1嵌入式系统概述.ppt

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1、北京邮电大学电子工程学院,北京邮电大学,嵌入式系统设计 概述,课程目的,本课程介绍了嵌入式系统的前沿技术和发展趋势，重点讲述了基于ARM微处理器的嵌入式硬件平台、嵌入式操作系统linux和嵌入式软硬件系统开发技术。 采用理论学习和实践并重的教学方法，着重培养学生的实际动手能力，通过熟悉开发环境与开发流程、编程实践等基础实验，使学生能够掌握嵌入式系统设计的基本方法。,需要的基础知识,先导课程 操作系统 微机原理 C语言,学时分配,课程属性： 专业基础课 总学时数： 48 讲课学时数： 32 实验学时数： 16 学分： 3,课程内容（约32学时）,ARM&Linux嵌入式系统教程（第2版），马中梅

2、等，北京航空航天大学出版社 嵌入式系统硬件与软件架构，Tammy Noergaard，人民邮电出版社,参考教材,主要内容,1,3,2,4,嵌入式系统的典型应用,嵌入式处理器,嵌入式操作系统,5,嵌入式系统的基本设计过程,嵌入式系统简介,嵌入式系统的应用领域,嵌入式系统的产品,网络设备:交换机、路由器,MODEM 消费电子:手机、MP3、PDA 、可视电话、电视机顶盒、数字电视、数码照相机、数码摄像机、信息家电 办公设备:打印机、传真机、扫描仪 汽车电子:ABS(防死锁刹车系统)、供油喷射控制系统、车载GPS 工业控制:各种自动控制设备,世界正步入一个崭新的“数字世界”,手机和PAD,物联网定义

3、,基本定义：“物联网”（Internet of Things）指的是将各种信息传感设备，如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。,巨大的市场,计算机应用的普及、互联网技术的实用、物联网技术的出现，正有力推动着工业生产，商业活动科学试验和家庭生活等领域自动化和信息化进程。 嵌入式产品的巨大商机-全过程自动化产品制造、大范围电子商务活动、高度协同科学实验以及现代化家庭起居。 你接触的每一样东西都将装有芯片和嵌入式软件。,创新的机遇,通用计算机产业是垄断的。 嵌入式系统与技

4、术是一个分散的工业，充满竞争、机遇与创新。 没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场即便在体系结构上存在着主流，但各不相同的应用领域决定了不可能有少数公司，少数产品垄断全部市场。因此嵌入式系统领域的产品和技术，必然是高度分散的，留给各个行业的中小规模高技术公司的创新余地很大。,主要内容,1,3,2,4,嵌入式系统的典型应用,嵌入式处理器,嵌入式操作系统,5,嵌入式系统的基本设计过程,嵌入式系统简介,计算机系统分类,计算机系统的三大领域 服务器系统市场 功能强 利润最大的市场 可用性强 可扩展性 桌面系统市场 最广阔的市场 嵌入式系统市场 潜力最大的市场,计算机系统分类,以往计算机分类：

5、 大型计算机、中型机、小型机和微计算机 目前计算机分类： 超级计算机，大型计算机、工作站、微计算机、亚微计算机 亚微计算机(嵌入式计算机) 是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中。,嵌入式系统定义,一般定义 以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪,应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境有特殊要求的专用计算机系统。是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在一起的系统（技术角度） 嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。（系统角度） 术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系统（被称之为嵌入的系统）的一个完整子系统。嵌入式的系统可以包含多个

6、嵌入式系统。 广义定义 任何一个非计算机的计算系统,IEEE定义 嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作的机器、设备或装置”（原文为devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 通常执行特定功能 嵌入式系统的核心-嵌入式微处理器 严格的时序和稳定性要求 全自动操作循环,嵌入式系统定义,嵌入式系统定义,微机学会定义 嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统。可分为系统级、板级、片级。 系统级：各种类型的工控机、PC/104模块 板级：各种类型的带CPU

