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Embedded System Introduction
- 1. 嵌入式系统介绍 IPT 研发中心软件工程处 嵌入式系统与应用软件部 王浩皓 2009/02/26 This file is based on << 嵌入式系统 -— 基于 32 位微处理器与实时操作系统 2006>> with some of myself understanding as a basic introduction for embedded system
- 2. 主要内容 1 3 2 4 嵌入式系统简介 嵌入式处理器 嵌入式操作系统 嵌入式系统的典型应用 5 嵌入式系统的基本设计过程
- 22. 嵌入式系统简介 处理器 存储器 输入接口 操作系统 ( 协议栈 ) 应用程序 软件子系统 硬件子系统 嵌入式系统组成 输出接口 外围设备
- 23. 嵌入式系统的软 / 硬件框架
- 29. 主要内容 1 3 2 4 嵌入式系统简介 嵌入式处理器 嵌入式操作系统 嵌入式系统的典型应用 5 嵌入式系统的基本设计过程
- 30. 嵌入式系统的应用领域 嵌入式应用 信息家电 智能玩具 军事电子 通信设备 移动存贮 工控设备 智能仪表 汽车电子 网络设备 消费电子 军事国防 电子商务 网络 工业控制
- 31. 一些典型的嵌入式系统应用实例 goReader Internet eBook Samsung AnyWeb Internet Screen Phone eRemote Intelligent Home Controller Tektronix TDS7000 Digital Oscilloscopes Nixvue Digital Album Digital Photo Album
- 33. 嵌入式视频服务器
- 34. 现代化家庭
- 35. 嵌入式 Internet 应用
- 38. 典型的信息家电产品 Source: IDC, Hambrecht & Quist 信息家电 定义 代表性产品 网络电视 具有机顶盒或内建网络连接的电视 Microsoft WebTV 网络可视电话 具有集成网络接入的屏幕电话 InfoGear iPhone 网络游戏机 具有集成网络接入的游戏操纵台 Sega Dreamcast 网络智能手持器件 蜂窝电话、个人数据助理（ PDA ）和其它集成网络接入的便携式器件 3Com Palm AT&T PocketNet Phone Nokia 9000,9000I,9110,7110 NC 委托（ clients ） 提供网络接入以及能下载应用软件的器件 IBM NetStation PC- 中间器件 通过 PC 接入网络以下载内容的器件 DIAMON Multimedia Rio Player Nuvomedia Rocket e-Book Audible Mobile Player
- 39. 信息家电与 PC 机
- 40. 信息家电——数字机顶盒
- 42. 智能玩具与机器人
- 44. 阿富汗参加反恐作战的 “ 赫耳墨斯 ” 价值 4 万美元，可携带 2 架摄像机，发挥了很好作用。 军事侦察
- 46. 微型飞行器 ---“ 黑寡妇” 空中飞行器
- 47. 基于 Win CE 的移动机器人平台
- 48. 基于 RTLinux 的仿人机器人 高 48 cm 重 : 6 kg 灵活性： 20 DOF 操作系统 : RT-Linux 接口形式 : USB 1.0 (12Mbps) 响应周期 : 1ms 能源： DC24V x 6.2A (150W) 制造：富士通
- 52. 主要内容 1 3 2 4 嵌入式系统简介 嵌入式处理器 嵌入式操作系统 嵌入式系统的典型应用 5 嵌入式系统的基本设计过程
- 54. 2007 嵌入式处理器调查
- 55. 嵌入式微处理器
- 62. SOC 体系结构 ASIC Core Memory Embedded Processor Core Analog Functions Communication Sensor Interface
- 63. 知识产权
- 64. 主要内容 1 3 2 4 嵌入式系统简介 嵌入式处理器 嵌入式操作系统 嵌入式系统典型应用 5 嵌入式系统的基本设计过程
