【正文】 嵌入式系統(tǒng)技術(shù) －嵌入式系統(tǒng)概述 佘黎煌 東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 電子信息工程研究所 嵌入式系統(tǒng)概述 ? 嵌入式系統(tǒng)的概念 ? 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，分類及應(yīng)用領(lǐng)域 ? 嵌入式操作系統(tǒng) ? 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 嵌入式系統(tǒng)的概念 (1) 計(jì)算機(jī)的分類： ? 按照計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度、結(jié)構(gòu)規(guī)模、適用領(lǐng)域，分為大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)。 ? 以應(yīng)用分類：分為通用計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī) , 嵌入式計(jì)算機(jī)以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產(chǎn)品和系統(tǒng)中 嵌入式系統(tǒng)的概念 (2) 國(guó)內(nèi)定義： 嵌入式系統(tǒng) （ Embedded Systems） 以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)和具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。 IEEE定義： 用于控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置。 Devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants. 一般定義 “以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?！? 從以下幾個(gè)方面來(lái)理解國(guó)內(nèi)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義： 嵌入式系統(tǒng)是 面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的 ， 它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會(huì)具有生命力、才更具有優(yōu)勢(shì)。可以這樣理解上述三個(gè)方面的含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。 嵌入式系統(tǒng)的概念 ? 嵌入式技術(shù)無(wú)處不在 ? 各種使用嵌入式技術(shù)的電子產(chǎn)品，如：MP PDA、手機(jī)、智能玩具，網(wǎng)絡(luò)家電、智能家電、車載電子設(shè)備等。 ? 在工業(yè)和服務(wù)領(lǐng)域中，大量嵌入式技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)控制、數(shù)控機(jī)床、智能工具、工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等各個(gè)行業(yè)，正在逐漸改變著傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)方式。 2022/2/12 7 自動(dòng)控制領(lǐng)域： 數(shù)控機(jī)床、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、發(fā)電站和電力傳輸、污水處理、自動(dòng)化工廠、石油提煉和貯運(yùn)設(shè)施、建筑設(shè)備、計(jì)算機(jī)輔助制造、能源控制、核電站、機(jī)器人 傳感器 控制器 執(zhí)行單元 家電領(lǐng)域 機(jī)頂盒、 PDA、 DVD、 MP3播放器、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字電視、網(wǎng)絡(luò)冰箱、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)、家庭網(wǎng)關(guān) 交通領(lǐng)域 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、不停車收費(fèi)系統(tǒng)、移動(dòng)電子警察、智能交通路口機(jī)、汽車 Telematics系統(tǒng)、各種汽車ECU 醫(yī)療領(lǐng)域 心臟除顫器、心臟起搏器、病員監(jiān)視系統(tǒng)、 X光設(shè)備、理療控制系統(tǒng)、電磁成像系統(tǒng) 通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域 手機(jī)、交換機(jī)、路由器、 Hub等 后 PC時(shí)代 豐富的嵌入式產(chǎn)品市場(chǎng) 嵌入式視頻服務(wù)器 現(xiàn)代化家庭 ? 嵌入式系統(tǒng)示例 —— 汽車控制系統(tǒng) 馬達(dá) 控制器 車燈 ? 嵌入式系統(tǒng)示例 —— 汽車控制系統(tǒng) 尾燈控制系統(tǒng) 后車門控制系統(tǒng) 前車門控制系統(tǒng) 座椅控制系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)器控制系統(tǒng) 所有的控制系統(tǒng)都是一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)概述 ? 嵌入式系統(tǒng)的概念 ? 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，分類 ? 嵌入式操作系統(tǒng) ? 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) ? 