7、的主板及OEM产品 片级：各种以单片机、DSP、微处理器为核心的产品,示例：手机系统,嵌入式系统狭义广义差别,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，往往困难较大，甚至无法实现。 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。本课程中的嵌入式系统是指狭义上的嵌入式系统。,嵌入式系统硬件源起,发展历史 嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。一个手持的M

8、P3和一个PC104的微型工业控制计算机都可以认为是嵌入式系统。 嵌入式系统已经有了近30年的发展历史，它是硬件和软件交替发展的双螺旋式发展。 最早的单片机是Intel公司的8048，它出现在1976年 Motorola同时推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列，这些早期的单片机均含有256字节的RAM、4K的ROM、4个8位并口、1个全双工串行口、两个16位定时器。 之后在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。,嵌入式系统软件源起,1981年Ready System开发了世界上第1个商业嵌入式实时操作系统内核（VTRX32），包含了许多传统

9、操作系统的特征，包括任务管理、任务间通讯、同步与互斥、中断支持、内存管理等功能。 随后，出现了如Integrated System Incorporation (ISI)的PSOS、IMG的VxWorks、QNX公司的QNX 等，Palm OS、WinCE（WM、WP）、嵌入式Linux、Symbian、Android、IOS等嵌入式操作系统。,嵌入式系统特点,功耗限制 嵌入式系统中，尤其是在用电池供电的嵌入式系统中，这是一个主要考虑的因素。大耗电量直接影响到硬件费用，并影响电源寿命以及带来散热问题。 低成本 包含硬件成本和软件成本。硬件成本主要决定于所使用的微处理器、所需的内存及相应的外围芯

10、片；软件成本通常难于预测，但一个好的设计方法有利于降低软件成本。 多速率 系统同时运行多个实时性任务，系统必须同时控制这些动作，这些动作有些速度慢，有些速度快。 环境相关性 嵌入式系统不是独立的，而是与其被嵌入的设备紧密相关联。,嵌入式系统特点,系统内核小 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。 如：FreeRTOS，内核只有几K，而Windows的内核则要大得多。 专用性强 嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植。 针对不同的任务，往往需要对系统进行较大更改，程序的编译下载要和系统相结

11、合，这种修改和通用软件的“升级”是完全不同的概念。 不可垄断性 PC有WinTel垄断。 嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的芯片设计和面向应用的软件产品开发。 产品相对稳定性 普通处理器18月。 嵌入式处理器8-10年。,嵌入式系统的实时性,实时性的本质是任务处理所化费时间的可预测性，即任务需要在规定的时限内完成。 任务执行的时间可以根据系统的软硬件的信息而进行确定性的预测。也就是说，如果硬件可以做这件工作，那么基于实时操作系统的软件将可以确定性的做这件工作。 实时系统 实时系统的正确性依赖于运行结果的逻辑正确性和运行结果产生的时间正确性，即实时系统必须在规定的时间范围内正确地响应外部物理过

12、程的变化。 嵌入式系统实时系统 有些嵌入式系统没有实时性要求,嵌入式系统的实时性,硬实时软实时 “软”意味着如果没有满足指定的时间约束并不会导致灾难性的后果，而对于硬实时系统来说却是灾难性的。 从实践上说，软实时和硬实时之间的区别通常与系统的时间精度有关：通常来说，软实时任务的调度精度大于1毫秒，而硬实时任务为微秒级。,嵌入式系统的实时性,实时频谱图,一般嵌入式系统的构架,一般嵌入式系统的硬件基本结构,中规模嵌入式系统与单片机、PC相比的优势,采用32位RISC嵌入式微处理器和实时操作系统组成的嵌入式控制系统，与传统基于单片机的控制系统和基于PC的控制方式相比，具有以下突出优点 性能方面：采用

