嵌入式系统组成结构简介共73页
嵌入式系统简介和组成部分说明书
1) Explain what is embedded system in a computer system?An embedded system is a computer system that is part of a larger system or machine. It is a system with a dedicated function within a larger electrical or mechanical system.2) Mention what are the essential components of embedded system?Essential components of embedded system includes•Hardware•Processor•Memory•Timers•I/O circuits•System application specific circuits•Software•It ensures the availability of System Memory•It checks the Processor Speed availability•The need to limit power lost when running the system continuously•Real Time Operating System•It runs a process as per scheduling and do the switching from one process to another 3) Mention how I/O devices are classified for embedded system?The I/O devices of embedded system are classified into two categories•Serial•Parallel•Synchronous : Audio/Video signal Audio/Video signal•Single bit : Rotation, Threshold sensors Pulses to external circuit•Multi bit : Vp from ADC, sensors LCD, Printer4) Why embedded system is useful?With embedded system, it is possible to replace dozens or even more of hardware logic gates, input buffers, timing circuits, output drivers, etc. with a relatively cheap microprocessor.5) Explain what are real-time embedded systems?Real-time embedded systems are computer systems that monitor, respond or control an external environment. This environment is connected to the computer system through actuators, sensors, and other input-output interfaces.6) Explain what is microcontroller?The microcontroller is a self-contained system with peripherals, memory and a processor that can be used as embedded system.7) Mention what is the difference between microprocessor and microcontroller? Microprocessor is managers of the resources (I/O, memory) which lie outside of its architecture Microcontroller have I/O, memory, etc. built into it and specifically designed for control8) What does DMA address will deal with?DMA address deals with physical addresses. It is a device which directly drives the data and address bus during data transfer. So, it is purely physical address.9) Explain what is interrupt latency? How can you reduce it?Interrupt latency is a time taken to return from the interrupt service routine post handling a specific interrupt. By writing minor ISR routines, interrupt latency can be reduced.10) Mention what are buses used for communication in embedded system?For embedded system, the buses used for communication includes•I2C: It is used for communication between multiple ICs•CAN: It is used in automobiles with centrally controlled network•USB: It is used for communication between CPU and devices like mouse, etc.While ISA, EISA, PCI are standard buses for parallel communication used in PCs, computer network devices, etc.11) List out various uses of timers in embedded