1嵌入式系统简介

可编程片上系统（SPOC）
何谓嵌入式系统
MCU
嵌入式微控制器的典型代表是单片机这种８位的 电子器件,目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛 的应用。
单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、 总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行 口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、 EEPROM等各种必要功能和外设。
何谓嵌入式系统
MCU处理能力非常有限
MCU微控制器，总线宽度一般为4位、8位或16 位，处理速度有限，一般在几个MIPS，进行一 些复杂的应用很困难，运行操作系统就更难。
何谓嵌入式系统
MPU
嵌入式微处理器（Micro Processor Unit)
MPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU 演变而来的，80386－80387
嵌入式系统的分类
按表现形式分（硬件范畴） ：
▲芯片级嵌入（含程序或算法的处理器） ▲模块级嵌入（系统中的某个核心模块） ▲系统级嵌入
按实时性要求分（软件范畴） ：
▲非实时系统（PDA） ▲软实时系统（消费类产品） ▲硬实时系统（工业和军工系统）
何谓嵌入式系统
嵌入式处理器的分类和现状
微控制器（MCU） 数字信号处理器（DSP） 片上系统（SOC）
嵌入式系统简介
严丽军 E-mail： flying@shnu.edu.cn
Agenda
▪ 嵌入式系统概述 ▪ 嵌入式系统硬件基础 ▪ 嵌入式系统软件基础 ▪ 嵌入式系统开发过程
何谓嵌入式系统
什么是嵌入式系统
根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定 义：
嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操 作机器和设备的装置”（原文为devices used
·专用性：软、硬件按对象要求裁减
·计算机：实现对象的智能化功能
何谓嵌入式系统
广义地说
一个嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的 计算机软硬件集合体。
即以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬 件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、 体积、功耗严格要求的专用计算机系统 。
嵌入式系统发展的最高形式——片上系统（SOC）
与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中， 只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除 其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资 源实现嵌入式应用的特殊要求。
何谓嵌入式系统
DSP
DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器， 其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计， 在数字滤波、FFT、频谱分析等各种仪器上DSP 获得了大规模的应用。
成本 ▪ 提供精巧的多媒体人机界面
实时系统的体系结构设计
▪ 实时系统的体系结构必须满足
• 1.高运算速度 • 2.高速的中断处理 • 3.高的I/O吞吐率 • 4.合理的处理器和I/O设备的拓扑连接 • 5.高速可靠的和有时间约束的通信 • 6.体系结构支持的出错处理 • 7.体系结构支持的调度 • 8.体系结构支持的操作系统 • 9.体系结构支持的实时语言特性。 • 10.系统的稳定性和容错也非常重要 • 11.还要考虑到实时的分布式应用。
其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式， 可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统 可编程的功能。
嵌入式系统和实时系统
▪ 嵌入式系统经常被误解为就是实时性系统。 其实，多数嵌入式系统并不需要实时性
▪ Linux是嵌入式操作系统，并非实时操作系统。 ▪ Vxwork、pSOS等是嵌入式实时操作系统
实时多任务操作系统与分时多任 务操作系统
▪ 分时操作系统，软件的执行在时间上的要求， 并不严格，时间上的错误，一般不会造成灾 难性的后果。
▪ 实时操作系统，虽然事件可能在无法预知的 时刻到达，但是软件上必须在事件发生时能 够在严格的时限内作出响应（系统响应时 间），即使是在尖峰负荷下，也应如此，系 统时间响应的超时就意味着致命的失败。另 外，实时操作系统的重要特点是具有系统的 可确定性，即系统能对运行情况的最好和最 坏等的情况能做出精确的估计。
实时操作系统中的重要概念
▪ 系统响应时间(System response time ) 系统发出处理要求到系统给出应答信号的时
间。 ▪ 任务切换时间(Context-switching time)
是任务之间切换而使用的时间。 ▪ 中断延迟(Interrupt latency )
是计算机接收到中断信号到操作系统作出响 应，并转入中断服务程序的时间。
嵌入式系统与普通系统
▪ 在实时计算中，系统的正确性不仅仅依赖 于计算的逻辑结果而且依赖于结果产生的 时间
▪ 对于实时系统来说最重要的要求就是实时 操作系统必须有满足在一个事先定义好的 时间限制中对外部或内部的事件进行响应 和处理的能力
▪ 此外作为实时操作系统还需要有效的中断 处理能力来处理异步事件和高效的I/O能力 来处理有严格时间限制的数据收发应用
DSP是运算密集处理器，一般用在快速执行算法， 做控制比较困难。为了追求高执行效率，不适合 运行操作系统，核心代码使用汇编。
何谓嵌入式系统
SOC
SOC（片上系统）是IC设计的发展趋势。采用 SOC设计技术，可以大幅度地提高系统的可靠性， 减少系统的面积和功耗，降低系统成本，极大地 提高系统的性能价格比。
to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or
plants）。
何谓嵌入式系统
简单地讲
就是嵌入到对象体中的专用计算机系统
三要素：嵌入、专用、计算机
嵌入式系统的特点:由三要素引出
·嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求
实时操作系统应具有如下的功能
▪ 任务管理（多任务和基于优先级的任务调度） ▪ 任务间同步和通信（信号量和共享内存等） ▪ 存储器优化管理（含ROM的管理） ▪ 实时时钟服务 ▪ 中断管理服务
嵌入式系统发展趋势
▪ 嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具 和操作系统的支持。
▪ 联网成为必然趋势 ▪ 支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低
SOC芯片已经成为提高移动通信、网络、信息家 电、高速计算、多媒体应用及军用电子系统性能 的核心器件。
何谓嵌入式系统
SPOC
Fra Baidu bibliotek
用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上， 称作SOPC。可编程片上系统（SOPC）是一种 特殊的嵌入式系统：
首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成 整个系统的主要逻辑功能；