- 91. µ cLinux
- 99. Nucleus PLUS Nucleus 主要应用 : 网络设备，例如，路由器，机顶盒等
- 100. 主要内容 1 3 2 4 嵌入式系统简介 嵌入式处理器 嵌入式操作系统 嵌入式系统的典型应用 5 嵌入式系统的基本设计过程
- 104. GPS 移动地图系统 : 示例 GPS 移动地图是一种手持设备，该设备为用户（如汽车驾驶员）显示他当前所处位置周围的地图；显示的地图内容应随用户以及该设备所处位置的改变而改变。该设备从 GPS 上得到其位置信息，移动地图的显示看起来应类似纸张上的地图。针对用户的初步要求，我们编写出如右表所示的系统需求表。 项目 说明 名称 GPS 移动地图 目的 为司机等用户提供图形状的移动地图 输入 一个电源开关、两个操作按钮、 GPS 信号输入 输出 LCD 显示器，分辨率为 400×600 功能 可接 5 种 GPS 接收器；三种用户可选的地图比例；总是显示当前经纬度 性能 0.25 秒内即可更新一次屏幕，常温下工作 生产成本 1500 元（人民币） 功耗 四节电池供电应连续工作 8 小时，功耗约 100mW 尺寸和重量 尺寸不大于 20cm×30cm ，重量不大于 0.25 公斤
- 107. 系统硬件体系结构 显示器 显示控制器 ( 含显缓 ) 存储器 GPS 信号接收器 CPU I/O 接口
- 108. 系统软件体系结构 GPS 接口 程序 数据库查询 输入 / 输出控制程序 显示控制 定时器
- 111. 教学硬件平台 — ARM UP － NetARM2410 － S
Editor's Notes
- 对象体系：汽车、服务器、鞋子
- Sony PS2, PS3 游戏机可安装 yellowdog linux 操作系统运行 OpenOffice 和 firefox MS Xbox 游戏机基本上是个 PC 机 盛大的盒子也基本上是个 PC 机
- MOTOROLA 公司的 DSP56800 ， TI 公司的 C54XX
- S3c44box ： ARM7
- 但这些动作有些速度慢，有些速度快。如：多媒体应用系统就是多速率行为的典型例子，多媒体数据流的音频和视频部分以不同的速率播放，但是它们必须保持同步。
- 嵌入式系统是以微处理器为核心的，嵌入在其他设备中的专用计算机系统。它设计中所面临的问题有许多是计算机系统设计中所面临的共性问题。但由于嵌入式系统并不是独立的，它与所嵌入的设备紧密关联，因此，与通用台式计算机比较而言，它的设计还是具有许多特殊性。
- 任务执行的时间可以根据系统的软硬件的信息而进行确定性的预测。也就是说，如果硬件可以做这件工作，那么实时操作系统的软件将可以确定性的做这件工作。
- 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，主要任务是对事件进行实时的处理，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。 硬实时要求在规定的时间内必须完成操作，这是在操作系统设计时保证的 软实时则没有那么严，只要按照任务的优先级，尽可能快地完成操作即可 对于软实时系统基于优先级调度的调度算法可以满足要求，提供高速的响应和大的系统吞吐率；而对于硬实时系统则完成 timely response 是必须的。这两类系统的区别在于调度算法。 实时操作系统是保证在一定时间限制内完成特定功能的操作系统。例如，可以为确保生产线上的机器人能获取某个物体而设计一个操作系统。在 “ 硬 ” 实时操作系统中，如果不能在允许时间内完成使物体可达的计算，操作系统将因错误结束。在 “ 软 ” 实时操作系统中，生产线仍然能继续工作，但产品的输出会因产品不能在允许时间内到达而减慢，这使机器人有短暂的不生产现象。 软实时的 RTOS 一般应用在消费类电子产品 , 如手持电脑、个人数字助理 (PDA) 和机顶盒等消费电子类。 WinCE 。 硬实时的 RTOS 一般应用于通信、控制和航空航天等实时性强和可靠性高的领域。通信行业使用 PSOS 、 VxWorks 、 VRTX, 航天、航空使用 VRTX 、 VxWorks, 工业 PC 控制使用 QNX 。
- 嵌入式系统通常由嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件等几大部分组成。
