第一章 嵌入式系统导论.

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1 第一章 嵌入式系统导论

2 主要内容 1 计算机的发展过程 2 计算的发展过程 3 嵌入式系统定义 4 嵌入式系统的发展历程 5 嵌入式系统的特点 6 嵌入式系统的分类
7 嵌入式系统的应用领域 8 嵌入式系统的发展趋势 9 嵌入式系统的基本组成 10 主流嵌入式操作系统

3 1 计算机的发展过程 1.1 电子管计算机(1945-1956) 1.2 晶体管计算机(1956-1963)
1.3 集成电路计算机( ) 1.4 大规模集成电路计算机(1971-现在) 1.5 个人计算机(1981)

4 1.1 电子管计算机 1946年2月14日，标志现代计算机诞生的ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer:电子数字积分计算机 )在费城公诸于世。 电子管 使用了18000个电子管，70000个电阻器，有5百万个焊接点，耗电160千瓦，重量为27,000kg，占地约167平方米。

5 ENIAC代表了计算机发展史上的里程碑，受军方解决火炮射表(artillery-firing tables )方面的需求驱动，由美国政府和宾夕法尼亚大学合作开发。
ENIAC由John Mauchly (毛奇莱，chief consultant)和Presper Eckert (艾科特，chief engineer)开发，用了1年时间设计，18个月、500,000美元实现。 In one second, the ENIAC could perform 5,000 additions, 357 multiplications or 38 divisions. Presper Eckert : John Mauchly:

6 ENIAC还没有采用存储程序的结构，后来冯·诺伊曼(von Neumann)加入研究小组，研制了世界上第一台现代计算机EDVAC (Electronic Discrete variable Automatic Computer: 离散变量自动电子计算机)。 冯·诺依曼以技术顾问形式加入，1945年6月发表了一份长达101页的报告，这就是著名的“关于EDVAC的报告草案” (First Draft of a Report on the EDVAC)，报告提出的体系结构一直延续至今，即冯·诺伊曼结构。 安装在弹道研究实验室的EDVAC von Neumann: 1 Google研究员吴军：在研制世界上第一台现代计算机EDVAC 的设计方案时，他们三个人共同参与了，最后由冯·诺伊曼起草并交给了军方，军方的负责人拿到方案后随手在上面写上了冯·诺伊曼的名字，从此毛奇莱和艾科特的贡献就被淡忘了。后来，毛奇莱和艾科特认为计算机的产权应该属于他们自己而不是他们所在的单位宾西法尼亚大学。两个人和大学闹翻了，出来成立了世界上第一个计算机公司――艾科特－毛奇莱公司。该公司研制出一种叫UNIVAC 的计算机，提供给美国统计局和军方用。但是因为艾科特和毛奇莱都是不会经营的学者，很快他们的公司就赔钱关门了。

7 1.2 第二代晶体管计算机 电子管的缺点：运行时产生的热量太多，可靠性较差，运算速度不快，价格昂贵，体积庞大寿命短。
1948年，晶体管的发明大大促进了计算机的发展。 1956年，晶体管在计算机中使用，晶体管和磁芯存储器导致了第二代计算机的产生。 第二代计算机体积小、速度快、功耗低、性能更稳定。 计算速度从每秒几千次提高到几十万次 主存储器的存贮量，从几千提高到10万以上 1947年12月，美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布拉顿组成的研究小组，研制出一种点接触型的锗晶体管。晶体管的问世，是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声。晶体管出现后，人们就能用一个小巧的、消耗功率低的电子器件，来代替体积大、功率消耗大的电子管了。晶体管的发明又为后来集成电路的降生吹响了号角。

8 1958年，IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机RCA501型。
1959年，IBM公司又生产出全部晶体管化的电子计算机IBM7090。 第一台晶体管计算机TRADIC (Transistorized Airborne Digital Computer)：贝尔实验室为美国空军研制，使用了800只晶体管，仅100瓦功率，占地也只有3立方英尺。 全晶体管大型机IBM7090

