嵌入式系统设计综述.ppt

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第一讲：

第一讲：

实时嵌入式系统设计综述实时嵌入式系统设计综述EmbeddedSystemDesigning主讲教员主讲教员：

徐欣国国防防科科大大电电子子科科学学与与工工程程学学院院嵌嵌入入式式系系统统开开放放研研究究小小组组面向二十一世纪的嵌入式系统设计技术前言

（1）n课程设置的必要性n应用需求日趋复杂n微处理器技术长足发展n嵌入式软件技术成为核心n课程涉及的主要内容n全面阐述嵌入式系统的要素n嵌入式系统软硬件设计基础n介绍嵌入式系统最新设计理念n项目开发流程与自由实验前言

（2）n课程设置的预期目标n使学员对嵌入式系统设计技术有全面的了解，并具备一定的设计实践能力，为深入开展相关研究奠定良好的基础。

n树立IP资源复用理念，掌握IP设计方法n理解并掌握实时操作系统和实时软件开发技术课程安排n嵌入式系统综述1次课n嵌入式系统硬件设计2次课n处理器开发基础；系统设计方法；PCB设计工具；FPGA开发工具n嵌入式系统软件设计XX次课nRTOS基础；uc/OSII；Linux；VxWworks；BSP&DeviceDriver；GNU集成开发环境使用n主题Project设计2次课nProject报告交流2次课参考文献（notnecessary）n嵌入式系统开发圣经，探矽工作室，中国青年出版社，2002n嵌入式Linux系统设计与应用.王学龙.清华大学出版社，2001年nUC/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，2001nVxWorks及其开发环境Tornado.孔祥营,柏桂枝.嵌入式实时操作系统中国电力出版，2002n可编程逻辑器件及设计理念，www.X评分与考核方式nYourfinalgradewillbedeterminedbyn10%:

classparticipationn30%:

homeworkandreadingassignmentn60%:

finalprojectandpresentationnGradingScalenA=90-100,B=80-89,C=70-79,D=60-69,F=0-59.n+/-designatorforboundarycases一、嵌入式系统的定义（E）n专用计算机系统专用计算机系统（非非PC智能电子设备智能电子设备）n以应用为中心以应用为中心n以计算机技术为基础以计算机技术为基础n软件硬件可裁剪软件硬件可裁剪n适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求功耗严格要求n知识集成系统（知识集成系统（CSEA）n技术密集资金密集技术密集资金密集n高度分散不可垄断高度分散不可垄断n面向应用不断创新面向应用不断创新二、嵌入式系统的分类n按表现形式分：

（硬件范畴）n芯片级嵌入（含程序或算法的处理器）n模块级嵌入（系统中的某个核心模块）n系统级嵌入n按实时性要求分：

（软件范畴）n非实时系统（PDA）n软实时系统（消费类产品）n硬实时系统（导引头等工业和军工系统）三、嵌入式系统的基本要素n嵌入式处理器系统n嵌入式处理器n各种类型存储器n模拟电路及电源n接口控制器及接插件n嵌入式软件系统n实时操作系统（RTOS）n板级支持包（BSP）n设备驱动（DeviceDriver）n协议栈（ProtocolStack）n应用程序（Application）四、嵌入式处理器n嵌入式处理器的发展趋势n经济性（成本）n微型化（封装、功耗）n智能化（功能、速度）n嵌入式处理器的分类和现状n微控制器（MCU）n微处理器（MPU）n数字信号处理器（DSP）n混合处理器和片上系统（SOC）n可编程片上系统（SOPC）五、硬件设计工具（EDA工具）系统级设计工具Cadence的SPWSystemView模拟电路系统仿真工具PspiceEWBPCB设计工具ProtelPADs的PowerPCB&ToolKitMentor的Expedition&ToolKit可编程逻辑器件设计工具MentorFPGAAdvantage&ModelSimXilinxFoundationISE&ToolKit各种综合和仿真第三方工具六、实时操作系统（RTOS）RTOS的基本特征：

高效的任务管理1.支持多任务2.优先级管理3.任务调度：

基于优先级的抢占式调度、时间片轮转调度的算法4.支持快速而确定的上下文切换快速灵活的任务间通信1.信号量：

二进制、互斥、计数器2.通信机制：

消息队列、管道等高度的可剪裁性动态链接与部件增量加载快速有效的中断和异常事件处理优化的浮点支持动态内存管理系统时钟和定时器几种最常见的几种最常见的RTOS：

软实时软实时RTOS嵌入式嵌入式LinuxWinCE硬实时硬实时RTOSVxWorksOSENuclear著名的著名的openRTOSucOS/IIRTEMS自主知识产权的自主知识产权的RTOSHOPENDeltaOS七、嵌入式软件开发工具n开发工具n编译器（Compiler）n调试器（InCircuitEmulator）n软仿真（Simulator）n集成开发环境（IDE）n典型的商业开发工具及供应商nWindriver公司的TornadoforVxWorksnMontVisa公司的HardHatLinux开发工具包nAMC公司的SuperTAP调试器n免费开发工具nGNU系列开发工具nWiggler调试器八、最新进展之：

