嵌入式系统概论(1).ppt
(完整版)三级嵌入式系统
三级嵌入式系统学习总结一第一章1.嵌入式系统概论嵌入式系统中的软件一般都固化在只读存储器中，用户不能随意更改其中的程序功能。
嵌入式系统的逻辑组成：1）处理器2）存储器3）I/O设备与I/O接口4）数据总线5）软件嵌入式处理芯片有四种类型：1）微处理器2）数字信号处理器3）微控制器（单片机）4）片上系统微控制器MCU的低端产品并不会因为高端产品的出现而衰落在32位MCU中，绝大多数使用RAM内核EDA：电子设计自动化IP核可以分为三种：软核、硬核、固核2.嵌入式系统与数字媒体计算机中常用的最广泛的西文字符及其编码是ASCII字符集和ASCII码，即美国标准信息交换码，共有128个字符，一个字符占一个字节。
我国目前广泛使用的汉字编码国家标准有GB2312和GB18030GB2312只有6763个汉字，不够用GB18030字符集与国际标准UCS/Unicode字符集基本兼容。
GB18030采用不等长的编码方法，单字节编码表示ASCII码，双字节编码表示汉字，与GB2312保持向下兼容，四字节编码表示其他字符Unicode最新版本是6.3。
UCS/Unicode在计算机中具体实现时采用不同的编码方案，最常用的是UTF-8和UTF-16，UTF-8采用的是单字节可变长编码；UTF-16采用的是双字节可变长编码文本的类型可以分为简单文本、丰富格式文本、超文本图像的数据量=图像水平分辨率*图像垂直分辨率*像素深度/8（像素深度指的是每个像素用多少个二进制数来表示）数字视频的数据量非常大，在进行传输时必须进行压缩，压缩编码标准是国际标准化组织（ISO）制定的，其名称为MPEG。
无线局域网采用的协议主要是IEEE 802.11（俗称WIFI）3.数字通信与计算机网络微波是一种300MHz-300GHz的电磁波计算机网络的组成：1）计算机等智能电子设备2）数据通信链路3）通信协议4）网络软件以太局域网：1）发送数据设备必须把要传输的数据分成小块（帧）进行传输，一次只能传输1帧；2）局域网中的每一个终端都有自己唯一的标识，称为物理地址或MAC地址，在发送的每一帧数据中，必须包含自己的MAC地址和接收终端的MAC地址3）IP协议定义了主机的概念，所有主机及使用一种统一格式的地址标识，称为IP地址。
嵌入式系统与普适计算(1,2)
§1.2 嵌入式系统概论
什么是嵌入式计算系统呢？广义地说，它是 任意包含一个可编程计算机的设备，但是这 个设备不是作为通用计算机而设计的。既嵌 入式计算系统是嵌入在其他设备中，起智能 控制作用的专用计算机系统。一台通用个人 电脑不能称为嵌入式计算系统，尽管有时会 把它嵌入到某些设备中。而一台包含有微处 理器的打印机、数码像机就可以算嵌入式计 算系统。我们后面把嵌入式计算系统就简称 为嵌入式系统。
（续）
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ARM9的每个地址是对应于一个存储字节而 不是一个存储字，但ARM9可以访问存储字， 访问存储字时，其地址应该是字对准的，既 字地址可以被4整除。也就是说，若第1个字 在存储空间中是在第0个地址对应的单元（32 位），那么，第2个字则应在第4个地址对应 的单元，第3个字在第8个地址对应的单元， 以此类推。一个字（32位二进制数）是由4个 字节组成，假如某个字其地址是X（X能被4 整除），那么，该字的4个字节对应的地址是 X、X+1、X+2、X+3。
§2.1 ARM9微处理器概况
ARM9系列微处理器是低功耗的32位RISC结 构，最适合要求低成本、低功耗的消费类应 用产品，是目前应用最广泛、高性价比的嵌 入式处理器。国际许多著名的IT芯片制造公司， 基于ARM9处理器核生产了多种微控制器芯片， 如三星公司的S3C2410、Atmel公司的 AT91RM9200、Intel公司的PXA255、Motorola 公司的MC9328、Cirrus Logic公司的EP93XX系 列、等等。
（续）
比较著名和流行的嵌入式操作系统有： Windows CE； VxWorks； 嵌入式Linux；
嵌入式计算的特点
嵌入式系统是以微处理器为核心的，嵌 入在其他设备中的专用计算机系统。它 设计中所面临的问题有许多是计算机系 统设计中所面临的共性问题。但由于嵌 入式系统并不是独立的，它与所嵌入的 设备紧密关联，因此，与通用台式计算 机比较而言，它的设计还是具有许多特 殊性。
ARM嵌入式LINUX应用程序设计PPT课件
嵌入式软件测试中经常用到的测试工具： ➢ 内存分析工具 ➢ 性能分析工具 ➢ 覆盖分析工具 ➢ 缺陷跟踪工具
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嵌入式Linux面临的挑战
1
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Linux的实时 扩充性
改变Linux内核 体系结构
完善Linux的集 成开发环境
Solution
➢ 扩展 Linux 的实时 性能
向外扩展 向上扩展
