嵌入式系统及其应用

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1、第一章嵌入式系统概述1.嵌入式系统是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，执行带有特定要求、预先定义的任务2.特点：功能的单一性、系统的紧凑性、运用的实时性3．嵌入式系统与通用计算机的区别特征嵌入式系统通用计算机形式和类型看不见的计算机形式多样，应用广泛，按应用来分看得见的计算机按体系结构、运算速度和结构规模等因素分为大、中、小型机和微机组成面向应用的嵌入式微处理器，总线和外部接口集成在处理器内部软件与硬件紧密集成在一起通用处理器、标准总线和外设软件和硬件相对独立软硬件平台构成精简,低功耗，体积小，低成本高性能，通用开发方式交叉开发，开发平台一般为通用计算

2、机，运行平台为嵌入式系统开发平台和运行平台都是通用计算机二次开发性一般不能再编程应用程序可重新编制4.发展阶段第一阶段：单片机（SingleChipMicrocomputer，SCM）系统特点：以4位和低档8位微处理器为核心，将CPU和外围电路集成到一个芯片，配置外部并行总线、串行通讯接口、SFR模块和布尔指令系统，无操作系统支持缺点：系统结构和功能相对单一，处理效率较低，存储容量较小，几乎没有用户接口第二阶段：微控制器（MicroControllerUnit，MCU）系统特点：以高档的8位/16位微处理器为核心，集成较多外部接口，如A/D转换、PWM、PCA、Watchdog、高

3、速I/O口等，配置了芯片间的串行总线，软件结构比较复杂缺点：应用软件较为专业化，用户界面不友好第三阶段：微处理器（MicroProcessorUnit，MPU）系统由通用计算机中的CPU演变而来，具有32位以上的处理器。实际中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除冗余，以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、68000、PowerPC、MIPS、ARM/StrongARM系列等，其中Arm／StrongArm是专为手持设备开发的嵌入式微处理器从系统结构来讲基于MCU和MPU的电路结构区别不大，关键是区别

4、是MCU和MPU处理器的性能差别很大第四阶段：片上系统（SystemonChip，SOC）32位/64位系统，应用于小型的电子设备中，一般含一个很小的操作系统内置到芯片上，是一种面向应用的集成电路设计可根据不同的客户的要求定制的芯片，将系统的关键的部件集成到一个芯片上，以适应于大批量工业生产和应用5.应用：军用、工业控制、网络应用、其他6.构成：嵌入式计算机系统和执行装置嵌入式计算机系统是核心，包含硬件层、中间层中间层又称硬件抽象层或板级支持包（BSP）。分离上层软件与底层硬件包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置完成两部分工作：嵌入式系统硬件初始化和硬件相

5、关的设备驱动程序ü嵌入式系统硬件初始化：片级初始化（嵌入式处理器的初始化）、板级初始化（嵌入式处理器以外的其他硬件设备的初始化）和系统级初始化（操作系统的初始化）ü硬件相关的设备驱动程序：在系统初始化过程中由BSP将设备驱动与操作系统中通用的设备驱动程序关联起来，并在随后的应用中由通用的设备驱动程序调用，实现对硬件设备的操作、系统软件层由实时多任务操作系统（RTOS）、文件系统、图形用户接口（GUI）、网络系统及通用组件模块组成，其中RTOS是应用软件的基础和开发平台和应用软件层由基于实时操作系统开发的应用程序组成，作用是实现对被控制对象的控制功能。面向被控制对象和用户，为方便用户

6、操作，需要提供友好的人机界面执行装置又称被控制对象，接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行预定的操作或任务硬件层结构：嵌入式核心控制模块和外围设备接口嵌入式核心控制模块包含嵌入式微处理器，存储器，电源电路，时钟电路和复位电路外围设备接口包含通用设备接口和I/O接口常用的通用设备接口有A/D（模/数转换接口）、D/A接口（数/模转换接口）I/O接口有RS-232接口（低速串口协议）、Ethernet（以太网接口）、USB（通用串行总线接口）、CAN接口（现场总线）、RS485、音频接口、VGA视频输出接口、I2C串行接口、SPI（串行外围设备接口）和IrDA（红外线接口）等，如LC

7、D，CAN，触摸屏等。存储器存储器包含Cache、主存和辅助存储器，还有容量不大的片内RAM和片内ROM，高档微处理器基本上都包含CacheCache是一种容量小、速度快的存储器阵列，位于主存和嵌入式处理器内核之间，存放最近使用最多的程序代码和数据，提高微处理器和主存之间的数据传输速率主存是嵌入式微处理器能直接访问的寄存器，用来存放系统和用户的程序及数据，ROM和RAM常用作主存辅助存储器（外存）用来存放大数据量的程序代码和信息，容量大，读取速度慢嵌入式微处理器Ø将通