Reg 1.8V
POR/PDR/PV XTDAL
oscillators 3I2nKt.HRzC+ o4s~c1il6lMatoHrzs 32KHz +
什么是嵌入式系统

什么是嵌入式系统
什幺是嵌入式系统
嵌入式系统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,根据英国电气工程师协会的定义,嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。
与个人计算机这样的通用计算机系统不同,嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。
由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务,设计人员能够对它进行优化,减小尺寸降低成本。
嵌入式系统通常进行大量生产,所以单个的成本节约,能够随着产量进行成百上千的放大。
嵌入式系统是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。
国内普遍认同的嵌入式系统定义为:以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。
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由单个程序实现整个控制逻辑。
嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。
与通用计算机能够运行用户选择的软件不同,嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的;所以经常称为固件。
什么是嵌入式系统

1.什么是嵌入式系统?举例。
嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统;水、电、煤气表的远程自动抄表,安全防火、防盗系统,其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查,并实现更高,更准确和更安全的性能2.嵌入式发展历经四个阶段,分别说明各阶段特点。
无操作系统阶段:系统结构和功能相对单一,处理效率较低,存储容量较小,几乎没有用户接口。
简单操作系统阶段:出现了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU(如PowerPC等),各种简单的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展实时操作系统阶段:操作系统的实时性得到了很大改善,已经能够运行在各种不同类型的微处理器上,具有高度的模块化特点和扩展性面向Internet阶段:嵌入式技术与Intemet技术的结合正在推动着嵌入式技术的飞速发展,嵌入式系统的研究和应用会出现更多的新的显著变化3.简述嵌入式三个基本要素三要素:嵌入式系统的三个基本要素是嵌入性、专用性与计算机系统。
(1)嵌入性是把软件嵌入到Flash存储器中,(2)专用性是指针对某个具体应用领域和场合,量体裁衣式的定制适用该场合的专用系统,(3)计算机系统是指必须具有计算机系统的组成,核心是计算机系统。
4.简述嵌入式的几个重要特征系统内核小专用性强系统精简高实时性的系统软件(OS) 嵌入式系统开发需要开发工具和环境使用多任务的操作系统5.一切皆是文件是。
分门别类举例介绍为什么设备文件也可以共用操作系统对所有文件(目录、字符设备、块设备、套接字、打印机等)操作,读写都可用fopen()/fclose()/fwrite()/fread()等函数进行处理。
屏蔽了硬件的区别,所有设备都抽象成文件,提供统一的接口给用户。
这就是“一切皆是文件”的思想。
因为Linux系统把任何设备都抽象为文件了.设备文件分为:字符设备,块设备,网络设备,这些在Linux里都以文件的形式存在5.目录和分区在linux和windows上的实现具体哪些不一样Windows是以驱动器的盘符为基础,每一个目录与对应的分区对应,而linux相反,文件系统是一棵树,文件和外部设备都是以文件的形式挂载在文件树上的。
嵌入式系统简介

§1.1.2 嵌入式系统的应用
4.通信
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。
2020/11/25
§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。
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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。
2020/11/25
§1.1.1 嵌入式系统的概念与特点
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。
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。
2020/11/25
§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.
嵌入式系统概述

