第1章嵌入式系统基础.

1/53/95嵌入式系统原理与应用－基于ARM微处理器和Linux操作系统主讲教师:韩洁琼[e-mail]2/53/95课程要求•先修课程：计算机组成原理与系统结构、数据结构、汇编语言、C语言程序设计、微机原理与接口技术等。•按时上课（10％点名）•认真完成作业（10％）•较好完成实验内容及认真撰写实验报告（10％）•阅读相关资料•期末考试成绩（70％）3/53/95课程教学资源•相关教学材料公共邮箱•帐号：[e-mail]•密码：abc1234564/53/95第1章：嵌入式系统基础5/53/95嵌入式计算机技术•嵌入式计算机技术是21世纪计算机技术一个重要的发展方向，其应用领域相当广泛，包括工业控制、消费电子、网络通信、科学研究、医疗卫生、航空航天等方方面面。我们今天所熟悉的电子产品几乎都可以找到嵌入式系统的影子，它从各个方面影响着我们的生活。6/53/95嵌入式系统•近年来，随着嵌入式系统产中的迅猛发展，社会对嵌入式技术人才的需求也越来越多，学习嵌入式技术的人员数量也在迅速增加。•由于嵌入式系统的多样性，增加了嵌入式系统学习和开发难度，为了让初学者能较为全面地学习嵌入式系统的开发过程，为将为从事嵌入式领域的工作奠定基础，特开设了这门专业选修课。（网络工程专业，电子信息技术专业）7/53/95•嵌入式系统•嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。•嵌入式系统用在一些特定专用设备上，通常这些设备的硬件资源（如处理器、存储器等）非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应要求很高等。特别是随着消费家电的智能化，嵌入式更显重要。像我们平常见到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DVD/MP3Player、数字相机（DC）、数字摄像机(DV)、U-Disk、机顶盒(SetTopBox)、高清电视(HDTV)、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等等都是典型的嵌入式系统。8/53/95嵌入式系统•嵌入式系统是软件与硬件的结合，搞嵌入式开发的人有两类：•一类是学电子工程、通信工程等偏硬件专业出身的人，他们主要是做硬件设计，有时要开发一些与硬件关系最密切的最底层软件，如BootLoader、BoardSupportPackage(像PC的BIOS一样，向下驱动硬件，向上支持操作系统），最初级的硬件驱动程序等。他们的优势是对硬件原理非常清楚，他们虽然更擅长定义各种硬件接口，不足是对复杂软件系统往往力不从心（例如嵌入式操作系统原理和复杂应用软件等）。9/53/95嵌入式系统•另一类是学软件、计算机专业出身的人，主要从事嵌入式操作系统和应用软件的开发。如果学软件的人对硬件原理和接口有较好的掌握，完全也可编写BSP和硬件驱动程序。嵌入式硬件设计完成后，各种功能就全靠软件来实现了，嵌入式设备的增值很大程度上取决于嵌入式软件，这占了嵌入式系统的最主要工作（目前有很多公司将硬件设计包给了专门的硬件公司，稍复杂的硬件都交给台湾或国外公司设计，国内的硬件设计力量相对弱些，很多嵌入式公司自己只负责开发软件，因为公司都知道，嵌入式产品的差异很大程度在软件上，在软件方面是最有“花头“可做的），所以从事软件的人完全不用担心在嵌入式市场上的用武之地，越是智能设备越是复杂系统，软件越起关键作用，而且这是目前的趋势。10/53/95嵌入式开发硬+软11/53/9512/53/95嵌入式开发硬+软13/53/95嵌入式开发高端产品机器人14/53/95机器人分类•我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。•目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。15/53/95第1节：嵌入式系统定义第2节：嵌入式系统发展历程第3节：嵌入式系统的特点第4节：嵌入式系统结构第5节：嵌入式微处理器第6节：嵌入式操作系统第7节：网络温度采集系统（实例）第1章：嵌入式系统基础16/53/95第1节：嵌入式系统定义第2节：嵌入式系统发展历程第3节：嵌入式系统的特点第4节：嵌入式系统结构第5节：嵌入式微处理器第6节：嵌入式操作系统第7节：网络温度采集系统（实例）第1章：嵌入式系统基础17/53/95嵌入式系统是什么？18/53/95与我们日常生活相关的嵌入式产品有那些？手机MP3/MP4/MP5数字相机、摄像机复读机游戏机电视机19/53/95嵌入式系统的应用领域?20/53/95嵌入式在消费电子中的应用（1）手机（2）电子书阅读器（3）摄像机21/53/95•血糖仪•便携式心电监护仪•智能输液泵嵌入式在医疗设备中的应用22/53/95智能输液泵23/53/95智能输液泵再思考24/53/95智能输液泵再思考•近年来，由于系统错误或故障导致的输液泵召回和扣留事件屡见报端，输液泵制造商的诚信及其底线受到了极大的考验。•最简单的输液泵是注射器，但自动化技术却将各种各样的故障因素带入输液过程和输液泵产品。据FDA报告，软件错误是最常报告的智能输液泵问题之一。