侯建刚 houjiangang@bit.edu.cn 嵌入式计算机系统 侯建刚 houjiangang@bit.edu.cn

教学计划 概述 ARM体系结构 ARM指令系统 实时操作系统（VxWorks） 嵌入式应用处理器开发及应用实例

先问几个问题?

定义 问：什么是“嵌入式系统”？ 问：什么是“计算机系统”？ 问：什么是“嵌入式” （1）一个计算机系统？ （2）嵌入式（而不是服务器、桌面机） 问：什么是“计算机系统”？ 问：什么是“嵌入式”

判断 问：这个系统是嵌入式系统吗？ 用户认为。。。 程序员或工程师认为。。。。 系统设计者认为。。。。。

你是谁： 用户？最好的评价者 工程师？最受气的劳动者 设计者？最容易犯错误的权威

结论 硕士毕业：做“设计者”（Why?） 性能评价：作为系统设计者，设计之前要知道别人将怎样评价一个系统，这样才能设计出“公认”的“GOOD”产品！

第二阶段：学生（复习） 第三阶段：工程师（案例） 最后：考试（开卷）or PAPER 节目预告 (4~15周) 第一阶段：设计者 第二阶段：学生（复习） 第三阶段：工程师（案例） 最后：考试（开卷）or PAPER

(1)设计者教程 嵌入式的基本概念

(2)学生教程 ARM体系结构 ARM指令系统 实时操作系统

(3)工程师教程 嵌入式应用处理器开发及应用实例

请提问 问题1：教材是什么？ 问题2：怎么考试？ 问题3：我说下有关课程之性质 主教材 交一份（实验/技术文档），我最喜欢，意味着什么？ “研究生”课堂 =（学术）会议”，意味着什么？（你们要发言！）

第一阶段开始 嵌入式计算机系统的基本概念

嵌入式系统 嵌入式计算系统是把计算机直接嵌入到应用系统之中,它融合了计算机软/硬件技术、通信技术和半导体微电子技术,是信息技术IT(Information Tehnology)的最终产品。

概念 根据英国电机工程师协会的定义所做的翻译，“嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或甚至工厂操作的装置”。它具备了下列四项的特性： 通常执行特定功能 以微电脑与外围构成核心 严格的时序与稳定性要求 全自动操作循环 嵌入式系统的架构可分成五个部分：处理器、内存、输入与输出、操作系统与应用软件。

嵌入式系统体系架构 IP(Intellectual Property)级 架构 芯片级架构 模块级 构架 系统级芯片SOC(Systom on Chip)的形式。把不同的IP单元,根据应用的要求集成在一块芯片上,各种嵌入式软件也可以以IP的方式集成在芯片中 芯片级架构 根据各种IT产品(应用系统)的要求,可以选用相应的处理器(MCU、DSP、RISC型MPU等)芯片、RAM、ROM(EPROM/EEPROM/FLASH)及I/O接口芯片等组成相应的嵌入式系统;相应的系统软件/应用软件也以固件形式固化在ROM中。这是目前嵌入式系统最常见的形式。 模块级 构架 以X86处理器构成的计算机系统模块嵌入到应用系统中

Intel个人互联网用户架构PCA

Intel PCA应用子系统的开放式软件框架

应用子系统软件和组件 平台服务： 提供了硬件抽取和Intel PCA硬件的接口。 操作系统： 为各种任务及应用提供了结构框架和基本服务,如： ·多媒体服务──支持数据流音频和视频应用 ·安全服务──支持增强的安全程序库 ·平台管理服务──为用户的设备提供管理支持 ·通信服务──用于建立和控制网络连接的总体平台通信能力 中间件：附加的软件组件可以为应用添加新服务,以供使用,Intel提供供了组件形式的集成性能的中间件。 固有运行时程序库： Intel提供了Intel集成性能函数库IPP(Integrated Performance Primitives) 用户应用：为用户提供各种最先进功能