system?Timers in embedded system are used in multiple ways•Real Time Clock (RTC) for the system•Initiating an event after a preset time delay•Initiating an even after a comparison of preset times•Capturing the count value in timer on an event•Between two events finding the time interval•Time slicing for various tasks•Time division multiplexing•Scheduling of various tasks in RTOS12) Explain what is a Watchdog Timer?A watchdog timer is an electronic device or electronic card that execute specific operation after certain time period if something goes wrong with an electronic system.13) Explain what is the need for an infinite loop in embedded systems?Embedded systems require infinite loops for repeatedly processing or monitoring the state of the program. For instance, the case of a program state continuously being verified for any exceptional errors that might just happen during run-time such as memory outage or divide by zero, etc.14) List out some of the commonly found errors in Embedded Systems?Some of the commonly found errors in embedded systems are•Damage of memory devices static discharges and transient current•Address line malfunctioning due to a short in circuit•Data lines malfunctioning•Due to garbage or errors some memory locations being inaccessible in storage•Inappropriate insertion of memory devices into the memory slots•Wrong control signals15) Explain what is semaphore?A semaphore is an abstract datatype or variable that is used for controlling access, by multiple processes to a common resource in a concurrent system such as multiprogramming operating system. Semaphores are commonly used for two purposes•To share a common memory space•To share access to files16) Explain what is the difference between mutexes and semaphores?• A mutex object enables one thread into a controlled section, forcing other threads which tries to gain access to that section to wait until the first thread has movedout from that section •Semaphore allowsmultiple access to sharedresources•Mutex will always have a known owner •While for semaphore youwon’t know which threadwe are blocking on•Mutex is also a tool that is used to provide deadlock-free mutual exclusion (eitherconsumer or producer can have the keyand proceed with their work) •Semaphore is asynchronization tool toovercome the criticalsection problem•Mutexes by definition are binary semaphores, so there are two states locked or unlocked •Semaphores are usually referred to counted locks17) When one must use recursion function? Mention what happens when recursion functions are declared inline?Recursion function can be used when you are aware of the number of recursive calls is not excessive. Inline functions property says whenever it will called, it will copy the complete definition of that function. Recursive function declared as inline creates the burden on the compilers execution.18) Explain whether we can use semaphore or mutex or spinlock in interrupt context in Linux Kernel?Semaphore or Mutex cannot be used for interrupt context in Linux Kernel. While spinlocks can be used for locking in interrupt context.Guru99 Provides FREE ONLINE TUTORIAL on Various courses likeSelenium CCNA AngularJS NodeJS PLSQL。
