1、LOGO 嵌入式系統概述嵌入式系統概述教師：蔣軍 3. ARM9匯編語言匯編語言 2. ARM9體系結構體系結構 4. Conclusion 4. 存儲系統機制及存儲器接口存儲系統機制及存儲器接口 3. Challenges Forward 7. 定時部件定時部件 5. 中斷機制中斷機制 1.緒論緒論 6. GPIO端口端口 10. 嵌入式系嵌入式系統設計統設計方法方法 8. 通信網絡接口通信網絡接口 9. 人機接口技人機接口技術術 v嵌入式系統的定義：嵌入式系統的定義： 第一種定義是傳統的定義形第一種定義是傳統的定義形式，它把嵌入式系統定義為：嵌式，它把嵌入式系統定義為：嵌入在其他設備中，起

2、智能控制作入在其他設備中，起智能控制作用的專用計算機系統。用的專用計算機系統。 第二種定義是目前比較流行第二種定義是目前比較流行的定義形式，它把嵌入式系統定的定義形式，它把嵌入式系統定義為：以應用為中心，以計算機義為：以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，軟件固化的專用計算機系統。軟件固化的專用計算機系統。 v嵌入式系統的特征：嵌入式系統的特征： （1 1）嵌入式系統與應用目標結合緊密，硬件組嵌入式系統與應用目標結合緊密，硬件組 件需要定制（或稱硬件裁剪）。件需要定制（或稱硬件裁剪）。 （2 2）嵌入式系統的軟件組件也需要定制（或稱嵌入式系統的軟件組

3、件也需要定制（或稱為軟件裁剪）。為軟件裁剪）。 （3 3）嵌入式系統的所有軟件組件均需要存儲在）嵌入式系統的所有軟件組件均需要存儲在非易失存儲芯片中，把運行代碼寫入非易失存非易失存儲芯片中，把運行代碼寫入非易失存儲芯片中的過程叫做儲芯片中的過程叫做“軟件固化軟件固化” （4 4）嵌入式系統相對于通用個人電腦來說，其）嵌入式系統相對于通用個人電腦來說，其硬件、軟件資源受限。硬件、軟件資源受限。 v嵌入式系統的設計、開發方法與通用個人電腦的嵌入式系統的設計、開發方法與通用個人電腦的應用系統開發方法相比較，也有以下幾點不同：應用系統開發方法相比較，也有以下幾點不同： （1）需要軟硬一體的設計理念。）

4、需要軟硬一體的設計理念。 在嵌入式系統設計階段，設計者需要根據應用功能需求，結合成本、體在嵌入式系統設計階段，設計者需要根據應用功能需求，結合成本、體積、功耗等非功能性需求，綜合考慮哪部分功能由硬件完成，哪部分功能由積、功耗等非功能性需求，綜合考慮哪部分功能由硬件完成，哪部分功能由軟件完成，并在開發實施階段，能根據硬件結構的具體情況，設計適應于該軟件完成，并在開發實施階段，能根據硬件結構的具體情況，設計適應于該硬件結構的軟件。硬件結構的軟件。 （2）需要系統軟件與應用軟件融合設計。）需要系統軟件與應用軟件融合設計。 系統軟件通常是指管理及控制系統資源的那部分軟件，而應用軟件指的系統軟件通常是指

5、管理及控制系統資源的那部分軟件，而應用軟件指的就是具體完成用戶功能的那部分軟件。就是具體完成用戶功能的那部分軟件。 （3）需要建立交叉開發環境。）需要建立交叉開發環境。宿主機宿主機（PC機）機）通信信道通信信道目標機目標機 *早在早在20世紀世紀70年代初，隨著微處理器的誕生，年代初，隨著微處理器的誕生，個人計算時代的到來，就出現了嵌入式系統，只個人計算時代的到來，就出現了嵌入式系統，只是那時的嵌入式系統，其應用領域主要局限在工是那時的嵌入式系統，其應用領域主要局限在工業控制和一些智能儀器儀表中。業控制和一些智能儀器儀表中。 *但是到了但是到了21世紀初，隨著普適計算（又稱泛在世紀初，隨著普適

