第一讲 嵌入式系统概述

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1、陈慈发三峡大学电气信息学院嵌入式系统设计EmbeddedSystemDesign1．1嵌入式系统的概念嵌入式系统是随着计算机技术、微处理器技术、电子技术、通信技术、集成电路技术的发展而发展起来的，已成为计算机技术和计算机应用领域的一个重要组成部分。》定义1：嵌入式系统是以应用为中心、计算机技术为基础，软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。》定义2：把基于处理器（通用处理器和嵌入式处理器）的设备称为计算机，把计算机分为两大部分，即通用计算机和嵌入式计算机。嵌入式系统也

2、称为嵌入式计算机，或非通用计算机系统。一个嵌入式系统就是一个硬件和软件的集合体，它包括硬件和软件两部分。硬件包括嵌入式处理器/控制器/数字信号处理器、存储器及外设器件、I/O端口、图形控制器等。软件包括操作系统（嵌入式操作系统）和应用程序（应用软件）。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的。嵌入式系统的核心是嵌入式处理器，其技术指标如功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等均受到应用要求的制约。其应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，一般要求固化存储（Firmware），软件代码要求高质量、高可靠

3、、强实时。1．2嵌入式系统的特点1．2．1嵌入式系统的特点a)嵌入式系统通常是面向特定应用的，因此嵌入式CPU与通用CPU的最大不同是嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中。ARM—手机，DragonBall—PDA，PowerPC—Networks。一般地，决定嵌入式处理器的应用环境的因素主要是集成的外部接口的功能和处理速度，通常具有功耗低、体积小、集成度高等特点，能够把通用计算机中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，设计小型化，提高可靠性，移动能力强，网络性能好。b)嵌入式系统是将先进的计算机技术、半

4、导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物，是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。c)嵌入式系统的硬件和软件效率高，量体裁衣、去除冗余，在同样的硅片面积上实现更高的性能，竞争力强。d)嵌入式系统的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键。e)嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体的产品同步进行，具有较长的生命周期。f)嵌入式系统本身不具备自开发能力，即使设计完成以后用户通常也不能对其中的软件功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。1．2．2嵌入式处理器的特

5、点a)对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务，并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。b)具有功能很强的存储区保护功能。软件结构模块化，避免软件模块之间出现错误的交叉作用，有利于软件诊断。c)可扩展的处理器结构，能最迅速地扩展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。d)功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统，只有mW/μW级。1．2．3嵌入式操作系统的特点一般地，嵌入式系统软件需要嵌入式操作系统（EOS）开发平台。对于小规模的嵌入式系

6、统，应用程序可以没有操作系统，直接在芯片上运行；对于较大规模的系统来说，为了合理地调度多任务，管理和利用系统资源、系统函数，以及和专用库函数接口，应配置EOS平台，以保证程序执行的实时性、可靠性，减少开发时间，保证软件质量。一个优秀的EOS是嵌入式系统成功的关键。EOS具备一般OS最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等，还应具备以下特点：更好的硬件适应性，良好可移植性，支持尽量多的硬件平台；占用更少的硬件资源，几KB至几十KB；高可靠性；强大的网络功能，支持TCP/IP协议等，协议栈可裁剪；友好

7、高效的GUI；实时性能；可裁减性，如微内核结构、模块化结构。1．2．4嵌入式系统的共性嵌入式系统具有多样性、复杂性，但仍有许多共性：虽然嵌入式处理器品种众多，指令系统、集成的部件不同，但是具有处理器的共同特点，如总线结构、中断能力等；嵌入式处理器由通用处理器内核加上外部设备组成，同一类外部设备完成的功能相似，虽然它们的组成细节不同。不同种类的嵌入式处理器由通用处理器内核加上不同种类的外部设备构成。嵌入式软件开发人员需要关心硬件的细节，除非有设备驱动程序。掌握TCP/IP协议栈的实现细节具有额外的优势，网络功能将成

8、为嵌入式系统的标准配置。软件开发在内核层编程，需要了解OS的调用细节。虽然目前EOS种类繁多，但比较类似，可触类旁通。嵌入式系统的开发人员，必须掌握硬件和软件的综合知识，进行硬件系统和软件系统的综合设计。嵌入式系统的软件开发人员需要掌握多种EOS的用法。OS、编程语言和开发工具的多样性是一个有利条件，开发人员可以为具体应用选择合适的平台。嵌入式系统设计师根据应用选平台是至