L1-Introduction to embedded system

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• 2002年中国软件市场为345.0亿元,嵌入式 软件约占软件总市场的34.37%。
• 2004年,软件统计数据为:
• 套装软件共计478亿元,为具有独立产品形态的软件。
– 其中包括系统软件89亿元(操作系统44.19亿元、数据库管理系统 20.06亿元、支撑软件25.71亿元)、
– 中间件软件6.98亿元、 – 应用软件304.53亿元(包括通用应用软件(安全软件、办公软
医疗市场
• 心脏除颤器 • 心脏起搏器 • 患者信息和监视系统 • 理疗控制系统 • 电磁成像系统等
军事领域
军事工业应用特点 • 市场垄断性强 • 高利润 • 可靠性要求高 • 安全性要求高 • 成本要求不高
军事工业产品
• 数字化单兵信息装备 • 夜视扫描、全球定位、指挥通信
21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统 (FBCB2) C4ISR系统(指挥、控制、通讯、电脑、情报、监视、侦察)
• ARM嵌入式处理器结构与应用基础,马忠 梅等,北航出版社,2002
• 嵌入式系统开发圣经,探矽工作室,中国 青年出版社,2002
参考文献(2)
• 嵌入式Linux系统设计与应用.王学龙. 清 华大学出版社,2001年
• UC/OS-II-源代码公开的实时嵌入式操 作系统.邵贝贝. 中国电力出版社,2001
– 嵌入式系统工业的基础是以应用为中心的“芯 片”设计和面向应用的软件产品开发。
嵌入式系统具有的产品特征
• 面向用户、面向产品、面向应用 • 升级换代也是和具体产品同步 ,具有较长的
生命周期
– 软件和硬件结合紧密
• 嵌入式处理器的发展也体现出稳定性
– 普通处理器18月 – 嵌入式处理器8~10年
嵌入式系统软件的特征
• 4.温度和湿度:
– 大多数军事和空间系统是工作在温度和湿度环境相对不可控的条件下。 用于军事和空间产品的电子产品的可靠工作范围必须在-40℃~+85℃。
嵌入式系统热点应用
• 信息家电 • 车载系统 • 军事工业 • 医疗器械
信息家电应用特点
• 市场巨大 • 低成本要求 • 利润空间小 • 竞争激烈 • 人机界面友好 • 网络化
– 电池寿命自然是设计运动或可携带军事系统和空间设备的关键问题。因 为发热与功耗成正比,降低功耗就成了对工作在较高温度环境中的系统 的重要要求。
• 3.震动和冲击:
– 军事和空间系统要适合在恶劣运动环境中工作和贮存。这些环境包括: 大范围或小范围的重复运动;芯片、模块和模板可能部分或全部变位或 断线;由于震动而加重的电化学反应引起的腐蚀,使模板互连金手指管 脚的导电性能变差;由于使用硬盘驱动器致使数据的完整性成为难题 等。
件、管理软件、游戏软件、教育软件等)与行业应用软件(金 融、电信、政府等))、
• 嵌入式软件(673.62亿元)
• 另外软件服务(937.48亿元):除生产产品化软件之外的 所有的软件研发及相关活动,包括系统集成、软件外包、 咨询、数据加工和处理等
Q101 Q201 Q301 Q401 Q102 Q202 Q302 Q402 Q103 Q203 Q303 Q403 Q104 Q204 Q304 Q404 Q105 Q205 Q305 Q405 Q106
• 可编程逻辑器件及设计 Xilinx, altera等 的官方网站
嵌入式教学国内背景
单一课程:2002年开始,研究生课程:《嵌入式系统设计》、 《嵌入式操作系统》等 2004年开始,本科生选修课《嵌入式系统概论》 2005年个别院校转为相关专业的专业基础课
独立专业:2003年,北大软件学院成立“嵌入式系统”专业 2005年北航软件学院成立嵌入式软件专业, 部分高职院校设立嵌入式专业;
ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/ 计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输 出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必 要功能和外设 • 微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小, 从而使功耗和成本下降、可靠性提高。
嵌入式微控制器(MCU)
• 代表性的通用系列包括8051、P51XA、 MCS-251、MCS-96/196、C166/167、 MC68HC05/11/12/16、68300等。
运输市场
• 航空、铁路、公路运输系统 • 航空管理、雷达系统 • 交通指挥系统 • 停车系统、售票系统 • 乘客信息系统 • 检票系统 • 行李处理系统 • 应急设备等
建筑市场
• 电力供应,备用电源和发电机,火警控制 系统,供热和通风系统,电梯和升降系 统,车库管理,安保系统,电子门锁系 统,楼宇管理系统,闭路电视系统,电子 保险柜,警铃等
