1-嵌入式系统概述

1嵌入式操作系统适用专业：物联网工程任课教师：兰方鹏联系方式：13453194233E-mail：[e-mail]：275392011TaiyuanUniversityofTechnology太原理工大学·计算机科学与技术学院2课程安排课堂授课:32学时（5-12周）实验课时:8学时（13、14周）课程设计：18、19周3课程特点涉及的课程多、内容广、知识点多先修课程包括（操作系统原理、C语言、汇编语言、数据结构、数字电路、嵌入式系统、计算机网络等）综合性很强课时少、实践少4学习方法主动学习，培养学习兴趣，有好奇心先学习whatandhow，再解决why用什么学什么，计算机学科不是会了在做，而是做了才会学习Linux操作系统是琢磨别人怎么做，而不是我认为应该怎么做的过程学习过程：理论、实践、再理论、再实践上课认真听讲，课后及时查阅相关资料课后及时上机实践综合利用各种学习资源和途径5考核方式考核类型：考试平时出勤：作业：实验（8学时）期末成绩=5：5：10：80记分方式：百分制6教材及参考文献郑谦益，《GNU/Linux编程》，人民邮电出版社，2012《嵌入式Linux应用程序开发标准教程》(第2版)，人民邮电出版社，华清远见嵌入式培训中心编著（提供电子版）韦东山《嵌入式Linux应用开发完全手册》人民邮电出版社，2008宋宝华《Linux设备驱动开发详解》（第2版），人民邮电出版社，2011宫虎波，Linux编程从入门到精通，化学工业出版社赵炯，Linux内核完全剖析，机械工业出版社嵌入式系统概述什么是嵌入式系统嵌入式系统发展历程嵌入式系统的组成嵌入式操作系统嵌入式微处理器嵌入式系统的特点嵌入式系统开发流程8嵌入式系统产品PDA智能手机自动化电器Mp3、mp4播放器数码相机VCD、DVD交换机、路由器平板电脑汽车9嵌入式系统产品10应用领域嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子通信设备移动存贮工控设备智能仪表汽车电子网络设备消费电子军事国防电子商务网络工业控制11什么是嵌入式系统嵌入式系统发展历程嵌入式系统的组成嵌入式操作系统嵌入式微处理器嵌入式系统的特点嵌入式系统开发流程嵌入式系统概述12什么是嵌入式系统广义上讲，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可称为嵌入式系统。如各类单片机和DSP系统。这些系统在完成较为单一的专业功能时具有简洁高效的特点。但由于他们没有操作系统，管理系统硬件核软件的能力有限，在实现复杂多任务功能时，往往困难重重，甚至无法实现。从狭义上讲，我们更加强调那些使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己操作系统，具有特定功能，用于特定场合的嵌入式系统。13嵌入式系统定义嵌入式系统权威的定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗的严格要求的专用计算机系统。一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。14嵌入式系统与一般PC系统有何区别？嵌入式系统专用于特定的应用，而PC是通用计算机。使用多种类型的处理器和处理器体系结构。关注成本。大多有功耗约束。经常在极端的环境下运行。系统资源比PC少的多。需要专用工具和方法进行开发设计。嵌入式系统的数量远远超过PC。15什么是嵌入式系统嵌入式系统发展历程嵌入式系统的组成嵌入式操作系统嵌入式微处理器嵌入式系统的特点嵌入式系统开发流程嵌入式系统概述16嵌入式系统发展历程从20世纪七十年代初单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器大规模应用，嵌入式系统已经有了近40年的发展历史作为一个系统，往往是在硬件和软件交替发展的双螺旋支撑下逐渐趋于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外17嵌入式系统发展历程嵌入式系统早期是以单片机的形式出现的。70年代单片机的问世，使得汽车、家电、工业机器、通信装置等产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜、更智能。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用8位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。最早的单片机是Intel公司1976年的MCS-48系列，Motorola的68HC05，Zilog公司的Z80系列。在80年代初，Intel在MCS-48基础上研制成功了8051，迄今为止，51系列的单片机仍然是最为成功的单片机芯片之一，在各种产品中依然有着非常广泛的应用。18嵌入式系统发展历程从上世纪80年代早期开始,嵌入式系统的程序员开始使用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件。这时“系统”的概念真正出现了，此时“嵌入式系统”中的操作系统是一个实时核，这个实时核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与排斥等，这使得应用开发可以获取更短的开发周期、更低的开发资金和更高的开发效率。典型代表是：ReadySystem公司的VRTX、ISI公司的PSOS和IMG的VxWorks、QNX公司的QNX等。这里的实时核还不能成为完整意义上的操作系统，因为他们仅仅是一个内核，应用程序一般直接与内核编译在一起，没有大规模的系统软件支持19上世纪90年代以后,软件规模不断上升,实时核逐渐发展为实时多任务操作系统(RTOS),并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。除了上面的几家老牌公司以外，还出现了PalmOS，WinCE，嵌入式Linux，Lynx，Nucleus等操作系统。