嵌入式计算机系统的特点 复杂的算法 用户界面 实时 多速率 制造成本 功率

嵌入式处理器 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心 X86微处理器架构 数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor) －开发方便和移植容易等优点,但是其体积大、功耗高和实时性差等不足也给其带来应用的局限 数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor) －数字信号处理能力强,特别适合于声音、图像等多媒体信息处理系统 RISC(Reduced Instruction Set Computer)型处理器 －结构简单、处理速度快和处理功能强

ARM架构处理器 ARM公司是嵌入式RISC处理器的知识产权IP供应商,它为ARM架构处理器提供了ARM处理器内核(如ARM7TDMI、ARM9TDMI、ARM10TDMI等)和ARM处理器核(ARM710T/720T/740T、ARM920T/922T/940T、ARM926E/966E及ARM1020E等)。由各半导体公司(ARM公司合作伙伴)在上述的处理器内核或处理器核基础上进行再设计,嵌入各种外围和处理部件,形成各种嵌入式微处理器MPU或微控制器MCU。

主流ARM处理器及使用场合 ARM7系列 􀂃S3C4510B（SamSung）：基于以太网的嵌入式集成应用系统； 􀂃S3C44B0X（Samsung）：需要人机交互较多的智能仪器仪表等； 􀂃EP7312（Cirrus Logic）：高档PDA设备，数字音频处理； 􀂃AT91X40XXX（Atmel）：工业控制；

主流ARM处理器及使用场合 ARM9系列 􀂃S3C2410（SamSung）：高档PDA设备 􀂃EP9312/9315（Cirrus Logic）：高档PDA设备，数字音频、视频处理 􀂃AT91RM9200（Atmel）：工业控制及其他运算密集和低功耗应用

StrongARM架构处理器 StrongARM是Intel公司为手持式消费类电子设备和移动计算与通信的嵌入式处理器。采用StrongARM架构的处理器有： SA-1： StrongARM处理器内核 SA-110： StrongARM处理器核 SA-1100： 通用处理器MPU SA-1110： 通用处理器MPU IXP1200： 采用StrongARM核的网络处理器

掌上PC的SA1110与SA1110配套应用

XScale微架构处理器 XScale架构处理器是新一代为无线手持式应用产品开发的嵌入式处理器,是PCA开发式平台架构中的应用子系统与通信子系统中的嵌入式处理器

XScale系统结构图

基于Xscale微架构的处理器 IOP310： Pentium处理器的套片 IOP321： Pentium的I/O处理器 PXA210：嵌入式应用处理器 PXA250：嵌入式应用处理器

嵌入式操作系统 面向嵌入式系统的操作系统有以下的特点： 编码体积小 面向应用,可裁剪和移植 －实时多任务操作系统 ASOS(Application Specific Operating System) 实时性强 －实时多任务操作系统 RTOS(Real Time Operating System) 可靠性高

嵌入式操作系统应用对象 基于或与Windows兼容： ─Window CE、嵌入式Linux、EPOC 工业与通信(传统)类：─VxWorks、pSOS、QNX、Neculeus、VRTX 单片机类：─iRMX、CMX、μC/OS 面向Internet类： ─Palm OS、Visor、Hopen、PPSM

嵌入式系统编程语言

嵌入式系统的高级语言特点 与汇编语言的接口 对系统资源的直接访问 位操作 中断和异常事件处理

嵌入式系统的软件开发过程

嵌入式系统的编程特点 嵌入式系统处理的对象往往比较多,也比较复杂。为此,系统往往把这些对象作为任务的软件模块来处理;另外,系统对实时的要求也比较高,用来快速响应各种事件的处理。嵌入式操作系统的内核虽然都不大,一般都具有实时处理和多任务调度的功能,故有很多嵌入式操作系统也称为实时多任务操作系统RTOS(Real Time Operating System)

嵌入式系统的编程框架

嵌入式系统的开发 模拟(Simulation) 嵌入式在线仿真(Embedded-ICE) 远程调试(常驻调试监控器)

嵌入式系统的开发调试方法

体系结构设计 体系结构式系统整体结构的一个计划，而后用于设计搭建整个体系结构的构件。 体系结构的创建式许多设计者认为的设计的第一阶段。

移动地图框图

移动地图系统的硬件和软件体系结构

设计硬件构件和软件构件 现成的构件 软件模块 自设计模块 系统集成