(实用课件)嵌入式系统与PCA技术.ppt
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- 实用 课件 嵌入式 系统 PCA 技术
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1、 顾庆水 Email: Tel:83202204Address:科技实验大楼808室嵌入式系统与嵌入式系统与PCA技术技术l课程设置的课程设置的必要性必要性应用需求日趋复杂应用需求日趋复杂微处理器技术长足发展微处理器技术长足发展嵌入式软件技术成为核心嵌入式软件技术成为核心l课程涉及的课程涉及的主要内容主要内容阐述嵌入式系统的要素阐述嵌入式系统的要素介绍嵌入式系统软硬件设计基础介绍嵌入式系统软硬件设计基础介绍嵌入式系统最新设计理念介绍嵌入式系统最新设计理念项目开发流程与自由实验项目开发流程与自由实验课程设置的预期目标课程设置的预期目标对嵌入式系统设计技术有比较全面对嵌入式系统设计技术有比较全面的
2、了解,并具备一定的设计实践能的了解,并具备一定的设计实践能力,为深入开展相关研究奠定良好力,为深入开展相关研究奠定良好的基础。的基础。理解并掌握实时操作系统和实时软理解并掌握实时操作系统和实时软件开发技术件开发技术课程内容(课堂部分)l第一章 嵌入式系统概述l第二章 PXA255开发系统l第三章 嵌入式开发环境的建立l第四章 嵌入式操作系统l第五章 设备抽象层(板级支持包)l第六章 嵌入式文件系统l第七章 嵌入式系统的调试l第八章 嵌入式Linux的设备驱动l第九章 嵌入式GUIl基于Intel Xscale开发板的实验l1、ADS软件的使用及PXA255测试l2、移植嵌入式Linux操作系统
3、l3、移植MinGui到PXA255l4、嵌入式应用程序的设计实验平台教学安排理论教学(16学时)上机实践(16学时)分基础实验和课外实验(需另外申请)2学分 考核方式实验成绩(实验报告)30理论笔试(考试)70lC、C+、汇编语言l数据结构l操作系统原理l单片机、微机原理、组成原理l电子、电路、信号、通讯l多媒体、网络协议参考资料1、教材、教材 嵌入式系统开发原理与实践嵌入式系统开发原理与实践,陈文智等编,清华大学出版社,陈文智等编,清华大学出版社2、参考书及资料、参考书及资料 1)Linux 内核源代码情景分析内核源代码情景分析毛德操毛德操 胡希明,浙江大学出版社胡希明,浙江大学出版社 2
4、)Linux 驱动程序驱动程序(第二版第二版)魏永明等魏永明等 译,译,中国电力出版社中国电力出版社 3)嵌入式嵌入式Linux系统设计与应用系统设计与应用,王学龙编著,清华大学出版社,王学龙编著,清华大学出版社 4)嵌入式技术与系统嵌入式技术与系统Intel Xscale结构与开发结构与开发,陈章龙陈章龙 北航出版社北航出版社 5)嵌入式系统嵌入式系统 采用公开源代码合采用公开源代码合StrongARM/Xscale处理器处理器 毛德操毛德操、胡希明胡希明 浙江大学出版社浙江大学出版社 6)PCA技术培训教程技术培训教程 7)http:/ 9)http:/ 嵌入式系统概述计算机系统的三大领域
5、l服务器 利润最大的市场 可用性 可扩展性 有效带宽l桌面 最广阔的市场l嵌入式 潜力最大的市场1.嵌入式系统介绍嵌入式系统嵌入式系统硬件硬件软件软件嵌入式微处理器嵌入式微处理器存储器存储器外设器件外设器件图形控制器图形控制器实时操作系统实时操作系统应用程序应用程序Windows CELinux pSOSytem嵌入在电子设备内部的计算系统任何包含一个或多个专用的计算机、微处理器或微控制器的电子设备能执行特定功能的计算机硬件和软件的结合体广义定义:任何一个非计算机的计算系统嵌入式系统的核心-嵌入式微处理器对实时多任务有很强的支持能力;对实时多任务有很强的支持能力;具有功能很强的存储区保护功能;
6、具有功能很强的存储区保护功能;可扩展的处理器结构;可扩展的处理器结构;嵌入式微处理器一般功耗要求较严格嵌入式微处理器一般功耗要求较严格1.1 计算机工业的分类l以往计算机分类:大型计算机、中型机、小型机和微计算机l目前计算机分类:超级计算机,大型计算机、工作站、微计算机、亚微计算机亚微计算机亚微计算机(嵌入式计算机嵌入式计算机)是以嵌入式系统是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中的形式隐藏在各种装置、产品和系统中1.2 嵌入式系统的定义l英国电机工程师学会的定义:“嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器和车间运行的装置”通常执行特定功能以微电脑和外围构成核心严格的时序和稳定性要求全自
7、动操作循环精确定义: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 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。1.3 嵌入式系统工业的特点和要求 1.3.1 嵌入式系统工业是不可垄断的高度分散的工业 PC由WINTEL垄断嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发。面向用户、面向产品、面向应用 升级换代也是和具体产品同步,具有较长的生命周期 软件和硬件结合紧密嵌入式处理
8、器的发展也体现出稳定性普通处理器18月嵌入式处理器810年 1.3.2 嵌入式系统具有的产品特征1.3.3 嵌入式系统软件的特征 软件要求固态化存储 软件代码高质量、高可靠性系统软件(OS)的高实时性是基本要求多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础1.3.4 嵌入式系统开发需要开发工具和环境 通用计算机具有完善的人机接口界面嵌入式系统本身不具备自举开发能力这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。1.3.5 嵌入式系统软件需要RTOS开发平台 通用计算机具有完善的操作系统和应用程序接口(API),但一 般不是实时的。嵌入式系统则不同
9、,应用程序可以没有操作系统直接在芯片上运行。但为了保证程序执行的实时性、可靠性,并减少开发时间,保障软件质量。需要选配RTOS开发平台 1.3.6 嵌入式系统开发人员以应用专家为主 通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士。嵌入式系统则是要和各个不同行业的应用相结合的,其开发人员往往是各个应用领域的专家。因此开发工具的易学、易用、可靠、高效是基本要求。1.4 嵌入式系统的组成各种不同应用软件各种不同应用软件应用平台套件应用平台套件APS中间件中间件嵌入式嵌入式OS芯片芯片1.4.1 嵌入式计算机内核分类 嵌入式微处理器嵌入式微处理器(Embedded Microproce
