嵌入式系統(tǒng)綜述課程設計

1、<p><b>　　課程設計</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄2</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p><b>　　關鍵詞3</b><

2、;/p><p>　　1. 嵌入式系統(tǒng)的當代背景3</p><p>　　2. 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展4</p><p>　　2.1始于微型機時代的嵌入式應用4</p><p>　　2.2現(xiàn)代計算機技術的兩大分支4</p><p>　　2.3 兩大分支發(fā)展的里程碑事件5</p><p>　　3. 嵌

3、入式系統(tǒng)的特點5</p><p>　　3.1嵌入式系統(tǒng)的特點5</p><p>　　3.2 ARM9嵌入式系統(tǒng)的特點6</p><p>　　4. 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢、分類及問題6</p><p>　　4.1嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢6</p><p>　　4.2嵌入式系統(tǒng)的分類7</p><

4、p>　　4.3嵌入式系統(tǒng)的設計與制作過程中突出的問題8</p><p>　　5. ARM9嵌入式系統(tǒng)相關技術概述8</p><p><b>　　6. 總結9</b></p><p><b>　　7. 參考文獻9</b></p><p><b>　　嵌入式系統(tǒng)綜述</b&

5、gt;</p><p>　　摘要：嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，本文從嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史、嵌入式系統(tǒng)市場和技術發(fā)展的變化著手，通過分析當前典型的嵌入式系統(tǒng)的特點，探討嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。</p><p>　　關鍵詞：嵌入式；特點；發(fā)展</p><p>　　1. 嵌入式系統(tǒng)的當代背景</p><p>　　在信息技術和網絡技術高速發(fā)展的后PC（

6、Post—PC）時代，嵌入式系統(tǒng)已經廣泛地滲透到科學研究、工程設計、軍事技術、各類產業(yè)和商業(yè)文化藝術以及人們的日常生活等方方面面。嵌入式技術越來越和人們的生活緊密結合，成為最熱門的技術之一[1]。在嵌入式產品日漸普及和迅速發(fā)展的背景下，掌握嵌入式Linux軟件技術或者嵌入式硬件設計的開發(fā)人員已經成為社會急需。</p><p>　　在當今信息化社會中，嵌入式系統(tǒng)在人們的日常工作和生活中所占的份額，可能已超過傳統(tǒng)意義

7、的控制系統(tǒng)，這就是為什么我們的學生感到學的沒有用，而有用的又沒有學的原因。在嵌入式系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境方面，目前仍有許多問題尚在研究發(fā)展之中，如嵌入式系統(tǒng)的硬件軟件協(xié)同設計方法；面向多目標，多任務的微內核嵌入式操作系統(tǒng)；分布嵌入式系統(tǒng)的實時性問題，分布式計算，分布式信息交互與綜合處理；以及嵌入式系統(tǒng)的多目標交叉編譯和交叉調試工具的研究等。</p><p>　　作為全球信息產業(yè)高速增長的熱點之一, 在我國嵌入式系統(tǒng)市場同

8、樣得到快速發(fā)展, 圍繞嵌入式系統(tǒng)展開的研究和開發(fā)也就成為計算機軟硬件技術發(fā)展的最活躍的方向之一。嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術、電子技術與各個行業(yè)的具體應用相結合后的產物, 他是硬件與軟件是緊密捆綁在一起的系統(tǒng), 這一特點就決定了他必然是一個技術密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。業(yè)界迫切需要具備多領域相關知識和掌握獨特設計方法學的專門人才。然而, 在信息技術發(fā)達的國家, 嵌入式系統(tǒng)技術和人才的培養(yǎng)都是一個新的問題, 在

9、我國更是如此, 嵌入式系統(tǒng)的人才培養(yǎng)遠遠落后, 造成現(xiàn)在大量的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人才的緊缺。</p><p>　　2. 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　2.1始于微型機時代的嵌入式應用 </p><p>　　電子數(shù)字計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進程中，計算機始終是供養(yǎng)在特殊的機房中，實現(xiàn)數(shù)值計算的大型昂貴設備。直到20世紀70年代，微處理器的出現(xiàn)，計算

10、機才出現(xiàn)了歷史性的變化。以微處理器為核心的微型計算機以其小型、價廉、高可靠性等特點，迅速走出機房；基于高速數(shù)值解算能力的微型機，表現(xiàn)出的智能化水平引起了控制專業(yè)人士的興趣，要求將微型機嵌入到一個對象體系中，實現(xiàn)對象體系的智能化控制。例如，將微型計算機經電氣加固、機械加固，并配置各種外圍接口電路，安裝到大型艦船中構成自動駕駛儀或輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。這樣一來，計算機便失去了原來的形態(tài)與通用的計算機功能。為了區(qū)別于原有的通用計算機系統(tǒng)，把嵌入到

