【正文】 電腦中 (象手寫紙一樣 )等等，隨用隨取、伸手可及 ” 。 勇氣號 2022/4/15 17 自 1997年 10月 15日發(fā)射以來，經(jīng)歷了 7年 35億公里航程的卡西尼號太空船在2022年 7月 1日 10時 30分進入土星軌道，開始進行人類有史以來對土星及其 31顆已知衛(wèi)星最詳盡的探測。飛機： F14D戰(zhàn)斗機 20架， F/A18戰(zhàn)斗機 36架， E2C預警機和 EA6B電子干擾機各 4架， 6架 S3B反潛機， 6架直升機， 2架 ES3A。 2022/4/15 26 嵌入式系統(tǒng)定義 ? IEEE: ―Device used to control， monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants‖. ? 嵌入式系統(tǒng)是以應用為 中心 、以計算機技術(shù)為 基礎(chǔ) 、軟件硬件 可裁剪 、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格 要求 的專用計算機系統(tǒng)。 ? 按其體系結(jié)構(gòu)、運算速度和結(jié)構(gòu)規(guī)模等因素分為大、中、小型機和微機。 ? 軟件和硬件相對獨立。 二次開發(fā)性 ? 應用程序可重新編制 ? 一般不能再編程 2022/4/15 29 嵌入式系統(tǒng)的組成 ? 嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式硬件和軟件 組成 ? 硬件以 微處理器為核心 集成存儲器和系統(tǒng)專用的 輸入 /輸出設(shè)備 ? 軟件包括： 初始化代碼 及驅(qū)動 、 嵌入式操作系統(tǒng) 和應用程序 等，這些軟件有機地結(jié)合在一起，形成系統(tǒng)特定的一體化軟件。1962年一個美國乙烯廠實現(xiàn)了工業(yè)裝置中的第一個直接數(shù)字控制 (DDC)。 ? 1963年 DEC公司推出 PDP8并發(fā)展成 PDP11系列 ，成為工業(yè)生產(chǎn)集中控制的主力軍 。 ? 僅 8085/Z80微處理器的銷售就超過 7億片 ,其中大部分是用于嵌入式工業(yè)控制應用 。 ? 由于兼容的要求 ， 這就導致了工業(yè)控制微機系統(tǒng) 總線 的誕生 。 ? 目前在工業(yè)控制領(lǐng)域 ， 嵌入式 PC、 PC10 CPCI（ Compact PCI） 總線已廣泛應用到工業(yè)控制領(lǐng)域 。 ? 由于微電子技術(shù)的進步 ， 對軟件的時空效率的要求不再那么苛刻了 ， 嵌入式計算機的軟件開始使用PL/M、 C等高級語言 。 ?Ready System(后來的 Microtec Research、 后來又被 Mentor Graphic收購 )公司 :VRTX操作系統(tǒng)及Xray, Spectra工具 ?Integrated System Incorporation (ISI， 后被WindRiver公司合并 ):pSOS操作系統(tǒng)及 pRISM工具 ?WindRiver公司 :VxWorks操作系統(tǒng)及 Tornado工具 ?QNX公司 :QNX操作系統(tǒng)及工具 ? 商用嵌入式實時操作系統(tǒng)和開發(fā)工具的出現(xiàn)和推廣應用 ， 使 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)從作坊式向分工協(xié)作規(guī)模化的方向發(fā)展 ， 促使嵌入式應用擴展到更廣闊的領(lǐng)域 。 ? 最新的波音 777寬體客機上約有 1000個微處理器。 ? DSP向高速、高精度、低功耗發(fā)展。 ?嵌入式系統(tǒng)的軟件 ?隨著微處理器性能的提高，嵌入式軟件的規(guī)模也隨著發(fā)生指數(shù)型增長。 ? 嵌入式操作系統(tǒng)功能不斷的擴大和豐富，由 80年代只有內(nèi)核、發(fā)展為包括內(nèi)核、網(wǎng)絡(luò)、文件、圖形接口、嵌入式 JAVA、 嵌入式 CORBA及 分布式處理 等豐富功能的集合。 ? 嵌入式軟件是應用程序和操作系統(tǒng)兩種軟件的一體化程序。大家分工協(xié)作，形成多贏模式。并對實時的強度要求各不一樣，可分為 硬實時和軟實時 。 ?大多數(shù)商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng)可同時支持不同種類的嵌入式微處理器 。 2022/4/15 52 6)開發(fā)需要專門工具和特殊方法 ?多數(shù)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)意味著軟件與硬件的并行設(shè)計和開發(fā)，其開發(fā)過程一般分為幾個階段： ?產(chǎn)品定義 ?軟件與硬件設(shè)計與實現(xiàn) ?軟件與硬件集成 ?產(chǎn)品測試與發(fā)布 ?維護與升級 2022/4/15 53 6)開發(fā)需要專門工具和特殊方法 ? 