嵌入式系統(tǒng)本質(zhì)上就是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，但與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，它具有以下一些特點(diǎn) （ 1）嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用密切相關(guān)。 嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的。嵌入式處理器的功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等方面均受到應(yīng)用要求的制約。 （ 2）嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)資源有限。 盡管半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展使處理器速度不斷提高，芯片上存儲(chǔ)器容量不斷增加，但在大多數(shù)應(yīng)用中，存儲(chǔ)空間仍然是寶貴的，另外還有實(shí)時(shí)性的要求。為此要求程序的編寫(xiě)質(zhì)量和編譯工具的質(zhì)量要高，以減少程序二進(jìn)制代碼長(zhǎng)度，提高執(zhí)行速度。 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) （ 3）嵌入式系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)約束。 嵌入式系統(tǒng)很多是實(shí)時(shí)系統(tǒng)。在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，對(duì)重要性各不相同的任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度是保證每個(gè)任務(wù)及時(shí)執(zhí)行的關(guān)鍵，單純通過(guò)提高處理器速度是無(wú)法完成和沒(méi)有效率的，這種任務(wù)調(diào)度只能由優(yōu)化編寫(xiě)的系統(tǒng)軟件來(lái)完成，因此系統(tǒng)軟件的高實(shí)時(shí)性是基本要求。 （ 4）需要交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境和調(diào)試工具。 嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開(kāi)發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后，用戶通常也不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改，必須有一套開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這些工具和環(huán)境一般是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號(hào)示波器等。 硬件組成 嵌入式處理器 存儲(chǔ)器 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 外圍接口 軟件 硬件單元 中央處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行。 括微處理器、微控制器、DSP處理器、專用處理器、SOC(System on Chip) 存儲(chǔ)器按存儲(chǔ)信息的功能可分為只讀存儲(chǔ)器ROM（ Read Only Memory）和隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM（ Random Access Memory） 嵌入式系統(tǒng)中的輸入形式一般包括觸摸屏、語(yǔ)音輸入、按鍵和虛擬鍵盤 輸出設(shè)備則主要有LCD 顯示和語(yǔ)音輸出 外圍接口主要有 GPIO、串口、 I2C總線、USB總線和IEEE 1394總線等等 ? 嵌入式系統(tǒng)的分類 嵌入式系統(tǒng)的硬件 嵌入式微控制 （ MCU） 嵌入式 DSP處理器 (DSP) 嵌入式微處理器 MPU 嵌入式片上系統(tǒng) （ SOC） 嵌入式處理器 ? 嵌入式處理器 —— 嵌入式微處理器 CPU ROM RAM 外設(shè) 1 外設(shè) 2 單板計(jì)算機(jī) 嵌入式系統(tǒng)的分類 ? 嵌入式微處理器 (Microprocessor Unit, MPU) Intel: x86（ Am186/8 386EX） Atom （凌動(dòng)） Motolora: PowerPC Motolora 68K/ColdFire/Dragball MIPS: MIPS ARM: ARM Intel: XSCALE Intel 凌動(dòng)處理器 ? Intel Atom產(chǎn)品主要分為五大系列： ? 一、 N系列：主要面向上網(wǎng)本（ Netbooks）。 該系列產(chǎn)品主要有 N270/N450/N455等 ， ? 二、 D系列：主要面向入門臺(tái)式機(jī)（ Nettops），功耗稍大 。 D525,D425 ? 三、 Z系列：主要面向平板機(jī)和掌上電腦（Handhelds），功耗低 。 Z510,Z530 ? 四、 E系列：主要面向嵌入式設(shè)備（ Embedded） 。 E680,E660 ? 五、 CE系列：主要面向消費(fèi)電子設(shè)備（ Consumer Electronics） 。 主要型號(hào)有： Atom CE4100/CE4200等 Intel 凌動(dòng)處理器 ? 體積小，攜帶方便，功能適中，支持無(wú)線上網(wǎng)，價(jià)格便宜 ,這類 7英寸 筆記本 稱為上網(wǎng)本。九成 ? MID，即 Mobile Inter Device， 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備 ， 2022年 英特爾 推出的一種新概念迷你 筆記本電腦 。在英特爾