1、嵌入式系統教案嵌入式系統教案2021-11-142提綱何謂嵌入式系統未來嵌入式系統的發展趨勢嵌入式系統的應用領域第一章 嵌入式系統簡介3嵌入式技術無處不在q處理文檔、進行工作管理和生產控制的計算機處理文檔、進行工作管理和生產控制的計算機q各種使用嵌入式技術的電子產品，如：各種使用嵌入式技術的電子產品，如：MP3、PDA、手機、智能玩具，網絡家電、智能家電、手機、智能玩具，網絡家電、智能家電、車載電子設備等車載電子設備等q在工業和服務領域中，大量嵌入式技術也已經應在工業和服務領域中，大量嵌入式技術也已經應用于工業控制、數控機床、智能工具、工業機器用于工業控制、數控機床、智能工具、工業機器人、服務

2、機器人等各個行業，正在逐漸改變著傳人、服務機器人等各個行業，正在逐漸改變著傳統的工業生產和服務方式統的工業生產和服務方式何謂嵌入式系統4國際芯片市場來看q據統計每年只有據統計每年只有10-20%10-20%的計算機芯片是為臺式的計算機芯片是為臺式PCPC或膝上電腦而設計的?；蛳ド想娔X而設計的。q嵌入式系統設計制造的嵌入式系統設計制造的CPUCPU每年大概有每年大概有10-2010-20億片。億片。q每年又有每年又有1 1萬個新的嵌入式系統計劃產生，而且越萬個新的嵌入式系統計劃產生，而且越來越多的系統需要復雜的嵌入式操作系統。來越多的系統需要復雜的嵌入式操作系統。q如：手持設備市場。如：手持設備

3、市場。20002000年的全球產銷量為年的全球產銷量為12901290萬部，而到今年時預計將為萬部，而到今年時預計將為63406340萬部。萬部。何謂嵌入式系統5中國信息家電市場q20012001年達到年達到500500億億 700700億元，今年有望達到億元，今年有望達到35003500億億 50005000億元。億元。q國內現有國內現有80008000萬有線電視網用戶、萬有線電視網用戶、3 3億多臺彩色電億多臺彩色電視機和視機和70007000多萬臺多萬臺VCDVCDDVDDVD機。機。q業內分析，未來業內分析，未來1010年是國內機頂盒生產的黃金時年是國內機頂盒生產的黃金時期，期，101

4、0年總量可望達到年總量可望達到1 11.51.5億臺，總產值在億臺，總產值在60060015001500億元人民幣之間。億元人民幣之間。q僅此一項，嵌入式軟件開發商每年獲得的授權收僅此一項，嵌入式軟件開發商每年獲得的授權收入即可達到入即可達到10101515億元。億元。何謂嵌入式系統6嵌入式技術將成為后PC時代的主宰q嵌入式技術成為當前微電子技術與計算機技術中嵌入式技術成為當前微電子技術與計算機技術中的一個重要分支。的一個重要分支。q使計算機的分類從以前的巨型機、大型機、小型使計算機的分類從以前的巨型機、大型機、小型機、微機之分變為了通用計算機和嵌入式系統之機、微機之分變為了通用計算機和嵌入式

5、系統之分。分。q嵌入式的應用更是涉及金融、航天、電信、網絡、嵌入式的應用更是涉及金融、航天、電信、網絡、信息家電、醫療、工業控制、軍事等各個領域，信息家電、醫療、工業控制、軍事等各個領域，以致一些學者斷言嵌入式技術將成為后以致一些學者斷言嵌入式技術將成為后PC時代的時代的主宰。主宰。何謂嵌入式系統7后PC時代產品的蓬勃發展何謂嵌入式系統8什么是嵌入式系統q根據根據IEEE（國際電氣和電子工程師協會）的定國際電氣和電子工程師協會）的定義：義：嵌入式系統是嵌入式系統是“用于控制、監視或者輔助操用于控制、監視或者輔助操作機器和設備的裝置作機器和設備的裝置”（原文為（原文為devices used t

