魏兆煌 S706-3 drwei@mail.stut.edu.tw 智慧型手機作業系統 魏兆煌 S706-3 drwei@mail.stut.edu.tw

什麼是嵌入式系統 嵌入式系統的特性 嵌入式系統的分類 嵌入式系統的發展 嵌入式系統微處理器 嵌入式作業系統 嵌入式系統開發平台 嵌入式系統概論 什麼是嵌入式系統 嵌入式系統的特性 嵌入式系統的分類 嵌入式系統的發展 嵌入式系統微處理器 嵌入式作業系統 嵌入式系統開發平台

什麼是嵌入式系統 系統的定義 根據一個固定的計畫、一個程式、或一系列的規則，來處理執行一個或多個工作的方法。 根據計劃或程式來整合所有硬體單元的協同工作系統。 何謂嵌入式系統 在一些大型系統內由硬體和軟體所構成的一個組件，或獨立運作的裝置，處理一些不需由人們來操作且特定的一些功能。 內含軟體於 ROM 之中的單一微電腦機板，自啟動後，就一直持續執行特殊目的的應用程式，直到關機為止。

配合特定應用的特殊設計 高效率 產品壽命較長 穩定的系統 不易被竊取和高安全性 容易操作 嵌入式系統的特性 配合特定應用的特殊設計 高效率 產品壽命較長 穩定的系統 不易被竊取和高安全性 容易操作

嵌入式系統的分類 嵌入式微處理器 (Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 嵌入式微控制器 (Microcontroller Unit, MCU) 嵌入式DSP處理器 (Embedded Digital Signal Processor, EDSP) 嵌入式晶片上系統 (System On Chip)

嵌入式微處理器 (Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 使用通用型的中央處理器 ( CPU ) 裝配在專門設計的電路板上，只保留和嵌入式應用相關的母板功能 在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種加強。 具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優點 在電路板上必須包括 ROM、RAM、匯流排界面、和各種週邊設備，因而降低了系統的可靠性，技術保密性也較差 嵌入式微處理器及其記憶體、匯流排、週邊設備等安裝在一塊電路板上，亦稱之為單板電腦

嵌入式微控制器 (Microcontroller Unit, MCU) 又稱單晶片，就是將整個電腦系統匯集到一塊晶片中 是以某一種微處理器內核為核心，晶片內部整合： ROM/EPROM、RAM、匯流排、匯流排邏輯、定時/計數器、Watch Dog、I/O、串列埠、脈寬調變輸出、類比轉數位(A/D)、數位轉類比(D/A)、Flash RAM、EEPROM等各種必要功能和週邊設備 為適應不同的應用需求，一個單晶片系列具有許多種衍生產品，每種衍生產品的處理器內核心都是一樣的，不同的是記憶體和週邊設備的配置與封裝。 最大特點是單晶片化，體積大幅減小，因而使功率消耗和成本下降、可靠性提高。是目前嵌入式系統工業的主流。 微控制器晶片上週邊設備資源通常比較豐富，適合於控制用途，因此稱之為微控制器。 市佔率約70％的嵌入式市場。

嵌入式 DSP 處理器 (Embedded Digital Signal Processor, EDSP) DSP應用正從以普通指令實現DSP功能的通用單晶片中，過渡到採用嵌入式DSP處理器。 有兩個發展方向， 經過單晶片化、電磁相容性 (EMC) 改造、增加晶片上週邊設備 增加DSP輔助運算器 是嵌入式系統的智慧化 REAL DSP處理器，特點是具備雙哈佛架構 ( Harvard architecture) 和雙乘/累加單元

嵌入式晶片上系統 (System On Chip) 在一個矽晶片上實現一個更為複雜系統 各種通用處理器核心將成為 SoC 設計的標準庫，成為 VLSI 設計中一種標準的器件，可以用標準的 VHDL 等語言描述，並儲存在元件庫中 除個別無法集成的元件以外，整個嵌入式系統大部分均可集成到一塊或幾塊晶片中 應用系統電路板將變得很簡潔，對於減小體積和功率消耗、提高可靠性非常有利。 SOC可以分為通用和專用兩類 專用SOC通常用於某類系統中，而不為一般用戶所知。