9 1.3 第三代集成电路计算机 晶体管产生大量的热量，会损害计算机内部的敏感部分。
1958年TI的工程师Jack Kilby发明了集成电路(IC)，将三种电子元件结合到一片小小的硅片上。 随后，科学家能够使更多的元件集成到单一的半导体芯片上。于是，计算机变得更小，功耗更低，速度更快。 1958年Jack Kilby发明的世界上第一块集成电路 Jack Kilby: 1958年，34岁时进入TI，从事电路小型化研制，当公司所有的人都去尽情享受传统的双周假期时，他构思并设计出一个电路，将所有有源和无源元器件都集合到只有一块曲别针大小的半导体材料锗上，人类历史上第一块集成电路就此诞生。 2000 年，因参与集成电路发明而获得了诺贝尔物理奖

10 1.4 第四代大规模集成电路计算机 出现集成电路后，唯一的发展方向是扩大规模。 大规模集成电路(LSI)可以在一个芯片上容纳几百个元件。
到了80年代，超大规模集成电路（VLSI）在芯片上容纳了几十万个元件，后来的ULSI将数字扩充到百万级。 使得计算机的体积和价格不断下降，而功能和可靠性不断增强。 ULSI, WSI, SOC and 3D-IC To reflect further growth of the complexity, the term ULSI that stands for "Ultra-Large Scale Integration" was proposed for chips of complexity of more than 1 million transistors. Wafer-scale integration (WSI) is a system of building very-large integrated circuits that uses an entire silicon wafer to produce a single "super-chip". Through a combination of large size and reduced packaging, WSI could lead to dramatically reduced costs for some systems, notably massively parallel supercomputers. The name is taken from the term Very-Large-Scale Integration, the current state of the art when WSI was being developed. System-on-a-Chip (SoC or SOC) is an integrated circuit in which all the components needed for a computer or other system are included on a single chip. The design of such a device can be complex and costly, and building disparate components on a single piece of silicon may compromise the efficiency of some elements. However, these drawbacks are offset by lower manufacturing and assembly costs and by a greatly reduced power budget: because signals among the components are kept on-die, much less power is required (see Packaging, above). Three Dimensional Integrated Circuit (3D-IC) has two or more layers of active electronic components that are integrated both vertically and horizontally into a single circuit. Communication between layers uses on-die signaling, so power consumption is much lower than in equivalent separate circuits. Judicious use of short vertical wires can substantially reduce overall wire length for faster operation.

11 1.5 个人计算机 1981年，IBM推出个人计算机(PC)，被广泛应用于家庭、办公室和学校。
80年代个人计算机的竞争使得价格不断下跌，微机的拥有量不断增加，计算机继续缩小体积，逐渐从桌上发展到膝上、掌上。 ThinkPad X61 处理器: 英特尔® 酷睿™2 双核处理器 T8100 (2.10GHz) 内存: 1GB/4GB 硬盘: 160GB 惠普 iPAQ 212 处理器： 624MHz 内存ROM：128MB DRAM， 256MB 闪存 ROM 操作系统： Windows Mobile 显示屏分辨率：640 x 480 重量：192 克 三星 i780 操作系统：Windows Mobile 6 Professional 处理器：Marvell PXA3xx ( MHz) 内存容量 ROM 180MB RAM:128MB 屏幕：65000色TFT彩色屏幕；320×320像素 重量：120 克 1 Alongside "microcomputer" and "home computer", the term "personal computer" was already in use before It was used as early as 1972 to characterize Xerox PARC's Alto. However, because of the success of the IBM Personal Computer, the term came to mean more specifically a microcomputer compatible with IBM's PC products. 2 The price tag started at $1,565, which would be nearly $4,000 today. 3 Google研究员吴军：当时IBM 为了以最快速度推出PC，连操作系统都懒得自己开发，而是向其他公司招标。IBM 先找到了DR 公司（Digital Research），因为价钱没谈好，只好作罢。盖茨看到了机会，他空手套白狼，用七万五千美元买来的磁盘操作系统（DOS），转手卖给了IBM。盖茨的聪明之处在于，他没有让IBM买断DOS，而是从每台IBM PC 中收一笔不太起眼的版权费。而且，IBM和微软签的协议有个很小的漏洞，没有说清楚微软是否可以将DOS 再卖给别人。盖茨后来抓住了这个空子，将DOS 到处卖，IBM 很不高兴，告了微软好几次。因为在大家看来这是以大欺小，IBM 得不到别人的同情，从来没有赢过。（在美国，以大欺小的官司常常很难赢，而且即使赢了，也不可能得到太多的赔偿，因为小公司没有什么油水可榨）。IBM 原来认为PC 机赚钱的部分是几千块钱的硬件，而不是几十块钱的软件，后来发现满不是这么回事。由于兼容机的出现，IBM 沦为了众多PC 制造商之一，利润受到竞争的限制。而所有微机的操作系统只有一种，虽然每份操作系统现在还挣不了多少钱，将来的前途不可限量。显然，微软已经占据了有利的位置。因此，IBM决定和微软共同开发微机的新的操作系统OS/2，共同来开发微机的软件市场。如果是别人，也许就乐于当IBM 的一个合作伙伴了。但是，盖茨可不是一般的人，他的心志非常高远，他不会允许别人动微机软件这块大蛋糕，虽然此时的微软的规模远没法和IBM 相比。盖茨明修栈道，暗渡陈仓，一方面和IBM 合作开发OS/2 ，挣了一点短期的钱，另一方面下大力气开发视窗操作系统（Windows）。当视窗3.1 研制出来的时候，微软帝国也就形成了。十几年后，硅谷一位最成功的CEO 讲，凡是和微软合作的公司，最后都没有好结果。IBM 也许是其中第一个吃亏者。

