分析ARM汇编语言程序设计基础课件第1章嵌入式系统基础知识.ppt
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1、第第1章章 嵌入式系统基础知识嵌入式系统基础知识1.1 嵌入式系统的定义和组成 n1.1.1 嵌入式系统的定义n根据IEEE(国际电气和电子工程师协会)的定义,嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”(原文为devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants)。n目前国内一个普遍被认同的定义是: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。n北京航空航天大学的何立民教授是这样定
2、义嵌入式系统的:“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。n可以这样认为,嵌入式系统是一种专用的计算机系统,作为装置或设备的一部分。嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用程序4个部分组成。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素,对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。n嵌入式系统无处不在,在移动电话、数码照相机、MP4、数字电视的机顶盒、微波炉、汽车内部的喷油控制系统、防抱死制动系统等装置或设备都使用了嵌入式系统。n1.1.2 嵌入式系统发展趋势n1嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展历史n从单片机的出现到今天各种嵌入式微处理器、微控制
3、器的广泛应用,嵌入式系统的应用可以追溯到20世纪60年代中期,例如阿波罗飞船的导航控制系统AGC(Apollo Guidance Computer)。嵌入式系统的发展历程,大致经历了以下4个阶段。n(1)无操作系统阶段n单片机是最早应用的嵌入式系统,单片机作为各类工业控制和飞机、导弹等武器装备中的微控制器,用来执行一些单线程的程序,完成监测、伺服和设备指示等多种功能,一般没有操作系统的支持,程序设计采用汇编语言。由单片机构成的这种嵌入式系统使用简便、价格低廉,在工业控制领域中得到了非常广泛的应用。n(2)简单操作系统阶段n20世纪80年代,出现了大量具有高可靠性、低功耗的嵌入式CPU(如Pow
4、er PC等),芯片上集成有微处理器、I/O接口、串行接口及RAM、ROM等部件,面向I/O设计的微控制器在嵌入式系统设计应用。一些简单的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展,程序设计人员也开始基于一些简单的“操作系统”开发嵌入式应用软件。此时的嵌入式操作系统虽然还比较简单,但已经初步具有了一定的兼容性和扩展性,内核精巧且效率高,大大缩短了开发周期,提高了开发效率。n(3)实时操作系统阶段n20世纪90年代,面对分布控制、柔性制造、数字化通信和信息家电等巨大市场的需求,嵌入式系统飞速发展。随着硬件实时性要求的提高,嵌入式系统的软件规模也不断扩大,实时多任务操作 n系统(Real-time Op
5、eration System,RTOS)逐渐形成,系统能够运行在各种不同类型的微处理器上,具备了文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面Graphic User Interface,GUI)等功能,并提供了大量的应用程序接口Application Programming Interface,API),从而使应用软件的开发变得更加简单。n(4)面向Internet阶段n进入21世纪,Internet技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密,嵌入式技术与Internet技术的结合正在推动着嵌入式系统的飞速发展。n2嵌入式系统的发展趋势嵌入式系统的发展趋势n面对嵌入式技术与Inter
6、net技术的结合,嵌入式系统的研究和应用在飞速发展。n(1)新的微处理器层出不穷,精简系统内核,优化关键算法,降低功耗和软硬件成本。提供更加友好的多媒体人机交互界面。n(2)Linux、Windows CE、Palm OS等嵌入式操作系统迅速发展。嵌入式操作系统自身结构的设计更加便于移植,具有源代码开放、系统内核小、执行效率高、网络结构完整等特点,能够在短时间内支持更多的微处理器。计算机的新技术、新观念开始逐步移植到嵌入式系统中,嵌入式软件平台得到进一步完善。n(3)嵌入式系统的开发成了一项系统工程,开发厂商不仅要提供嵌入式软硬件系统本身,同时还要提供强大的硬件开发工具和软件支持包。n3IP核
7、(核(Intellectual Property Core,知识产权核),知识产权核)nSOC(System On Chip,片上系统)是90年代中期出现的一个概念,并成为现代集成电路设计的发展方向。SOC是指在单芯片上集成数字信号处理器、微控制器、存储器、数据转换器、接口电路等电路模块,可以直接实现信号采集、转换、存储、处理等功能。IP核是指具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块,是实现系统芯片(SOC)的基本构件。 nIP核分为用硬件描述语言(hardware Description Language,HDL)文本形式提交给用户,经过RTL级设计优化和
8、功能验证,但其中不含有任何具体的物理信息的软核(Soft IP Core);完成软核所有的设计外,还完成了门级电路综合和时序仿真等设计环节,一般以门级电路网表的形式提供给用户的固核(Firm IP Core);基于物理描述,并经过工艺验证,具有可保证的性能,提供给用户的形式是电路物理结构掩模版图和全套工艺文件的硬核(Hard IP Core)。IP软核以源代码的形式提供的,IP知识产权不易保护。IP硬核易于实现IP保护,缺点是灵活性和可移植性差。n目前全球IP核市场处于快速成长的阶段,EDA联盟、RAPID联盟、VCX联盟与VSIA联盟等都在积极推动IP核的开发、应用及推广。其中,EDA联盟主
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