Transcript 嵌入式系統簡介
嵌入式系統教案 祥寶科技股份有限公司 2015/4/13 提綱 第一章 嵌入式系統簡介 1 何謂嵌入式系統 2 嵌入式系統的應用領域 3 未來嵌入式系統的發展趨勢 2 何謂嵌入式系統 嵌入式技術無處不在 處理文檔、進行工作管理和生産控制的電腦 各種使用嵌入式技術的電子産品，如：MP3、 PDA、手機、智慧玩具，網路家電、智慧家電、 車載電子設備等 在工業和服務領域中，大量嵌入式技術也已經應 用於工業控制、數控機床、智慧工具、工業機器 人、服務機器人等各個行業，正在逐漸改變著傳 統的工業生産和服務方式 3 何謂嵌入式系統 國際晶片市場來看 據統計每年只有10-20%的電腦晶片是爲臺式PC或 膝上電腦而設計的。 嵌入式系統設計製造的CPU每年大概有10-20億片。 每年又有1萬個新的嵌入式系統計劃産生，而且越 來越多的系統需要複雜的嵌入式作業系統。 如：手持設備市場。2000年的全球産銷量爲1290 萬部，而到今年時預計將爲6340萬部。 4 何謂嵌入式系統 中國資訊家電市場 2001年達到500億～ 700億元，今年有望達到3500 億～ 5000億元。 國內現有8000萬有線電視網用戶、3億多台彩色電 視機和7000多萬台VCD／DVD機。 業內分析，未來10年是國內機頂盒生産的黃金時 期，10年總量可望達到1～1.5億台，總產值在600 ～1500億元人民幣之間。 僅此一項，嵌入式軟體發展商每年獲得的授權收 入即可達到10～15億元。 5 何謂嵌入式系統 嵌入式技術將成爲後PC時代的主宰 嵌入式技術成爲當前微電子技術與電腦技術中的 一個重要分支。 使電腦的分類從以前的巨型機、大型機、小型機、 微機之分變爲了通用電腦和嵌入式系統之分。 嵌入式的應用更是涉及金融、航太、電信、網路、 資訊家電、醫療、工業控制、軍事等各個領域， 以致一些學者斷言嵌入式技術將成爲後PC時代的 主宰。 6 何謂嵌入式系統 後PC時代産品的蓬勃發展 7 何謂嵌入式系統 什麽是嵌入式系統 根據IEEE（國際電氣和電子工程師協會）的定義： 嵌入式系統是“用於控制、監視或者輔 助操作機器和設備的裝置”（原文爲devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。 8 何謂嵌入式系統 簡單地講 就是嵌入到物件體中的專用電腦系統 要素：嵌入、專用、電腦 嵌入式系統的特點:由三要素引出 ·嵌入性：嵌入到物件體系中，有物件環境要求 ·專用性：軟、硬體按物件要求裁減 ·電腦：實現物件的智慧化功能 9 何謂嵌入式系統 廣義地說 一個嵌入式系統就是一個具有特定功能或用途的 電腦軟硬體集合體。 即以應用爲中心、以電腦技術爲基礎、軟體硬體 可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、 體積、功耗嚴格要求的專用電腦系統 。 嵌入式系統發展的最高形式——片上系統（SOC） 10 何謂嵌入式系統 嵌入式系統的分類 按表現形式分（硬體範疇） ： ▲晶片級嵌入（含程式或演算法的處理器） ▲模組級嵌入（系統中的某個核心模組） ▲系統級嵌入 按即時性要求分（軟體範疇） ： ▲非即時系統（PDA） ▲軟即時系統（消費類産品） ▲硬即時系統（工業和軍工系統） 11 何謂嵌入式系統 嵌入式處理器的分類和現狀 微控制器（MCU） 數位信號處理器 （DSP） 片上系統 （SOC） 可编程片上系统（SPOC） 12 何謂嵌入式系統 MCU 嵌入式微控制器的典型代表是單片機這種８位元 的電子器件,目前在嵌入式設備中仍然有著極其廣 泛的應用。 單片機晶片內部集成ROM/EPROM、RAM、 匯流排邏輯、定時/計數器、看門狗、I/O、串 列口、脈寬調製輸出、A/D、D/A、Flash、 EEPROM等各種必要功能和外設。 13 何謂嵌入式系統 MCU處理能力非常有限 MCU微控制器，匯流排寬度一般爲4位元、8位 或16位元，處理速度有限，一般在幾個MIPS， 進行一些複雜的應用很困難，運行作業系統就更 難。 