12 2 计算的发展过程 普适计算 资源使用的灵活性 协同计算 基于网络的 个人计算 普适计算终端 分布式计算 基于开放系统的客户/服务器
分时系统 批处理系统 单用户系统 分布式计算 基于网络的 个人计算 协同计算 普适计算 大型机 小型机 微型机 基于开放系统的客户/服务器 普适计算终端 资源使用的灵活性 计算的自由性

13 2.1 早期的计算机非常庞大 要求用户在集中的时间和集中的地方进行计算。
2.2 批处理系统(batch processing system) 批处理：将作业按照它们的性质分组（或分批），然后再成组（或成批）地提交给计算机系统，由计算机自动完成后再输出结果，从而减少作业建立和结束过程中的时间浪费。 用户不再需要在集中的时间进行计算，即使计算机处于非空闲状态，用户也可以提交工作任务，但仍然需要用户在集中的地方进行计算。 1 伴随50年代大型机而出现。由于大型机比较昂贵，批处理成为解决该问题的有效办法。

14 单道批处理系统：内存中只允许存放一个作业，即当前正在运行的作业才能驻留内存，作业的执行顺序是先进先出，即按顺序执行。
早期的批处理系统属于单道批处理系统，其目的是减少作业间转换时的人工操作，从而减少CPU的等待时间。 为了提高CPU的利用率，在单道批处理系统的基础上引入了多道程序设计（multiprogramming）技术，这就形成了多道批处理系统。 多道批处理系统：在内存中可同时存在若干道作业，作业执行的次序与进入内存的次序无严格的对应关系，因为这些作业是通过一定的作业调度算法来使用CPU的，一个作业在等待I/O处理时，CPU调度另外一个作业运行，因此CPU的利用率显著地提高了。 新产生 执行 等待 I/O或事件 等待 I/O或事件 完成 结束 就绪 中断 分派执行 进入 1 根据在内存中允许存放的作业数，批处理系统分为单道批处理系统和多道批处理系统。 2 由于在单道批处理系统中，一个作业单独进入内存并独占系统资源，直到运行结束后下一个作业才能进入内存，当作业进行I/O操作时，CPU只能处于等待状态。因此，CPU利用率较低，尤其是对于I/O操作时间较长的作业。 3 Batch processing has grown beyond its mainframe origins, and is now frequently used in UNIX environments and Microsoft Windows too. UNIX systems uses shells and other scripting languages. DOS systems uses batch files powered by COMMAND.COM, Microsoft Windows has cmd.exe, Windows Script Host and advanced Windows PowerShell.