• SOC可以分为通用和专用两类。通用系 列包括Siemens的TriCore,Motorola的MCore , 某 些 ARM 系 列 器 件 , Echelon 和 Motorola联合研制的Neuron芯片等。专用 SOC一般专用于某个或某类系统中,不 为一般用户所知。一个有代表性的产品 是Philips的Smart XA。
• 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,单纯通 过提高处理器速度是无法完成和没有效 率的这种任务调度只能由优化编写的系 统软件来完成,因此系统软件的高实时 性是基本要求。
嵌入式系统软件需要RTOS开 发平台
嵌入式片上系统(SOC)
• 随着EDI的推广和VLSI设计的普及化,及半导体 工艺的迅速发展,在一个硅片上实现一个更为复 杂的系统的时代已来临,这就是 SOC。各种通用 处理器内核将作为SOC设计公司的标准库,成为 VLSI设计中一种标准的器件,用标准的VHDL等 语言描述,存储在器件库中。用户只需定义出其 整个应用系统,仿真通过后就可以将设计图交给 半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器 件以外,整个嵌入式系统大部分均可集成到一块 或几块芯片中去,应用系统电路板将变得很简洁, 对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。
• 新型的微控制器指令及SOC速度不断提高, 存储器空间也相应加大,已经达到甚至 超过了目前的通用计算机中的微处理器, 为嵌入式系统工程师采用过去一直不敢 问津的C++语言创造了条件。C++语言强 大的类、继承等功能更便于实现复杂的 程序功能。
• 但是C++语言为了支持复杂的语法,在代 码生成效率方面不免有所下降。为此, 1995年初在日本成立的Embedded C++技 术委员会经过几年的研究,针对嵌入式 应用制订了减小代码尺寸的EC++标准。
第01章、嵌入式系统概述

4
嵌入式系统的例子
手机: 应用最广的嵌入式系统 汽车:电子系统控制 机床:动作监视与控制 洗衣机:旋转控制,水流控制 数码照相机:读写数据卡 打印机:打印强度,颜色,翻页 飞机:参数控制 …
5
1.1.2 嵌入式系统的组成
Vxworks
16
Windows CE
WinCE主要应用于PDA,以及智能电话(smart phone)等多媒 体网络产品。微软于2004年推出了代号为“Macallan”的新版 WinCE系列的操作系统。 Windows 的目的,是让不同语言所写的程序可以在不 同的硬件上执行,也就是所谓的.NET Compact Framework,在这 个Framework下的应用程序与硬件互相独立无关。而核心本身是 一个支持多线程以及多CPU的操作系统。在工作调度方面,为了 提高系统的实时性,主要设置了256级的工作优先级以及可嵌入 式中断处理。 如同在PC Desktop环境,Windows CE系列在通信和网络的能 力,以及多媒体方面极具优势。其提供的协议软件非常完整,甚 至还提供了有保密与验证的加密通信,如PCT/SSL。而在多媒体 方面,目前在PC上执行的Windows Media和DirectX都已经应用到 Windows CE 3.0以上的平台,其主要功能就是对图形、影音进行 编码译码,以及对多媒体信号进行处理。 17
12
2.ARM微处理器的特点,采用RISC架构的ARM微处理器具有如下特点: 体积小、低功耗、低成本、高性能; 支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,兼容8位/16位器件; 大量使用寄存器,指令执行速度更快; 大多数数据操作都在寄存器中完成; 寻址方式灵活简单,执行效率高; 指令长度固定 3.ARM微处理器系列 ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列 Intel的StrongARM Intel的Xscale 其中,ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10E为4个通用处理器系列,每一个系 列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。如ARM7系列适用 于工业控制、网络设备、移动电话等应用;ARM9、ARM9E和ARM10E系列则 更适合无线设备、消费类电子产品的设计。SecurCore系列专门为安全要 13 求较高的应用而设计。
嵌入式系统简介

程序存储器
数据存储器
总线
嵌入式处理器
通信接口
LCD显示
时钟与复位电路
A/D和D/A
嵌入式系统的硬件体系结构
二、嵌入式系统结构
• 3.1嵌入式处理器的分类 • 1、嵌入式微控制器(EMCU) • 嵌入式微控制器又称单片机,就是将整个计算机系统
集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微 处理器内核为核心,芯片内部集成ROM/EPROM、 RAM、总线、总线逻辑、定时、计数器、WatchDog、 I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM 等各种必要功能和外设。 51系列、Freescale公司的68HCXX系列、Microchip的 PIC系列等。
•
• •
一、嵌入式系统介绍
• 3.发展历程 • 嵌入式计算机系统与通用计算机系统目前属于计算机
技术的两大分支。
• 第一阶段:单片微型计算机(SCM)阶段,即单片机
时代。这一阶段的 嵌入式系统硬件是单片机,软 件停留在无操作系统阶段,采用汇编语言实现系统的 功能。这阶段的主要特点是:系统结构和功能相对单 一、处理效率低、存储容量也十分有限,几乎没有用 户接口。
•
二、嵌入式系统结构
• 2.3 应用软件 • 嵌入式系统领域的应用软件是为了解决某些特定的应
用性问题而设计出来的软件,如浏览器、播放器等。 嵌入式系统的应用软件与通用计算机软件相比,由于 嵌入式系统的资源有限,致使对应用软件有更多苛求, 要求尽量做到高效、低耗。而且嵌入式系统的应用软 件还存在着操作系统的依赖性,一般情况下,不同操 作系统之间的软件必须进行修改才能移植,甚至需要 重新编写。
• 第四阶段:以基于Internet为标志的嵌入式系统,这还
嵌入式系统概述