由于嵌入式系統(tǒng)資源有限，一般 不具備自主開發(fā)能力 ，產(chǎn)品發(fā)布后用戶通常也 不能對其中的軟件進行修改 ，必須有一套專門的開發(fā)環(huán)境。 ? 弱實時系統(tǒng) , 其系統(tǒng)響應時間約為數(shù)十秒或更長 。 2022/4/15 59 按嵌入式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)來分類 循環(huán)輪詢系統(tǒng) 有限狀態(tài)機系統(tǒng) : 數(shù)字電路中講過 前后臺系統(tǒng) 單處理器多任務系統(tǒng) 多處理器多任務系統(tǒng) 2022/4/15 60 循環(huán)輪詢系統(tǒng) 初始化 處理 1 事件 1 處理 2 事件 2 N Y Y N 程序依次檢查系統(tǒng)的每一個輸入條件，一旦條件成立就立即進行相應的處理。 ? 對于大量的 I/O服務的應用，不容易實現(xiàn)。 ?當有一前臺事件 (外部事件 )發(fā)生時 ， 引起中斷 , 進行前臺處理 , 處理完成后又回到后臺(通常又稱主程序 )。 每個任務是順序執(zhí)行的，并行性通過操作系統(tǒng)來完成，任務間的 相互通信 和 同步 也需要操作系統(tǒng)的支持。 因此 ， 需要 RTOS來對這些共享的設(shè)備和數(shù)據(jù)進行管理 。 ? 保證系統(tǒng)的實時性 。 ? 需要對每一個共享資源互斥。 ?宏觀上看是并發(fā)的 ， 微觀上看也是并發(fā)的 。 一些電子學理論的知識：比如電阻、電容、電感、理解電路原理圖等。 ? 據(jù)歐盟的統(tǒng)計： ? 2022年全球大概有 80億片嵌入式微處理器， 2022年，達到 160億片，地球上的人平均擁有 3個嵌入式微處理器； ? 在航空電子中，嵌入式軟件的開發(fā)成本占整個飛機研制成本的 50%；對于汽車工業(yè)，汽車電子在整車價值中的比例逐年提高，將從 1997年的 20%提升到 2022年的 3340%； ? 消費電子數(shù)量越來越大， 2022年，僅 數(shù)字家庭 在美國的銷售額就達到 2022億歐元左右。就寬帶上網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 ADSL Router而言，國外現(xiàn)在每月需要 600K的數(shù)量。 ? 據(jù)預測 ， 21世紀初美國接入 Inter的汽車將有一億輛 。 ? 統(tǒng)一的行業(yè)標準具有 開放、設(shè)計技術(shù)共享、軟硬件重用、構(gòu)件兼容、維護方便和合作生產(chǎn)的特點 ，是增強行業(yè)性產(chǎn)品競爭能力的有效手段。 處理器 外設(shè) 存儲器 I/O “System on board” “System on chip” USB 以太網(wǎng) memory 2022/4/15 86 External Memory CPU Address Data Cache Bus Interface Write Buffer MMU / MPU R R W W W W (R/W) 外設(shè) 如 USB、 LCD 控制器等 擴展芯片 內(nèi)核（ core） 處理器存儲器子系統(tǒng) SoC的片內(nèi)外設(shè) 系統(tǒng)的片外設(shè)備 處理器（ Processor） 芯片（ SoC） 系統(tǒng)（ System） 2022/4/15 87 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：趨勢 2022/4/15 88 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：趨勢 ? 嵌入式應用軟件的開發(fā)需要強大的開發(fā)工具和操作系統(tǒng)的支持 ?采用實時多任務編程技術(shù)和交叉開發(fā)工具技術(shù)來控制功能復雜性，簡化應用程序設(shè)計、保障軟件質(zhì)量和縮短開發(fā)周期。 2022/4/15 91 互聯(lián)的價值 ? 嵌入式設(shè)備的互聯(lián)性可提高對各種服務、內(nèi)容和信息的訪問能力 ? 為動態(tài)修改嵌入式軟件提供了可能，如 : –修改系統(tǒng)代碼或 “ 固件” –增添新的應用軟件模塊 ? 增強了系統(tǒng)和設(shè)備的可管理性 2022/4/15 92 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 ：趨勢 ? 嵌入式系統(tǒng)向新的嵌入式計算模型方向發(fā)展 ￣ 支持自然的人機交互和互動的、圖形化、多媒體的嵌入式人機界面。嵌入式系統(tǒng)可支持二次開發(fā)，如采用嵌入式 Java技術(shù)，可動態(tài)加載和升級軟件，增強嵌入式系統(tǒng)功能。 2022/4/15 94 ARM7 處理器核 RAM FLASH UART0 串口 通過 IAP對Flash編程 處理器核HIGH區(qū) 0x0000 0000 0x0000 4000 0x0000 8000 0x0001 0000 LOW區(qū) 程序標志區(qū) 用戶 Boot區(qū)