《嵌入式系统原理及应用》课件第1章 嵌入式系统概论.pptx
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- 嵌入式系统原理及应用 嵌入式系统原理及应用课件第1章 嵌入式系统概论 嵌入式 系统 原理 应用 课件 概论
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1、 淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院 嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术课程考核方式课程考核方式1、理论、理论40学时、实验学时、实验8学时,学时,3学分学分2、考查课、考查课 考试考试16-17周周 50%3、作业、实验报告、作业、实验报告 泛雅平台进行、批阅泛雅平台进行、批阅 30%4、课题选择与演讲、课题选择与演讲 文献、视频、文献、视频、PPT、图片等形式、图片等形式 10分钟分钟 3-4人人 20%5、实习环节、实习环节 13-14周嵌入式技能训练周嵌入式技能训练 1 1 绪论绪论2 2 ARM Cortex-A8ARM Cortex-A8体系结构体系结
2、构3 3 Cortex-A8Cortex-A8处理器编程模型处理器编程模型4 4 嵌入式系统接口编程包括:嵌入式系统接口编程包括:GPIOGPIO、存储器、异常与中断处理、定时存储器、异常与中断处理、定时器、器、ADAD转换、转换、短距离无线通信、短距离无线通信、人机交互接口人机交互接口5 5 Linux/AndroidLinux/Android系统移植与开发系统移植与开发6 6 嵌入式系统应用设计嵌入式系统应用设计 学海聆听:学海聆听:真正的科学精神,是要从正确的批评和自我批评发展出来真正的科学精神,是要从正确的批评和自我批评发展出来的。真正的科学成果,是要经得起事实考验的。有了这样的。真正
3、的科学成果,是要经得起事实考验的。有了这样双重的保障,我们就可以放心大胆地去做,不会自掘妄自双重的保障,我们就可以放心大胆地去做,不会自掘妄自尊大的陷。尊大的陷。李四光李四光淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术 嵌入式系统的定义嵌入式系统的定义1嵌入式系统的组成嵌入式系统的组成2 嵌入式系统的典型应用嵌入式系统的典型应用3 嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势4 嵌入式系统的职业需求嵌入式系统的职业需求5嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院第1章 嵌入式系统概论o 熟
4、悉嵌入式系统的定义、特点、熟悉嵌入式系统的定义、特点、硬件和软件的组成结构等。硬件和软件的组成结构等。o 通过若干典型的嵌入式产品举通过若干典型的嵌入式产品举例,让学生们了解嵌入式系统例,让学生们了解嵌入式系统的应用以及发展趋势。的应用以及发展趋势。o 熟悉嵌入式硬件工程师、软件熟悉嵌入式硬件工程师、软件工程师、工程师、LinuxLinux、安卓系统开发、安卓系统开发等等ITIT行业工作岗位职责与招聘行业工作岗位职责与招聘要求。要求。嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院1.1 1.1 嵌入式系统的定义嵌入式系统的定义 嵌入式嵌入式处
5、理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术4)嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院v(1)物联网的比喻)物联网的比喻v如果把物联网用人体做一个简单如果把物联网用人体做一个简单比喻,传感器相当于人的眼睛、比喻,传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官,网络就是神鼻子、皮肤等感官,网络就是神经系统用来传递
6、信息,嵌入式系经系统用来传递信息,嵌入式系统则是人的大脑,在接收到信息统则是人的大脑,在接收到信息后要进行分类处理。后要进行分类处理。v这个例子形象的描述了嵌入式系这个例子形象的描述了嵌入式系统与物联网的关系。统与物联网的关系。淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术无线传感器网模式识别感知感知科学、高速、稳定计算计算大数据数据分析数据数据流量为王流量为王有线、无线、有线、无线、短距离、光传输短距离、光传输互联互联棱镜门事件棱镜门事件信息安
7、全信息安全个人隐私个人隐私安全安全(2)物联网关键技术发展应用5 5)嵌入式系统的发展历程)嵌入式系统的发展历程u简单操作系统阶段简单操作系统阶段u实时操作系统阶段实时操作系统阶段u面向面向Internet阶段阶段 嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院u互联网+、移动互联时代 嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院硬件层中包含嵌入式微处理硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器(器、存储器(RAM、ROM、Flash等)、通用设备接口等)、通用设备接口和和I/O接口等。在一片嵌入
8、式接口等。在一片嵌入式处理器基础上添加电源电路、处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路,就时钟电路和存储器电路,就构成了一个嵌入式核心控制构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在程序都可以固化在ROM中。中。嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院1 1、嵌入式处理器的类型、嵌入式处理器的类型淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术 嵌入式微控制器一般以某一种微嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核核心,芯片内部集成处理器内