14 何謂嵌入式系統 MPU 嵌入式微處理器 （Micro Processor Unit) MPU嵌入式微處理器是由通用電腦中的CPU演 變而來的， 80386－80387 與電腦處理器不同的是，在實際嵌入式應用中， 只保留和嵌入式應用緊密相關的功能硬體，去除 其他的冗餘功能部分，這樣就以最低的功耗和資 源實現嵌入式應用的特殊要求。 15 何謂嵌入式系統 DSP DSP處理器是專門用於信號處理方面的處理器， 其在系統結構和指令演算法方面進行了特殊設計， 在數位濾波、FFT、頻譜分析等各種儀器上DSP 獲得了大規模的應用。 DSP是運算密集處理器，一般用在快速執行演算 法，做控制比較困難。爲了追求高執行效率，不 適合運行作業系統，核心代碼使用彙編。 16 何謂嵌入式系統 SOC SOC（片上系統）是IC設計的發展趨勢。採用 SOC設計技術，可以大幅度地提高系統的可靠性， 減少系統的面積和功耗，降低系統成本，極大地 提高系統的性能價格比。 SOC晶片已經成爲提高 移動通信、網路、資訊家電、高速計算、多媒體 應用及軍用電子系統性能的核心器件。 17 何謂嵌入式系統 SPOC 可編程邏輯技術把整個系統放到一塊矽片上，稱 作SOPC。可編程片上系統（SOPC）是一種特 殊的嵌入式系統： 首先它是片上系統（SOC），即由單個晶片完成 整個系統的主要邏輯功能； 其次，它是可編程系統，具有靈活的設計方式， 可裁減、可擴充、可升級，並具備軟硬體在系統 可編程的功能。 18 嵌入式系统的应用领域 應用領域 社會經濟的發展産生了一些新的需求，同時促進 了嵌入式技術的廣泛應用 中國正在成爲世界製造大國，在消費電子、工 業應用、軍事國防、網路設備等領域都有嵌入式 系統的應用 19 嵌入式系統的應用領域 嵌入式技術刺激了許多新的應用需求 嵌入式技術發展又在不斷刺激新的技術産生－ 資 訊家電、醫療電子病歷、微小型智慧型武器 军事国防 消费电子 工业 军事电子 信息家电 工控设备 智能仪表 智能玩具 嵌入式应用 通信设备 汽车电子 移动存贮 网络设备 电子商务 网络 20 嵌入式系統的應用領域 工業控制 工業設備是機電産品中最大一類 過去在工業程序控制、數位機床、電力系統、電 網安全、電網設備監測、石油化工系統等方面， 大部分低端型設備主要採用是８位元單片機。 隨著技術發展，目前許多設備除了進行即時控制， 還須將設備狀態，感測器的資訊等在顯示幕上即 時顯示。 21 嵌入式系統的應用領域 22 嵌入式系統的應用領域 資訊家電 資訊家電將成爲嵌入式系統最大的應用領 域。 只有按鈕、開關的電器顯然已經不能滿足 人們的日常需求。 具有用戶介面，能遠端控制，智慧管理的 電器是未來的發展趨勢，如冰箱、空調等 的網路化、智慧化等。 23 嵌入式系統的應用領域 24 嵌入式系統的應用領域 25 嵌入式系統的應用領域 消費類電子—智慧玩具、手持通訊的核心 26 嵌入式系統的應用領域 交通管理、環境監測 交通管理在車輛導航、流量控制、資訊監測與汽 車服務方面，目前GPS設備已經從尖端産品進入 了普通百姓的家庭 水文資料即時監測，防洪體系及水土質量監測、 堤壩安全，地震監測網，即時氣象資訊網，水源 和空氣污染監測。 加油站、停車場管理 27 嵌入式系統的應用領域 28 嵌入式系統的應用領域 智慧玩具與機器人 29 嵌入式系統的應用領域 嵌入式Internet應用 30 嵌入式系統的應用領域 汽車電子 31 嵌入式系統的應用領域 軍事國防領域 32 嵌入式系統的應用領域 航太領域 33 未來嵌入式系統的發展趨勢 未來嵌入式系統的發展趨勢 互聯網的普及 半導體技術的改善 3C（Compute,Communication,Consumer）技術的快速 融合 使用者的需求 資訊服務應用生活化 34 未來嵌入式系統的發展趨勢 技術的滲透性和融合性 35 未來嵌入式系統的發展趨勢 設備的關聯性 36 未來嵌入式系統的發展趨勢 個性化服務 37 未來嵌入式系統的發展趨勢 Any Time,Any Where, Any Medium, Any Content 38