13、32位RISC结构微处理器，主频从30MHz到624MHz以上，处理能力大大超出单片机系统，接近PC机的水平，但体积更小，能够真正地“嵌入”到设备中； 实时性方面：嵌入式机控制器内嵌实时操作系统（RTOS），能够完全保证控制系统的强实时性； 人机交互方面：嵌入式控制器可支持大屏幕的液晶显示器，提供功能强大的图形用户界面，输入方法多种多样； 系统升级方面：嵌入式控制器可为控制系统专门设计，其功能专一，成本较低，而且开放的用户程序接口（API）保证了系统能够快速升级和更新。,主要内容,1,3,2,4,嵌入式系统的典型应用,嵌入式处理器,嵌入式操作系统,5,嵌入式系统的基本设计过程,嵌入式系统简介,

14、嵌入式系统简介,典型的8位微处理系统 MCS-51系列的单片机是低端嵌入式系统中用得最多的微处理器。,嵌入式系统简介,典型的16位微处理系统 MCS-96系列单片机和16位DSP芯片,嵌入式系统简介,典型的32位微处理系统 ARM系列是应用较广泛的32位微处理器。该系列的MCU芯片很多，但大都是以ARM微内核为核心的。32位的DSP应用的也很广泛。,嵌入式处理器分类,嵌入式微控制器(Microcontroller Unit，MCU) 嵌入式微处理器(Microprocessor Unit，MPU) 嵌入式DSP处理器 (Embedded Digital Signal Processor，EDS

15、P) 嵌入式片上系统(System On Chip，SOC),嵌入式微控制器,嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中,芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、Watchdog、I/O、串行口等各种必要功能和外设。 一个系列的微控制器具有多种衍生产品; 单片化,体积大大减小,功耗和成本降低,可靠性提高; 是目前嵌入式工业的主流,约占嵌入式系统70%的份额; 多是8位和16位处理器 代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。 另外还有

16、许多半通用系列如：支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系统约70的市场份额。,嵌入式微控制器,微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。 微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。,嵌入式微处理器,特点: 功能和通用计算机系统微处理器基本一样,是具有32位以上的处理器,具有较高的性能。 具有体积小,功耗少,成本低,可靠性高的特点。 在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面进行了增强。可提供工业级应

17、用。 流行的嵌入式微处理器: ARM/Strong (ARM公司) PowerPC (MOTOROL公司) 68000 (MOTOROL公司) MIPS(MIPS公司),目前主要的嵌入式处理器类型有186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。,嵌入式微处理器,嵌入式DSP处理器,DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFT、频谱分析等方面DSP获得了大规模的应用。 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。

18、 DSP的理论算法在70年代就已经出现，但是由于专门的DSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPU等由分立元件实现。1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。DSP的运算速度进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。,嵌入式片上系统(SOC),SOC就是System on Chip，SOC是一种基于IP（Intellectual Property）核嵌入式系统设计技术。 它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，ARM RISC、MIPS RISC、DSP或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，例如通用串行端口（USB）、TCP

19、/IP通信单元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、蓝牙模块接口等等，这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理芯片。 SOC可以分为通用和专用两类。,SOC体系结构,ASIC Core,Memory,Embedded Processor Core,Analog Functions,Communication,Sensor Interface,嵌入式外围接口电路和设备接口,根据外围设备的功能可分为以下5类 存储器类型 通信接口 输入输出设备 设备扩展接口 电源及辅助设备,存储器,存储器是嵌入式系统中存储数据和程序的功能部件，目前常见的存储设备按使用的存储器类型分为：

20、静态易失型存储器（RAM，SRAM）； 动态存储器（DRAM）； 非易失性存储器ROM（EPROM，EEPROM，FLASH）； 硬盘、软盘、CD-ROM等。,通信接口,目前存在的所有计算机通信接口在嵌入式领域中都有其广泛的应用，应用最为广泛的接口设备包括： RS-232接口（串口UART） USB接口（通用串行总线接口） IrDA（Infra Red Data Association红外线接口） SPI（串行外围设备接口） I2C、CAN总线接口 蓝牙接口（Bluetooth） Ethernet（以太网接口） IEEE1394接口和通用可编程接口GPIO,输入输出设备,CRT、LCD和触摸屏