9、核核心,芯片内部集成、总线总线、定时定时/计数器计数器、串行口、脉宽调制输出串行口、脉宽调制输出、等各种必要功能和外等各种必要功能和外设。设。供供ATMEGA169PA-AU MCU微控制器微控制器 嵌入式嵌入式淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术 采用采用DS18B20DS18B20做温度传感器、做温度传感器、3 3位共阳数码管做显示、位共阳数码管做显示、AT89C2051AT89C2051单片机完成处理控制功能,电路简单,单片机完成处理控制功能,电路简单,安装方便。安装方便。嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院
10、淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院2 2)嵌入式微处理器)嵌入式微处理器淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术ARMARM微处理器举例微处理器举例 三星公司三星公司S3C2410S3C2410的最小系统的最小系统提供提供LinuxLinux系统内核系统内核系统稳定工作在系统稳定工作在203MHz203MHz主频上主频上模块包括模块包括64MB SDRAM64MB SDRAM、161664MB 64MB flashROMflashROM模块给出了模块给出了S3C2410S3C2410几乎所有的信几乎所有的信号,号,3232位的
11、数据总线,保留充分扩位的数据总线,保留充分扩展空间展空间为嵌入式技术爱好者提供了一个廉为嵌入式技术爱好者提供了一个廉价的中高端平台价的中高端平台科研人员高效的开发工具科研人员高效的开发工具 嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术3 3、嵌入式、嵌入式DSPDSP处理器处理器嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院信号处理:信号处理:数字滤波、快速傅里叶变换、数字滤波、快速傅里叶变换
12、、频谱分析、波形产生等。频谱分析、波形产生等。通信:通信:调制解调、自适应均衡、数据加调制解调、自适应均衡、数据加密和压缩、多路复用、移动通信、可视密和压缩、多路复用、移动通信、可视电话、路由器等。电话、路由器等。军事:军事:保密通信、雷达处理、导航、导保密通信、雷达处理、导航、导弹制导、弹制导、GPSGPS、电子对抗、搜索与跟踪等。电子对抗、搜索与跟踪等。仪器仪表:仪器仪表:频谱分析、函数发生、数据频谱分析、函数发生、数据采集、锁相环、暂态分析。采集、锁相环、暂态分析。还有在自动控制、医疗工程、家用电器还有在自动控制、医疗工程、家用电器等方面的应用。等方面的应用。淮阴工学院淮阴工学院 电子信
13、息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术TMS320VC5509ATMS320VC5509A开发板,开发板,适用于数字图像、语音、适用于数字图像、语音、网络、测控等领域,是网络、测控等领域,是目前主流的高性价比选目前主流的高性价比选择方案之一择方案之一 。嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院SoCSoC技术是一种高度技术是一种高度集成化、固件化的系集成化、固件化的系统集成技术。其核心统集成技术。其核心思想就是要思想就是要把整个应把整个应用电子系统全部集成用电子系统全部集成在一个芯片中在一个芯片中。SoC
14、SoC示意图示意图淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术 2、CF卡、卡、MMC卡和卡和SD卡卡嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院存储器层次结构存储器层次结构淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术在手机中还有SIM卡(用户身份识别模块),SIM卡是一个装有微处理器的芯片卡,它的内部有5个模块,并且每个模块都对应一个功
15、能:微处理器CPU(8位)、程序存储器ROM(38 KB)、工作存储器RAM(616 KB)数据存储器E2PROM(128256 KB)和串行通信单元。SIM卡类型及引脚嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院 Cortex-A8开发板开发板淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术智能手机操作系统是一种运算能力及功能比传统功能手机更强的操作系统。使用最多的操作系统有:Android、iOS等。他们之间的应用软件互不兼容。智能手机能够显示与个人电脑所显示出来一致的正常网页,它具有独
16、立的操作系统以及良好的用户界面,它拥有很强的应用扩展性、能方便随意地安装和删除应用程序。4、举例:、举例:智能手机智能手机嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院智能手机 智能手机,是指像个人电脑一样,具有独立智能手机,是指像个人电脑一样,具有独立的操作系统,独立的运行空间,可以由用户自行的操作系统,独立的运行空间,可以由用户自行安装软件、游戏、导航等第三方服务商提供的程安装软件、游戏、导航等第三方服务商提供的程序,并可以通过移动通讯网络来实现无线网络接序,并可以通过移动通讯网络来实现无线网络接入手机类型的总称。入手机类型的总称。移动支
17、付在硬件层与软件层之间为中间层,也称为硬件抽象层在硬件层与软件层之间为中间层,也称为硬件抽象层(Hardware Abstract Layer,HAL)或板级支持包()或板级支持包(Board Support Package,BSP),),它将系统上层软件与底层硬件分离它将系统上层软件与底层硬件分离开来,使系统的底层驱动程序与硬件无关,上层软件开发人员开来,使系统的底层驱动程序与硬件无关,上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况,根据无需关心底层硬件的具体情况,根据BSP 层提供的接口即可进层提供的接口即可进行开发。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入行开发。该层一般包含相关底层硬件
