嵌入式系统基础知识.ppt

(国际电气和电子工程师协会)的定义,嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”。目前国内一个普遍被认同的定义是:以应用为中心、以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。北京航空航天大学的何立民教授是这样定义嵌入式系统的:“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。可以这样认为,嵌入式系统是一种专用的计算机系统,作为装置或设备的一部分。嵌入式系统无处不在,在移动电话、数码照相机、MP4、数字电视的机顶盒、微波炉、汽车内部的喷油控制系统、防抱死制动系统等装置或设备都使用了嵌入式系统。,大致经历了以下4个阶段。(1)无操作系统阶段单片机是最早应用的嵌入式系统,一般没有操作系统的支持。由单片机构成的这种嵌入式系统使用简便、价格低廉,在工业控制领域中得到了非常广泛的应用。(2)简单操作系统阶段20世纪80年代,出现了大量具有高可靠性、低功耗的嵌入式CPU(如PowerPC等),芯片上集成有微处理器、I/O接口、串行接口及RAM、ROM等部件,面向I/O设计的微控制器在嵌入式系统设计应用。一些简单的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展,程序设计人员也开始基于一些简单的“操作系统”开发嵌入式应用软件。此时的嵌入式操作系统虽然还比较简单,但已经初步具有了一定的兼容性和扩展性,内核精巧且效率高,大大缩短了开发周期,提高了开发效率。(3)实时操作系统阶段随着硬件实时性要求的提高,嵌入式系统的软件规模也不断扩大,实时多任务操作系统(Real-timeOperationSystem,RTOS)逐渐形成,系统能够运行在各种不同类型的微处理器上,具备了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面GraphicUserInterface,GUI)等功能,并提供了大量的应用程序接口API),从而使应用软件的开发变得更加简单。(4)阶段进入21世纪,技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密,技术的结合正在推动着嵌入式系统的飞速发展。,嵌入式系统的研究和应用在飞速发展。(1)新的微处理器层出不穷。精简系统内核,优化关键算法,降低功耗和软硬件成本。提供更加友好的多媒体人机交互界面。(2)Linux、WindowsCE、PalmOS等嵌入式操作系统迅速发展。嵌入式操作系统自身结构的设计更加便于移植,具有源代码开放、系统内核小、执行效率高、网络结构完整等特点,能够在短时间内支持更多的微处理器。(3)嵌入式系统的开发成了一项系统工程,开发厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身,同时还要提供强大的硬件开发工具和软件支持包。(IntellectualPropertyCore,知识产权核)SOC是指在单芯片上集成数字信号处理器、微控制器、存储器、数据转换器、接口电路等电路模块,可以直接实现信号采集、转换、存储、处理等功能。IP核是指具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块,是实现系统芯片(SOC)的基本构件。IP核分为软核、固核、硬核。ARM、Rambus和MIPS在十大IP供应商排行中居前3位。:、存储器(SDRAM、ROM、Flash等)、通用设备接口和I/O接口(A/D、D/A、I/O等)。(1)嵌入式微处理器嵌入式微处理器是嵌入式系统硬件层的核心,嵌入式微处理器将通用CPU中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部,从而有利于系统设计趋于小型化、高效率和高可靠性。嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专门设计的系统中。·诺依曼体系结构或哈佛体系结构,指令系统可以选用精简指令系统(puter,RISC)puter,CISC)。嵌入式微处理器有各种不同的体系,目前全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种,体系结构有30多个系列,其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。目前没有一种嵌入式微处理器可以主导市场,嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。(2)存储器嵌入式系统的存储器包含Cache、主存储器和辅助存储器,用来存放和执行代码。①Cache是一种位于主存储器和嵌入式微处理器内核之间的