6、計算（又稱泛在計算）理論的出現，隨著智能手機、物聯網等各計算）理論的出現，隨著智能手機、物聯網等各種應用產品或應用系統的涌現，嵌入式系統已對種應用產品或應用系統的涌現，嵌入式系統已對信息技術（信息技術（IT）產業產生了強有力的影響，改變）產業產生了強有力的影響，改變了以通用個人電腦為主的計算模式，使計算無處了以通用個人電腦為主的計算模式，使計算無處不在。不在。v嵌入式系統硬件平臺的核心部件是各種類型的嵌入嵌入式系統硬件平臺的核心部件是各種類型的嵌入式微處理器，嵌入式系統硬件平臺是隨著嵌入式微式微處理器，嵌入式系統硬件平臺是隨著嵌入式微處理器芯片的發展而發展的。處理器芯片的發展而發展的。v在嵌入

7、式系統的發展過程中，每個發展階段均有在嵌入式系統的發展過程中，每個發展階段均有一些微處理器芯片作為這個階段的主流芯片。其一些微處理器芯片作為這個階段的主流芯片。其中比較流行的有：中比較流行的有：v 1、Z80、Intel8080、MC6800等。等。 上述上述3種微處理器芯片，在微處理器誕生的種微處理器芯片，在微處理器誕生的早期階段，即大約在二十世紀早期階段，即大約在二十世紀70年代中期年代中期90年代初期，被廣泛地使用。年代初期，被廣泛地使用。 v 2、 MCS51系列單片機系列單片機 *MCS51是是Intel公司生產的一公司生產的一系列系列8位數據寬度的微處理器統稱。位數據寬度的微處理器

8、統稱。 *自二十世紀自二十世紀80年代，年代，Intel公司公司推出了推出了MCS51系列單片機以來，系列單片機以來，該系列的微處理器迅速在嵌入式系該系列的微處理器迅速在嵌入式系統中得到了廣泛的應用，并逐步取統中得到了廣泛的應用，并逐步取代了代了Z80等微處理器的地位。等微處理器的地位。 v 3、 DSP（數字信號處理器）（數字信號處理器） * *DSP微處理器是一系列適合完成數字微處理器是一系列適合完成數字信號處理技術的微處理器芯片的統稱。信號處理技術的微處理器芯片的統稱。 *所謂的數字信號處理，指的是信號所謂的數字信號處理，指的是信號（如：音頻信號、視頻信號）經過（如：音頻信號、視頻信號）

9、經過A/D轉換后的后續處理，主要有數字濾波、轉換后的后續處理，主要有數字濾波、編碼解碼等處理。編碼解碼等處理。 v 3、 ARM系列微處理器系列微處理器 *ARM系列微處理器也是一類微處理器芯片的統系列微處理器也是一類微處理器芯片的統稱，它是指一類以稱，它是指一類以ARM公司處理器核為中心的，公司處理器核為中心的，集成了許多外圍專用功能部件的芯片。集成了許多外圍專用功能部件的芯片。 *目前，主流的目前，主流的ARM系列微處理器的數據寬度為系列微處理器的數據寬度為32位，主頻率在幾百兆赫茲左右。它們在許多高位，主頻率在幾百兆赫茲左右。它們在許多高端嵌入式系統產品中得到廣泛應用，如：智能手端嵌入式

10、系統產品中得到廣泛應用，如：智能手機、機、PDA、GPS導航儀等。導航儀等。 *ARM系列微處理器根據其處理器核的架構不同，系列微處理器根據其處理器核的架構不同，又分成了許多子系列。目前的子系列主要有：又分成了許多子系列。目前的子系列主要有：ARM7系列、系列、ARM9系列、系列、ARM9E系列、系列、ARM10系列、系列、ARM11系列、系列、Cortex系列、系列、XScale系列等。系列等。 *嵌入式操作系統作為軟件平臺在當今嵌入式系統開發中嵌入式操作系統作為軟件平臺在當今嵌入式系統開發中顯得越來越重要。顯得越來越重要。 *復雜嵌入式系統的應用程序基于軟件平臺來進行開發的復雜嵌入式系統的

11、應用程序基于軟件平臺來進行開發的優點：優點： 1、提高開發效率，降低了應用程序的開發周期；、提高開發效率，降低了應用程序的開發周期； 2、提高了應用軟件的可靠性；、提高了應用軟件的可靠性； 3、降低了嵌入式系統應用軟件的開發難度。、降低了嵌入式系統應用軟件的開發難度。 *國內流行的幾款嵌入式操作系統：國內流行的幾款嵌入式操作系統： 1、C/OS-II（微控制器操作系統）；（微控制器操作系統）； 2、Linux（內核源碼開放的操作系統）、（內核源碼開放的操作系統）、Android操作系統操作系統； 3、Windows CE（微軟公司推出的一種嵌入式操作系統）；（微軟公司推出的一種嵌入式操作系統）

