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chapter1嵌入式系統(tǒng)概述(參考版)

2025-05-10 18:04本頁(yè)面
  

【正文】 —— Win CE page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 86 2022/6/4 第一章 練習(xí) Book P30: 要求: 1 1 13 思考: 10 、 15 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 87 2022/6/4 結(jié) 束 用 ? 0/1” 描述大千世界, 簡(jiǎn)單 → 神奇! 。 Win CE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于 Win32應(yīng)用程序接口以及與處理器無(wú)關(guān)等特點(diǎn)。 3. 常見的嵌入式操作系統(tǒng) —— 嵌入式 Linux page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 85 2022/6/4 3. 常見的嵌入式操作系統(tǒng) Windows CE是微軟開發(fā)的一個(gè)開放的、可升級(jí)的 32位嵌入式操作系統(tǒng),是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作,它是精簡(jiǎn)的 Windows 95。它通常用于具有很少內(nèi)存或Flash的嵌入式系統(tǒng)。它是專門針對(duì)沒(méi)有MMU的 CPU,并且為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 84 2022/6/4 uClinux是一個(gè)完全符合 GNU/GPL公約的操作系統(tǒng),完全開放代碼。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境,在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。 μC/OSII占用很少的系統(tǒng)資源,并且在高校教學(xué)使用是不需要申請(qǐng)?jiān)S可證。 μC/OSII通過(guò)了聯(lián)邦航空局( FAA)商用航行器認(rèn)證。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 82 2022/6/4 3. 常見的嵌入式操作系統(tǒng) μC/OSII是一個(gè)源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求高的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng),而且應(yīng)用程序的開發(fā)過(guò)程是通過(guò)交叉開發(fā)來(lái)完成的,即開發(fā)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境是不一致。 從實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)來(lái)看實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以分為兩種: 一般實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 和 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 78 2022/6/4 1. 發(fā)展歷程 監(jiān) 控 程 序 操 作 系 統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 分時(shí)操作系統(tǒng) 多道批處理操作系統(tǒng) 時(shí) 間 先 后 適用于多個(gè)用戶共享系統(tǒng)資源 適用于計(jì)算中心等較大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 適用于嵌入式設(shè)備和有實(shí)時(shí)性要求的系統(tǒng)中 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 79 2022/6/4 1. 發(fā)展歷程 監(jiān) 控 程 序 操 作 系 統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 分時(shí)操作系統(tǒng) 多道批處理操作系統(tǒng) 時(shí) 間 先 后 適用于多個(gè)用戶共享系統(tǒng)資源 適用于計(jì)算中心等較大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 適用于嵌入式設(shè)備和有實(shí)時(shí)性要求的系統(tǒng)中 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是我們介紹的重點(diǎn) page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 80 2022/6/4 2. 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn) 總的來(lái)說(shuō)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動(dòng)的,能對(duì)來(lái)自外界的作用和信號(hào)在限定的時(shí)間范圍內(nèi)作出響應(yīng)。于是在六十年代中期監(jiān)控程序又進(jìn)一步發(fā)展形成了 操作系統(tǒng) (Operating System)。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 77 2022/6/4 嵌入式操作系統(tǒng) ? 概述 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成,在發(fā)展初期沒(méi)有操作系統(tǒng)這個(gè)概念,用戶使用 監(jiān)控程序 來(lái)使用計(jì)算機(jī)。 ?微處理器的處理能力按莫爾定律( Moore’s Law)預(yù)計(jì)的速度在增加。 ?基于電子的產(chǎn)品更復(fù)雜化。 ?全球重新定義市場(chǎng)的機(jī)會(huì)和膨脹的應(yīng)用空間。近些年來(lái),嵌入式工業(yè)經(jīng)歷了巨大的變革。一個(gè)有代表性的產(chǎn)品是 Philips的 Smart XA,它將 XA單片機(jī)內(nèi)核和支持超過(guò) 2048 位復(fù)雜 RSA算法的 CCU單元制作在一塊硅片上,形成一個(gè)可加載 JAVA或 C語(yǔ)言的專用的 SOC,可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)如 Inter安全方面。通用系列包括 Infineon的 TriCore、Motorola的 MCore、某些 ARM系列器件、 Echelon和 Motorola聯(lián)合研制的 Neuron芯片等。這樣除個(gè)別無(wú)法集成的器件以外,整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去,應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡(jiǎn)潔,對(duì)于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。