- 赫耳墨斯 (Hermes) 是希腊神话中为众神传递信息的使者 , 相对应于罗马神话中的墨丘利 (Mercurius) 。
- DOF ： degree of Freedom
- 1 ． 问：单片机、微控制器和微处理器有何区别？ 答：处理器通常指微处理器、微控制器和数字信号处理器这三种类型的芯片。微处理器（ MPU ）通常代表一个功能强大的 CPU, 但不是为任何已有的特定计算目的而设计的芯片。这种芯片往往是个人计算机和高端工作站的核心 CPU 。最常见的微处理器是 Motorola 的 68K 系列和 Intel 的 X86 系列。 早期的微控制器是将一个计算机集成到一个芯片中 , 实现嵌入式应用 , 故称单片机 (single chip microcomputer) 。随后 , 为了更好地满足控制领域的嵌入式应用 , 单片机中不断扩展一些满足控制要求的电路单元。目前 , 单片机已广泛称作微控制器（ MCU ）。 也有由微处理器发展的微控制器。比如 ,Intel 的 386EX 就是很成功的 80386 微处理器的微控制器版本。它与嵌入式应用的微处理器一样 , 也称为嵌入式微处理器。嵌入式处理器的高端产品有： Advanced RISC Machines 公司的 ARM 、 Silicon Graphics 公司的 MIPS 、 IBM 和 Motorola 的 Power PC 、 Intel 的 X86 和 i960 芯片、 AMD 的 Am386EM 、 Hitachi 的 SH RISC 芯片。 数字信号处理器（ DSPs ）里的 CPU 是专门设计用来极快地进行离散时间信号处理计算的 , 比如那些需要进行音频和视频通信的场合。 DSPs 内含乘加器 , 能比其它处理器更快地进行这类运算。最常见的是 TI 的 TMS320CXX 系列和 Motorola 的 5600X 系列。 2 ． 问：什么是嵌入式系统？它和通用微机有何不同？ 答：嵌入式系统（ embedded system ）是计算机硬件和软件的集合体。它包括一个处理器 , 涉及对硬件的直接控制 , 是为了嵌入到对象体系中完成某种特定的功能而设计的 , 是嵌入式计算机系统的简称。如微波炉是很好的嵌入式系统的应用实例：用处理器和软件帮助人们做饭。嵌入式系统和家里的微机（个人计算机）形成了鲜明的对比。同样是计算机硬件和软件 , 个人计算机却不是用来完成某个特定功能的 , 相反 , 它可以做各种不同的事情。因此 , 很多人用计算机的通用性来区分通用计算机（通用微机）和嵌入式系统这种专用计算机系统。嵌入式系统可以是微控制器（单片机）或是以微处理器为主构成的计算机系统 , 也包括数字信号处理器（ DSPs ）构成的系统和片上系统 SoC （ System on Chip ）。 单片机是专门用作嵌入式应用而设计的单芯片型计算机。为了不断扩展的嵌入式应用要求 , 不断在片内扩展满足控制需要的各种单元电路 , 而形成目前广泛使用的微控制器。因此 , 单片机（微控制器）是一个典型的普及型的嵌入式系统 , 因为它们除了嵌入式应用之外没有其他用途。
- 由 IBM 、 Motorola 和 Apple 联合开发的高性能 32 位和 64 位 RISC 微处理器系列 , 以与垄断 PC 机市场的 Intel 微处理器和微软公司的软件相竞争。 PowerPC 微处理器 1994 年推出。因此 , 基于 PowerPC 的计算机通过在 PowerPC 上运行一个特殊程序就可运行 DOS 或传统的 Macintosh 软件 , 这种特殊程序可分别识别和执行 80386 或 68030CPU 的机器指令。