21、等，构成了嵌入式系 统中重要的信息输入输出设备，应用广泛。 触摸屏可以方便的实现鼠标和键盘功能。,设备扩展接口,简单的嵌入式系统如具有简单的记事本、备忘录以及日程计划等功能的PDA，它所需要存储的数据量并不需要很大的内存。 由于目前的嵌入式系统功能越来越复杂，需要大容量内存，大的内存使得系统成本和体积加大。 目前一些高端的嵌入式系统都会预留可扩展存储设备接口，为日后用户有特别需求时，可购买符合扩展接口规格的装置直接接入系统使用。 常用的扩展卡还有各种CF卡、SD卡、Memory Stick等。目前高端的嵌入式系统都留有一定的扩展卡接口。,电源及辅助设备,嵌人式系统力求外观小型化、重量轻以及电源

22、使用寿命长，例如移动电话或PDA，体积较大或者过重的机型已经被淘汰。 目前发展的目标是体积小、易携带和外观设计新颖等。在便携式嵌入式系统的应用中，必须特别关注电源装置等辅助设备。,主要内容,1,3,2,4,嵌入式系统的典型应用,嵌入式处理器,嵌入式操作系统,5,嵌入式系统的基本设计过程,嵌入式系统简介,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。嵌入式系统的出现。解决了嵌入式软件开发标准化的难题。嵌入式系统具有操作系统的基本功能： 进程调度 内存管理 设备管理 文件管理 操作系统接口（API调用） 嵌入式操作系统具有的特点： 系统可裁减,可配置。 系统具备网络支持功能。 系

23、统具有一定的实时性。,嵌入式操作系统结构分类,操作系统按结构分 微内核（micro-kernel） 单内核（monolithic kernel）（宏内核） 混合内核（hybrid kernel）,嵌入式操作系统的实时性分类,按照对实时系统的定义,嵌入式系统可分为实时嵌入式系统与非实时嵌入式系统： 实时系统的定义：能够对外部事件做出及时响应的系统。响应时间要有保证。 对外部事件的响应包括 事件发生时要识别出来 在给定时间约束内必须输出结果 实时操作系统：VxWorks，WinCE，QNX 非实时操作系统：嵌入式Linux、Android、IOS,实时嵌入式操作系统特点,IEEE 的实时UNIX分

24、委会认为实时操作系统应具备以下的几点: 异步的事件响应 切换时间和中断延迟时间确定 优先级中断和调度 抢占式调度 内存锁定 连续文件 同步,实时嵌入式操作系统分级,实时操作系统分级,一般实时操作系统应用于实时处理系统的上位机和实时查询系统等实时性较弱的实时系统，并且提供了开发、调试、运用一致的环境。 嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时控制系统，而且应用程序的开发过程是通过交叉开发来完成的，即开发环境与运行环境是不一致。嵌入式实时操作系统具有规模小(一般在几K几十K 内)、可固化使用实时性强(在微秒数量级上)的特点 。,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,对基于芯片的开发来说，应用程序一般

25、是一个无限的循环，可称为前后台系统或超循环系统。很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计，例如微波炉、电话机、玩具等。 在另外一些基于微处理器应用中，从省电的角度出发，平时微处理器处在停机状态，所有事都靠中断服务来完成。,前后台系统,基本概念,中断服务程序处理异步事件，这部分可以看成前台行为，前台也叫中断级。时间相关性很强的关键操作一定是靠中断服务程序来保证的。,循环中调用相应的函数完成日常的操作，这部分可以看成后台行为，后台也可以叫做任务级。这种系统在处理的及时性上比实际可以做到的要差。,前后台系统,嵌入式操作系统基本概念,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,代码的临界区也称为临界区，指处理时