15 2.3 分时系统(time-sharing system)
计算机的资源能够同时被多个用户所共享，并使用户可以在分散于实际计算机所在的地方进行计算。 由Bob Bemer在1957年在自动控制机的文章中首先提出，同年John McCarthy在IBM 704机器上首先实现。 2.4 传统的分布式分时系统 网络结构把这种分散性进一步扩大到更广泛的地理区域，但对于能够为多个用户共享的被互联起来的计算资源的使用仍然不是很方便。

16 2.5 局域网和工作站 使得资源的共享和使用更加方便。 随着无线网络的发展而出现的移动计算则使计算更加自由，用户可以在无线通讯网络体系结构覆盖范围的任何地方，在任何时间进行系统资源的访问。 2.6 正在快速发展的普适计算模式 计算更加自由化，任何人都可在任何时间，任何地点获得需要的计算服务，计算将无处不在，弥漫在需要服务的所有地方。

17 2.7 正在快速发展的普适计算模式 Ubiquitous Computing (Mark Weiser, Xerox PARC 1988)
Calm Computing (John Brown, Xerox PARC 1996) Universal Computing (James Landay, Berkeley 1998) Invisible Computing (G. Barriello, UoWashington 1999) Pervasive Computing (Academia, IBM 1999, SAP 2000) Context Based Computing (Berkeley/IBM 1999) Hidden Computing (Toshiba 1999) Post PC Computing (common sense) Ambient Intelligence (European Commission, FP5) Everyday Computing (Georgia Tech, 2000) Sentient Computing (AT&T, 2002) Autonomous Computing (IBM, 2002) Amorphous Computing (DARPA, 2002) Spray Computing (Zambonelli, 2003) … 1 Calm computing：In contrast, his picture of calm technology portrayed a world of serenity, comfort and awareness, where we are kept perpetually informed of what is happening around us, what is going to happen and what has just happened. Information would appear in the centre of our attention when needed and effortlessly disappear into the periphery of our attention when not. 2 context-aware computing: One challenge of mobile distributed computing is to exploit the changing environment with a new class of applications that are aware of the context in which they are run. Such context-aware software adapts according to the location of use, the collection of nearby people, hosts, and accessible devices, as well as to changes to such things over time. A system with these capabilities can examine the computing environment and react to changes to the environment. 3 everyday computing: by focusing on scaling ubiquitous computing with respect to time. Our motivations for everyday computing stem from wanting to support the informal and unstructured activities typical of much of our everyday lives.

18 mainframe Computing evolution PC Ubicomp Internet mobile

19 3 嵌入式系统定义 3.1 An embedded system is a computer system contained within some larger device or product with the intent purpose of providing monitoring and control services to that device. 包含在设备和产品中、为设备提供监控和控制服务的计算机系统。 3.2 Any sort of device which includes a programmable computer but itself is not intended to be a general-purpose computer. 包含可编程计算机，但自身又不是一个通用计算机的设备。

20 3.3 IEEE: “Device used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants”. 装备、机器或是工厂中用来控制、监控或是提供操作的设备。 3.4 嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 3.5 嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。

21 包含有计算机，但又不是通用计算机的计算机应用系统。 3.7
3.6 包含有计算机，但又不是通用计算机的计算机应用系统。 3.7 Physically, embedded systems range from portable devices such as digital watches and MP3 players, to large stationary installations like traffic lights, factory controllers, or the systems controlling nuclear power plants. Complexity varies from low, with a single microcontroller chip, to very high with multiple units, peripherals and networks mounted inside a large chassis or enclosure.

22 13. Ethernet port. 14. Ethernet transformer, Delta LF8505. 15. KS8721B ethernet PHY transmitter receiver. 16. USB port. 17. Telephone (RJ11) port. 18. Telephone connector fuses. 1. Telephone decoupling electronics (for ADSL). 2. Multicolour LED (displaying network status). 3. Single colour LED (displaying USB status). 4. Main processor, a TNETD7300GDU, a member of Texas Instruments' ARM7 product line. 5. JTAG test and programming port. 6. RAM, a single ESMT M12L64164A 8 MB chip. 7. Flash memory, obscured by sticker. 8. Power supply regulator. 9. Main power supply fuse. 10. Power connector. 11. Reset button. 12. Quartz crystal.