6、o control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。）。何謂嵌入式系統9簡單地講嵌入性嵌入性：嵌入到對象體系中，有對象環境要求：嵌入到對象體系中，有對象環境要求專用性專用性：軟、硬件按對象要求裁減：軟、硬件按對象要求裁減計算機計算機：實現對象的智能化功能：實現對象的智能化功能q就是嵌入到對象體中的專用計算機系統就是嵌入到對象體中的專用計算機系統q三要素：三要素：嵌入、專用、計算機嵌入、專用、計算機q嵌入式系統的特點嵌入式系統的特點:由三要素引出由三要素引出何謂嵌入式系統10廣義地說q一個嵌

7、入式系統就是一個具有特定功能或用途的一個嵌入式系統就是一個具有特定功能或用途的計算機軟硬件集合體。計算機軟硬件集合體。q即以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬即以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統 。q嵌入式系統發展的最高形式嵌入式系統發展的最高形式片上系統（片上系統（SOC） 何謂嵌入式系統11嵌入式系統的分類芯片級嵌入（含程序或算法的處理器）模塊級嵌入（系統中的某個核心模塊）系統級嵌入非實時系統（PDA）軟實時系統（消費類產品）

8、硬實時系統（工業和軍工系統）何謂嵌入式系統q按表現形式分（硬件范疇）按表現形式分（硬件范疇） ：q按實時性要求分（軟件范疇）按實時性要求分（軟件范疇） ：12嵌入式處理器的分類和現狀q微控制器（微控制器（MCU）何謂嵌入式系統q數字信號處理器（數字信號處理器（DSP）q片上系統（片上系統（SOC）q可編程片上系統（可編程片上系統（SPOC）13MCU何謂嵌入式系統q嵌入式微控制器的典型代表是單片機這種位的嵌入式微控制器的典型代表是單片機這種位的電子器件電子器件,目前在嵌入式設備中仍然有著極其廣泛目前在嵌入式設備中仍然有著極其廣泛的應用。的應用。q單片機芯片內部集成單片機芯片內部集成ROM/EP

9、ROM、RAM、總線邏輯、定時總線邏輯、定時/計數器、看門狗、計數器、看門狗、I/O、串行串行口、脈寬調制輸出、口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各種必要功能和外設。等各種必要功能和外設。14MCU處理能力非常有限何謂嵌入式系統qMCU微控制器，總線寬度一般為微控制器，總線寬度一般為4位、位、8位或位或16位，處理速度有限，一般在幾個位，處理速度有限，一般在幾個MIPS，進行一進行一些復雜的應用很困難，運行操作系統就更難。些復雜的應用很困難，運行操作系統就更難。15MPU何謂嵌入式系統q嵌入式微處理器（嵌入式微處理器（Micro Processor Unit)qMPU

10、嵌入式微處理器是由通用計算機中的嵌入式微處理器是由通用計算機中的CPU演變而來的，演變而來的，8038680387q 與計算機處理器不同的是，在實際嵌入式應用中，與計算機處理器不同的是，在實際嵌入式應用中，只保留和嵌入式應用緊密相關的功能硬件，去除只保留和嵌入式應用緊密相關的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實現嵌入式應用的特殊要求。源實現嵌入式應用的特殊要求。16DSP何謂嵌入式系統qDSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統結構和指令算法方面進行了特殊設計，其在系統結構和指令算

11、法方面進行了特殊設計，在數字濾波、在數字濾波、FFT、頻譜分析等各種儀器上頻譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規模的應用。獲得了大規模的應用。qDSP是運算密集處理器，一般用在快速執行算法，是運算密集處理器，一般用在快速執行算法，做控制比較困難。為了追求高執行效率，不適合做控制比較困難。為了追求高執行效率，不適合運行操作系統，核心代碼使用匯編。運行操作系統，核心代碼使用匯編。17SOC何謂嵌入式系統qSOC（片上系統）是片上系統）是IC設計的發展趨勢。采用設計的發展趨勢。采用SOC設計技術，可以大幅度地提高系統的可靠性，設計技術，可以大幅度地提高系統的可靠性，減少系統的面積和功耗，降低系統成本，

