西安邮电大学计算机学院2013.4主讲人：贺炎Email: heyan0220xupt.edu.cn嵌入式系统开发嵌入式系统开发李宥谋、刘钊远、马博 编著清华大学出版社参考教材ARM嵌入式系统基础教程 .周立功等编著.北京航空航天大学出版社. 2008ARM嵌入式系统结构与编程.邱铁编著.清华大学出版社. 2009 相关网站：www.arm.com ，www.nxp.com ，www.zlgmcu.com 学习教材选用课程教学内容课程安排计划学时：64学时（其中，授课48学时，实验16学时）实验内容：ADS环境2学时，ARM汇编4学时，GPIO接口4 学时，UART、定时器、中断等6 学时。课内外学习比例：课内1：课外1实验安排ARM嵌入式系统实验指导电子版实验地点：嵌入式实验室实验条件：计算机、ADS1.2开发工具、LPC2131开发板（或其他ARM7开发板）嵌入式系统开发课程介绍嵌入式： ARM系列的体系结构 ARM7指令集及汇编程序设计接口技术： 硬件接口电路原理 软件接口编程方法嵌入式系统开发课程特点专业技术基础课硬件系列课程之一： 计算机组成原理 微机原理及接口技术 嵌入式系统 计算机体系结构课程特点： 以技术为主 面向应用 软硬件相结合嵌入式系统开发先修课程计算机文化课基础(全面了解)数字逻辑 提供硬件基础计算机组成原理 确立计算机部件功能 掌握计算机工作原理高级语言程序设计 熟悉C语言程序设计的方法 掌握基本程序设计思想嵌入式系统开发简介嵌入式系统开发简介基础知识硬件开发基础软件开发基础设计与应用教学内容介绍教学内容介绍1.基础知识：第1章、第2章、第3章和第4章。这四章介绍了嵌入式系统的基本概念、ARM7的体系结构、编程模式、指令系统和汇编程序设计方法。2.硬件开发基础：第5章、第6章和第7章。以NXP公司的LPC2000系列为例，介绍了嵌入式系统的硬件组成及工作原理。3.软件开发基础：第8章，介绍了嵌入式系统软件组成、硬件适配层软件功能、实现方法、系统软件移植和软件开发流程。4.嵌入式系统应用：第9章，以停车场管理系统为例，简要介绍了系统总体设计、嵌入式Web设计、嵌入式SQLite数据开发、SNMP代理设计等。实验环境实验环境开发板： ARM7系列开发工具：ADS1.2软件操作平台：C/OS-II操作系统平台。本章首先介绍嵌入式系统的概念、组成及特点，并对嵌入式处理器和嵌入式操作系统做简要的概述，以方便读者从系统的角度整体理解嵌入式系统；其次，对嵌入式系统的开发过程进行初步分析，介绍嵌入式系统的开发环境和设计步骤。通过学习，读者将掌握嵌入式系统的基本知识，了解嵌入式系统的设计过程和一般的实现方法。第第1 1章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础 1.1 1.1 嵌入式系统概述嵌入式系统概述 1.2 嵌入式处理器 1.3 嵌入式操作系统 1.4 嵌入式系统开发第第1 1章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础1.1 1.1 嵌入式系统概述嵌入式系统概述1.1.1 嵌入式系统的定义1.1.2 嵌入式系统的组成1.1.3 嵌入式系统的特点1.1.4 嵌入式系统的应用返回上 级目录单片机的发展历程70年代 ：Intel公司的 8048 Motorola公司的68HC05 Zilog公司的Z80系列 80年代 ： Intel 的MCS-51系列Motorola公司的MC68000 IBM和Motorola 的PowerPC 90年代 ：ARM公司的ARM系列2000以后： ARM系列成为主流嵌入式系统的发展嵌入式系统的发展9090年代之后的发展趋势年代之后的发展趋势 互联网的普及 半导体技术的改善 3C技术的快速融合（Computer, Communication, ConsumerElectronic） 使用者的需求 信息服务应用生活化相关技术：多学科交叉， 计算机、电子技术、微电子技术、集成电路设计等。未来嵌入式系统的发展趋势1.1.11.1.1 嵌入式系统的定义嵌入式系统的定义 嵌入式系统：Embedded System，是“嵌入式计算机系统”的简称。 IEEE的定义：devices used to control, monitor, or assist theoperation of equipment, machinery or plants . 解释：控制、监视或者辅助某个设备、机器及工厂运行的设备 。 但这个定义已经不能更好的解释今天的嵌入式系统，目前对嵌入式系统有多种解释，下面给出一个大家较为认同的嵌入式系统的概念 。比较认同的嵌入式系统概念比较认同的嵌入式系统概念 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，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。 专用性：是专为目标对象设计定制的，与应用对象紧密结合，是面向用户 。 嵌入性：是目标对象系统的组成部分，系统的软、硬件都嵌入到目标对象体系结构中，形成一个以计算技术、 电子技术和特定的工程应用相结合的综合体。 计算机系统： 是以计算机为基础，软、硬件可载减的专用计算机系统。返回上 级目录1.1.21.1.2 嵌入式系统的组成嵌入式系统的组成 硬件层包含： 嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等） 处理器 ： ARM、MIPS、 X86、 PowerPC和SH等 。 主存储器 ： ROM类 ：NOR Flash、EPROM和PROM等。 RAM类 ：SRAM、DRAM和SDRAM等 。 接口： A/D、D/A、RS-232、Ethernet、USB、IIS（音频 接口）、I2C、CAN、SPI和IrDA（红外线接口） 1. 1. 