11、對象體系中，實現(xiàn)對象體系智能化控制的計算機，稱作嵌入式計算機系統(tǒng)。因此，嵌入式系統(tǒng)誕生于微型機時代，嵌入式系統(tǒng)的嵌入性本質是將一個計算機嵌入到一個對象體系中去，這些是理解嵌入式系統(tǒng)的基本出發(fā)點。 </p><p>　　2.2現(xiàn)代計算機技術的兩大分支 </p><p>　　由于嵌入式計算機系統(tǒng)要嵌入到對象體系中，實現(xiàn)的是對象的智能化控制，因此，它有著與通用計算機系統(tǒng)完全不同的技術要求與技術發(fā)

12、展方向。 </p><p>　　通用計算機系統(tǒng)的技術要求是高速、海量的數(shù)值計算；技術發(fā)展方向是總線速度的無限提升，存儲容量的無限擴大。 而嵌入式計算機系統(tǒng)的技術要求則是對象的智能化控制能力；技術發(fā)展方向是與對象系統(tǒng)密切相關的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。 </p><p>　　早期，人們勉為其難地將通用計算機系統(tǒng)進行改裝，在大型設備中實現(xiàn)嵌入式應用。然而，對于眾多的對象系統(tǒng)（如家用電器

13、、儀器儀表、工控單元……），無法嵌入通用計算機系統(tǒng)，況且嵌入式系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的技術發(fā)展方向完全不同，因此，必須獨立地發(fā)展通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)，這就形成了現(xiàn)代計算機技術發(fā)展的兩大分支。 </p><p>　　如果說微型機的出現(xiàn)，使計算機進入到現(xiàn)代計算機發(fā)展階段，那么嵌入式計算機系統(tǒng)的誕生，則標志了計算機進入了通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支并行發(fā)展時代，從而導致20世紀末，計算機的高速發(fā)展

14、時期。 </p><p>　　2.3 兩大分支發(fā)展的里程碑事件 </p><p>　　通用計算機系統(tǒng)與嵌入式計算機系統(tǒng)的專業(yè)化分工發(fā)展，導致20世紀末、21世紀初，計算機技術的飛速發(fā)展。計算機專業(yè)領域集中精力發(fā)展通用計算機系統(tǒng)的軟、硬件技術，不必兼顧嵌入式應用要求，通用微處理器迅速從286、386、486到奔騰系列；操作系統(tǒng)則迅速擴張計算機基于高速海量的數(shù)據文件處理能力，使通用計算機系統(tǒng)進

15、入到盡善盡美階段。 </p><p>　　嵌入式計算機系統(tǒng)則走上了一條完全不同的道路，這條獨立發(fā)展的道路就是單芯片化道路。它動員了原有的傳統(tǒng)電子系統(tǒng)領域的廠家與專業(yè)人士，接過起源于計算機領域的嵌入式系統(tǒng)，承擔起發(fā)展與普及嵌入式系統(tǒng)的歷史任務，迅速地將傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)發(fā)展到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)時代。 </p><p>　　因此，現(xiàn)代計算機技術發(fā)展的兩大分支的里程碑意義在于：它不僅形成了計算機發(fā)

16、展的專業(yè)化分工，而且將發(fā)展計算機技術的任務擴展到傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)領域，使計算機成為進入人類社會全面智能化時代的有力工具。</p><p>　　3.嵌入式系統(tǒng)的特點</p><p>　　3.1嵌入式系統(tǒng)的特點 </p><p>　　嵌入式系統(tǒng)可以稱為后PC時代和后網絡時代的新秀。與傳統(tǒng)的通用計算機、數(shù)字產品相比，利用嵌入式技術的產品有其自身的特點：</p>

17、<p>　　1、由于嵌入式系統(tǒng)采用的是微處理器，獨立的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)相對單一的功能，所以往往不需要大量的外圍器件，因而在體積上，功耗上有其自身的優(yōu)勢。</p><p>　　2、嵌入式系統(tǒng)由于空間和各種資源相對不足，硬件和軟件都必須高效率地設計，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能。</p><p>　　3、嵌入式系統(tǒng)為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存