25/53/95•交换机•路由器ADSL（宽带）上网嵌入式在网络中的应用26/53/95嵌入式在汽车中的应用27/53/95相关专业术语28/53/95嵌入式在军事中的应用29/53/95嵌入式在军事中的应用30/53/9531/53/9532/53/9533/53/9534/53/95埃及考古35/53/9536/53/95某高等院校开发的嵌入式应用产品37/53/95智能汽车38/53/952010年的智能汽车39/53/952011年的智能汽车40/53/952012年的智能汽车41/53/95智能输液监控管理42/53/95我院学生的嵌入式产品设计43/53/95我院学生的嵌入式产品设计44/53/95我院学生的嵌入式产品设计45/53/95我院学生的嵌入式产品设计46/53/95我院学生的嵌入式产品设计47/53/95我院学生的嵌入式产品设计48/53/95我院学生的嵌入式产品设计49/53/95我院学生的嵌入式产品设计50/53/952011年广东省机器人大赛51/53/952011年广东省机器人大赛52/53/952011年广东省机器人大赛•机器人接力赛为室内项目，实物参考图如图2所示。赛前给各参赛队15-30分钟作为现场调试时间。•53/53/952011年广东省机器人大赛54/53/952011年广东省机器人大赛55/53/952011年广东省机器人大赛56/53/952011年广东省机器人大赛57/53/952011年广东省机器人大赛58/53/952011年广东省机器人大赛59/53/952011年广东省机器人大赛•我院学生组队“仲园队”参加机器人接力赛60/53/952011年广东省机器人大赛61/53/952011年广东省机器人大赛62/53/952011年广东省机器人大赛仲园队63/53/952011年广东省机器人大赛64/53/95嵌入式产品的核心65/53/9566/53/95嵌入式产品的优势67/53/95嵌入式产品的优势68/53/95（1）根据IEEE（InstituteofElectrical&ElectronicEngineers,国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（原文为devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。嵌入式系统的定义？69/53/95（2）通俗定义嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统的定义？70/53/95第1节：嵌入式系统定义第2节：嵌入式系统发展历程第3节：嵌入式系统的特点第4节：嵌入式系统结构第5节：嵌入式微处理器第6节：嵌入式操作系统第7节：网络温度采集系统（实例）第1章：嵌入式系统基础71/53/9520世纪70年代，微处理器的出现，计算机出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点，迅速从计算机机房走进了各种设备的控制单元中；这些微型机嵌入到某些应用场合中固定的设备当中，实现了对这些设备的智能化控制。1.2嵌入式系统的发展历史72/53/951.2嵌入式系统的发展历史例如，将微控制器配置上各种外围接口电路，安装到纺织机械设备中，对纺织生产过程进行控制，对生产的纱线，布料等进行缺陷检测等。很明显，这种形式的计算机与传统观念中在机房的通用计算机是有所区别的。为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到某些设备中，实现这些对象的智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机系统。73/53/95由于嵌入式计算机系统要嵌入到对象中，实现的是对象的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。1.2嵌入式系统的发展历史74/53/95二十世纪末，嵌入式系统所基于的硬件架构由通用计算机相同的CPU＋芯片组逐渐转变为单芯片架构。这个结果是应用需求所必然导致的，基于单芯片的嵌入式系统具有结构简单，设计难度低等优点。这种转变大大扩宽了嵌入式系统的应用领域。1.2嵌入式系统的发展历史75/53/95计算机是应数值计算的要求而诞生的。在计算机发展的早期，电子计算机技术一直是以沿着满足高速数值计算的道路发展的。通俗地说：计算机是因科学家需要一个高速的计算工具而产生的。1、嵌入式系统的由来76/53/95当计算机速度达到一定程度后，就完全能够满足某些领域的应用。所以它们不再追求速度，而是希望：体积小，应用灵活嵌入到具体的应用体中，而不以计算机的面貌出现直接面向控制对象77/53/95因此，一种称之为单片机或微控制器的技术得到发展。面向测控对象，嵌入到实际应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入计算机系统，简称嵌入式系统（EmbeddedSystem）为了区分这两种计算机类型，通常把满足海量高速数值计算的计算机称为通用计算机系统。1、嵌入式系统的由来78/53/95计算机系统分几类，它们功能上有什么区别？计算机系统分2类，即：通用计算机系统（通用计算机）和嵌入式计算机系统（嵌入式系统）嵌入式系统：主要应用于控制领域，兼顾数据处理。通用计算机：主要应用于数值计算、信息处理、兼顾控制功能。79/53/95嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。一个手持的MP3和一个PC104工控计算机都可以认为是嵌入式系统。2、嵌入式系统的发展历程80/53/95最早的单片机是Intel公司的8048，8位单片机，它出现在1976年。同期Motorla推出68HC05，Zilog公司推出Z80系列。80年代初，Intel又进一步完善了8048，在它的基础上研制成功了8051。1971年Inlet公司研制出世界上第一个4位的微处理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。2、嵌入式系统的发展历程81/53/9520世纪70年代：单片机20世纪80年代：嵌入式操作系统20世纪90年代：实时多任务操作系统21世纪：互联网2、嵌入式系统的发展四阶段82/53/95第一阶段：以4到8位单片