主講：王穎聰 電腦與通訊工程學系講師 銘傳大學資訊網路處 嵌入式系統概論 主講：王穎聰 電腦與通訊工程學系講師 銘傳大學資訊網路處 1-1
大綱 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 1-2
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。 也可以是根據計劃或程式來整合所有硬體單元的協同工作。 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元件，處理一些不需由人們來操作且特定的一些功能。 目前多是著重 computer-based system 的應用程式或產品。 內含軟體於 ROM 之中的單一微電腦機版，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。 1-3
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 1-4
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) 1-5
嵌入式微處理器 (Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 基礎就是通用電腦中的中央處理器 ( 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 1-6
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、WatchDog、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。 1-7
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 1-8
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。 1-9
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 1-10
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 1-11
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 1-12
嵌入式作業系統 VxWorks Microsoft Windows CE Embedded Linux 1-13
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 1-14