18、儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。</p><p>　　4、為適應嵌入式分布處理結構和應用上網的需求，嵌入式系統(tǒng)要求配備一種或多種標準的網絡通信接口。 </p><p>　　3.2 ARM9嵌入式系統(tǒng)的特點</p><p>　　ARM9嵌入式系統(tǒng)主控制處理器采用三星公司0.13微米工藝設計的S3C2440A芯片，該CPU為5級流水線設計，指令緩存和數(shù)

19、據緩存均為16Kbyte的ARM920T，系統(tǒng)的主頻為400MHz，最高時可達533MHz，前端總線頻率100MHz。；內存采用具有32bit Bus Width，前端總線頻率100MHz，最高可達133Mhz，64Mbyte的SDRAM；FLASH用64Mbyte的Nand Flash和8Mbyte Nor Flash。</p><p>　　人們可以通過采用核心板加擴展板的模式，使得開發(fā)成本低、性能優(yōu)良、抗干擾

20、能力強。并且通過擴展板擴展有多種硬件接口，如：TV和VGA顯示功能，帶觸摸功能的液晶屏接口，網絡接口，音頻接口，USB接口，JTAG以及多種存儲設備接口。</p><p>　　4. 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢、分類及問題</p><p>　　4.1嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 </p><p>　　1971年，Intel公司推出了有史以來第一顆微處理器4004，嵌入式系統(tǒng)的概念也

21、隨之出現(xiàn)，而此時的嵌入式系統(tǒng)大多都不采用操作系統(tǒng)，它們只是為了實現(xiàn)某個控制功能，使用一個簡單的循環(huán)控制對外界的請求進行處理，是計算機的一種應用形式。以信息家電為代表的互聯(lián)網時代嵌入式產品，為嵌入式市場展現(xiàn)了美好前景，同時也對嵌入式系統(tǒng)技術，特別是軟件技術提出了新的挑戰(zhàn)。這主要包括：支持日益更新的功能、靈活的網絡聯(lián)接、輕便的移動應用和多媒體信息處理，此外，還需應付更加激烈的市場競爭。到目前為止，商業(yè)化嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展主要受到用戶對嵌入式系

22、統(tǒng)的功能需求、硬件資源以及嵌入式操作系統(tǒng)自身靈活性的制約。</p><p>　　在市場和技術進步的雙重推動下，嵌入式系統(tǒng)技術未來的發(fā)展，將呈現(xiàn)出以下幾點趨勢： </p><p>　　1、聯(lián)網成為必然趨勢：為適應嵌入式分布處理結構和應用上網需求，面向21世紀的嵌入式系統(tǒng)要求配備標準的一種或多種網絡通信接口。新一代嵌入式設備還需具備IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth或IrDA

23、通信接口。</p><p>　　2、小尺寸、微功耗和低成本：為滿足這種特性，要求嵌入式產品設計者相應降低處理器的性能，限制內存容量和復用接口芯片, 這就相應提高了對嵌入式軟件設計技術要求。</p><p>　　3、提供精巧的多媒體人機界面：嵌入式設備之所以為億萬用戶樂于接受，重要因素之一是它們與使用者之間的親和力，自然的人機交互界面。</p><p>　　4、“無所

24、不在的智能”（Ambient Intelligence，AmI）：無所不在的“智能”是嵌入式系統(tǒng)應用的高級境界，它是指一種嵌入了多種感知和計算設備，并根據上下文識別人的身體姿態(tài)、手勢、語音等，進而判斷出人的意圖，并做出相應反映的具有適應性的數(shù)字環(huán)境，它通過智能的、用戶定制的內部互聯(lián)系統(tǒng)和服務制造理想的氛圍，完成理想的功能，從而有效提高人們的工作和生活質量。AmI的關鍵技術基礎是“無所不在的計算（Ubiquitous Computing）

25、”，“無所不在的計算” 指的就是，“無論何時何地，任何人需要，就可以通過某種設備訪問到所需的信息”。從計算技術的角度來看，可以認為存在一個巨大的分布式網絡，這個網絡由圍繞在用戶周圍的成千上萬個嵌入式系統(tǒng)互連而成，用來滿足其在信息、通訊、出行和娛樂等方面的需求。信息化社會的建設對嵌入式系統(tǒng)市場提出巨大需求，目前微處理器微控制器年產量幾億到10多億片，遠遠大于個人通用臺式計算機，嵌入式計算機必將是信息產業(yè)新的經濟增長點。</p>

26、<p>　　4.2嵌入式系統(tǒng)的分類</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)被定義為以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 </p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業(yè)的具體應用相結合后的產物, 這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識