这时的操作系统不但有了完善的系统内核，更提供了大量的系统级应用程序供开发人员使用。嵌入式系统发展历程20进入21世纪以后嵌入式系统发展更为迅猛，在市场的巨大需求下，嵌入式系统成为继个人PC、网络之后第三次大发展。嵌入式系统在各个领域都有渗透：手机、家电、工业控制、医疗电子、汽车电子、军事、航天等，都得到了极大的发展嵌入式系统不再是一个简简单单的软件系统，他与人们的生活变得密不可分，成为了人们生活组成的一部分嵌入式系统发展历程21什么是嵌入式系统嵌入式系统发展历程嵌入式系统的组成嵌入式操作系统嵌入式微处理器嵌入式系统的特点嵌入式系统开发流程嵌入式系统概述22嵌入式系统的组成嵌入式系统包括硬件部分和软件部分23嵌入式系统的组成24嵌入式系统的组成主流架构25嵌入式系统的组成嵌入式技术的应用领域26嵌入式系统的组成嵌入式软件平台选择27嵌入式系统的组成嵌入式开发语言28什么是嵌入式系统嵌入式系统发展历程嵌入式系统的组成嵌入式操作系统嵌入式微处理器嵌入式系统的特点嵌入式系统开发流程嵌入式系统概述29嵌入式操作系统嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统(包括硬、软件系统)极为重要的组成部分。通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。30嵌入式操作系统嵌入式操作系统是嵌入式应用软件的基础和开发平台。嵌入式系统具有操作系统的最基本功能:v进程调度v内存管理v设备管理v文件管理v操作系统接口(API调用)嵌入式操作系统具有的特点:v可裁减,可配置。v有一定的实时性。31嵌入式操作系统操作系统的分类32嵌入式操作系统vVxworks:美国WindRiver公司于1983年开发，具有可靠、实时、可裁减特性。价格高昂，不开源。vWinCE:支持具有丰富应用程序和服务的32位嵌入式系统。v嵌入式Linux：近年来（2000年左右），Linux在嵌入式领域异军突起。33什么是嵌入式系统嵌入式系统发展历程嵌入式系统的组成嵌入式操作系统嵌入式微处理器嵌入式系统的特点嵌入式系统开发流程嵌入式系统概述34嵌入式微处理器嵌入式微处理器主要分为8位、16位、32位目前人们所指的嵌入式微处理器一般是指32位的处理器著名的32位处理器内核有：ARM系列MIPS系列中国芯系列S+core系列（凌阳）35嵌入式微处理器MIPS系列微处理器最初是在上世纪80年代由美国斯坦福大学Hennessy教授领导的研究小组研制出来的，目前其使用率仅次于ARM。MIPS应用领域覆盖游戏机、路由器、掌上电脑等各个方面。MIPS的系统结构及设计理念比较先进，在设计理念上MIPS强调软硬件协同提高性能，同时简化硬件设计。MIPS处理器36嵌入式微处理器PowerPCPower是1991年，Apple、IBM、Motorola组成的AIM联盟所发展出的微处理器架构。PowerPC处理器品种很多，应用范围非常广泛，从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统，从消费类电子产品到大型通信设备，无所不包。37中国芯系列嵌入式微处理器38ARM简介39ARM简介ARM是1990年11月在英国伦敦成立的一家知识产权公司，该公司本身不生产芯片，主要出售芯片设计技术的授权，由合作伙伴公司来生产各具特色的芯片。ARM是AdvancedRISCMachines的缩写，该企业设计了大量廉价、高性能、低功耗的RISC处理器相关技术及软件，目前，全世界有一百多家巨型IT公司和半导体公司都使用ARM公司的授权，其中包括摩托罗拉、三星、IBM、Intel、SONY、NEC、LG等。ARM不仅仅代表一个公司，代表了一类微处理器，代表了一种技术，还代表了一种新型的产业发展模式。40ARM简介41ARM发展历程最近10多年来ARM技术的突出成果表现在：使用“Thumb”的新型压缩指令格式，使得应用系统开发可降低系统成本和功耗，应用于成本敏感型嵌入式领域ARM9、ARM10、Strong-ARM、ARM11和cortex等系列处理器的开发，显著地提高了ARM的性能，使得ARM技术在面向高端数字音、视频处理等多媒体产品的应用中更加广泛优秀的软件开发和调试环境，产品快速的市场投入更为广泛的产业联盟使得基于ARM的嵌入式应用领域更加广阔嵌入在复杂SoC中、基于ARM核的调试系统代表着当今片上调试技术的前沿。42ARM发展历程第一块ARM处理器是1983年10月到1985年4月间在位于英国剑桥的AcornComputer公司开发。1990年，为广泛推广ARM技术而成立了独立的公司。20世纪90年代，ARM快速进入世界市场。在ARM的发展历程中，从ARM7开始，ARM核被普遍认可和广泛使用。1995年StrongARM问世，在StrongARM基础上产生了XScale。ARM10TDMI是ARM处理器核中的高端产品。ARM11是ARM家族中性能最强的一个系列。Cortex系列是ARM为满足不断扩展的嵌入式技术应用所做的一次改进。43ARM发展历程ARM技术还将不断发展。在嵌入式领域，ARM已取得了极大的成功，造就了IP（IntellectualProperty）核商业化、市场化的神话，迄今为止，还没有任何商业化的IP核交易和使用达到ARM的规模。ARM系列芯片已经被广泛的应用于移动电话、手持式计算机以及各种各样的嵌入式应用领域，当今，全球95%以上的手机以及超过四分之一的电子设备都在使用ARM技术，ARM已成为世界上销量最大的32位微处理器。44ARM处理器特点小体积、低功耗、低成本、高性能支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件大量使用寄存器，指令执行速度更快大多数数据操作都在寄存器中完成寻址方式灵活简单，执行效率高指令长度固定45ARM系列处理器ARM7系列ARM9系列ARM9E系列ARM10E系列ARM11系列Cortex系列SecurCore系列Inter的XscaleInter的StrongARM46ARM系列处理器ARM7系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、Int