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1、同济大学软件学院同济大学软件学院 20062006 1. 1. 嵌入式系统嵌入式系统 嵌入式软件开发导论嵌入式软件开发导论 目录 l什么是嵌入式系统? l嵌入式系统特点 l嵌入式系统结构 嵌入式硬件 嵌入式软件 目录 l什么是嵌入式系统? l嵌入式系统特点 l嵌入式系统结构 嵌入式硬件 嵌入式软件 什么是嵌入式系统？ 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。 简而言之，它是完成特定任务的计算机系 简而言之，它是完成特定任务的计算机系 统。统。 什么是嵌入式系统？ “ “所有的计算机系统都是通
2、过编程来执行任务所有的计算机系统都是通过编程来执行任务 的的?” ?” 嵌入式系统里的程序是被 嵌入式系统里的程序是被写死写死的。系统上的。系统上 电后程序开始执行直至系统关闭，程序是电后程序开始执行直至系统关闭，程序是不能不能 被改变被改变的，除非开发人员采用特定的方法才能的，除非开发人员采用特定的方法才能 对程序进行改进并重新写入系统。对程序进行改进并重新写入系统。 什么是嵌入式系统？ 嵌入式系统往往做为一个大型系统的组 嵌入式系统往往做为一个大型系统的组 成部分被嵌入到该系统中成部分被嵌入到该系统中( (这也是它名称的由这也是它名称的由 来来) ) ，嵌套关系可能相当复杂，嵌套关系可能相
3、当复杂，也可能非常简也可能非常简 单，它的表现形式多种多样。单，它的表现形式多种多样。 嵌入式系统应用 PDA PDA 消费电子消费电子 信息家电信息家电 移动通信移动通信 GPS GPS 智能识别系统智能识别系统 导航系统导航系统 汽车电子汽车电子 嵌入式系统应用 工业控制工业控制 火控系统火控系统 数字电视数字电视 飞行控制系统飞行控制系统 测试仪器测试仪器 医疗设备医疗设备 游戏机游戏机 等等等等 Mars, December 3, 1999 Crashed due to uninitialized variable 目录 l什么是嵌入式系统? l嵌入式系统特点 l嵌入式系统结构 嵌入式
4、硬件 嵌入式软件 嵌入式系统特点 实时性实时性 小尺寸（资源，代码，规格小尺寸（资源，代码，规格） 低功耗低功耗 高效率高效率 什么是实时性? 对于实时系统，它的正确性不仅与系统的逻辑对于实时系统，它的正确性不仅与系统的逻辑 正确性相关，而且与系统的正确性相关，而且与系统的响应时间响应时间相关。如果相关。如果 系统的响应不能满足系统的响应不能满足时限时限要求，即使它能得到正要求，即使它能得到正 确的输出，我们也只能说它是一个失败的响应。确的输出，我们也只能说它是一个失败的响应。 DonaldDonald GilliesGillies 什么是实时性? 操作系统中的实时性操作系统中的实时性: :
5、操作系统对时限要求的一种响应能力。操作系统对时限要求的一种响应能力。 POSIX POSIX 标准标准 1003.1 1003.1 实时系统 在时限范围内的正确响应在时限范围内的正确响应 通常是嵌入式系统通常是嵌入式系统 通常是分布式系统通常是分布式系统 对时限要求的不同对时限要求的不同 硬实时系统硬实时系统 软实时系统软实时系统 硬实时和软实时 硬实时硬实时 系统对时限的要求特别严格，如果不满足时限系统对时限的要求特别严格，如果不满足时限 要求会给系统带来灾难性后果。如飞行控制系统。要求会给系统带来灾难性后果。如飞行控制系统。 软实时软实时 系统对时限的要求不是很迫切，如果不能满足系统对时限
6、的要求不是很迫切，如果不能满足 时限要求，系统仍然可以正常工作，只是性能有所时限要求，系统仍然可以正常工作，只是性能有所 影响而已。如数据采集系统。影响而已。如数据采集系统。 实时系统 硬实时系统应用硬实时系统应用 汽车汽车 ( (沃尔沃沃尔沃S80S80有有1919台计算机台计算机) ) 飞机飞机 (JAS)(JAS) 医疗设备医疗设备 空间设备空间设备 ( (火星探测器火星探测器) ) 军方系统军方系统 工业自动化工业自动化 实时系统 软实时系统应用软实时系统应用 游戏游戏 DVD (M DVD (MPEGPEG 编码编码) ) 英特网视频和广播英特网视频和广播 通讯通讯 目录 l什么是嵌
7、入式系统? l嵌入式系统特点 l嵌入式系统结构 嵌入式硬件 嵌入式软件 嵌入式系统结构 硬件 操作系统 程序 硬件 内嵌式操作系统 系统组件 用户程序 嵌入式系统结构计算机系统结构 嵌入式系统应用实例 数字控制算法 数据日志 数据获取和显示 操作员界面 界面 工程系统 远程监视系统 实时时钟 数据库 操作员控制台 显示设备 实时计算机 目录 l什么是嵌入式系统? l嵌入式系统特点 l嵌入式系统结构 嵌入式硬件 嵌入式软件 嵌入式系统硬件 lCPU Intel x86 PowerPC(Mac) G3,G4,G5 SPARC, Alpha ARM MIPS l位宽 8位控制器(仍然存在!) 16位
8、控制器(主流) 32位控制器(开始流行) 64位控制器(高性能) 嵌入式系统硬件 CPUCPU市场份额市场份额 嵌入式硬件实例 问题 功耗和能量功耗和能量 为何担心能量和电力 ？ “电能是嵌入式系统的最大约束” in: L. Eggermont (ed): Embedded Systems Roadmap 2002, STW 目前的UMTS电话系统几乎不可能在数据一直被传输的情况下被 操作多于一小时的时间。 from a report of the Financial Times, Germany, on an analysis by Credit Suisse First Boston; h
9、ttp:/www.ftd.de/tm/tk/9580232.html?nv=se 目录 l什么是嵌入式系统? l嵌入式系统特点 l嵌入式系统结构 嵌入式硬件 嵌入式软件 嵌入式软件 目标 l设计可靠、稳定、高效的嵌入式软件， 需要考虑 继承性继承性 有限的资源有限的资源 多样性多样性 可读性可读性 并发性并发性 兼容性兼容性 实时性实时性 层次层次 嵌入式系统软件的特点 Hardware Including Operating System Components User Program 嵌入式系统 有限的资源有限的资源 实时性实时性 操作系统与用户软件操作系统与用户软件 没有明显的界线没有明显的界线 开发模式开发模式 hosttarget 串口 以太网 嵌入式系统软件的今天 嵌入式系统软件的明天 作业 l你是如何理解嵌入式系统的? l在日常生活中，你接触过哪些嵌入式产品 ？他们都有些什么功能？ l l 嵌入式系统中的软件有哪些特征嵌入式系统中的软件有哪些特征? ? l l 比较嵌入式系统与普通的计算机系统比较嵌入式系统与普通的计算机系统 存有哪些相同和不同之处。存有哪些相同和不同之处。