27、集成系統(tǒng)。 </p><p>　　目前嵌入式系統(tǒng)除了部分為32 位處理器外, 大量存在的是8 位和16 位的嵌入式微控制器(MCU) , 嵌入式系統(tǒng)是計算機應用的另一種形態(tài), 正如前所述它與通用計算機應用不同，嵌入式計算機是以嵌入式系統(tǒng)的形式隱藏在各種裝置、產品和系統(tǒng)之中的一種軟硬件高度專業(yè)化的特定計算機系統(tǒng)。目前根據其發(fā)展現(xiàn)狀, 嵌入式計算機可以分成下面幾類: </p><p>　　(1

28、) 嵌入式微處理器(Embedded MicroprocessorUnit , EMPU) </p><p>　　(2) 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit , MCU) </p><p>　　(3) 嵌入式DSP 處理器( Embedded Digital SignalProcessor , EDSP) </p><p>　　(4) 嵌

29、入式片上系統(tǒng)(System On Chip) </p><p>　　4.3嵌入式系統(tǒng)的設計與制作過程中突出的問題</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是軟硬件結合的系統(tǒng)，其硬件開發(fā)平臺對嵌入式軟件的開發(fā)起著至關重要的作用。傳統(tǒng)的開發(fā)板不僅成本高、開發(fā)周期長、軟件開發(fā)難度較大，而且采用的大屏幕LCD顯示屏價格昂貴而且不容易控制；在制板方式上，用雙層或4層板，存在面積大且性能不穩(wěn)定，抗干擾能力差等缺

30、陷。</p><p>　　采用核心板和擴展板組合，一方面可以減小整個系統(tǒng)的面積，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗干擾能力；另一方面還可以使用核心板進行二次項目開發(fā)。在顯示方式上，可以直接用現(xiàn)有的電視機或電腦顯示器顯示，其一，可以節(jié)約購買大屏幕LCD顯示屏的大筆費用開支；其二，可以方便對系統(tǒng)的調試和產品的開發(fā)，縮減開發(fā)周期；其三，可以降低整個系統(tǒng)板因使用大屏幕LCD顯示屏而產生的的功耗。在電路板設計制作方面，采用6層板設計可以

31、很容易實現(xiàn)數(shù)據和信號線的等長布線，而且布線距離和開發(fā)板面積大為縮減，極大的改善了工作在400MHz主頻下系統(tǒng)的抗干擾能力及其穩(wěn)定性。</p><p>　　5. ARM9嵌入式系統(tǒng)相關技術概述</p><p>　　ARM是Advanced RISC Machines的縮寫，既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字[2]。1991年ARM公司成立

32、于英國劍橋，本身不直接從事芯片生產，主要出售芯片設計技術的授權半導體生產商從ARM公司購買其設計的ARM微處理器核，根據各自不同的應用領域，加入適當?shù)耐鈬娐罚瑥亩纬勺约旱腁RM微處理器芯片進入市場。目前，基于ARM技術的微處理器應用約占據了32位RISC微處理器75%以上的市場份額，ARM技術正在逐步滲入到我們生活的各個方面。</p><p>　　而ARM9則是英國ARM公司設計的主流嵌入式處理器的一個系列，

33、主要包括ARM9TDMI和ARM9E-S等系列微處理器。</p><p><b>　　6. 總結</b></p><p>　　在信息技術和網絡技術高速發(fā)展的時代，嵌入式系統(tǒng)已經廣泛地滲透到科學研究、工程設計、軍事技術、各類產業(yè)和商業(yè)文化藝術以及人們的日常生活等方方面面。嵌入式技術越來越和人們的生活緊密結合，成為最熱門的技術之一。在嵌入式產品日漸普及和迅速發(fā)展的背景下，

34、掌握嵌入式Linux軟件技術或者嵌入式硬件設計的開發(fā)人員已經成為社會急需。</p><p>　　目前國內用于教學的嵌入式系統(tǒng)實驗系統(tǒng)，學生只能在此平臺上進行一些應用軟件開發(fā)實驗。這些對于電子及相關專業(yè)的學生來說, 一方面他們得不到軟件設計能力的鍛煉, 另一方面不能很好地了解硬件知識, 不便于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力, 最終不能很好適應嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的要求。另一方面，學習嵌入式者不具備購買或者開發(fā)嵌入式實驗系統(tǒng)的條件。&

35、lt;/p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式控制器因其體積小、可靠性高、功能強、靈活方便等許多優(yōu)點, 其應用已深入到工業(yè)、農業(yè)、教育、國防、科研以及日常生活等各個領域, 對各行各業(yè)的技術改造、產品更新?lián)Q代、加速自動化化進程、提高生產率等方面起到了極其重要的推動作用。</p><p&