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9.3 嵌入式系统开发流程
1 嵌入式软件开发的特点
▪ 嵌入式系统与通用计算机系统的差别：
– 人机交互界面 – 有限的功能
– 时间关键性和稳定性
▪ 嵌入式软件开发的特点：
嵌入式微控制器EMCU
• 嵌入式微控制器又称为单片机，它将CPU、存 储器（少量的RAM、ROM或两者都有）和其 它外设接口封装在同一片集成电路里。
• 嵌入式微控制器制造商：摩托罗拉、英特尔、 英飞凌科技、 Atmel、日立、NEC、三菱、 东芝、松下、Microchip、富士、飞利浦、德 州仪器、三星、三洋、索尼、Oki、凌阳科技 等。
9.1 嵌入式系统简介
• 广义上讲，凡是带有微处理器的专用软硬 件系统都可称为嵌入式系统。如各类单片
机和DSP系统。这些系统在完成较为单一 的专业功能时具有简洁高效的特点。但由 于他们没有操作系统，管理系统硬件和软 件的能力有限，在实现复杂多任务功能时， 往往困难重重，甚至无法实现 • 从狭义上讲，那些使用嵌入式微处理器构 成独立系统，具有自己操作系统，具有特 定功能，用于特定场合的专用软硬件系统 称为嵌入式系统。
▪ 嵌入式软件开发的特点：
–引入任务设计方法 –需要固化程序 –软件开发难度大
➢ 嵌入式应用软件对实时性、稳定性、可靠性、 抗干扰性等性能的要求都比通用软件的要求 更为严格和苛刻。
2.2 嵌入式系统开发的流程
嵌入式软件的开发流程与通用软件的开发流程 大同小异，但开发所使用的设计方法具有嵌入式 开发的特点。整个开发流程可分为：
基本结构介绍
嵌入式系统硬件基本结构介绍
嵌入式系统硬件核心是嵌入式微处理器，有时为 了提高系统的信息处理能力，常常外接DSP和 DSP协处理器（也可内部集成）完成高性能信号 处理。 随着计算机技术、微电子技术、应用技术的不断 发展和纳米芯片加工工艺技术的发展，以微处理 器为核心的集成多种功能的SoC系统芯片已成为 嵌入式系统的核心，在嵌入式系统设计中，要尽 可能的选择能满足系统功能接口的SoC芯片，这 些SoC集成了大量的外围USB、UART、以太网、 AD/DA、IIS等功能模块。
嵌入式SoC
随着集成电路技术自身的不断发展，器件的特征 尺寸不断缩小、集成度的不断提高、多种工艺及 工艺集成技术的发展、设计方法的提高和EDA工 具发展，为将一个应用系统融合为SoC从技术上 提供了可能; 进入二十一世纪后，集成电路设计进入了高度集 成的SoC时代，采用SoC设计技术，可以大幅度 地提高系统的可靠性，减少系统的面积和功耗， 降低系统成本，极大地提高系统的性能价格比。
Sparc处理器
Sun公司以其性能优秀的工作站闻名，这些工作站的心脏全都 是采用Sun公司自己研发的Sparc芯片。 根据Sun公司未来的发展规划，在64位UltraSparc处理器方面， 主要有3个系列，首先是可扩展式s系列，主要用于高性能、易 扩展的多处理器系统。 目前UltraSparc Ⅲs的频率已经达到750MHz。将推出 UltraSparc Ⅳs和UltraSparc Ⅴs等型号。其中UltraSparc Ⅳs的 频率为1GHz，UltraSparc Ⅴs则为1.5GHz。其次是集成式i系 列，它将多种系统功能集成在一个处理器上，为单处理器系统 提供了更高的效益。已经推出的UltraSparc Ⅲi的频率达到 700MHz，未来的UltraSparc Ⅳi的频率将达到1GHz。最后是嵌 入式e系列，为用户提供理想的性能价格比，嵌入式应用包括瘦 客户机、电缆调制解调器和网络接口等。Sun公司还将推出主 频300、400、500MHz等版本的处理器。
嵌入式系统组成结构简介
嵌入式系统中的输入形式一般包括触摸屏、语音输入、按键和虚拟键盘等
输出设备则主要有LCD 显示和语音输出
外围接口主要有GPIO、串口、I2C总线、USB总线和IEEE 1394总线等等
怀特电子高可靠性存储器系列 IDT公司FIFO及双口RAM Cypress公司高速SRAM系列 现代电子公司SDRAM系列 Intel公司 大容量Flash系列
嵌入式系统硬件
第二讲 嵌入式系统的组成结构
嵌入式系统的组成结构
嵌入式系统的硬件组成
嵌入式系统硬件涉及的几个关键概念
嵌入式操作系统
嵌入式操作系统涉及的几个关键概念
特征：MMU, Cache 最快频率、最高性能、合理功耗
特征：MPU, Cache 实时响应、合理性能、较低功耗
特征：no sub-memory system 一般性能、最低成本、极低功耗
嵌入式外围设备：在嵌入式系统硬件构成中，除核心控制部件(嵌入式微处理器/DSP为核心的微控制器、SoC)以外的各种存储器、输入/输出接口、作为人机接口的显示器/键盘、串行通信接口等。
嵌入式软件系统的分类
嵌入式软件
系统软件
支撑软件
应用软件
控制、管理计算机系统的资源
嵌入式操作系统 嵌入式中间件(CORBA、 Java) 等等
辅助软件开发的工具
系统分析设计工具 仿真开发工具 交叉开发工具 测试工具 配置管理工具 维护工具等
面向应用领域
手机软件 路由器软件 交换机软件 飞控软件等
指令寄存器
控制器
嵌入式系统简介ppt
手持仪
监控仪
嵌入式技术得应用－交通相关
汽车电子
处理器个数可达三位数 车载
娱乐,定位等
车控
ABS、EBD等
其她
中国版月球车
汽车立体声音 响HD Radio扩展包
改装遮阳板 DVD / TV / MP3
嵌入式技术得应用－军工
武器控制系统 数字化单兵系统
有苛刻要求
尺寸与重量 功率消耗 震动与冲击 温度与湿度
计算机应用领域得划分
小型专用型
桌面通用型
服务器
服务器
服务器
高端服务型
嵌入式系统与桌面通用系统得区别(1/7)
嵌入式系统中运行得任务就是专用而确定得
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得、需求多样得应用程序
嵌入式系统得含义与构造原理