26、不可分割的代码，运行这些代码不允许被打断。一旦这部分代码开始执行，则不允许任何中断打断（这不是绝对的，如果中断不调用任何包含临界区的代码，也不访问任何临界区使用的共享资源，这个中断可能可以执行）。为确保临界区代码的执行，在进入临界区之前要关中断，而临界区代码执行完成以后要立即开中断。,代码的临界区,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,程序运行时可使用的软、硬件环境统称为资源。资源可以是输入输出设备，例如打印机、键盘、显示器。 资源也可以是一个变量、一个结构或一个数组等。,资源,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,可以被一个以上任务使用的资源叫做共享资源。为了防止数据被破坏，每个任务在与共享资源打交

27、道时，必须独占该资源，这叫做互斥。,共享资源,访问共享资源之前申请信号量,其它任务访问受阻 而不能使用共享资源,得到允许后，才能使用共享资源,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,一个任务，也称作一个进程，是一个逻辑上的完整的处理过程，该程序可以认为CPU完全属于该程序自己。实时应用程序的设计过程，包括如何把问题分割成多个任务，每个任务都是整个应用的某一部分，每个任务被赋予一定的优先级，有它自己的一套CPU寄存器和自己的栈空间。,任务,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,当多任务内核决定运行另外的任务时，它保存正在运行任务的当前状态，即CPU寄存器中的全部内容。这些内容保存在任务的当前状态保存区，也

28、就是任务自已的栈区之中。入栈工作完成以后，就把下一个将要运行的任务的当前状态从任务的栈中重新装入CPU的寄存器，并开始下一个任务的运行。这个过程就称为任务切换。这个过程增加了应用程序的额外负荷。CPU的内部寄存器越多，额外负荷就越重。做任务切换所需要的时间取决于CPU有多少寄存器要入栈。,任务切换,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任务分配CPU时间，并且负责任务之间的通信。内核提供的基本服务是任务切换。使用内核可以简化应用系统的设计，是因为内核允许将应用分成若干个任务，由内核来管理它们。内核需要消耗一定的系统资源，比如25的CPU运行时间、RA

29、M和ROM等。 内核提供必不可少的系统服务，如信号量、消息队列、延时等。,内核,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,调度是内核的主要职责之一。调度就是决定该轮到哪个任务运行了。多数实时内核是基于优先级调度法的。每个任务根据其重要程序的不同被赋予一定的优先级。基于优先级的调度法指CPU总是让处在就绪态的优先级最高的任务先运行。然而究竟何时让高优先级任务掌握CPU的使用权，有两种不同的情况，这要看用的是什么类型的内核，是非占先式的还是占先式的内核。,调度,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,非抢占式内核要求每个任务自我放弃CPU 的所有权。非抢占式调度法也称作协同多任务，各个任务彼此合作共享一个CPU

30、。异步事件还是由中断服务来处理。中断服务可以使一个高优先级的任务由挂起状态变为就绪状态。但中断服务以后控制权还是回到原来被中断了的那个任务，直到该任务主动放弃CPU的使用权时，那个高优先级的任务才能获得CPU的使用权。,非抢占式内核,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,当系统响应时间很重要时，要使用抢占式内核。因此绝大多数商业上销售的实时内核都是抢占式内核。最高优先级的任务一旦就绪，总能得到CPU的控制权。当一个运行着的任务使一个比它优先级高的任务进入了就绪状态，当前任务的CPU使用权就被剥夺了，或者说被挂起了，那个高优先级的任务立刻得到了CPU的控制权。如果是中断服务子程序使一个高优先级的任务

31、进入就绪态，中断完成时，中断了的任务被挂起，优先级高的那个任务开始运行。,抢占式内核,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,任务的优先级是表示任务被调度的优先程度。每个任务都具有优先级。任务越重要，赋予的优先级应越高，越容易被调度而进入运行态。,任务优先级,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,中断是一种硬件机制，用于通知CPU有个异步事件发生了。中断一旦被识别，CPU保存部分（或全部）上下文即部分或全部寄存器的值，跳转到专门的子程序，称为中断服务子程序（ISR）。中断服务子程序做事件处理，处理完成后，程序回到： 1. 在前后台系统中，程序回到后台程序； 2. 对非抢占式内核而言，程序回到被中断了的任