嵌入式系統的發展 應用軟體的開發需要強大的開發工具和作業系統的支援 網路成為必然趨勢 支援小型電子設備實現小尺寸、低功率和低成本 提供精巧的多媒體人機界面

嵌入式系統微處理器 (一) ARM提供一系列方案： CPU內核 小型、快速、低能耗、ARM 指令集 Thumb 指令集之整合式RISC內核，採用多層管線 ( Pipeline ) 架構，以增進處理效能。 體系擴展 Thumb:以16位元系統的成本，提供32位元RISC性能，特別注意的是它所需的記憶體容量非常小。 嵌入式ICE調校 由於整合了類似於ICE的CPU內核調校技術，所以原型設計和系統晶片的調校得到了極大的簡化。 微處理器

嵌入式系統微處理器 (二) ARM 處理器目前主要有七種產品系列： ARM7 系列、 ARM9 系列、ARM9E 系列、 ARM10 系列、 SecurCore 系列、 StrongARM 系列、以及 XScale 系列

嵌入式作業系統 Embedded Linux / µCLinux µC/OS II VxWorks Microsoft Windows CE

嵌入式系統開發平台 Intel 公司的 StrongARM 系列 Motorola 公司的 DragonBall系列 NEC公司的VR系列 Hitachi公司SH3,SH4系列

Windows Mobile的優勢 Windows Mobile的前身就是微軟在1996年推出的Windows CE，2000年更名為Windows Pocket PC（縮寫為PPC） 。 2003年為搭配手機與PDA的結合推出了 Pocket Phone Edition和Windows Powered Smart Phone操作系統，成為Windows Mobile。 微軟在PC作業系統上幾乎獨佔，在面對新興的「移動運算」市場，該公司仍沿用過去在PC作業系統的思維方式、並視為重要的競爭優勢。 Windows Mobile傾向於手機和個人電腦的融合，並建立在Microsoft Win32 API的基礎上。可以運行Windows Mobile的設備包括Pocket PC、Smartphone和Portable Media Center。 由於Windows Mobile沿用了微軟Windows操作系統的界面，使用者能很快上手。 在應用程式研發上的優勢：第一個是開發平台的Windows作業系統比較普及。 第二個Windows Mobile應用程式可用VC++、VC#和VB語言撰寫，開發人員可選用自己最熟悉的語言來開發。

Windows Mobile系統操作界面

Windows Mobile的劣勢 Windows Mobile繼承了微軟PC作業系統的優勢，當然也包含Windows系統的固有缺陷：出於Windows系統的架構導致系統越用越慢，所以在長時間用後必須重新整理才能提升系統運作速度。 這缺陷在低運算速度（低於200 MHz）的機種上更為明顯。解決的唯一辦法就是提高運算速度，但提高運算速度導致了手機耗能加大、結果就是縮短了待機時 間。 由於Windows系統的結構及系統運行的特點，使系統在運作過程中不停的產生垃圾，尤其是註冊表垃圾必須在長時間使用後定期清理，不論是 PC版本或者是Windows Mobile系統都有此困擾。 Windows Mobile對通信功能（電話、簡訊）的可靠度不如傳統手機廠商所支持的Symbian操作系統。 對Windows架構熟悉的駭客較多，所以很多病毒軟體很容易移植到Windows Mobile系統中。 由於使用者能進入底層的系統軟體，使用者誤操作而刪錯系統軟體可能使整個系統無法順利運行。 邊緣化趨勢明顯 2007年Windows Mobile系統機種全球出貨量為1470萬台，在所有系統中只僅次於Symbian。 2008年被黑莓機(Blackberry)超越，Apple排名第四。 2010年隨著iPhone在中國市場正式上市，預估Apple手機作業系統有望於超越Windows Mobile。 若Android能繼續維持高成長速度，微軟的排名恐怕還要滑落。 主要原因是系統的龐大與低效率，及微軟無法跟上智慧型手機的趨勢，例如支持觸摸螢幕控制和各種有吸引力的手機應用。

智慧型手機作業系統市場趨勢 ▲全球智慧型手機出貨量分析（單位：萬台）