23 无人机 舰载多功能显控台 基于CMMB标准的手机电视解决方案 核反应堆仪控设备 税控POS 军用导航 手机支付

24 3.8 Embedded systems and ubiquitous computing
Ubiquitous computing: Information anytime, anywhere. Embedded systems provide fundamental technology.

25 4 嵌入式系统的发展历程 嵌入式系统的出现和兴起（1960-1970） 嵌入式系统开始走向繁荣，软件和硬件日臻完善（1971-1989）
嵌入式系统应用走向纵深（1990年-现在） Include preface to here: 2 classes

26 4.1 嵌入式系统的出现和兴起 出现：20世纪60年代以晶体管、磁芯存储为基础的计算机开始用于航空等军用领域。
第一台机载专用数字计算机是奥托内蒂克斯公司为美国海军舰载轰炸机“民团团员”号研制的多功能数字分析器(Verdan)。 同时嵌入式计算机开始应用于工业控制。1962年一个美国乙烯厂实现了工业装置中的第一个直接数字控制(DDC)。

27 兴起：在1965～1970年，当时计算机已开始采用集成电路，即第三代计算机。在军事、航空航天领域、工业控制的需求推动下。
第一次使用机载数字计算机控制的是1965年发射的Gemini3号，第一次通过容错来提高可靠性是1968年的阿波罗4号、土星5号。 1963年DEC公司推出PDP8并发展成PDP11系列，成为工业生产集中控制的主力军。 在军用领域中，为了可靠和满足体积、重量的严格要求，还需为各个武器系统设计五花八门的专用的嵌入式计算机系统。 Apollo computer DSKY user interface unit. The Apollo Guidance Computer (AGC) was the first recognizably modern embedded system, used in real-time by astronaut pilots to collect and provide flight information, and to automatically control all of the navigational functions of the Apollo spacecraft. It was developed in the early 1960s for the Apollo program by the MIT Instrumentation Laboratory under Charles Stark Draper, with hardware design led by Eldon C. Hall

28 4.2 嵌入式系统开始走向繁荣 4.2.1 嵌入式系统大发展是在微处理器问世之后
1973年至1977年间各厂家推出了许多8位的微处理器，包括Intel 8080/8085，Motorola 的6800/6802，Zilog的Z80和Rockwell的6502。 微处理器不单用来组成微型计算机，而且用来制造仪器仪表、医疗设备、机器人、家用电器等嵌入式系统。 仅8085/Z80微处理器的销售就超过7亿片，其中大部分是用于嵌入式工业控制应用。

29 Intel 8080为8008的加强版CPU，其运算速度达到2 Mhz，有直接记忆体定址、支援超过七层堆叠、并支援到64KB的记忆体的特点。
8080被用于当时一种品牌为Altair的电脑上。这也是有史以来第一个知名的个人电脑。当时这种电脑的套件售价是395美元，短短数月的时间里面，销售业绩达到了数万部，创造了个人电脑销售历史的一个里程碑。Bill Gates当初就是在杂志上看到使用Intel 8080当CPU的Altair 8080电脑才決定來帮这款电脑设计BASIC程式语言，当然后来的微软霸业也就是从这台电脑开始的。

30 微处理器的广泛应用形成了一个广阔的嵌入式应用市场
计算机厂家除了以整机方式向用户提供工业控制计算机系统外。 开始大量地以插件方式向用户提供OEM产品，再由用户根据自己的需要构成专用的工业控制微型计算机，嵌入到自己的系统设备中。 为了灵活兼容，形成了标准化、模块化的单板机系列。 流行的单板计算机有Intel公司的iSBC系列、Zilog公司的MCB等。

31 iSBC 80/20-4 Single Board Computer.
It is a complete SBC with an 8080 CPU, 4K of SRAM and sockets for 8k of ROM or EPROM as well as 48 parallel I/O lines and a RS-232 port and more.

