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嵌入式系统开发过程.ppt

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嵌入式系统开发过程.ppt

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学校相关安排
11月23日~11月27日校内培训
12月3日上午考试
12月6日前出面试名单
12月6日~7日面试,面试内容包括英语口语
12月10日上海交大进行相关培训
要求:在参加考试时提交一份项目规划书,包括:
项目概述
项目关键技术
项目可行性分析
不超过1000字
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什么是嵌入系统
嵌入式系统最典型的特点是与人们的日常生活紧密相关,任何一个普通人都可能拥有各类形形色色运用了嵌入式技术的电子产品,小到MP3、PDA等微型数字化设备,大到信息家电、智能电器、车载GIS,各种新型嵌入式设备在数量上已经远远超过了通用计算机
IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)的定义 :
Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants 。(控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置 )
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、硬件可裁剪,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统
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嵌入系统的历史
20世纪70年代单片机的出现 ,这时的应用只是使用8位的芯片执行一些单线程的程序,还谈不上“系统”的概念。(无操作系统阶段)
主要特点是: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 。
20世纪80年代出现商业级的嵌入式“操作系统”,并在其上编写嵌入式应用软件,大大缩短了开发周期、提高了开发效率 。(简单操作系统阶段)
1981年,Ready System开发出世界上第一个商业嵌入式实时内核(VTRX32)。
主要特点是:出现了大量高可靠、低功耗的嵌入式CPU,各种简单的嵌入式操作系统开始出现并得到迅速发展。
3
20世纪90年代以后,随着硬件实时性要求的提高,出现实时多任务操作系统(RTOS),并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。(实时操作系统阶段)
主要特点是:操作系统的实时性得到了很大改善,已经能够运行在各种不同类型的微处理器上,具有高度的模块化和扩展性。此时的嵌入式操作系统已经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(GUI)等功能,并提供了大量的应用程序接口(API),从而使得应用软件的开发变得更加简单。
将嵌入式系统应用到各种网络环境中去的呼声越来越高,Internet技术与信息家电、工业控制技术等的结合日益紧密,嵌入式设备与Internet的结合才是嵌入式技术的真正未来。(面向Internet阶段)
嵌入式技术与Internet技术的结合正在推动着嵌入式技术的飞速发展,嵌入式系统的研究和应用产生了新的显著变化。
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嵌入式系统研究和应用的趋势
更多的更专业的微处理器层出不穷,嵌入式操作系统自身结构的设计更加便于移植,能够在短时间内支持更多的微处理器
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
新技术、新观念开始逐步移植到嵌入式系统中,如嵌入式数据库、移动代理、实时CORBA等,嵌入式软件平台得到进一步完善
各类开源嵌入式操作系统迅速发展,由于具有源代码开放、系统内核小、执行效率高、网络结构完整等特点,很适合嵌入式系统的需要,与非开源嵌入式操作系统进行有力的竞争
网络化、信息化的要求随着Internet技术的成熟和带宽的提高而日益突出
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
5
嵌入式系统的组成
嵌入式处理器
嵌入式外设
嵌入式操作系统
嵌入式应用软件
硬件层
中间层
软件层
功能层
6
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心
嵌入式处理器的特点
专用性强
集成度高
效率高
功耗低
可靠性高
嵌入式处理器的发展历史
通用处理器
专用集成芯片ASIC(Application Specific Integrated Circuit)
可重构计算机、IP核(Intellectual Property Core)
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嵌入式外设用于完成存储、通信、调试、显示等辅助功能的其他部件 ,按功能可以分为存储设备、通信设备和输入输出设备三类。
存储设备 用于各类数据的存储
静态存储器 RAM、SRAM
动态存储器 DRAM、SDRAM
非易失型存储器 ROM、EPROM、EEPROM、FLASH
通信设备 用于设备间通信
UART、SPI、I2C、USB、CAN、Ethernet
输入输出设备 显示系统信息提供人机交互界面
LED、数码管
LCD、CRT
触摸屏、按键
其他系统专用外设
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嵌入式操作系统用来支持嵌入式应用的系统软件,是嵌入式系统极为重要的组成部分,通常包括与硬件相关的底层驱动程序、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形用户界面(GUI)等
共同点:管理复杂的系统资源,能够对硬件进行抽象,能够提供库函数、驱动程序、开发工具集等
区别:在系统实时性、硬件依赖性、软件固化性以及应用专用性等方面,具有更加鲜明的特点
分类:面向消费电子产品的非实时系统 ;面向控制、通信、医疗等领域的实时操作系统
实时系统(Real Time System)是一种能够在指定或者确定时间内完成系统功能,并且对外部和内部事件在同步或者异步时间内能做出及时响应的系统。
衡量系统的实时性的指标 :响应时间、生存时间和吞吐量(Throughput)
弱实时系统在设计时的宗旨是使各个任务运行得越快越好,但没有严格限定某一任务必须在多长时间内完成,弱实时系统更多关注的是程序运行结果的正确与否,以及系统安全性能等其他方面,对任务执行时间的要求相对来讲较为宽松,一般响应时间可以是数十秒或者更长
一般实时系统是弱实时系统和强实时系统的一种折衷,它的响应时间可以在秒的数量级上,广泛应用于消费电子设备中
强实时系统则要求各个任务不仅要保证执行过程和结果的正确性,同时还要保证在限定的时间内完成任务,响应时间通常要求在毫秒甚至微秒的数量级上,这对涉及到医疗、安全、军事的软硬件系统来说是至关重要的
实时系统又可以分为软实时系统(soft real-time-system)和硬实时系统(hard real-time-system)
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中间层(Hardware Abstract Layer / Board Support Package)把系统软件与底层硬件部分隔离,使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关,一般应具有相关硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置等功能 。
BSP的两个特点
硬件相关性-BSP必须为操作系统提供操作和控制具体硬件的方法。
操作系统相关性-不同的操作系统具有各自的软件层次结构,不同的操作系统具有特定的硬件接口形式。
BSP应完成的两个基本任务
嵌入式系统初始化
片级初始化-主要完成CPU的初始化 ;
板级初始化-完成CPU以外的其他硬件设备的初始化 ;
系统级初始化-主要进行操作系统初始化 ;
硬件相关的设备驱动程序
BSP中包含硬件相关的设备驱动程序,但是这些设备驱动程序通常不直接由BSP使用,而是在系统初始化过程中由BSP把它们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、设计与硬件相关的驱动程序是BSP设计中另一个关键环节。
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