- 随着 EDA 的推广和 VLSI 设计的普及化，及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是 System On Chip(SOC) 。各种通用处理器内核将作为 SOC 设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为 VLSI 设计中一种标准的器件，用标准的 VHDL 等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。 SOC 可以分为通用和专用两类。通用系列包括 Infineon(Siemens) 的 TriCore ， Motorola 的 M-Core ，某些 ARM 系列器件， Echelon 和 Motorola 联合研制的 Neuron 芯片等。专用 SOC 一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是 Philips 的 Smart XA ，它将 XA 单片机内核和支持超过 2048 位复杂 RSA 算法的 CCU 单元制作在一块硅片上，形成一个可加载 JAVA 或 C 语言的专用的 SOC ，可用于公众互联网如 Internet 安全方面。
- Java 类， C ＋＋库函数。
- 微内核结构，内核实现对 CPU 的管理，即进程（线程）管理。 RTOS 提供 CPU 的管理 硬件初时化， MMU ，定时器，中断 RTOS 内核提供任务，内存管理 RTOS 提供设备管理，文件和网络的支持 RTOS 提供 C/C++ ， JAVA ，图形模块等编程接口
- 商用型的实操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但往往价格昂贵。 免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，目前主要有 Linux 和 μC/OS ，稳定性与服务性存在挑战。 Ready system ’ s VRTX
- 商用型的实操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但往往价格昂贵。 免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，目前主要有 Linux 和 μC/OS ，稳定性与服务性存在挑战。 μCLinux 不支持 MMU 。 Ready system ’ s VRTX
- Linux 凭借其自由、免费、开放源代码的优势，经过来自互联网、遍布全球的程序员的努力，再加上 IBM 、 Sun 等计算机巨头的支持， Linux 在手机操作系统市场中异军突起，尤其是在众多知名厂商宣布支持 Linux 手机操作系统之后， Linux 的发展将不容忽视。 由于 Linux 具有源代码开放、软件授权费用低、应用开发人才资源丰富等优点，便于开发个人和行业应用。这一特点非常重要，因为丰富的应用是智能手机的优越性体现和关键卖点所在。从应用开发的角度看，由于 Linux 的源代码是开放的，有利于独立软件开发商 (ISV) 开发出硬件利用效率高、功能更强大的应用软件，也方便行业用户开发自己的安全、可控认证系统。特别是当智能手机大量用作行业应用的移动终端时，使用 Linux 便于实施系统一体化的安全策略。 嵌入式 Linux 系统的典型代表是摩托罗拉在智能手机 A760 。
- Windows Mobile 包括 Pocket PC 、 SmartPhone 以及 Pocket PC Phone 三大平台体系， Windows Mobile 具有录音、音视频播放等多媒体功能。由于大多数机型支持彩色显示，因此耗电量极大，并且由于 Windows CE 本身对于资源的巨大吞噬作用，所以在能耗方面 Windows CE 系统要明显逊于 Palm 操作系统。在功能扩展方面微软比较倾向于集成使用，大多具有标准的 CF 卡插槽，用户可以根据自己的需要增加内存、加装摄像头、调制解调器等设备。 针对中国用户而言， Windows Moblie 的中文操作系统已经比较成熟。目前，摩托罗拉、 ARM 、 ST 、 NeoMagic 、德州仪器、 Intel 、三星、现代都已经生产了针对该系统的处理器；有数十家制造商生产基于 Smartphone 和 Pocket PC 技术的移动设备，有 35 家运营商分销这些产品。欧洲、东亚和加拿大已经销售 Smartphone 智能手机。 Windows CE Windows CE( 俗称蜥蜴 ) 是微软消费电子设备操作系统 OS 的总称。它是一个抢先式多任务并具有强大通信能力的嵌入式操作系统，是微软专门为信息设备、移动应用、消费类电子产品、嵌入式应用等非 PC 领域而精心设计的战略性操作系统产品。 Smartphone Smartphone 则是 Microsoft 开发的新一代手机操作系统平台，这一智能电话解决方案为手机用户提供了语音、数据及多媒体功能，通过与微软的后端服务器及服务相结合，能够成为移动商务人士以及公司用户利用小型移动电话实现移动服务和互联网访问的主要平台。 与旗下另一款操作系统 Pocket PC Phone Edition 不同的是，以 Windows Powered Smartphone 为操作系统的智能手机，没有触控笔和触摸屏，全以数字键盘代替，体现单手操控的理念。也不支持 Pocket Word 及 Excel 等文档编辑功能，更注重的是移动互联和娱乐功能。