12、； 4、VxWorks（風河公司推出的一種實時嵌入式操作系統）。（風河公司推出的一種實時嵌入式操作系統）。vSOPCSOPC是是System on a Programmable ChipSystem on a Programmable Chip的縮寫，中文名稱是可編程片上系統。的縮寫，中文名稱是可編程片上系統。v一個一個SOPCSOPC的實現是基于一個超大集成規的實現是基于一個超大集成規模模FPGAFPGA芯片上的，這個芯片上的，這個FPGAFPGA芯片上通常芯片上通常集成有至少一個微處理器核（硬核或者集成有至少一個微處理器核（硬核或者軟核），以及片上總線、存儲器、大量軟核），以及片上總線、存

13、儲器、大量的可編程邏輯陣列等。的可編程邏輯陣列等。v國內使用的國內使用的FPGA芯片主要是芯片主要是Xilinx公公司和司和Altera公司提供的。另外，公司提供的。另外，ACTEL公司、公司、Lattice公司、公司、ATMEL公司等提供的公司等提供的FPGA芯片在我國也有一芯片在我國也有一些特定的行業在使用。些特定的行業在使用。v嵌入式系統的應用領域是非常廣泛的，已經滲透嵌入式系統的應用領域是非常廣泛的，已經滲透到了人們的日常生活、工作、學習的各個方面。到了人們的日常生活、工作、學習的各個方面。 v不同的應用領域，其應用需求也是各種各樣，因不同的應用領域，其應用需求也是各種各樣，因而，具體

14、的嵌入式系統產品的復雜度也就不同。而，具體的嵌入式系統產品的復雜度也就不同。 v不同復雜度的嵌入式系統開發時，其開發方法和不同復雜度的嵌入式系統開發時，其開發方法和使用的開發工具也是不同的。使用的開發工具也是不同的。v下面從二個方面來介紹嵌入式系統的應用情況：下面從二個方面來介紹嵌入式系統的應用情況： 1、應用復雜度；、應用復雜度； 2、應用領域。、應用領域。v 嵌入式系統應用復雜度指的是其應用功能需求的復雜程度，嵌入式系統應用復雜度指的是其應用功能需求的復雜程度，同時也是指其應用軟件開發的復雜程度。同時也是指其應用軟件開發的復雜程度。 v 從軟件開發的復雜程度來看，我們可以把嵌入式系統的應從

15、軟件開發的復雜程度來看，我們可以把嵌入式系統的應用分成以下三類：用分成以下三類： 1、第一類是：其應用功能需求可以編寫為單任務的程序，、第一類是：其應用功能需求可以編寫為單任務的程序，并且其顯示要求不復雜（如：只需要顯示字符以及簡單的并且其顯示要求不復雜（如：只需要顯示字符以及簡單的圖形），無聯網功能要求或者聯網功能要求不復雜（如：圖形），無聯網功能要求或者聯網功能要求不復雜（如：聯網采用聯網采用RS-485總線即可）。這樣一類應用需求，在企總線即可）。這樣一類應用需求，在企業生產設備控制、智能測試儀表、醫用儀器、智能小區等業生產設備控制、智能測試儀表、醫用儀器、智能小區等應用領域比較多見。應

16、用領域比較多見。 v 第二類是：其應用功能需求通常第二類是：其應用功能需求通常需設計成多任務的，需要較為復需設計成多任務的，需要較為復雜的圖形顯示界面，或者需要以雜的圖形顯示界面，或者需要以太網的聯網等功能，但無需支持太網的聯網等功能，但無需支持復雜的數據管理功能（如：無需復雜的數據管理功能（如：無需嵌入式數據庫），無需支持多媒嵌入式數據庫），無需支持多媒體處理（如：無需處理音頻視頻體處理（如：無需處理音頻視頻播放），無需支持高層網絡應用播放），無需支持高層網絡應用（如：無需聯接因特網）。（如：無需聯接因特網）。 v 這樣一類應用需求，在飛行器控這樣一類應用需求，在飛行器控制器、機器人控制器、

17、圖形化顯制器、機器人控制器、圖形化顯示的智能儀器儀表等應用領域比示的智能儀器儀表等應用領域比較多見。較多見。v 第三類是：其應用功能需求通常需設計成多任第三類是：其應用功能需求通常需設計成多任務的，需要豐富的圖形人機操作界面，或者需務的，需要豐富的圖形人機操作界面，或者需要聯接因特網功能，或者需要復雜的數據管理要聯接因特網功能，或者需要復雜的數據管理功能。這樣一類應用需求，在智能終端、功能。這樣一類應用需求，在智能終端、GPS導航儀、通信設備等應用領域比較多見。導航儀、通信設備等應用領域比較多見。v 針對于第三類的應用需求，其應用程序的開發針對于第三類的應用需求，其應用程序的開發復雜程度很大，