32、务； 3. 对抢占式内核而言，让进入就绪态的优先级最高的任务开始运行。,中断,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,中断,嵌入式操作系统基本概念,基本概念,时钟节拍是特定的周期性中断。这个中断可以看作是系统心脏的脉动。中断之间的时间间隔取决于不同应用，一般在10ms到200ms之间。时钟的节拍式中断使得内核可以将任务延时若干个整数时钟节拍，以及当任务等待事件发生时，提供等待超时的依据。时钟节拍率越快，系统的额外开销就越大。,时钟节拍，时钟中断,使用嵌入式操作系统的优缺点,优点 使程序的设计和扩展变得容易，大大提高了开发效率。 充分发挥32位CPU多任务的潜力，实现多任务设计，能够充分利用硬件资源和

33、实现资源共享。 实时性和健壮性能够得到更好的保证。 缺点 嵌入式操作系统增加ROM/RAM等额外开销，510的CPU额外负荷。,VxWorks,VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），具有良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域牢牢占据着一席之地。 VxWorks所具有的显著特点是： 可靠性、实时性和可裁减性。 它支持多种处理器，如x86、i960、Sun Sparc、Motorola MC68xxx、MIPS 、POWERPC等等。 以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军

34、事、航空航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如火星探测器（1997年7月4日登陆火星表面）。,Linux是开放源码和免费使用的，遍布全球的众多Linux爱好者又是Linux开发的强大技术后盾。 嵌入式Linux(Embedded Linux)是指对Linux经过小型化裁剪后，能够固化在容量只有几百K字节或几兆字节的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用Linux操作系统。嵌入式Linux的开发和研究是目前操作系统领域的一个热点。主要有RTLinux和CLinux Linux的内核小、功能强大、API丰富，系统健壮、效率高，易于定制剪裁，在价格上极具竞争力。 Linux不仅支持x

35、86 CPU，还可以支持其他数十种CPU芯片。 近几年Linux在嵌入式领域异军突起，过去的一年中有13%的用户已经开始使用嵌入式Linux系统进行开发工作；有52%的用户决定在未来24个月内开始使用Linux作为嵌入式操作系统的开发原型。,嵌入式Linux,嵌入式Linux界面实例,Windows CE/Windows Mobile/Windows Phone,Windows CE：一种针对小容量、移动式、智能化、32位、连接设备的模块化实时嵌入式操作系统（缩减的Win95）。 针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台，属于软实时操作系统。 由于其Windo

36、ws背景，界面比较统一。可以使用大多数Windows开发工具（如VB，VC等），大多数Windows应用程序经过移植后就可以运行在WinCE平台上。 操作系统的基本内核需要至少200K的ROM。,Windows Mobile（Windows Phone）界面实例,Symbian OS,Symbian由诺基亚、西门子、索尼爱立信等几家大型移动通讯设备商共同出资组建的一个合资公司，专门研发手机操作系统。Symbian操作系统的前身是EPOC。 针对PDA及智能手机的，能够提供良好的软实时的操作系统，目前占有75的智能手机市场 与之竞争的有Windows Mobile、PalmOS以及Linux 主

37、要版本 Series 60/80/40 UIQ,Symbian界面实例,Palm OS,Palm OS是著名的网络设备制造商3COM旗下的Palm Computing掌上电脑公司的产品。 Palm OS是一套专门为掌上电脑编写的操作系统，充分考虑到了掌上电脑内存相对较小的情况，所以Palm操作系统本身所占的内存很小，基于Palm操作系统编写的应用程序所占的空间也很小，通常只有几十KB，因此基于Palm操作系统的掌上电脑虽然只有几兆内存却可以运行众多的应用程序。 Palm OS在PDA市场上占有很大的市场份额， Palm OS的市场份额占到将近90%，最近下降70，目前主要与WIN CE进行激烈

