《嵌入式系统设计与应用》第一章概论

第一章、概述

1.嵌入式系统简介

1.通用计算机系统和嵌入式计算机系统

| 通用计算机系统 | 嵌入式计算机系统 | 这里是表头3 |
| :-- | :--|
| 以数值计算和处理为主 | 以对象的控制为主 |
|要求：高速、海量|要求：对象的智能化控制|
|方向：提升速度、提升容量|方向：嵌入性能、控制能力、控制的可靠性|
|巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机||

2.嵌入式系统定义

• 本质：将计算机嵌入到对象体系中
• 国内定义：嵌人式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软、硬件可裁剪,适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面有特殊要求的专用计算机系统。
• 三个基本要素
  • 嵌入性
  • 专用性
  • 计算机系统

3.特点

1. 嵌入性：满足环境、电气、成本等要求
2. 专用性：满足对象的要求的最小软、硬配置等
3. 计算机系统

4.特征

• 嵌入式的硬件特征

  • 嵌入式系统由嵌入式处理器、存储器、相关电子器件组成的电子装置或是设备
  • 嵌入式系统的电气性能指标能够参数化
  • 需要通过硬件架构、电路原理图、电路板、产品模具的设计、生产、测试等过程来实现

• 嵌入式软件特征

  • 要固化存储
  • 代码要高度精炼、高质量、高可靠性、高稳定性
  • 系统软件的高实时性
  • 多任务操作系统

• 嵌入式产品的特征

  • 面向产品、面向用户、面向应用
  • 处理器的功耗、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁特性都受到应用的要求制约
  • 软硬件高效率设计、去除冗余

• 嵌入式性能特征

  • 对象的广泛性
  • 形式的多样性
  • 作用的关键性
  • 功能的转一性
  • 接口的多样性
  • 性能的实时性
  • 结构的匹配性
  • 操作的可靠性
  • 环境的一致性
  • 开发周期短、生命周期长

5.分类

• 按形态分类

  • 芯片级
  • 板级
  • 设备级

• 按复杂程度分

  • 微处理器构成的系统
    • 小型设备（温度传感、烟雾/气体探测）
  • 不带计时功能的未处理器
  • 带计时功能的
  • 在制造或过程中使用的计算机系统

• 应用系统的三个硬件层次

  • 嵌入式处理器
  • 嵌入式系统
  • 嵌入式应用系统

• 应用系统三个软件层次

  • 处理器的指令系统
  • 操作系统与中间件
  • 应用软件

6.组成

• 硬件层、硬件抽象层、操作系统层、应用软件层
  

1.硬件层

• 嵌入式微处理器：核心

• 存储器

  • CACHE
    • 位于主存和微处理器之间
    • 容量小、速度快
  • 主存
    • 微处理器直接房屋内
    • 片内容量小速度快、片外容量大
  • 辅助存储器
    • 存储大量信息
    • 容量大、速度慢
      

• 通用设备接口和I/O接口

2.中间层（HAL或BSP）

• 将系统上层软件与底层硬件分离开来，使系统的底层驱动程序与硬件无关。

• 该层一般包括:

  • 相关底层硬件的初始化
  • 数据的输入/输出
  • 操作硬件设备的配置

• 特点

  • 硬件相关性
  • 操作系统相关性

• 完整的BSP包括

  • 硬件初始化
    • 片级
    • 板级
    • 系统级
  • 硬件相关的设备驱动

4.操作系统层

• 系统软件的组成

  • 实时多任务的操作系统（RTOS）
  • 文件系统
  • 图形用户接口（GUI）
  • 网络系统
  • 通用组件模块

• 嵌入式操作系统（EOS）

  • 特点：
    • 可裁减性
    • 强实时性
    • 统一的接口
    • 操作方便、简单，界面友好
    • 提供强大的网络功能强稳定性， 弱交互性
    • 固化代码
    • 更好的硬件适应性（良好的移植性)

• 文件系统

  • 特点：
    • 兼容性
    • 实时性
    • 可裁剪
    • 支持多种设备
  • 通用操作系统
    • 提供给用户对文件的操作指令、共享、存储、加密、复制、备份、
  • 嵌入式操作系统
    • 提供存储、检索、更新功能

• GUI

  • 要求：
    • 轻型、占用资源少
    • 高性能、高可靠性
    • 便于移植
    • 可配置
  • 实现方式：

• 应用软件层

2.嵌入式微处理器

1.分类

• 为控制器（单片机）

  • 特点
    • 单片化
    • 体积小

• DSP处理器

  • 系统结构和指令进行了特殊设计
  • 适用于滤波、谱分析

• MPU微处理器

• 片上系统SOC

2.主流的嵌入式微处理器

• ARM
• MIPS
• PowerPC
• SH
• X86

3.嵌入式操作系统

• 组成

  • 底层驱动软件
  • 系统内核
  • 设备驱动接口
  • 通信协议
  • 图形用户界面

• 特点

  • 能运行在不同的微处理器上
  • 编码体积小
  • 面向应用
  • 可裁剪和移植
  • 可靠性高
  • 专用性强

• 常见的嵌入式系统

  • Linux
  • WindowsCE
  • Android
  • Symbian