18、通常需要構建一個嵌入式操作復雜程度很大，通常需要構建一個嵌入式操作系統平臺，如：系統平臺，如：Linux、或Windows CE等，以以便提高嵌入式系統開發效率，減少開發周期。便提高嵌入式系統開發效率，減少開發周期。同時，采用成熟的、具有許多第三方功能軟件同時，采用成熟的、具有許多第三方功能軟件支撐的操作系統平臺，可以保證應用軟件的安支撐的操作系統平臺，可以保證應用軟件的安全性、可靠性。全性、可靠性。 v嵌入式系統的應用領域大致分成嵌入式系統的應用領域大致分成以下幾個：以下幾個：v（1）工業控制）工業控制 工業控制領域是嵌入式系統的傳統應用領域，工業控制領域是嵌入式系統的傳統應用領域，也是當前

19、嵌入式系統應用中最典型、最廣泛的也是當前嵌入式系統應用中最典型、最廣泛的領域之一。領域之一。v（2）現代農牧業）現代農牧業 現代農牧業是在傳統農牧業基礎上發展起來的，現代農牧業是在傳統農牧業基礎上發展起來的，是相對于傳統的、人力手工生產的農牧業而言是相對于傳統的、人力手工生產的農牧業而言的?，F代農牧業采用了生物技術、信息技術以的?，F代農牧業采用了生物技術、信息技術以及生理學原理等來組織生產，生產中通常都采及生理學原理等來組織生產，生產中通常都采用了計算機管理及控制系統，使得農牧業生產用了計算機管理及控制系統，使得農牧業生產集約化、高效化，使得農牧業產品優質、高產。集約化、高效化，使得農牧業產品

20、優質、高產。 v （3）智能交通及汽車電子智能交通及汽車電子 智能交通系統利用信息技術、傳感器技術、智能交通系統利用信息技術、傳感器技術、通信技術、控制技術等，對一個大范圍內通信技術、控制技術等，對一個大范圍內的地面交通運輸進行實時、準確、高效的的地面交通運輸進行實時、準確、高效的綜合管理和控制，從而減少交通負荷和環綜合管理和控制，從而減少交通負荷和環境污染、保證交通安全、提高運輸效率。境污染、保證交通安全、提高運輸效率。v （4）智能小區及智能家居智能小區及智能家居 智能小區是指城市中由若干住宅樓群組成智能小區是指城市中由若干住宅樓群組成的、采用計算機技術、自動控制技術、的、采用計算機技術、

21、自動控制技術、IC卡技術、網絡通信技術來構建其綜合物業卡技術、網絡通信技術來構建其綜合物業管理系統的人居區域。管理系統的人居區域。 v（5）移動智能終端）移動智能終端 移動智能終端包括智能手機、移動智能終端包括智能手機、PDA、平板電腦等。中國擁有世界上最、平板電腦等。中國擁有世界上最大的手機用戶群，智能手機已向著具有強大計算功能的方向發展，而大的手機用戶群，智能手機已向著具有強大計算功能的方向發展，而不僅僅只用于通信。在未來，新的移動、手持式設備將會得到極大的不僅僅只用于通信。在未來，新的移動、手持式設備將會得到極大的發展，通過這些設備實現人們可以隨時隨地進行互聯訪問發展，通過這些設備實現人

22、們可以隨時隨地進行互聯訪問 v（6）軍事領域）軍事領域 嵌入式系統最早出現在嵌入式系統最早出現在20世紀世紀70年代的年代的武器控制中，后來用于軍事指揮控制和通武器控制中，后來用于軍事指揮控制和通信系統，所以軍事國防歷來就是嵌入式系信系統，所以軍事國防歷來就是嵌入式系統的一個重要應用領域。現在各種武器控統的一個重要應用領域?，F在各種武器控制（如火炮控制、導彈控制和智能炸彈的制（如火炮控制、導彈控制和智能炸彈的制導、引爆），以及坦克、軍艦、戰斗機、制導、引爆），以及坦克、軍艦、戰斗機、雷達、通信裝備等陸?？斩喾N軍用裝備上，雷達、通信裝備等陸海空多種軍用裝備上，都可以看到嵌入式系統的影子。都可以看