页式存储管理机制 页表
硬件无关部分
进程的映射和逻辑内存的对换
硬件相关部分
为内存管理硬件提供了虚拟接口
每个进程保留一张页表，用于将本进程 空间中 的虚拟地址变换成物理地址。
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进程调度
当需要选择下一个进程运行时，由调度程序选择最值得运行的进程，依 据每个进程的task_struct结构
交叉开 发环境
开放类型
GNU工具链
➢ 常用的交叉开发环
境主要有开放和商
业两种类型。开放 Metrowerks CodeWarrior
6 第三章 嵌入式软件系统-硬件抽象层 板级支持包
硬件抽象层/板级支持包 硬件抽象层 板级支持包 BSP的特点 的特点 BSP具有硬件相关性 具有硬件相关性 •BSP作为软硬件间的接口，必须为操 作为软硬件间的接口， 作为软硬件间的接口 作系统提供操作和控制硬件的方法 •而嵌入式系统的硬件环境具有应用相 而嵌入式系统的硬件环境具有应用相 关性。 关性。
硬件抽象层/板级支持包 硬件抽象层 板级支持包 BSP与BIOS的差异 与 的差异 用户不能更改BIOS程序，只能对参数 程序， 用户不能更改 程序 进行修改设置 但可编程修改BSP，在BSP中任意添加 但可编程修改 ， 中任意添加 一些和系统无关的驱动或程序， 一些和系统无关的驱动或程序，甚至可 以把上层开发统统放到BSP中。 以把上层开发统统放到 中
硬件抽象层/板级支持包 硬件抽象层 板级支持包 如何解决硬件的差异性？ 如何解决硬件的差异性？ 操作系统供应商为了解决硬件平台的差 异性，把操作系统分成两部分： 异性，把操作系统分成两部分： •共性部分利用标准的 语言实现 共性部分利用标准的C语言实现 共性部分利用标准的 •依赖于硬件的部分（使用的存储器的 依赖于硬件的部分（ 依赖于硬件的部分 种类和参数，外部设备的配置， 种类和参数，外部设备的配置，地址 分配等）提供给用户编写代码， 分配等）提供给用户编写代码，操作 系统规定一个标准的规范。 系统规定一个标准的规范。
硬件抽象层/板级支持包 硬件抽象层 板级支持包 BSP类似与 类似与BIOS 类似与 BIOS主要负责电脑开启时： 主要负责电脑开启时： 主要负责电脑开启时 •硬件检测 硬件检测 •初始化系统设备 初始化系统设备 •装入操作系统 装入操作系统 •调度操作系统向硬件发出的指令 调度操作系统向硬件发出的指令
硬件抽象层/板级支持包 硬件抽象层 板级支持包 BSP的特点（续） 的特点（ 的特点 BSP具有操作系统相关性 具有操作系统相关性 •不同的操作系统具有各自的软件层次 不同的操作系统具有各自的软件层次 结构 •因此，不同的操作系统具有特定的硬 因此， 因此 件接口形式。 件接口形式。
嵌入式系统
第三节 嵌入式应用软件与开发平台
嵌入式窗口系统 是一种用于控制嵌入式系统中的位映像显示设备与输 入设备的软件系统，管理屏幕、窗口、字体、光标、 入设备的软件系统，管理屏幕、窗口、字体、光标、图形图 像等资源及输入设备。 像等资源及输入设备。 1、图形用户界面系统的层次模型
第三节 嵌入式应用软件与开发平台
第二节 嵌入式系统的组成
3、存储器 主要分为三种： 主要分为三种： 高速缓存（Cache）、片内主存和片外主存、外存。 ）、片内主存和片外主存 高速缓存（Cache）、片内主存和片外主存、外存。 高速缓存： 高速缓存： 高速缓存是存放当前使用最多的程序代码和数据的。 高速缓存是存放当前使用最多的程序代码和数据的。嵌 入式系统中，Cache全部集成在嵌入式微处理器内部 全部集成在嵌入式微处理器内部， 入式系统中，Cache全部集成在嵌入式微处理器内部，可以分 为数据Cache 指令Cache和混合Cache Cache， Cache和混合Cache。 为数据Cache，指令Cache和混合Cache。 主存： 主存： 用来存放系统和用户的程序和数据。 用来存放系统和用户的程序和数据。 外存： 外存： 用来存放不常用的或暂不使用的信息。 用来存放不常用的或暂不使用的信息。
1、运行j2me的嵌入式主要有两大类： 运行j2me的嵌入式主要有两大类： j2me的嵌入式主要有两大类 第一类是受限连接设备：智能手机、PDA等 第一类是受限连接设备：智能手机、PDA等。 第二类是连接设备：车用导航、机顶盒、 第二类是连接设备：车用导航、机顶盒、数字电视以及可视 电话。 电话。
第三节 嵌入式应用软件与开发平台
嵌入式系统设计 嵌入式系统设计
主要讨论两部分内容
嵌入式系统的基本知识 嵌入式系统的开发设计
嵌入式系统原理及开发应用部分课后习题答案
更小，相应的擦除电路更少，每个块的最大擦写次数是一百万次； 使用复杂的 I/O 口来串行地存取数据，各产品或厂商方法可能不同，存在较严
重的位反转问题，必须有错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法； 用在 8MB~2GB 产品中，适合于数据存储，在 CompactFlash、SecureDigital、
天高任鸟飞,海阔凭鱼跃!