10、ssor Unit,EMPU)嵌入式微控制器嵌入式微控制器(Microcontroller Unit,MCU)嵌入式嵌入式DSP处理器处理器(Embedded Digital Signal Processor,EDSP)嵌入式片上系统嵌入式片上系统(System On Chip)嵌入式微处理器嵌入式微处理器(EMPU)通用计算机中的CPU专门设计的电路板 只保留和嵌入式应用有关的母板功能 增强工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面功能与和工业控制计算机相似嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等嵌入式微控制器嵌入式微控制
11、器(MCU)又称单片机 以某一种微处理器内核为核心,芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,从而使功耗和成本下降、可靠性提高。代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、MC68HC05/11/12/16等。另外还有许多半通用系列如:支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540、C541;支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前M
12、CU占嵌入式系统约70的市场份额。嵌入式嵌入式DSP处理器处理器(EDSP)DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于执行DSP算法,编译效率较高,指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域,DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能,过渡到采用嵌入式DSP处理器。嵌入式嵌入式DSP处理器处理器(EDSP)有代表性的产品是Texas Instruments的 TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。TMS320系列处理器包括用于控制的C2000系列,移动通信的C5000系列,以及性能更高的C6000和C8000系
13、列。DSP56000目前已经发展成为DSP56000,DSP56100,DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SOC)在一个硅片上实现一个复杂的系统 整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去应用系统电路板将变得很简洁 SOC可以分为通用和专用两类。通用系列包括Infineon(Siemens)的TriCore,Motorola的M-Core,某些ARM系列器件,Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。专用SOC一般专用于某个或某类系统中。有代表性的产品是Philips的Smart XA1.4.2 1.4.2 嵌入式
14、系统软件的特征嵌入式系统软件的特征(1)软件要求固态化存储(2)软件代码高质量、高可靠性(3)系统软件(OS)的高实时性是基本要求(4)多任务操作系统是知识集成的平台和走向工业标准化道路的基础 嵌入式软件主流VxWorks 是目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的系统。Os-9是主要为高科技产品设计的,提高了很好的安全和容错性,并且有很好的升级能力和灵活性。Palm Os,是Palm公司的操作系统,和微软的Windows CE是PDA操作系统的两大巨头。嵌入式操作系统特点 编码体积小:编码体积小:适合在嵌入式系统的有限存储空间中运行 面向应用,可裁减和移植:面向应用,可裁减和移植:可
15、进一步缩小编码体积 实时性强:实时性强:一般都要求实时多任务操作系统(Real Time Operating System,RTOS)可靠性高:可靠性高:嵌入式系统可无需人工干预就能独立运行,并处理各类事件和故障嵌入式操作系统 基于或面向Windows兼容:Windows CE,嵌入式Linux 工业与通信类:VxWorks,pSOSystem,Symbian 单片机类:C/OS 面向Internet类:Palm OSIDC数据:2006年全球操作系统全球操作系统份额对比Symbian:53%微软:微软:27%Palm:10%Linux:4.2%其他:其他:5.8%SymbianSymbian
16、为1998年6月,由Ericsson、Nokia、Psion,及Motorola合资成立,成立目的以发展无线信息产品为主,特别是结合行动电话与PDA功能的手持式智慧装置;其中,Psion把本身软件部门转移到Symbian,并提供发展手持式智慧装置所需的操作系统EPOC。诺基亚、三星、索尼爱立信、爱立信、西门子、松下、Motorola国内厂商门槛太高:消耗2000万到1亿美金,近乎天价,看来不参股Symbian就没戏微软Windows Mobile智能手机PalmOSPalm一直都是全球PDA市场的绝对老大,但是在东方尤其是中国市场上,Palm已经落后在了它最大的竞争对手微软身后。PDA的全称是
17、Personal Digital Assistant,也就是个人数字助手,最初只是帮助人们规划日常的安排或者一些简单的运算处1理等工作,但是随着硬件技术的不断发展,现在的PDA已经达到了几年前台式PC的运算能力,在Palm的鼎盛时期,Palm OS占据了PDA市场90%以上的份额。智能手机本身还是一个移 动通讯的终端,显然这对于消费者来说,是更具有吸引力的。Linux智能手机MontavistaLinux+Qtopia OpenPDA5-7-10-年底“Linux OS+Java软件”一直是摩托罗拉最倚重的平台,也是其倾注了最多心血的秘密武器。据Bernstein研究公司称,摩托罗拉用了三年的
18、时间研制基于Linux的MotoJUIX操作系统,投入的研发经费高达1.5亿美元。1.5 嵌入式系统的应用-无处不在的嵌入式系统嵌入式系统的应用远远超过了各种通用计算机一台通用计算机的外部设备中就包含了5-10个嵌入式微处理器:键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、Modem、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、USB集线器等均是由嵌入式处理器控制的。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。嵌入式系统热点应用信息家电车载系统军事工业医疗器械信息家电应用特点市场巨大低成本要求利润空间小竞争激烈人机界面友好网络化车载
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