各種通用處理器內(nèi)核將作為 SOC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù),和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣,成為 VLSI設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件,用標(biāo)準(zhǔn)的 HDL等語(yǔ)言描述,存儲(chǔ)在器件庫(kù)中。另外 PHILIPS公司近年也推出了基于可重臵嵌入式 DSP結(jié)構(gòu)低成本、低功耗技術(shù)上制造的 R. E. A. L DSP處理器,特點(diǎn)是具備雙 Harvard結(jié)構(gòu)和雙乘 /累加單元,應(yīng)用目標(biāo)是大批量消費(fèi)類產(chǎn)品。TMS320系列處理器包括用于控制的 C2022系列,移動(dòng)通信的C5000系列,以及性能更高的 C6000和 C8000系列。在數(shù)字濾波、 FFT、譜分析等方面 DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域, DSP應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn) DSP功能,過(guò)渡到采用嵌入式 DSP處理器。目前 MCU占嵌入式系統(tǒng)約 70%的市場(chǎng)份額。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富,適合于控制,因此稱微控制器 。 和嵌入式微處理器相比,微控制器的最大特點(diǎn)是單片化,體積大大減小,從而使功耗和成本下降、可靠性提高。為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求,一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品,每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的,不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配臵及封裝。 —— 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) page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 73 2022/6/4 ? 嵌入式處理器 嵌入式微控制器又稱 單片機(jī) ,它是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微處理器及其存儲(chǔ)器、總線、外設(shè)等安裝在一塊電路板上,稱為 單板計(jì)算機(jī) 。為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求,嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的,但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)。 —— 概述 ? 嵌入式微處理器(單板機(jī)) ? 嵌入式微控制器(單片機(jī)) ? 嵌入式 DSP處理器 ? 嵌入式片上系統(tǒng)( SOC、 SOPC) 這些嵌入式處理器可以大致分為以下幾類: page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 72 2022/6/4 ? 嵌入式處理器 嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的 CPU。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 69 2022/6/4 ? 嵌入式系統(tǒng)示例 —— 汽車控制系統(tǒng) page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 70 2022/6/4 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) page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 71 2022/6/4 嵌入式處理器分類 早期的嵌入式系統(tǒng)通常使用普通個(gè)人計(jì)算機(jī)( PC)中的通用處理器。 ?嵌入性 :一般包含兩方面含義,①本系統(tǒng)是嵌入到另一目標(biāo)大系統(tǒng)中為完成大系統(tǒng)功能服務(wù)的組成部分;②完成特定功能處理的軟件代碼也嵌入到了目標(biāo)系統(tǒng)。嵌入的系統(tǒng)中可以共存多個(gè)嵌入式系統(tǒng)。 ●從系統(tǒng)的角度定義:嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計(jì)完成復(fù)雜功能的硬件和軟件,并使其緊密耦合在一起的 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 66 2022/6/4 ? 現(xiàn)實(shí)中的嵌入式系統(tǒng) page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 67 2022/6/4 嵌入式系統(tǒng)的基本概念 目前,對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義多種多樣,但沒(méi)有一種定義是全面的。事實(shí)上,幾乎所有帶有一點(diǎn)?智能?的家電(全自動(dòng)洗衣機(jī)、電腦電飯煲 … )都是嵌入式系統(tǒng)。例如神州飛船和長(zhǎng)征火箭中肯定有很多嵌入式系統(tǒng),導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)也是嵌入式系統(tǒng),高檔汽車中也有多達(dá)幾十個(gè)嵌入式系統(tǒng)。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 65 2022/6/4 ? 現(xiàn)實(shí)中的嵌入式系統(tǒng) 即使不可見,嵌入式系統(tǒng)也無(wú)處不在。例如,MP數(shù)碼相機(jī)與打印機(jī)就有很大的不同。=?ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]^_`abcdefghijklmnopqrstuvwxyz{|}~D E Lpage 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 63 2022/6/4 第 1章 目錄 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 數(shù)制和數(shù)值表示與處理 信息編碼 嵌入式系統(tǒng)概述 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 64 2022/6/4 概述 經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在很大程度改變了人們的生活、工作和娛樂(lè)方式,而且這些改變還在加速。 page 西安郵電學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 62 2022/6/4 0 1 2 34 5 6 70123456789ABCDEF高 4 位B [ 7 : 4 ]低 4 位B [ 3 : 0 ]0 0 0 00 0 0 10 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 10 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1N U LS O HS T XE T XE O TE N QA C KB E LB SH TL FV TC RF FS OS ID E LD C 1D C 2
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