复习整理所用(私人整理,仅供参考)
传输效率高，在 1~16MB 小容量时具有很高的成本效益；���带有 SRAM 接口， 有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节
占据了容量为 1~16MB 闪存市场的大部分，主要用作代码存储介质。 NANDFlash 特点：
确定性 保证系统的实时性和可预测性； 系统静态配置：任务的数目、执行时序、所占资源、阻塞、通信延迟等都是确 定的。
4、简述嵌入式系统的发展历程。 1946 年 2 月 14 日，世界第一台计算机诞生，人类信息时代到来 20 世纪 60 年代初，嵌入式系统开始萌芽 标志：以晶体管、磁芯存储为基础的计算机被应用于航空、航天、工业控制等 领域。 典型应用：美国海军舰载轰炸机用多功能数字分析仪、导弹发射控制、美国某 乙烯厂 DDC 工业装置、ApolloGuidance、控制电话的电子式机械交换机等。 特点：价格昂贵、系统结构简单、功能单一、处理效率低、存储容量小、用户 接口很少。 20 世纪 70 年代初至 80 年代中期，嵌入式系统进入简单系统阶段 标志：相继出现 Intel4004、4084、8051，Motorola 公司 68HC05，Zilog 公司 的 Z80 等嵌入式微处理器，系统中无或具有简单操作系统。 典型应用：被广泛应用于家用电器、医疗仪器、仪器仪表、交通运输等领域， 例如：电算机(日本 Busicom 公司基于 4004)、微控制器取代旋钮控制的电位计 和可变电容器、1982 年出现首枚多媒体应用的 DSP 芯片等。 特点：微处理器种类繁多、通用性差、价格便宜；系统开销小、效率高等。 20 世纪 80 年代中期至 90 年代末，嵌入式系统进入 RTOS 阶段 标志：嵌入式操作系统被广泛使用，嵌入式应用开始普及。 典型应用：应用领域进一步扩大，例如：手机、数码产品、路由器、交换机、 汽车电子产品等。 特点：嵌入式操作系统内核小、效率高、高度模块化、可扩展；微处理器兼容 性好；为应用程序的开发提供了大量的 API 和 IDE 工具等。 20 世纪 90 年代末至今，嵌入式系统进入网络化阶段 标志：嵌入式设备的网络化和 Internet 接入，正在蓬勃发展…… 典型应用：Internet 技术与嵌入式应用产品的结合，例如：无线终端、平板电 脑、智能手机、智能家电、智能汽车…… 特点：32bit 微处理器占主导地位、嵌入式操作系统从简单走向成熟、与网络
嵌入式系统
第3章嵌入式系统随着信息技术的发展，嵌入式系统的应用越来越广，同时，在我国软件产业发展的规划中，也把嵌入式系统应用软件作为一个重点发展方面。
因此，系统架构设计师必须熟悉有关嵌入式系统的基础知识，掌握嵌入式系统架构设计技术。
根据考试大纲，本章要求考生掌握以下知识点：（1）信息系统综合知识：包括嵌入式系统的特点、嵌入式系统的硬件组成与设计、嵌入式系统应用软件及开发平台、嵌入式系统网络、嵌入式系统数据库、嵌入式操作系统与实时操作系统。
（2）系统架构设计案例分析：包括实时系统和嵌入式系统特征、实时任务调度和多任务设计、中断处理和异常处理、嵌入式系统开发设计。
3.1嵌入式系统概论嵌入式系统是一种以应用为中心，以计算机技术为基础，可以适应不同应用对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面的要求，集可配置可裁减的软、硬件于一体的专用计算机系统。
它具有很强的灵活性，主要由嵌入式硬件平台、相关支撑硬件、嵌入式操作系统、支撑软件以及应用软件组成。
3.1.1 嵌入式系统的特点嵌入式系统具有以下特点：（1）系统专用性强。
嵌入式系统是针对具体应用的专门系统。
它的个性化很强，软件和硬件结合紧密。
一般要针对硬件进行软件的开发和移植，根据硬件的变化和增减对软件进行修改。
（2）软、硬件依赖性强。
嵌入式系统的专用性决定了其软、硬件的互相依赖性很强，两者必须协同设计，以达到共同实现预定功能的目的，并满足性能、成本和可靠性等方面的严格要求。
