【正文】 1 嵌入式系統(tǒng)設計與實例開發(fā) ——ARM與 ?C/OSⅡ 第一講 引言 北京航空航天大學 嵌入式機電控制研究室 魏洪興 2 掌握一種學習方法 學習了解嵌入式技術研發(fā)的基本概念、方法和知識 獲得嵌入式開發(fā)設計實踐經(jīng)驗 獲得學分 希望大家有所收獲 3 課程目的 ? 本課程圍繞基于 ARM的微處理器和實時操作系統(tǒng) ?C/OS，介紹了嵌入式系統(tǒng)前沿發(fā)展趨勢，理解其設計方法，學會嵌入式編程技術。 ? 課程采用講課與實驗相結(jié)合的方式。 ? 著重培養(yǎng)學生的實際動手能力，通過熟悉開發(fā)環(huán)境與開發(fā)流程、編程實踐等基礎實驗，使學生能夠掌握嵌入式系統(tǒng)設計的基本方法。此外還增加了網(wǎng)絡接口設計、嵌入式游戲開發(fā)等開放式實驗，供基礎較好的學生深入學習 。 ? 學生基礎：是否學過 C語言、微機原理或是單片機等 4 課程大綱（約 24學時） 課件題目 課時數(shù) 課件內(nèi)容 1．引言 3 嵌入式系統(tǒng)技術前沿、應用領域、發(fā)展趨勢及相關領域研究成果 2．嵌入式系統(tǒng)的基本知識 3 嵌入式系統(tǒng)的特點、分類、基本概念 3．嵌入式實時操作系統(tǒng) 6 介紹主流實時操作系統(tǒng)，深入分析嵌入式實時操作系統(tǒng) ?C/OS，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、實時性及應用 4． ARM微處理器體系結(jié)構(gòu) 3 介紹主流硬件平臺，詳細介紹 ARM微處理器的體系結(jié)構(gòu)、功能及應用 5．嵌入式系統(tǒng)的設計方法 3 以一個典型應用為例，介紹嵌入式系統(tǒng)設計的一般方法， 6．嵌入式系統(tǒng)的硬件設計 3 介紹外圍接口設計，以 LCD、觸摸屏為例，著重講解人機交互接口設計 7．嵌入式系統(tǒng)編程 3 介紹嵌入式軟件的體系結(jié)構(gòu)，著重講解嵌入式 GUI的編程方法 8．嵌入式技術研討 3 選擇 58名有嵌入式開發(fā)經(jīng)驗的學生做報告，師生點評，探討。 9．考試 2 5 實驗大綱（約 12學時） 實驗題目 分類 實驗內(nèi)容 ARM SDT 基本知識 介紹嵌入式開發(fā)一般流程，并介紹開發(fā)過程中使用的軟件和硬件的安裝與調(diào)試，學生通過該實驗可以了解和熟悉嵌入式的軟硬件平臺。 開發(fā)基本的嵌入式應用程序 基本知識 通過一個最簡單，最基本的嵌入式應用程序，介紹基本的嵌入式應用程序的開發(fā)方法。 交通管制信號燈模擬實驗 ——I/O接口 基礎技能 通過模擬交通燈，掌握 ARM中 I/O接口的使用，以實現(xiàn)對外圍設備開關量的控制。 模擬電子畫板實驗 ——觸摸屏應用 基礎技能 通過在觸摸屏上開發(fā)一個電子畫板，掌握觸摸屏的設計使用方法。 ARM的圖形界面設計實驗 ——API繪圖函數(shù) 基礎技能 通過使用 API函數(shù)，實現(xiàn)一個嵌入式用戶圖形界面。 基于 ARM的多通道儀表信號采集實驗 ——多任務與 A/D轉(zhuǎn)換 基礎技能 本實驗用多任務模擬一個多通道的儀表信號采集器，根據(jù)優(yōu)先程度的不同，對儀表信號進行監(jiān)控。 基于局域網(wǎng)的電子菜單設計 綜合應用 設計一個基于局域網(wǎng)的電子點菜 PDA，可以直接查看菜譜，進行實時點菜，所涉及技術點包括網(wǎng)絡、觸摸屏、 LCD顯示等。 游戲圖形界面的 LCD控制與應用 綜合應用 設計一個嵌入式游戲，如俄羅斯方塊、貪吃蛇等 注： 實驗 16由學生根據(jù)自己情況選做，要求在課內(nèi) 12個學時內(nèi)完成； 實驗 78為大作業(yè)題目，要求在課外完成； 6 1. 王田苗 主編 . 嵌入式系統(tǒng)設計及實例開發(fā) —— ARM與μC/OS Ⅱ （第二版） . 北京：清華大學出版社， 2．（美） Jean , 邵貝貝譯 . μC/OS Ⅱ ——源碼公開的實時嵌入式操作系統(tǒng) . 北京：中國電力出版社， 3. 馬忠梅等著 . ARM嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)。北航出版社 參考資料 7 ? 主講 :魏洪興 （北航機器人研究所 講師 /博士后） ? 實驗指導 :王斌（博士研究生） ? 答疑 Tel: （ 010） 82338271 Email: 學習論壇： 授課老師與實驗答疑 8 一、考核方式：平時作業(yè)（占 10%） +大作業(yè)（占 40%） +筆試（ 50%） ? 平時作業(yè)： 23次， 1次書面作業(yè)， 12次實驗報告； ? 