32 由于兼容的要求，这就导致了工业控制微机系统总线的诞生。
1976年Intel推出Multibus，1983年扩展为带宽达40MB/S的MultibusⅡ。 1978年Prolog设计简单的STD总线广泛用于小型嵌入式系统。 1981年Motorola推出的VME_Bus则与MultibusⅡ瓜分高端市场。 目前在工业控制领域，嵌入式PC、PC104、CPCI（Compact PCI）总线已广泛应用到工业控制领域。

33 专门用于高速实时信号处理的数字信号处理器DSP。
随着微电子工艺水平的提高, 集成电路设计制造商开始把嵌入式应用所需要的微处理器、I/O接口、A/D、D/A转换、串行接口以及RAM、ROM通通集成到一个VLSI中, 制造出面向I/O设计的微控制器，就是我们俗称的单片机。 专门用于高速实时信号处理的数字信号处理器DSP。

34 4.2.3 软件技术的进步使嵌入式系统日臻完善 在微处理器出现的初期，为了保障嵌入式软件的时间、空间效率，软件只能用汇编语言编写。 由于微电子技术的进步，对软件的时空效率的要求不再那么苛刻了，嵌入式计算机的软件开始使用PL/M、C等高级语言。 对于复杂的嵌入式系统来说除了需要高级语言开发工具外，还需要嵌入式实时操作系统的支持。 80年代初开始出现了一批软件公司，推出商品化的嵌入式实时操作系统和各种开发工具。

35 商用嵌入式实时操作系统和开发工具的出现和推广应用，使嵌入式系统的开发从作坊式向分工协作规模化的方向发展，促使嵌入式应用扩展到更广阔的领域。
Ready System(后来的Microtec Research、后来又被Mentor Graphic收购)公司:VRTX操作系统及Xray, Spectra工具 Integrated System Incorporation(ISI，后被WindRiver公司合并):pSOS操作系统及pRISM工具 WindRiver公司:VxWorks操作系统及Tornado工具 QNX公司:QNX操作系统及工具 商用嵌入式实时操作系统和开发工具的出现和推广应用，使嵌入式系统的开发从作坊式向分工协作规模化的方向发展，促使嵌入式应用扩展到更广阔的领域。

36 4.3 嵌入式系统应用走向纵深 4.3.1 进入20世纪90年代，在分布控制、柔性制造、数字化通信和数字化家电等巨大需求的牵引下，嵌入式系统的硬件、软件技术进一步加速发展、应用领域进一步扩大。 手机、数码相机、VCD、数字电视、路由器、交换机等都是嵌入式系统。 大多数豪华轿车每辆拥有约50个嵌入式微处理器。 最新的波音777宽体客机上约有1000个微处理器。 在不久的将来你会在你的家里发现几十到上百的嵌入系统在为你服务。

37 4位、8位、16位微处理器芯片已逐步让位于32位嵌入式微处理器芯片。
4.3.2 嵌入式系统的硬件 4位、8位、16位微处理器芯片已逐步让位于32位嵌入式微处理器芯片。 面向不同应用领域的（Application-Specific）、功能强大、集成度高、种类繁多、价格低廉、低功耗的32位芯片已大量应用于各种各样的军用和民用设备。 DSP向高速、高精度、低功耗发展。 DSP与通用嵌入式微处理器集成（SoC）已成为现实，并已大量应用于嵌入式系统，如手机、IP电话等。

38 在工业控制领域，嵌入式PC大量应用于嵌入式系统中。 PC104、CPCI（Compact PCI）总线因其成本低、兼容性也已被广泛应用。
4.3.3 嵌入式系统的软件 随着微处理器性能的提高，嵌入式软件的规模也随着发生指数型增长。

39 32位芯片将能够执行由上百万行C代码构成的复杂程序，使得嵌入式应用具备高度复杂和智能化的功能。
软件的实现从某种意义上说决定了产品的功能，已成为新产品成功与否的关键因素。 低价位的 RISC / 32-位 微处理器 嵌入式 软件 危机 产品推向市场的 时间压力 日益复杂的 应用 开发成本的提高