• 软件要求固态化存储 • 软件代码高质量、高可靠性 • 系统软件(OS)的高实时性是基本要求 • 多任务操作系统是知识集成的平台和走向
工业标准化道路的基础
• 据CCID2003年的数据显示,2000年嵌入式 软件市场规模为70.33亿元,2001年为 95.43亿元,2002年118.56亿元,三年平均 增长38.85%。
• 目前IP电话发展现状
– 据IDC统计,全球IP电话业务收入综合年增长率 将以108%的速度增长,到2003年IP电话已 占国际电话业务量的三分之一。到2004年,国际 长途将占IP业务市场的75%。IP电话已成为当 前各国电话运营重点发展的业务之一。
PDA的应用领域及市场潜力
通讯产品
工业市场
• 嵌入式系统则是要和构各件个不化同行业的应用
相结合的,其开发人员往往是各个应用领 域的专家。
因此开发工具的易学、易用、可靠、高效 是基本要求。
嵌入式系统的组成
2 嵌入式系统的应用
嵌入式系统无处不在
家用市场
• 机顶盒、掌上电脑、DVD、MP3、数码 相机、数字电视、WebTV、网络冰 箱、网络空调、家庭网关、智能家用 电器、嵌入式视频服务器、车载导航 器系统等
• 能执行特定功能的计算机硬件和软件的结合体 • 微软在2002年将嵌入式系统定义为完成某一特定
功能、或是使用某一特定嵌入式应用软件的计算 机或计算装置。 • 广义定义:任何一个非计算机的计算系统
• 传统嵌入式系统 :应用于军事、工业控制和 仪器仪表等
• 新型嵌入式系统 : 3C ( Computer, Consumer & Communication ) 和信息家电 IA ( Information Appliance )
嵌入式系统简介
Dr. Wang Hongpeng TA: Zhou JunFei Office:C305C Telephone:26033618 Email:wanghp@
参考资料
• 嵌入式计算机系统设计原理,computers as components, principles of embedded computing system design, wayne wolf, 机械工业出版社,2002
– 只保留和嵌入式应用有关的母板功能
• 增强工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面 • 功能与和工业控制计算机相似 • 嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、
SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列 等
嵌入式微控制器(MCU)
• 又称单片机 • 以某一种微处理器内核为核心,芯片内部集成
嵌入式系统软件需要RTOS开发平台
• 通用计算机具有完善的操作系统和应用程 序接口(API),但一 般不是实时的。
• 嵌入式系统则不同,应用程序可以没有操 作系统直接在芯片上运行。
• 但为了保证程序执行的实时性、可靠性, 并减少开发时间,保障软件质量。需要选 配RTOS开发平台
以应用为主
• 通用计算机的开发人员一般是计算机科学 或计算机工程方面的专业人士。
嵌入式视频服务器的架构
数码多媒体产品
现代化家庭
信息家电
中国数字电视发展规划
• 2002年完成地面广播传输标准的测试; • 2002年底颁布国家数字电视有线传输标准; • 2003年底前颁布国家数字电视地面广播标准和相
关配套标准,确定数字电视标准体系; • 2005年在有条件的城市推广数字电视播出; • 2008年的北京奥运会上向全世界传输数字高清晰
专业方向:2004年,部分院校本科专业设立嵌入式专业方向
计算机系统的三大领域
• 服务器
– 利润最大的市场 – 可用性 – 可扩展性 – 有效带宽
• 桌面
– 最广阔的市场
• 嵌入式
– 潜力最大的市场
1 嵌入式系统定义
• 嵌入式系统是嵌入至对象体内的专用计算机系统 (IEEE)
• 任何包含一个或多个专用的计算机、微处理器或 微控制器的电子设备
度电视节目,主要的大城市开始数字电视商业广 播; • 2015年数字电视成为我国电视播出的主要方式。
信息家电
通信市场
• 电话交换系统 • 电缆系统 • 卫星和全球定位系统 • 数据交换设备 • 移动电话 • PDA • 等等
• 智能网络电话机
– 通过普通电话线与网络相连。
• 宽带网络电话机
– 通过宽带接入Internet。
• 美国科学家预言:嵌入式是继PC和网络之后 的最伟大发明,未来将会成为主流技术。
嵌入式产品种类多样
> 90%
CPU
< 10%
21世纪嵌入 式系统应用 无处不在
带带44个个轮轮子子 的的计计算算机机
嵌入式系统的应用
嵌入式系统的特点和要求
• 嵌入式系统是不可垄断的高度分散的行业
– PC由WINTEL垄断
• 制造工厂污水处理系统 • 发电站和电力传输系统 • 自动化工厂控制系统开发,维护和测试的
工具 • 石油提炼和相关的贮运设施,建筑设备 • 计算机辅助制造系统 • 能源控制系统,核电站 • 机器人系统等