（3）系统实时性强。
在嵌入式系统中，有相当一部分系统对外来事件要求在限定的时间内及时做出响应，具有实时性。
（4）处理器专用。
嵌入式系统的处理器一般是为某一特定目的和应用而专门设计的，通常具有功耗低、体积小、集成度高等优点，能够把许多在通用计算机上需要由板卡完成的任务和功能集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统的小型化和移动能力的增强。
80系统架构设计师考试全程指导（第2版）（5）多种技术紧密结合。
嵌入式系统通常是计算机技术、半导体技术、电力电子技术及机械技术与各行业的具体应用相结合的产物。
计算机三级嵌入式考点总结
计算机三级嵌入式考点总结●第一章嵌入式系统概论●常考知识点●嵌入式系统的特点、分类、发展、应用，以及嵌入式系统的逻辑组成●嵌入式处理芯片的主要类型，SoC的开发流程，IP核的重要意义●中西文字的编码和数字文本的类型与处理，掌握数字图像的参数、文件格式及主要应用●计算机网络的分类和组成，IP协议的主要内容，互联网的组成和常用接入技术●考点一嵌入式系统及其应用●1.什么是嵌入式系统●嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称。
是嵌入在设备(或系统)内部，为特定应用而设计开发的专用计算机系统●2.嵌入式系统的共同特点●1）专用性●2）隐蔽性●3）资源受限●4）高可靠性●5）实时性●6）软件固化●3.嵌入式系统的应用●1）消费类应用产品●1）冰箱、洗衣机、空调等“白色家电”●2）电视机、机顶盒、数码相机等“数码产品”●2）产业类应用产品●1）数控机床、工业机器人等“工业设备”●2）汽车、飞机等“运输工具”●3）X光机、监护仪等“医疗电子设备”●3）业务类●......●4）军用类●......●ps：巨型机不属于嵌入式系统●考点二嵌入式系统的组成●嵌入式系统的逻辑组成●嵌入式系统由软件和硬件组成●硬件的主体是中央处理器和储存器，它们通过I/O接口和输入/输出设备与外部世界联系，借助总线互相连接●如图：●嵌入式系统的组成●1.处理器●按照指令高速完成二进制数据算数和逻辑运算的部件成为“处理器”，由运算器、控制器、寄存器、高速缓冲储存器(缓存,Cache)等部件组成●分类●中央处理器(CPU)●负责运行系统软件和应用软件的主处理器●协处理器●数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)●图形处理器(GPU)●通信处理器●CPU特点●字长：指的是CPU中通用寄存器和定点运算器的二进制宽度●CPU字长：4位、8位、16位、32位、64位●CPU性能：程序执行速度的快慢●影响程序执行速度的因素●主频、指令系统、缓存的容量和逻辑结构●2.存储器●存储器的任务：存储程序和数据●存储器的分类●易失型存储器(内存)●静态随机存取存储器(SRAM)●动态随机存取存储器(DRAM)●非易失型存储器(外存)●电擦可编程只读存储器(EEPROM)●闪存存储器(Flash ROM)●磁盘、光盘存储器等●固态硬盘(SSD)●3.I/O设备和I/O接口●分类●人机交互设备：键盘、鼠标、触摸屏等●机机交互设备：各类传感器等●类型●按数据传输速率：可分为低速和高速●按数据传输方式：可分为串行和并行●按是否需要物理连接：分为有线和无线●按是否能连接多个设备：分为有总线式和独占式●常用I/O接口●通用串行总线式接口：USB2.0、USB3.0、IEEE 1394、以太网接口等●异步串行接口：RS-232-C、RS-485等●视频信号接口：视频图形阵列接口(VGA)、数字视频接口(DVI)、高清晰度多媒体接口(HDMI)等●工业总线接口：控制器局域网接口(CAN)、1553B接口、局域互联网接口(LIN)等●无线接口：红外线接口(lrDA)、蓝牙接口、Zigbee接口、WiFi接口等●4.数据总线●简称总线，嵌入式系统各个组件之间传输数据的一条传输通路，由传输线和控制电路组成。