第一章嵌入式系统概述1.嵌入式系统的概念从技术的角度概念:以应用为中心、以运算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、靠得住性、本钱、体积、功耗严格要求的专用运算机系统。
从系统的角度概念:嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件,并使其紧密耦合在一路的运算机系统。
术语嵌入式反映了这些系统一般是更大系统中的一个完整的部份,称为嵌入的系统。
嵌入的系统中能够共存多个嵌入式系统。
2.嵌入式处置器的分类①嵌入式微处置器;②嵌入式微控制器;③嵌入式DSP处置器;④嵌入式片上系统(SOC)3.嵌入式操作系统的大体概念及特点一般实时操作系统应用于实时处置系统的上位机和实时查询系统等实时性较弱的实时系统,而且提供了开发、调试、运用一致的环境。
嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时控制系统,而且应用程序的开发进程是通过交叉开发来完成的,即开发环境与运行环境是不一致。
嵌入式实时操作系统具有规模小(一般在几K~几十K 内)、可固化利用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)的特点4.实时操作系统的大体概念及特点总的来讲实时操作系统是事件驱动的,能对来自外界的作用和信号在限定的时刻范围内作出响应。
它强调的是实时性、靠得住性和灵活性, 与实时应用软件相结合成为有机的整体起着核心作用, 由它来管理和协调各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境及开发环境。
从实时系统的应用特点来看实时操作系统能够分为两种:一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统IEEE 的实时UNIX分委会以为实时操作系统应具有以下的几点:异步的事件响应;切换时刻和中断延迟时刻肯定;优先级中断和调度;抢占式调度;内存锁定;持续文件;同步;5.操作系统的内核有哪两种,各自的特点①非占先式内核:非占先式内核要求每一个任务自我舍弃CPU 的所有权。
非占先式调度法也称作合作型多任务,各个任务彼此合作共享一个CPU。
异步事件仍是由中断服务来处置。
中断服务能够使一个高优先级的任务由挂起状态变成就绪状态。
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术、电子信息技术的发展,嵌入式系统的各项技术蓬勃发
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
嵌入式系统的出现和兴起
(1960-1970)
嵌入式系统走向繁荣,软件、硬件日臻完善(1971-1989)
嵌入式系统应用走向纵深化发展
(1990-至今)
整理ppt
11
嵌入式系统应用走向纵深化发展
网络
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20
嵌入式计算机系统的创新-平板电脑
平板电脑
Apple:Ipad
ipad2(2011.3.3):iOS4.3
/a/2011 0303/000315.htm
/zt2011 /ipad2/index.htm
对系统中运行的程序不作假设 程序升级、更新等方便
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6
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(2/7)
嵌入式系统往往对实时性提出较高的要求。
实时系统:指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服 务。(POSIX 1003.b )
嵌入式实时系统可分为:
强实时型:响应时间μs~ms级; 一般实时:响应时间ms~s级; 弱实时型:响应时间s级以上。
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3
嵌入式系统的含义和构造原理
含义:通俗地说,嵌入式系统就是将计算机的 硬件或软件嵌入到其他设备或应用系统中所构 成的一种新的系统。 构造原理:嵌入式系统是以应用为中心,以计 算机技术为基础,采用可剪裁软硬件,适用于 对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格 要求的专用计算机系统,用于实现对其他设备 的控制、监视或管理功能。 嵌入式系统简单地讲,就是定制硬、软件。
设备、嵌入式操作系统(可选),以及用户的 应用软件系统等四个部分组成
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17
嵌入式实时操作系统
典型的嵌入式实时操作系统(RTOS)
近200种操作系统,VxWorks、QNX、WinCE、 PalmOS
