1、嵌入式系統導論嵌入式系統導論2013年2月桑楠桑楠 信息與軟件工程學院前前 言言3教師簡介教師簡介教授，信息與軟件工程學院本科、研究生畢業于四川大學計算機系所屬團隊嵌入式實時計算主要研究方向 嵌入式實時高可信技術； 嵌入式實時操作系統技術。 實時嵌入式系統軟件工程與應用開發技術 4背景背景 從上個世紀九十年代中期到現在，嵌入式系統（應用）已經從一個不起眼的單詞，發展成覆蓋所有應用領域、家喻戶曉的時髦話題。 我國已經是世界最大的加工廠（嵌入式產品），也是各類電子產品應用和消費的大國，但國內工業界的技術水平、特別是設計水平相當落后。 5背景背景 產品研發的新要求：能夠使用工具縮短開發周期；能夠自行

2、規劃、選型、設計、并組織開發一個擁有自主知識產權的新產品。 . 課程課程內容內容7本課程目標本課程目標第一第一門門嵌入式方向嵌入式方向課課，三個核心目標，三個核心目標 入門導引入門導引幫助學生全面了解嵌入式系統領域知識結構、應用和產業概覽、發展趨勢。 提升提升方向方向學習興趣，拓展知識面學習興趣，拓展知識面引導學生更為投入地學習其它后續課程。 嵌入式軟件開發嵌入式軟件開發基礎應用能力培養基礎應用能力培養8本課程內容本課程內容共共32學時，課堂講授學時，課堂講授16學時學時，實驗室講授及實，實驗室講授及實驗驗16學時學時無所不在的嵌入式系統無所不在的嵌入式系統 基本概念；與其他領域的關聯；發展歷

3、程；知名的組織、企業、網站等。嵌入式系統方向知識體系嵌入式系統方向知識體系知識體系，教學體系，學科發展；學生應具備的素質和能力。嵌入式系統基礎知識嵌入式系統基礎知識一些核心概念，特點、軟硬件子系統、非功能性保障要求等。9本課程內容本課程內容（續）（續）共共32學時，課堂講授學時，課堂講授16學時學時，實驗室講授及，實驗室講授及實驗實驗16學時學時嵌入式軟件開發體系嵌入式軟件開發體系基本開發環節；編程語言：嵌入式軟件工程思想；開發方法；常用工具鏈。嵌入式系統與產業鏈嵌入式系統與產業鏈應用產業鏈；開發產業鏈嵌入式系統方向的典型問題嵌入式系統方向的典型問題并發控制；智能產品；物聯網；可信嵌入式系統等

4、10本課程本課程考核考核本課程成績由四部分組成：本課程成績由四部分組成： 平時成績平時成績10%；考勤、作業等。 期中成績期中成績10%；一個小報告 實驗成績實驗成績40%；實驗過程及報告 實驗成績實驗成績40%；開卷第一章第一章無所不在的嵌入式系統無所不在的嵌入式系統信息技術與嵌入式系統信息技術與嵌入式系統嵌入式系統應用嵌入式系統應用 嵌入式系統的基本概念嵌入式系統的基本概念嵌入式系統發展歷程嵌入式系統發展歷程與其他學科的關系與其他學科的關系知名的人物知名的人物、組織、組織和企業和企業12科學、工程、技術科學、工程、技術科學科學籠統地說，科學即反映自然、社會、思維等的客觀規律的分科知識體系工

5、程工程工程是科學和數學的某種應用：利用自然界的物質和能源，做出高效、可靠且對人類有用的東西技術技術 人類改變或控制其周圍環境的手段或活動；涵蓋了人類生產力發展水平的標志性事物13常用的計算機常用的計算機天河1號車載計算機直觀、桌面、簡便龐大、高速、高性能、復雜多樣、隱藏、專用、.14科學家的共識科學家的共識計算機將變得小巧玲瓏，藏身在任何地方, 又消失在所有地方；功能強大, 無影無蹤。計算機變得無處不在：例如在墻里、在手腕上、在手寫紙上等等，隨用隨取、伸手可及日常接觸日常接觸的各類應用的各類應用16手機：功能日益復雜手機：功能日益復雜智能手手機機4G手機手機手機手機游戲游戲17智能電視機頂盒電

6、視：越來越像計算機電視：越來越像計算機3D電視18Google電視電視19汽車電器汽車電器車載電腦輪胎氣壓監視未來的CIS20數碼產品數碼產品數碼數碼產品產品 數碼數碼奧巴馬奧巴馬 21網絡拓撲結構示意交換機 網絡設備網絡設備便攜式交換機 22摩托車駕駛 模擬系統模擬系統殲十座艙通道飛機模擬數字油田 23智能機器人智能機器人24仿人機器人仿人機器人仿人仿人機器人機器人機器人創意機器人創意 娛樂娛樂機機器人器人：分布式控制：分布式控制25單兵數字化裝備單兵數字化裝備26美軍陸地勇士系統美軍陸地勇士系統27國產系統國產系統28艦載綜合電子戰系統艦載綜合電子戰系統電子偵察系統信號截獲系統雷達告警系統