含义:通俗地说,嵌入式系统就就是将计算机得 硬件或软件嵌入到其她设备或应用系统中所构 成得一种新得系统。 构造原理:嵌入式系统就是以应用为中心,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 求得专用计算机系统,用于实现对其她设备得 控制、监视或管理功能。 嵌入式系统简单地讲,就就是定制硬、软件。
对系统中运行得程序不作假设 程序升级、更新等方便
嵌入式系统与桌面通用系统得区别(2/7)
嵌入式系统往往对实时性提出较高得要求。
实时系统:指系统能够在限定得响应时间内提供所需水平得服 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。
《嵌入式系统结构》课件
嵌入式存储器包括RAM、ROM、Flash 等类型
Flash用于存储程序和数据，断电后数 据不丢失，速度快，但价格较高
RAM用于存储临时数据，速度快，但断 电后数据丢失
嵌入式存储器的选择需要考虑成本、性 能、功耗等因素
嵌入式输入输出接口
输出接口：用于输出处理结 果，如显示器、扬声器、 LED灯等
输入接口：用于接收外部信 号，如键盘、鼠标、传感器 等
接口类型：串行接口、并行 接口、USB接口、I2C接口
等
接口功能：数据传输、控制 信号、电源管理等
嵌入式电源与接地
电源管理：确保系统稳定运行，降低功耗 电源设计：考虑电源电压、电流、稳定性等因素 接地设计：确保系统安全，防止电磁干扰 电源保护：防止电源异常导致的系统损坏
Part Four
嵌入式系统软件结 构
应用程序：实现特定功能，如数据采 集、数据处理等
Part Five
嵌入式系统的性能 评估与优化
嵌入式系统的性能指标
资源利用率：系统对硬件资 源的使用效率
吞吐量：系统在单位时间内 处理的数据量
响应时间：系统对输入信号 的反应速度
稳定性：系统在长时间运行 中的稳定性和可靠性
功耗：系统在运行过程中消 耗的能源
嵌入式系统在智能制造领域的应用前景
智能化生产：通过嵌入式系统实现 生产线的自动化、智能化生产
质量控制：通过嵌入式系统实现产 品质量的实时监控和自动调整，提 高产品质量
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设备监控：通过嵌入式系统实时监 控生产设备的运行状态，提高生产 效率
智能物流：通过嵌入式系统实现物 流的自动化、智能化管理，提高物 流效率
嵌入式处理器的特点包括低功耗、 高集成度、高可靠性和实时性等。
第2讲 嵌入式系统体系结构
– VLIW代码密度最低，因为它的指令字倾向于 采用多字节。
第2讲 嵌入式系统体系结构[23]
2.2.4 主流的嵌入式微处理器
• 目前主流的嵌入式微处理器系列主要有 ARM系列、MIPS系列、PowerPC系列、 Super H系列和X86系列等。
• 属于这些系列的嵌入式微处理器产品很多， 有上千种以上。
– 中断控制器，DMA控制器，协处理器
– 定时器，A/D、D/A转换器
– 多媒体加速器：当高级图形功能需要时
– 总线
– 其他标准接口或外设
第2讲 嵌入式系统体系结构[14]
2.2.3 嵌入式微处理器特点（集成度）
集 成
•
单芯片方式（Single Chip）
度 • 芯片组方式（Chip Set）：由微处理器主芯
– 影响功耗的其他因素还有总线（特别是总线转 换器，可以采用特殊的技术使它的功耗最小） 和存储器的大小（如果使用DRAM，它需要不 断的刷新）。为了使功耗最小，总线和存储器 要保持在应用系统可接受的最小规模。
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第2讲 嵌入式系统体系结构[21]
2.2.3 嵌入式微处理器特点（成本）
成 • 为降低价格，需要在嵌入式微处理器的设计中
<200 MHz
< 600 MHz
晶体管个 数
位数
> 500K 8/16bit
>2M 8/16/32bit
>5M 8/16/32bit
>22M
8/16/32/64b it
第2讲 嵌入式系统体系结构[9]
2.2.2 嵌入式微处理器分类
• 嵌入式微处理器种类繁多，按位数可分为4位、8 位、16位、32位和64位。
– 使用多处理器：采用多处理器的方式满足应用系统的更高要 求。一些嵌入式微处理器采用特殊的硬件支持多处理器。如 TI的OMAP730包括了三个处理器核ARM9、ARM7、DSP。
嵌入式课件(ppt)
嵌入式系统已经广泛应用于各个科技领域和日常生活的每个角落，由于其本 身的特性，使得我们很难发现它的存在。甚至一些从事嵌入式系统开发的科技人 员也只知单片机，不知道嵌入式系统。本节从嵌入式系统的定义开始，阐述嵌入 式系统的含义、特点等，以使读者加深对嵌入式系统的理解。
§1.1.1 嵌入式系统的定义 §1.1.2 嵌入式系统的组成 §1.1.3 嵌入式系统的特点 §1.1.4 嵌入式系统的应用 §1.1.5 嵌入式系统的发展
由上述可以看出，嵌入式系统是一个外延极广的概念，凡是与产品结合在一起的、 具有嵌入式系统特点的系统都可以称为嵌入式系统。
第1章 嵌入式系统设计基础
4
嵌入式系统的组成
嵌入式系统一般有3个主要的组成部分： 硬件。图1.1给出了嵌入式系统的硬件组成。其中，处理器是系统的运算核心； 存储器（ROM、RAM）用来保存可执行代码，以及中间结果；输入输出设备完成 与系统外部的信息交换；其他部分辅助系统完成功能。 应用软件。应用软件是完成系统功能的主要软件，它可以由单独的一个任务来 实现，也可以由多个并行的任务来实现。 实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）。该系统用来管理应 用软件，并提供一种机制，使得处理器分时地执行各个任务并完成一定的时限要 求。
由于对嵌入式系统含义的理解因人而异，所以不同的书籍对嵌入式系统的定义也 不尽相同。下面给出了一些文献中对嵌入式系统的定义：
“Computer as Components – Principles of Embedded Computing System Design”一书的作者Wayne Wolf认为：“什么是嵌入式计算系统？如果不严格地定 义，它是任何一个包含可编程计算机的设备，但是它本身却不是一个通用计算机。”
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Hale Waihona Puke 40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
嵌入式系统组成结构简介
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