大作業(yè)（大實驗）：每兩人一組，在嵌入式實驗系統(tǒng)上設計一個小游戲，如搬運工、貪吃蛇、俄羅斯方塊等，最后提交設計說明書，實驗源代碼； ? 筆試：占 50%； 二、評分標準：百分制 考核方式和評分標準 9 您預期的收獲 通過本門課程的學習，你將獲得以下知識： ? 提高 C語言編程能力（期望值：★★★） ? 學會使用實時操作系統(tǒng)，了解多任務（期望值：★★） ? 了解嵌入式軟件開發(fā)流程（期望值：★） ? 掌握基本嵌入式硬件知識（期望值：★★） ? 獨立或合作開發(fā)出嵌入式游戲（期望值：★★★） ? 掌握嵌入式軟件編程（期望值：★★★） ? 掌握硬件設計知識（期望值：★★★★） ? 學會操作系統(tǒng)移植（期望值：★★★★） ? 成為嵌入式系統(tǒng)設計高手（期望值：★★★★★） 10 本節(jié)提要 1 3 2 5 4 為什么要學習嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)的定義、特點及架構(gòu) 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 嵌入式系統(tǒng)與單片機、 PC的區(qū)別 嵌入式系統(tǒng)的應用領域 11 一、為什么要學習嵌入式技術 ? 市場需求－中國具有世界最大嵌入式技術市場，將成為世界第一，手持儀器設備、信息家電、城市建設、工業(yè)控制、軍事應用， …… ，嵌入式技術無處不在 。 ? 企業(yè)人才需求－軟硬件設計人才，應用開發(fā)人才，綜合性人才， …… ? 技術發(fā)展趨勢要求－ 8位、 16位、 32位，實時操作系統(tǒng)， …… 12 ? 美國著名未來學家尼葛洛龐帝 99年 1月訪華時預言， 4～ 5年后嵌入式智能（電腦 ) 工具將是 PC和因特網(wǎng)之后最偉大的發(fā)明。 ? 嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過了 1萬億美元，它正在成為信息技術（ IT）產(chǎn)業(yè)爭奪的重點之一。 ? 每年只有 10%20%的計算機芯片用于臺式機或筆記本電腦等，這就意味著每年有 100億塊 CPU是為嵌入式系統(tǒng)設計制造的：每年有超過 1萬個新的嵌入式系統(tǒng)計劃產(chǎn)生。 ? 未來 5年僅基于嵌入式計算機系統(tǒng)的全數(shù)字電視產(chǎn)品，就將在美國產(chǎn)生一個每年 1500億美元的新市場。 ? 據(jù)說， “ 福特出售的 ‘ 計算能力 ’ 已超過了 IBM”，由此可以想見嵌入式計算機工業(yè)的規(guī)模和廣度。 嵌入式技術正在形成一種產(chǎn)業(yè) 13 ? 它們被廣泛地應用到工業(yè)控制系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、信息家電、通信設備等眾多領域中。 ? PDA在顯示屏幕上已實現(xiàn)漢字寫入、短消息語音發(fā)布，作為企業(yè)專用解決方案，如物流管理、條碼掃描、移動信息采集等 ? 自動控制領域，不僅可以用于 ATM機，自動售貨機，工業(yè)控制等專用設備，和移動通訊設備結(jié)合、 GPS、娛樂相結(jié)合，硬件方面，不僅有各大公司的微處理器芯片，還有用于學習和研發(fā)的各種配套開發(fā)包。 ? 尤其是在最近幾年，嵌入式設備不斷地進入到新的應用領域，比如 PDA、手持設備、 AutoPC、智能電話和機項盒（ STB）等。 嵌入式技術正在形成一種產(chǎn)業(yè) 14 ? 在通信領域，數(shù)字技術正在全面取代模擬技術。在廣播電視領域，美國已開始由模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變，歐洲的 DVB（數(shù)字電視廣播）技術已在全球大多數(shù)國家推廣。 ? 北京數(shù)字電視，鳳凰數(shù)字衛(wèi)視，高清晰、互動點播、機頂盒。 ? 在中國有 8000萬有線電視網(wǎng)用戶， 1億以上的有線電話網(wǎng)用戶，為其發(fā)展提供了巨大市場。 ? 針對如此巨大的市場，嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)也給我國信息產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展提供了良好的機遇。 嵌入式技術正在形成一種產(chǎn)業(yè) 15 ? 據(jù)國外某研究機構(gòu)的統(tǒng)計， 1999年，嵌入式操作系統(tǒng)全球產(chǎn)值 ，比 1998年的 %。而另一研究機構(gòu)則預計，從 1997年到 2022年，嵌入式系統(tǒng)市場將以年均 240％的速度增長， 2022年的市場規(guī)模將達到 317億美元