7、單脈沖測向系統電子干擾系統超視距目標瞄準.29月球探測月球探測30中國的月球探測中國的月球探測31醫療儀器醫療儀器顯微手術設備 32醫療儀器：血液采集系統醫療儀器：血液采集系統33普適計算普適計算34可穿戴計算可穿戴計算可穿戴計算基本模型美國：可穿戴電腦支持環境、設備和人的高效感知與自然交互35智能小區管理智能小區管理36其他其他 工業控制 油田探井 無線傳感網絡 物聯網 游戲 .37小結小結38小結（小結（2） 嵌入式系統無處不在，桌面系統依然有用 計算機與使用者的比率達到和超過100:1的階段 95%以上都是嵌入式計算機系統 嵌入式應用帶動了產業的迅猛發展嵌入式系統定義嵌入式系統定義不同的

8、起源及其定義方式40早期的認知早期的認知看不見的計算機，一般不能被用戶編程, 它有一些專用的I/O設備, 對用戶的接口是應用專用的。41不同行業的考慮不同行業的考慮先進的計算機技術、先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與半導體技術和電子技術與各個行業的具體應用相結各個行業的具體應用相結合后的產物合后的產物42專注于專注于OS的提法的提法由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等四個部分組成，用于實現對其他設備的控制、監視、管理等功能 43較廣義的認知較廣義的認知作為某種技術過程的一核心處理環節，能直接與宿主環境接口或交互的計算機系統44國內通用定義國內通用定義嵌入式系

9、統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可配置，對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格約束的專用系統。45IEEE的定義的定義Device used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants46計算機工業的分類計算機工業的分類 傳統的分類大型計算機、中型機、小型機和微型機 特殊分類PC 新的分類嵌入式計算機和通用計算機47另一種思路另一種思路嵌入式系統不是專用計算機系統嵌入式系統不是專用計算機系統!關于實時的概念關于實時的概念49幾個示例幾個示例 學校上課 搭乘火車、出租車 醫院手

10、術 股票交易 收看電視節目 接聽電話 .成功與否有時間約束50實時系統實時系統 POSIX 1003.b定義能夠在限定響應時間內提供所需水平服務的計算機系統 一般性定義一個實時系統是指計算的正確性不僅取決于程序的邏輯正確性，也取決于結果產生的時間：如果系統的時間約束條件得不到滿足，將會發生系統出錯。51實時的認知實時的認知實時并不等于快！它是一個相對的概念，確切定義應該是“及時”，即在系統允許的時間范圍內完成任務 嵌入式系統嵌入式系統發展歷程發展歷程53發展歷程簡圖發展歷程簡圖54嵌入式系統嵌入式系統 雛形雛形 20世紀60年代 采用晶體管計算機、磁芯存儲61，多功能數字分析器，多功能數字分析

11、器Verdan，艦載艦載“民團團民團團員員”，A-5A，15分鐘分鐘1961，D-17自動導航控制計算機，民兵導彈，首個大規模生產的嵌入式系統1962，乙烯廠，第一次工業裝置中的直接數字控制（DDC）首個現代嵌入式系統：阿波羅首個現代嵌入式系統：阿波羅導航系統，導航系統，1968，MIT55簡單嵌入式系統簡單嵌入式系統 20世紀60年代末到70年代 微處理器、單片機、DSP，無操作系統1971，Intel 4004，6萬/s，4位1975，第一塊單片機，TEXAS的TM1000，4位1980，8051，8位1978，DSP，AMI的S2811，8位56復雜嵌入式系統復雜嵌入式系統 20世紀80

12、年代到90年代 16或32位處理器，嵌入式OS，廣泛應用，現場網1981，第1個商業嵌入式實時內核VRTX32，Ready System1983，DynaTAC8000X手機，10年，1億，半小時Cisco 路由器57網絡化的嵌入式系統網絡化的嵌入式系統 20世紀90年代末開始 各類設備上網，移動設備，.Android PhoneApple TV上網冰箱與其他學科的關系與其他學科的關系59嵌入式嵌入式技術的領域關聯技術的領域關聯嵌入式領域嵌入式領域企業、機構企業、機構61知名企業知名企業 62標準化組織、機構標準化組織、機構ISO：國際標準化組織的英語簡稱，International Orga

13、nization for Standardization或International Standard OrganizedIEC：國際電工委員會， International Electrotechnical Commiss，1906，有關電氣工程和電子工程領域中的國際標準化工作PLCopen：解決與工業控制編程相關主題，1992PICMG： 高性能通信和工業計算機應用，1994IGRS：閃聯，信息設備資源共享協同服務（Intelligent Grouping and Resource Sharing），聯想，家庭63網站、論壇網站、論壇中電網：http:/ 硬件/軟件中國Linux公社：/嵌入開發網： http:/ Strata 工程師國際認證（廠家無關、熱門廠家無關、熱門） 證書的價值不高