23、到嵌入式系統的影子。 v嵌入式系統的開發，通常需要構造一個交叉編譯嵌入式系統的開發，通常需要構造一個交叉編譯環境（即建立宿主機環境（即建立宿主機目標機的開發架構）。目標機的開發架構）。 宿主機宿主機（PC機）機）通信信道通信信道目標機目標機v宿主機通常是通用個人電腦（即宿主機通常是通用個人電腦（即PC機），其上要機），其上要運行開發工具軟件，目標機即是嵌入式系統。運行開發工具軟件，目標機即是嵌入式系統。v嵌入式系統的開發工具主要包括：工程項目管理嵌入式系統的開發工具主要包括：工程項目管理器、編輯器、編譯器、編輯器、編譯/連接器、調試器、模擬器、連接器、調試器、模擬器、分析工具、建模工具等軟件工

24、具，以及一些必要分析工具、建模工具等軟件工具，以及一些必要的硬件調試、觀測設備，如：的硬件調試、觀測設備，如：JTAG接口仿真器、接口仿真器、邏輯分析儀、示波器等。邏輯分析儀、示波器等。 v通常，開發工具軟件供應商會把多種工具軟件集通常，開發工具軟件供應商會把多種工具軟件集成在一起，構成一個高效的、圖形化的嵌入式系成在一起，構成一個高效的、圖形化的嵌入式系統開發平臺，這個開發軟件平臺通常被稱為嵌入統開發平臺，這個開發軟件平臺通常被稱為嵌入式系統的集成開發環境（英文縮寫式系統的集成開發環境（英文縮寫IDE)。也就。也就是說，集成了代碼編寫功能、分析功能、編譯功是說，集成了代碼編寫功能、分析功能、

25、編譯功能、調試功能等工具軟件的開發軟件包，都可被能、調試功能等工具軟件的開發軟件包，都可被稱為集成開發環境。稱為集成開發環境。v集成開發環境主要有：集成開發環境主要有： 1、Keil集成開發環境集成開發環境; 2、ADS集成開發環境集成開發環境; 3、RVDS集成開發套件集成開發套件; 4、GNU開發工具套件開發工具套件; 5、PB集成開發環境集成開發環境; 6、Eclipse集成開發環境。集成開發環境。Keil集成開發環境 vKeil集成開發環境是集成開發環境是Keil Software公司推出的，主要是針公司推出的，主要是針對于以對于以MCS-51系列單片機芯片系列單片機芯片或其兼容芯片為

26、硬件平臺核心的、或其兼容芯片為硬件平臺核心的、采用采用C語言開發其程序的開發工具語言開發其程序的開發工具軟件包。軟件包。v2007年年ARM公司收購了公司收購了Keil公公司，通過這次收購，司，通過這次收購，Keil集成開集成開發工具開始向發工具開始向32位微處理器工具位微處理器工具軟件市場進軍，先后推出了軟件市場進軍，先后推出了Keil Vision3和和Keil Vision4工工具軟件包。具軟件包。 ADS1.2集成開發環境 vADS（ARM Developer Suite）是以）是以ARM微處理器為微處理器為核心的嵌入式系統軟件開發工核心的嵌入式系統軟件開發工具包，它于具包，它于199

27、3年推出。年推出。ADS1.2版本在早期是使用非版本在早期是使用非常廣泛的常廣泛的ARM環境下的軟件環境下的軟件開發工具，目前還繼續在某些開發工具，目前還繼續在某些場合使用。場合使用。v ADS1.2開發工具，適合于無開發工具，適合于無操作系統環境下的應用程序開操作系統環境下的應用程序開發，以及適合于基于發，以及適合于基于C/OS-II操作系統的應用程序開發。操作系統的應用程序開發。 RVDS集成開發環境 vRVDS（RealView Development Suite）集成開發套件（或稱為集成開發套件（或稱為RVDS集成開發環境），集成開發環境），是是ARM公司推出的，基于公司推出的，基于ARM系列系列CPU進行開進行開發的工具套件。它支持全系列發的工具套件。它支持全系列ARM架構的微處理架構的微處理器開發。器開發。vRVDS匯聚了匯聚了Eclipse系列開發工具中優良的源系列開發工具中優良的源代碼編輯與管理工具，以及代碼編輯與管理工具，以及Realview系列開發系列開發工具中優良的編譯、調試工具。工具中優良的編譯、調試工具。 vRVDS開發工具與開發工具與ADS1.2開發工具比較而言，開發工具比較而言，其編譯器的編譯效率更高。其編譯器的編