- Symbian 由摩托罗拉、西门子、诺基亚等几家大型移动通讯设备商共同出资组建的一个合资公司，专门研发手机操作系统。而 Symbian 操作系统的前身是 EPOC ，而 EPOC 是 Electronic Piece of Cheese 取第一个字母而来的，其原意为 &quot; 使用电子产品时可以像吃乳酪一样简单 &quot; ，这就是它在设计时所坚持的理念。 Symbian 操作系统在智能移动终端上拥有强大的应用程序以及通信能力，这都要归功于它有一个非常健全的核心 -- 强大的对象导向系统、企业用标准通信传输协议以及完美的 sun java 语言。 Symbian 认为无线通讯装置除了要提供声音沟通的功能外，同时也应具有其它种沟通方式，如触笔、键盘等。在硬件设计上，它可以提供许多不同风格的外型，像使用真实或虚拟的键盘，在软件功能上可以容纳许多功能，包括和他人互相分享信息、浏览网页、传输、接收电子信件、传真以及个人生活行程管理等。此外， Symbian 操作系统在扩展性方面为制造商预留了多种接口，而且 EPOC 操作系统还可以细分成三种类型： Pearl ／ Quartz ／ Crystal ，分别对应普通手机、智能手机、 Hand Held PC 场合的应用。 Symbian 分两个主要的智能平台，一个是适于单手操作的 S60 ，代表产品是诺基亚 7650 、 3650 ；另一个是双手操作的 S80 ，代表产品是诺基亚的 9210 ，主要针对商务用户。此外 Symbian 上还有另一个平台 UIQ ，以笔操作为主，代表产品是索尼爱立信的 P802 。 到 2004 年 6 月 30 日， 10 家被授权公司开发的基于 Symbian 操作系统的手机和相关产品有 34 款准备进入市场。 (2003 年第二季度： 26 款手机、 9 家被授权公司 ) 。 7 月初， Symbian 新的股权变化 , 结构如下： 爱立信所持股份由 17.5% 变为 15.6% ；索尼爱立信由 1.5 % 变为 13.1% ；诺基亚由 32.2% 变为 47.9% ；松下由 7.9 变为 10.5% ； Psion 由 31.1% 变为 0.0 % ；三星由 5.0 % 变为 4.5 % ，西门子由 4.8 % 变为 8.4 % 。摩托罗拉年初卖掉了所持 Symbian 股份。
- Palm OS 是 Palm 公司的是一种 32 位的嵌入式操作系统，它的操作界面采用触控式，差不多所有的控制选项都排列在屏幕上，使用触控笔便可进行所有操作。作为一套极具开放性的系统，开发商向用户免费提供 Palm 操作系统的开发工具，允许用户利用该工具在 Palm 操作系统的基础上编写、修改相关软件，使支持 Palm 的应用程序丰富多彩、应有尽有。 Palm 操作系统最明显的优势还在于其本身是一套专门为掌上电脑编写的操作系统，在编写时充分考虑到了掌上电脑内存相对较小的情况，所以 Palm 操作系统本身所占的内存极小，基于 Palm 操作系统编写的应用程序所占的空间也很小，通常只有几十 KB ，所以基于 Palm 操作系统的掌上电脑虽然只有几兆内存却可以运行众多的应用程序。 Palm 在其它方面还存在一些不足， Palm 操作系统本身不具有录音、 MP3 播放功能等，如果你需要使用这些功能，就需要另外加入第三方软件或硬件设备方可实现。对于中国用户而言，另一个不足之处在于 Palm 操作系统起初在中国销售的产品仍然要使用中文外挂平台，有相当部分依然是以英文界面为主，在一定程度上影响了基于 Palm 操作系统的产品在中国市场的大面积进入。其代表性的产品有 Palm m505 、 Palm m500 、 Palm III 等。
- 美国 ATI 公司 90 年推出