嵌入式系统-嵌入式系统介绍

第一讲嵌入式系统介绍电信学院崔寅鸣Email:ymcuiscut.edu本讲主要内容嵌入式系统概述实验室介绍与课程说明嵌入式系统概要介绍EELiod270开发系统介绍Module板、EDR板Banyan-UE仿真器ARM处理器简介体系结构、编程模型、ARM指令系统嵌入式系统概述应用于航空航天军事应用于消费电子产品嵌入式Internet应用嵌入式系统的定义（一）IEEE对嵌入式系统的定义：Embeddedsystemisakindofdeviceusedtocontrol,monitororassisttheoperationofequipment,machineryorplant.“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”嵌入式系统的定义（二）一般的定义：嵌入式系统是以应用为中心和以计算机技术为基础的，并且软硬件是可裁减的，能满足应用系统对功能、可靠性、实时性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。简单说，嵌入式系统就是应用软件与系统硬件的一体化。嵌入式系统的特点系统内核小：一般应用于小型电子装置。专用性强：软硬件结合紧密，针对硬件进行系统的移植。系统精简：系统软件和应用软件紧密融合，部分无明显区别。实时多任务的操作系统：合理调度多任务，RTOS开发平台。专门的开发工具和环境。实验室条件深圳亿道公司EELiod270教学开发平台IntelXscale270微处理器，520MHz完善的硬件平台支持WinCE和Linux操作系统课程主要内容ARM与EEliod270开发系统介绍嵌入式Linux系统的构建与启动分析嵌入式Linux下程序开发课程特点理论结合实践，通过实验掌握知识、锻炼能力课程涉及面广，要求软硬件综合能力高硬件（嵌入式开发板、各种硬件接口）ARM汇编语言编程C/C++语言编程Linux操作系统QT、Java等课程安排（一）2－17周（32学时）2-4周理论课（6学时）5-17周嵌入式Linux实验嵌入式Linux基础实验（系统构建、Makefile实验、Bootloader实验、内核编译实验）嵌入式Linux驱动程序开发实验（驱动程序结构、IO口驱动实验）GUI应用程序实验，QT移植实验（不用交报告）自选综合实验（GUI应用开发,QT移植，支持GPRS/GPS/Camera）评分标准理论课：10％实验：90％实验表现50%实验报告30%出勤10%内部网络资源ftp服务器：218.192.169.64，port:21,user:emb，pwd:embeddedEELiod硬件平台资料ADS开发系统资料嵌入式LinuxBSP软件包实验指导书其他安装软件（虚拟机，Redhat9等）参考书及资料（一）ARM嵌入式处理器结构与应用基础，北航出版社，马忠梅等，2019嵌入式系统—IntelStrongARM结构与开发，北航出版社，陈章龙等，2019ARM应用系统开发详解，清华大学出版社，李驹光等，2019RedhatLinux9从入门与精通，MichaelJang著，邱仲潘等译，电子工业出版社Linux编程宝典，JohnGoerzen著，魏永明等译，电子工业出版社参考书及资料（二）AlessandroRubini，魏永明等译，linux设备驱动程序，第二版，中国电力出版社，2019中国Linux论坛linuxforum嵌入式开发网embed嵌入式系统的基本构成存储器及外围电路嵌入式处理器嵌入式操作系统应用软件嵌入式硬件系统嵌入式处理器各种类型存储器模拟电路及电源接口控制器及接插件嵌入式软件系统板级支持包（BSP）操作系统（OS/RTOS）设备驱动（DeviceDriver）协议栈（ProtocolStack）应用程序（Application）嵌入式处理器的分类嵌入式微处理器（MPU)ARMDragonballMc9328Mx1Xscale270嵌入式微控制器(MCU)8051、P51XA、MC68HC05/11/12/16、68300等嵌入式DSP处理器嵌入式片上系统（SOC-SystemOnChip）嵌入式可编程片上系统（EPSOC）ARM嵌入式微处理器ARM公司成立于1990年，Saxby和12名工程师ARM=AdvancedRISCMachineRISC（精简指令集）的典型代表32位处理器技术嵌入式领域的主力军ARM处理器有三大特点体积小、功耗低、成本低，性能高ARM/Thumb32/16位双指令系统全球众多的合作伙伴ARMARM的产品ARM处理器内核，以知识产权（IP）形式提供给IC生产厂家硬核：有和特定工艺相连系的物理版图。软核：用硬件描述语言或C语言写成，用于功能仿真ARM开发工具、SOC开发工具、评估板等ARM公司不生产芯片ARM赢利模式：专利授权费+版费目前在通信领域处于统治地位，100%的CDMA手机和85%以上的WCDMA手机IntelInside&InsideIntelARM芯片年出货量超过几十亿片ARM营收中，手机芯片占2/3ARM嵌入式微处理器嵌入式操作系统简介使用操作系统的好处和坏处底层硬件抽象化，多任务，在比较复杂的应用情况下优势明显占用系统资源，简单应用情况下增加开发难度嵌入式操作系统特点除具有普通操作系统的功能如任务调度、中断处理等外，嵌入式操作系统还有以下特点：编码体积小，适合有限的存储空间面向应用，可裁减和移植部分要求实时性强，又称实时多任务操作系统（RTOS）可靠性高以及较强的网络功能嵌入式操作系统结构嵌入式操作系统通常按体系的分类Windows兼容系列WindowsCE/NT/XPLinux类嵌入式Linux,uCLinux,RTLinuxAndroid及其派生的iPhone、oPhone、LePhone等通信领域嵌入式操作系统VxWorks,Nucleus,VRTX,QNS,pSOS其他如Symbian、BlackBerry等嵌入式Linux特点免费和代码公开支持多种硬件平台可裁剪使用成本低强大的网络功能支持GUI开发丰富的开发技术资源嵌入式系统的应用开发本实验室条件支持：无OSADS集成开发环境有OS嵌入式LinuxWindowsCE嵌入式产品开发过程集成开发环境ARMADS（ARMDeveloperSuits）它是ARM公司的集成开发环境，包括命令行开发工具、图形开发工具、实用工具和支持软件4部分，可以进行编辑、编译及调试C、C++及汇编程序。