18、的初始化、数据的输入/输输出操作和硬件设备的配置功能。出操作和硬件设备的配置功能。淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术1.2.3 系统软件层系统软件层 系统软件层由系统软件层由实时多任务操作系统(实时多任务操作系统(Real-time Operation System,RTOS)、文件系统、图形用户接口文件系统、图形用户接口(Graphic User Interface,GUI)、网络系统及通用组件)、网络系统及通用组件模块组成。模块组成。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。是嵌入式应用软件的基础和开发平台。淮阴工学院淮阴工学
19、院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术功能层即应用软件层,是由基于实时系统开发的应用程序组成,功能层即应用软件层,是由基于实时系统开发的应用程序组成,用来实现对被控对象的控制功能。用来实现对被控对象的控制功能。功能层是要面对被控对象和用户,为方便用户操作,往往需要提供一个友好的人机界面。应用层设计通常需求人才量大,入门相对容易,注重客户需求和业务逻辑;对算法相对来说要求不高,主要编程语言Java、QT、数据库、VC等。嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院1.31.3嵌入式系统的典型应用嵌入式
20、系统的典型应用 嵌入式系统的应用领域十分广阔,各种各样的嵌入式产品和系统在应用数量上远远超出通用计算机,随着网络技术、智能手机、网络技术、智能手机、无人机、无人驾驶、可穿戴设备、无人机、无人驾驶、可穿戴设备、智能家居、智慧城市智能家居、智慧城市等相关产业、技术产品的创新应用及需求不断涌现,嵌入式系统、基础芯片、各类传感器及软件的应用越来越加深入和广泛。淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术1.31.3嵌入式系统的嵌入式系统的典型应用典型应用嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学
21、院1.3.1人机交互与多点触控人机交互与多点触控触控技术,用手指代替了键盘、鼠标,触控技术,用手指代替了键盘、鼠标,是目前最普遍的人机交互方式,既显示是目前最普遍的人机交互方式,既显示出了最大的人性化,又在特定的场合减出了最大的人性化,又在特定的场合减少了鼠标、键盘的空间。银行取款机、少了鼠标、键盘的空间。银行取款机、医院、图书馆、展览馆等服务行业的大医院、图书馆、展览馆等服务行业的大厅都采用触摸屏,还有支持触摸屏的手厅都采用触摸屏,还有支持触摸屏的手机、机、MP4、数码相机。但是这些已经存、数码相机。但是这些已经存在的触控屏幕都是单点触控,也可以说在的触控屏幕都是单点触控,也可以说是电阻式触
22、控,主要是只能识别和支持是电阻式触控,主要是只能识别和支持每次一个手指的触控、点击。每次一个手指的触控、点击。多点触摸技术多点触摸技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式系统在医疗服务上的应用,极大地提高了医疗检测设备的精确度和安全性。嵌入式系统在医疗服务上的应用,极大地提高了医疗检测设备的精确度和安全性。嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院汽车电子:汽车电子产品汽车电
23、子:汽车电子产品 交通监控装置交通监控装置淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术 智能玩具智能玩具目前市场上一些传统简单机械玩具,目前市场上一些传统简单机械玩具,正在被智能玩具所取代,智能玩具受正在被智能玩具所取代,智能玩具受到广大家长和儿童的青睐。到广大家长和儿童的青睐。数字家电产品数字家电产品随着嵌入式系统的成熟化,越来越多的随着嵌入式系统的成熟化,越来越多的家电产品也应用了嵌入式科技极大地改家电产品也应用了嵌入式科技极大地改善性能。善性能。嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息
24、工程学院1.3.6生物识别生物识别目前已出现多种识别技术与应用,目前已出现多种识别技术与应用,如如虹膜识别虹膜识别、语音识别语音识别、指纹识别指纹识别、人脸识别人脸识别可用于重点实验室、银行可用于重点实验室、银行金融机构、文物博物馆、罪犯认证金融机构、文物博物馆、罪犯认证或其他涉密防盗场所、领域,二维或其他涉密防盗场所、领域,二维码识别用于书籍、货物等通过射频码识别用于书籍、货物等通过射频手段扫描、管理与监控、微信扫描手段扫描、管理与监控、微信扫描二维码参与节目互动,车牌识别用二维码参与节目互动,车牌识别用于还原监控现场,疲劳驾驶识别用于还原监控现场,疲劳驾驶识别用于及时提醒驾驶员安全驾驶。于
25、及时提醒驾驶员安全驾驶。校园人脸识别门禁系统校园人脸识别门禁系统嵌入式嵌入式处理器处理器及接口技术及接口技术淮阴工学院淮阴工学院 电子信息工程学院电子信息工程学院1.4 1.4 嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势1 1)目前的发展)目前的发展 经济性经济性 计算机要很便宜,让更多的人能买得起;计算机要很便宜,让更多的人能买得起;小型化小型化 (笔记本、(笔记本、PDAPDA)人们携带方便;人们携带方便;可靠性可靠性 (汽车(汽车VCDVCD,跳动问题跳动问题););稳定性稳定性 能够在一般环境条件下或者是苛刻的环境条件能够在一般环境条件下或者是苛刻的环境条件 下运行;下运行;高速度高速度
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