硬件层硬件层 中间层的位置：中间层在硬件层与软件层之间，也称为硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）或板级支持包（Board Support Package，BSP） 中间层的任务： 相关底层硬件的初始化及配置，设备驱动程序 中间层的特点： 硬件相关性，直接操作底层硬件 操作系统相关性： 为操作系统提供所需要的硬件操作接口2. 2. 中间层（即：硬件适配层）中间层（即：硬件适配层） 系统软件层由嵌入式操作系统（EOS）、文件系统、图形用户接口（GUI）、网络系统及通用组件模块等组成。 3. 3. 系统软件层系统软件层4. 4. 功能层功能层 功能层由基于操作系统开发的应用程序组成，用来完成对被控对象的控制功能 。返回上 级目录技术先进。将先进的计算机技术、半导体技术以及电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。系统内核小。一般是应用于电子装置中，系统资源相对有限。专用性强。软件和硬件结合非常紧密，应用具有一定的针对性。系统精简。一般没有系统软件和应用软件的明显区分，减少不需要的功能降低复杂度，提供系统安全性。 系统软件要求具有高实时性。且软件要求固态存储，以提高速度。嵌入式软件开发走向标准化，逐步形成丰富的可兼容的各种软件组件、函数库 等。嵌入式系统本身不具备在其上进行进一步开发的能力。用户如果需要修改其中的程序功能，需要借助于一套开发工具和环境。1.1.31.1.3 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点返回上 级目录 工业控制 交通管理 信息家电 智能家居 电子商务 环境工程与自然 机器人 机电产品 国防、军事1.1.41.1.4 嵌入式系统的应用嵌入式系统的应用25生活中的嵌入式系统生活中的嵌入式系统26马达控制器车灯尾灯控制 系统后车门控 制系统前车门控 制系统座椅控制 系统发动器控 制系统所有的控 制系统都 是一个完 整的嵌入 式系统嵌入式系统示例嵌入式系统示例汽车控制系统汽车控制系统27消费类电子消费类电子智能玩具、手持通讯的核心智能玩具、手持通讯的核心28智能玩具与机器人智能玩具与机器人29嵌入式系统在嵌入式系统在InternetInternet中的应用中的应用30军事国防领域军事国防领域31航天领域航天领域返回上 级目录第第1 1章章 嵌入式系统基础嵌入式系统基础 1.1 嵌入式系统概述 1.2 1.2 嵌入式处理器嵌入式处理器 1.3 嵌入式操作系统 1.4 嵌入式系统开发1.2 1.2 嵌入式处理器嵌入式处理器 1.2.1 嵌入式处理器的分类 1.2.2 典型的嵌入式处理器 1.2.3 嵌入式处理器的性能指标返回上 级目录嵌入式系统的组成嵌入式系统的组成输入输出接口处理器/ARM核 MMU/Cache/ICEUSBGPIOIIC/IIS/SPILCDUART和IrDAADC/DAC 看门狗/复位/PLLDSP/协处理器人机交互接口LCD/触摸屏、键盘、鼠标以太网FlashEEPROMSDRAMSRAM电源、时钟管理RAM/ROM内 存Timer/RTC中断控制器CANDMA嵌入式处理器可以分为以下几大类：嵌入式微处理器；嵌入式微控制器；嵌入式DSP处理器；嵌入式片上系统（SOC）。1.2.1 1.2.1 嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类Embeded Microprocessor Unit(EMPU) ,芯片内部一般没有 存储器和外设电路，需要在电路板上设计ROM、RAM、总线 接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保 密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块 电路板上，称为单板计算机。目前主要有Am186/88、386EX 、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM / StrongARM系 列等类型 CPUROMRAM外设1外设2单板计算机1. 1. 嵌入式微处理器（嵌入式微处理器（EMPUEMPU）嵌入式微控制器又称单片机单片机，一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM、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等各种必要功能和外设。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器微控制器。 嵌入式微控制器种类多，括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多ARM芯片等。目前MCU占嵌入式系统约70的市场份额。复位 部件看门狗 部件晶振 部件I/O 部件中断 部件ROM 部件SRAM 部件定时器 部件CPU核2. 2. 嵌入式微控制器（嵌入式微控制器（Microcontroller UnitMicrocontroller Unit，MCUMCU）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DSP处理器比较有代表性的产品是Texas，如DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等。PHILIPS公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP结构低成本、低功耗技术上制造的R. E. A. L DSP处理器。3. 3. 嵌入式嵌入式DSPDSP处理器（数字信号处理器）处理器（数字信号处理器） SoC，将整个嵌入式系统大部分集成到一块或几块芯片中去。使得系统变得简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。 SoC可以分为通用和专用两类。 通用系列包括Infineon的TriCore、Motorola的M-Core、某些ARM系列器件等。 专用SoC一般专用于某个或某类