MetrowerksCodeWarriorforARMADSv1.2ARM汇编及C程序的编辑、编译AXD调试嵌入式应用开发的调试由于嵌入式系统的可用资源有限，嵌入式开发和调试工作通常要通过高性能的宿主机完成。嵌入式应用软件通过宿主机上的交叉编译器，完成交叉编译和连接后下载到目标机。宿主机：进行嵌入式软件开发的主机目标机：将要开发的目标板嵌入式开发的调试方法大致有以下几种调试方法：模拟调试方式ROMMonitor方式（或Angel方式）ICE仿真JTAG调试与仿真模拟开发调试方式模拟开发调试不需开发板硬件，一台PC即可纯软件模拟嵌入式处理器的功能和指令。如ARM公司的ARMulator模拟器。它虽然简单可行，但是缺乏在线调试和实时仿真功能。ROMMonitor调试方式（一）ROMMonitor方式（或Angel方式）ROMMonitor（或Angel）是运行在目标机的Flash或ROM的一段程序，它主要负责监控目标机上被调试程序的运行情况。通过和宿主机的配合，完成嵌入式系统的调试。它是目前低廉有效的一种调试方式。之前课程使用Metrowerks公司的CodeWarrior进行开发调试时要用到的Metro-TRK就属于这类软件。ROMMonitor调试方式（二）逻辑连接应用软件Angel硬件硬件操作系统调试器物理连接宿主机目标机ICE在线仿真模式在线仿真(InCircuitEmulator)•传统硬件级仿真调试模式•取下目标板MPU；在线仿真器可以完全仿真MPU的行为；通过卡座等连接到目标板。•它支持单步执行、断点、反汇编、源程序级调试。•优点：功能非常强大，软硬件均可做到完全实时在线调试•缺点：•适合于简单的MPU•一般滞后MPU几个月•价格昂贵宿主机目标板仿真器硬件连接示意图JTAG仿真调试方式（一）JTAG（JointTestActionGroup）联合测试行动小组，是IEEE的一个标准JTAG初始主要用于芯片内部测试，可对具有JTAG接口的芯片的硬件电路进行边界扫描和故障检测后用于调试：在芯片内部定义TAP（TestAccessPort)，可以访问寄存器和挂在总线上的设备JTAG仿真调试方式（二）JTAG调试器硬件简单，只进行并口/usb和JTAG接口的电平转换主要工作由主机软件完成，如JTAG/usb协议转换等速度慢，一般10K/s级别JTAG仿真器硬件复杂，除完成JTAG/usb协议转换，可能有MPU进行控制提供并口/USB接口等，速度快价格贵JTAG仿真调试方式（三）JTAG仿真器ARM处理器为了方便调试，内含EmbededICE宏单元，并留有JTAG调试接口，支持在线仿真。它无需目标存储器，不占用目标系统的端口。使用集成开发环境配合JTAG仿真器是目前最常用的一种调试方式。宿主机目标板仿真器硬件连接示意图JTAG仿真调试方式（四）嵌入式Linux开发调试嵌入式Linux工具链交叉编译器GCCarm-linux-gcc项目管理工具MAKE调试工具GDBbreak设置断点Run执行程序Step单步跟踪进入Next单步不进入函数Print,Display显示变量值QuitEELiod270开发系统介绍XScale架构PXA270时钟频率分312MHz、416MHz、520MHz及624MHz四种内部集成IntelWirelessMMX技术，该技术可提供额外的性能以支持3D游戏和高级视频采用了SpeedStep低功耗技术，通过智能管理电压和频率变化实现节省高达55%的功耗集成了快速捕捉（IntelQuickCapture）技术，使镜头支持400万以上像素XScale特点采用ARMV5TE指令集无线MMX指令单元IMMU和DMMUI-Cache和D-Cache写缓冲器（8入口的高速FIFO）协处理器电源管理与性能监控调试单元XScale协处理器CP0：用于DSP处理，更好的处理多媒体信息，包含一个40位累加器，并增加了8条新的指令。CP1：用于无线MMX指令数据传输和状态控制等CP6：为PXA27X新增的协处理器，主要用于减少访问中断控制寄存器的时间。CP14：用于系统的性能监视、时钟管理、电源管理和软件调试CP15：用于MMU控制PXA270XSBase270开发平台触摸屏8”TFTLCD640*480JTAG接口120pin扩展接口PXA270520MHz32PinLCD接口数码管*4CF卡喇叭SD/MMC卡SIMCardCamera全功能串口RTCBattery红外收发器RS485红外串口CanBus以太网口USBHost音频输入输出USBSlave4*4矩阵键盘高亮度LED*8GPS模块接口步进电机BT串口功能转换开关直流电机Flash*32MSdram*64M平台硬件分层分EDR板（底板）和Module板（模块板或核心板）Module板——最小系统EDR板——功能接口板Module板包含以下部分MPU——IntelXscalePXA270520MHzSDRAM——双片，64M，缺省地址空间是0xa0000000–0xafffffffFLASH——双片，32M，其缺省地址空间是0x00000000–0x03ffffffCPLD——采