40 软件在汽车中的重要性越来越高。 汽车90%的创新将由汽车电子来推动，汽车电子占整车成本已达到30%以上的比例。其中，软件将占据汽车电子中50-70%的成本
汽车电子软件具有复杂的功能需求和各种非功能性需求。 汽车工业的竞争日趋激烈，要求不断提高在汽车电子软件的开发效率。

41 嵌入式系统大量采用嵌入式操作系统。 嵌入式操作系统功能不断的扩大和丰富，由80年代只有内核、发展为包括内核、网络、文件、图形接口、嵌入式JAVA、嵌入式CORBA及分布式处理等丰富功能的集合。 嵌入式开发工具更加丰富，其集成度和易用性不断提高，目前不同厂商已开发出不同类型的嵌入式开发工具，可以覆盖嵌入式软件开发过程各个阶段，提高嵌入式软件开发效率。

42 5 嵌入式系统的特点 形式多样、面向特定应用 多种类型的处理器和处理器体系结构 实时性和高可性要求 高效能(efficiency)
嵌入式系统使用的操作系统一般是适应多种处理器、可剪裁、轻量型、实时可靠、可固化的嵌入式操作系统 开发需要专门工具和特殊方法

43 5.1 形式多样、面向特定应用 一般用于特定的任务，其硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，而通用计算机则是一个通用的计算平台。
通常都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用微处理器中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部。

44 5.2 处理器和处理器体系结构类型多 通用计算机采用少数的处理器类型和体系结构，而且主要掌握在少数大公司手里。
嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器体系结构。 有上千种的嵌入式微处理器和几十种嵌入式微处理器体系结构可以选择。

45 MIPS  mHz MIPS  mHz ColdFIRE Alpha SH 1/2/3 ARM SPARC i960 MIPS Pentium 80x86 PowerPC CPU32 680x0 SH 4/5 SH-DSP SH 1/2/3 ARM SPARC i960 MIPS Pentium 80x86 PowerPC CPU32 680x0 SA1500 MAP1000 AltiVEC Merced MCORE SHARC 563xx Lucent 16000 C6x SI 20 TriCore 1 - 2 MIPS 1.0  25 mHz KIPS 2  10 mHz 80x86 CPU32 680x0 i960 MIPS SPARC 68000 Z80 8086 1980 1990 1996 1998 微处理器的演变

46 5.3 实时性和高可信的要求 实时性 embedded embedded real-time real-time
大多数实时系统都是嵌入式系统 嵌入式系统多数有实时性的要求，软件一般是固化运行或直接加载到内存中运行，具有快速启动的功能。并对实时的强度要求各不一样，可分为硬实时和软实时。 For real-time systems, right answers arriving too late are wrong. Most embedded systems are real-time Most real-time systems are embedded embedded real-time embedded real-time

47 高可信(high dependability)
Reliability R(t) = probability of system working correctly provided that is was working at t=0 Maintainability M(d) = probability of system working correctly d time units after error occurred. Availability: probability of system working at time t Safety: no harm to be caused Security: confidential and authentic communication

48 5.4 高效能 Energy efficient Code-size efficient (especially for systems on a chip) Run-time efficient Weight efficient Cost efficient 特别是量大的消费类数字化产品，其成本是产品竞争的关键因素之一 一次性的开发成本 生产成本：硬件BOM、外壳包装和软件版税等

49 5.5 适应多种处理器、可剪裁、轻量型、实时可靠、可固化的嵌入式操作系统
像嵌入式微处理器一样，嵌入式操作系统也是多姿多彩的。 大多数商业嵌入式操作系统可同时支持不同种类的嵌入式微处理器。 可根据应用的情况进行剪裁、配置。 嵌入式操作系统规模小，所需的资源有限如内核规模在几十KB。 一般包括一个实时内核，其调度算法一般采用基于优先级的可抢占的调度算法。 嵌入式操作系统能与应用软件一样固化运行。