38、竞争。 代表性的产品有Palm m505、Palm m500、Palm III等。,PalmOS界面实例,IOS,iOS是由苹果公司开发的操作系统。最初是设计给iPhone使用，后来陆续套用到iPod touch、iPad以及iTV产品上。原名为“iPhone OS”。 就像其基于的Mac OS X操作系统一样，它也是以Darwin为基础的。 IOS的系统架构分为四个层次：核心操作系统层（the Core OS layer），核心服务层（the Core Services layer），媒体层（the Media layer），触控应用层（the Cocoa Touch layer）。 系统操

39、作占用大概1GB（iOS 6）的存储空间。,IOS界面实例,Android,Android（安卓）基于Linux，主要用于移动设备，由Google成立的Open Handset Alliance（OHA）领导与开发。 Google通过官方网上商店平台Google Play，提供应用程序和游戏供用户下载，截止至2012年6月，Google Play商店拥有超过60万个官方认证应用程序。同时用户亦可以通过第三方网站来下载。 2010年末数据显示，仅正式推出两年的Android操作系统在市场占有率上已经超越称霸逾十年的Symbian系统，成为全球第一大智能手机操作系统。,Android系统界面,主要

40、内容,1,3,2,4,嵌入式系统的典型应用,嵌入式处理器,嵌入式操作系统,5,嵌入式系统的基本设计过程,嵌入式系统简介,嵌入式系统的开发方法,嵌入式系统的设计准则 嵌入式系统的设计流程 嵌入式系统的开发方法 嵌入式系统的开发模式 嵌入式系统的测试,嵌入式系统的设计准则,嵌入式系统设计不同于桌面系统,它非常受制于功能和具体的应用环境。所以嵌入式系统的设计具有一些特殊的要求。 嵌入式系统的设计要求: 并发处理,及时响应 接口方便,操作容易 稳定可靠,维护简便 功耗管理,降低成本 功能实用,便于升级,嵌入式系统的设计流程,嵌入式系统开发的最大特点就是需要软硬件综合开发。其原因在于： 一方面，任何一个

41、嵌入式产品都是软件和硬件的结合体。 另一方面，一旦嵌入式产品研发完成，软件就固化在硬件环境中，嵌入式软件是针对相应的嵌入式硬件开发的，是专用的。嵌入式系统的这一特点决定了嵌入式应用开发方法不同于传统的软件工程方法。,嵌入式系统的开发流程,嵌入式系统的设计生命周期,嵌入式系统开发方法,设计过程的明确目标是建造一个有用的产品 产品功能 产品性能 制造成本 功耗特性 上市时间 嵌入式产品设计需要一个小组的技术人员协作完成 设计过程会受内外因素的影响而变化,嵌入式系统分层设计模型,嵌入式系统的软硬件并行设计,嵌入式系统的开发模式,嵌入式系统的软件使用交叉开发平台进行开发。 系统软件和应用软件在主机开发

42、平台上开发 系统软件和应用软件在嵌入式硬件平台上运行。 宿主机（Host）是用来开发嵌入式软件的系统。 目标机（Target）是被开发的目的嵌入式系统。 交叉编译器（Cross-compiler）是进行交叉平台开发的主要软件工具。它是运行在一种处理器体系结构上，但是可以生成在另一种不同的处理器体系结构上运行的目标代码的编译器。,嵌入式系统的测试,测试目的: 找到软硬件设计中的错误 减少风险 节约成本 提高性能 测试内容: 功能调试(黑盒测试) 压力测试,边界测试,异常测试 错误测试,随机测试,性能测试 覆盖测试(白盒测试) 语句测试,判定和分支测试,条件覆盖,教学硬件平台ARM,2002嵌入式内核总量: 6.265亿,*包括用于32位、64位RISC结构的片上系统,实验环境OURS-PXA270EP嵌入式教学实验系统,实验环境OURS-PXA270EP嵌入式教学实验系统,教学软件平台Linux,近200种操作系统，WinCE、Linux、Vxworks、QNX、Nucleus、 适于学习的源代码开放的操作系统：Linux Linux:层次结构且内核完全开放、网络功能强大、完整开发工具、广泛的硬件支持、遵循通用国际标准，便于程序的移植,完,