嵌入式Internet技术n定义：

嵌入式Internet是近几年发展起来的一项新兴概念和技术，是指设备通过嵌入式模块而非PC系统直接接入Internet，以Internet为介质实现信息交互的过程，通常又称为非PCInternet接入。

n应用：

n智能家居（家电上网）n工业远程监控与数据采集nInternetReconfigurableLogic（IRL）及其相关应用n等等图：

嵌入式Internet应用九、最新进展之：

可编程片上系统（SOPC）nSOPC：

可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现可编程逻辑器件在嵌入式应用中的完美体现nSOPC的技术基础的技术基础n超大规模可编程逻辑器件及其开发工具的成熟超大规模可编程逻辑器件及其开发工具的成熟nFPGA密度提高密度提高nFPGA成本足以与成本足以与ASIC抗衡抗衡nFPGA设计、综合、仿真、测试工具性能飞速提高设计、综合、仿真、测试工具性能飞速提高n微处理器核以微处理器核以IP的形式嵌入到的形式嵌入到FPGA中中nIPCore开发理念的发展与深入人心开发理念的发展与深入人心n信号处理算法、软件算法模块、控制逻辑等均可以信号处理算法、软件算法模块、控制逻辑等均可以IPCore形式形式体现体现n目前已经成熟的目前已经成熟的SOPC开发平台：

开发平台：

nXilinxSpartanIIFPGA和和MicroBlaze软处理器软处理器IPCorenXilinxVirtexIIProFPGA和和PowerPC硬处理器硬处理器IPCorenAltera等其它等其它FPGA和处理器和处理器IPCore十、图：

SOPC示例n谢谢大家！

goReaderInterneteBookSamsungAnyWebInternetScreenPhoneeRemoteIntelligentHomeControllerTektronixTDS7000DigitalOscilloscopesNixvueDigitalAlbumDigitalPhotoAlbum一些典型的嵌入式系统应用实例一些典型的嵌入式系统应用实例返回嵌入式嵌入式处理器处理器可编程可编程逻辑器件逻辑器件大容量大容量存储器存储器电源模块电源模块解决方案解决方案嵌入式系统周边元器件嵌入式系统周边元器件嵌入式系统必备接插件嵌入式系统必备接插件PowerPC微处理器微处理器ARM微处理器微处理器TMS320C6000系列系列DSPTMS320C5000系列系列DSPTMS320C2000系列系列DSPTI公司其它公司其它DSP系列系列VirtexIIPlatformFPGAVirtex（E）系列系列FPGASpartan（XL）系列系列FPGASpartanII（E）系列系列FPGAXC95（XL）系列系列CPLDCoolRunner系列系列CPLD嵌入式系统构成嵌入式系统构成XilinxTI&Intel&MotorolaTIPowerTrend嵌入式电源方案嵌入式电源方案美国美国ERICSSON电源模块电源模块日本日本COSEL电源模块电源模块美国美国VICOR电源模块电源模块法国法国GAIA军用电源军用电源怀特电子高可靠性存储器系列怀特电子高可靠性存储器系列IDT公司公司FIFO及双口及双口RAMCypress公司高速公司高速SRAM系列系列现代电子公司现代电子公司SDRAM系列系列Intel公司公司大容量大容量Flash系列系列AMP公司接插件系列公司接插件系列AI公司公司PCB插座系列插座系列AMP&AI嵌入式系统硬件嵌入式系统硬件返回返回HardwareIndependentSoftwareHardwareIndependentSoftwareApplicationsApplicationsTCP/IPStackTCP/IPStackI/OSystemI/OSystemRTOSlibrariesRTOSlibrariesRTOSKernelRTOSKernelFileSystemFileSystemHardwareAbstractionLayerHardwareAbstractionLayer：

BSP&DeviceDriverBSP&DeviceDriverSCSISCSIDriverDriverFlashFlashDriverDriverMMUMMUDriverDriverCacheCacheDriverDriverSerialSerialDriverDriverEthernetEthernetDriverDriverDeviceDeviceDriversDriversHardwareHardware嵌入式系统软件嵌入式系统软件