面向SOC的操作系统:Symbian的Epoc、 Express Logic的ThreadX、ATI的Nucleus
嵌入式系统
An Introduction to Embedded System
整理ppt
1
提纲
嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域
整理ppt
2
嵌入式系统定义
嵌入式系统是以应用为中心,以计算 机技术为基础,采用可剪裁软硬件, 适用于对功能、可靠性、成本、体 积、功耗等有严格要求的专用计算 机系统,用于实现对其他设备的控 制、监视或管理等功能
引入间歇工作方式,从而降低功耗,节省能量。
嵌入式系统比桌面通用系统可用资源少得多
为降低系统成本,降低功耗,嵌入式系统的资源配置遵循够用就
行!
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9
提纲
嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域
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10
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
整理ppt
4
计算机应用领域的划分
小型专用型
桌面通用型
服务器
服务器
服务器
高端服务型
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5
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(1/7)
嵌入式系统中运行的任务是专用而确定的
心脏监视器只需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务 如要更改任务,需要对整个系统进行重新设计或在线维护
桌面通用系统需要支持大量的、需求多样的应用程序
整理ppt
7
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(3/7)
嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统 嵌入式实时操作系统数量众多,如:
VxWorks(美国风河公司Wind River产品) Windows CE(包括Windows Mobile) pSOS QNX
国产嵌入式实时操作系统,如:
东芝android平板电脑:Folio100 整理ppt
21
计算机系统的创新-平板电脑
平板电脑(HP/TouchPad)
HP(惠普):TouchPad 采用Palm公司的WebOS系统(Linux内核,Palm已经被HP收购) 2011年2月10日发布:/a/20110210/000401.htm
开放源码的操作系统:Linux系列、uC/OS
整理ppt18提纲嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域
整理ppt
19
嵌入式计算机系统的应用
工业控制
工控设备
智能仪表
军事国防
军事电子
嵌入式应用
消费电子
信息家电 智能玩具 通信设备
汽车电子
移动存贮
网络设备 电子商务
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22
计算机系统的创新-平板电脑
平板电脑(Motorola Xoom)
Motorola Xoom:Android3.0
/v_show/id_XMjM0OTkzMzM2.html /v_show/id_XMjQyNTE4ODgw.html
应用充分普及:工业控制、数字化通讯、数字化家电
汽车:50个以上嵌入式微处理器 飞机:70个以上嵌入式系统
嵌入式微处理器32位、64位 嵌入式实时操作系统使用比率越来越高
早期:10%;90年代初:30%;目前:80~90%
嵌入式系统开发工具越来越丰富 嵌入式系统产业链形成
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12
HOPEN DeltaOS
整理ppt
8
嵌入式系统与桌面通用系统的区别(4/7)
嵌入式系统运行需要高可靠性保障,比桌面系统的故障
容忍能力弱很多
嵌入式系统需要忍受长时间、无人值守条件下的运行
嵌入式系统运行的环境恶劣
嵌入式系统大都有功耗约束。
如:珍贵文物微气象环境监测
要求1分钟采样一次,每个采样节点采用电池供电,1年更新一次。 采用常规的方法,能量只能持续工作5天!
嵌入式系统产业链
整理ppt
13
嵌入式系统市场规模及平均增长率 (2003-2006)
整理ppt
14
嵌入式软件系统生命周期发展
整理ppt
15
提纲
嵌入式系统概念 嵌入式系统发展历程 嵌入式系统构成要素 嵌入式系统应用领域
整理ppt
16
嵌入式系统结构
嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件