12、極大地減少系統的面積和功耗，降低系統成本，極大地提高系統的性能價格比。提高系統的性能價格比。qSOC芯片已經成為提高移動通信、網絡、信息家芯片已經成為提高移動通信、網絡、信息家電、高速計算、多媒體應用及軍用電子系統性能電、高速計算、多媒體應用及軍用電子系統性能的核心器件。的核心器件。18SPOC何謂嵌入式系統q 用可編程邏輯技術把整個系統放到一塊硅片上，用可編程邏輯技術把整個系統放到一塊硅片上，稱作稱作SOPC?？删幊唐舷到y（可編程片上系統（SOPC）是一種是一種特殊的嵌入式系統：特殊的嵌入式系統：q首先它是片上系統（首先它是片上系統（SOC），），即由單個芯片完成即由單個芯片完成整個系統的

13、主要邏輯功能；整個系統的主要邏輯功能；q其次，它是可編程系統，具有靈活的設計方式，其次，它是可編程系統，具有靈活的設計方式，可裁減、可擴充、可升級，并具備軟硬件在系統可裁減、可擴充、可升級，并具備軟硬件在系統可編程的功能?？删幊痰墓δ?。19應用領域q社會經濟的發展產生了一些新的需求，同時促進了嵌入式技術的廣泛應用q中國正在成為世界制造大國，在消費電子、工業應用、軍事國防、網絡設備等領域都有嵌入式系統的應用嵌入式系統的應用領域20嵌入式技術刺激了許多新的應用需求q嵌入式技術發展又在不斷刺激新的技術產生 信息家電、醫療電子病歷、微小型智能武器消費電子消費電子嵌入式應用嵌入式應用信息家電信息家電智能

14、玩具智能玩具軍事電子軍事電子通信設備通信設備移動存貯移動存貯工控設備工控設備智能儀表智能儀表汽車電子汽車電子網絡設備網絡設備工業工業軍事國防軍事國防電子商務電子商務網絡網絡嵌入式系統的應用領域21工業控制工業控制 工業設備是機電產品中最大一類工業設備是機電產品中最大一類q過去在工業過程控制、數字機床、電力系統、電網安全、電網設備監測、石油化工系統等方面，大部分低端型設備主要采用是位單片機。嵌入式系統的應用領域q隨著技術發展，目前許多設備除了進行實時控制，還須將設備狀態，傳感器的信息等在顯示屏上實時顯示。22嵌入式系統的應用領域23信息家電q信息家電將成為嵌入式系統最大的應用領信息家電將成為嵌入

15、式系統最大的應用領域。域。嵌入式系統的應用領域q只有按鈕、開關的電器顯然已經不能滿足只有按鈕、開關的電器顯然已經不能滿足人們的日常需求。人們的日常需求。q具有用戶界面，能遠程控制，智能管理的具有用戶界面，能遠程控制，智能管理的電器是未來的發展趨勢，如冰箱、空調等電器是未來的發展趨勢，如冰箱、空調等的網絡化、智能化等。的網絡化、智能化等。24嵌入式系統的應用領域25嵌入式系統的應用領域26消費類電子智能玩具、手持通訊的核心嵌入式系統的應用領域27交通管理、環境監測q交通管理在車輛導航、流量控制、信息監測與汽車服務方面，目前GPS設備已經從尖端產品進入了普通百姓的家庭嵌入式系統的應用領域q水文資料實時監測，防洪體系及水土質量監測、堤壩安全，地震監測網，實時氣象信息網，水源和空氣污染監測。q加油站、停車場管理28嵌入式系統的應用領域29智能玩具與機器人嵌入式系統的應用領域30嵌入式嵌入式InternetInternet應用應用嵌入式系統的應用領域31汽車電子嵌入式系統的應用領域32軍事國防領域嵌入式系統的應用領域33航天領域嵌入式系統的應用領域34未來嵌入式系統的發展趨勢q 互聯網的普及q 半導體技術的改善q 3C（Compute,C