嵌入式系统开发概述

嵌入式电子工程师
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嵌入式系统开发概述 嵌入式系统开发概述
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什么是嵌入式系统
嵌入式系统的发展历程
嵌入式系统的组成
嵌入式系统的特点
嵌入式系统的开发
嵌入式系统简介 嵌入式系统简介
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什么是嵌入式系统
嵌入式系统的发展历程
嵌入式系统的组成
嵌入式系统的特点
嵌入式系统的开发
嵌入式系统简介 嵌入式系统简介
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什么是嵌入式系统？ 什么是嵌入式系统？
PDA
智能手机
自动化电器
Mp3、mp4播放器
数码相机
VCD、DVD
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什么是嵌入式系统？ 什么是嵌入式系统？
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嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义
凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特
点的控制系统都可以叫做嵌入式系统
（Embedded System）
什么是嵌入式系统？ 什么是嵌入式系统？
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 嵌入式系统最权威的定义：以应用为中心，以
计算机技术为基础，且软硬件可裁减，适
应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、
功耗的严格要求的专用计算机系统
 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等四个部分组成，用
于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
什么是嵌入式系统？ 什么是嵌入式系统？
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什么是嵌入式系统
嵌入式系统的发展历程
嵌入式系统的组成
嵌入式系统的特点
嵌入式系统的开发
嵌入式系统简介 嵌入式系统简介
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嵌入式系统发展的里程碑 嵌入式系统发展的里程碑
上世纪70年代单片微处理器问世，它标志
着嵌入式系统的开端。
从上世纪80年代早期开始,嵌入式系统的程
序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌
入式应用软件,这使得可以获取更短的开发
周期,更低的开发资金和更高的开发效率。
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上世纪90年代以后,随着对实时性要求的提
高,软件规模不断上升,实时核逐渐发展为
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
进入21世纪以后嵌入式系统发展更为迅猛，
在市场的巨大需求下，嵌入式系统成为继
个人PC、网络之后第三次大发展
嵌入式系统发展的里程碑 嵌入式系统发展的里程碑
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嵌入式系统发展的里程碑 嵌入式系统发展的里程碑
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什么是嵌入式系统
嵌入式系统的发展历程
嵌入式系统的组成
嵌入式系统的特点
嵌入式系统的开发
嵌入式系统简介 嵌入式系统简介
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嵌入式系统包括硬件部分和软件部分
用户应用程序
嵌入式操作系统
外围硬件设备
嵌入式微处理器
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嵌入式系统的一般组成
软件结构
嵌入式操作系统
特定的应用程序
硬件结构
嵌入式微处理器
外围硬件设备
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嵌入式微处理器主要分为8位、16位、
32位
目前人们所指的嵌入式微处理器一般是
指32位的处理器
著名的32位处理器内核有：
ARM系列
S+core系列
MIPS系列
中国芯系列
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32-bit 高阶MCU
(Application
Processor)
占eMPU 市場約七成
(在此图中
eMPU = Embedded
Micro-Processor
Unit )
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主流 主流 32b Processor 32b Processor 架构 架构
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中国芯系列 中国芯系列
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目前嵌入式微处理器大都属于SOC
（System On Chip）
在嵌入式处理器内部集成了很多的外设控
制器，这种特性使得构建一个嵌入式系统
变得非常简单，这样做的优点有：
可以有效减少外部芯片使用数量，降低成本
降低外部电路的复杂性，提高系统稳定性
增强系统的抗干扰能力
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应用程序
实时操作系统（RTOS）
输入输
出接口
处理器/ARM核
MMU/Cache
SOC/SOPC
USB
GPIO
IIS
LCD
UART和IrDA ADC/DAC FPGA/CPLD
DSP/浮点运算协处理器
DMA
电
源
管
理
人机交互接口LCD/触摸屏、键盘、鼠标
设备驱动程序、HAL、BSP
文件系统/图形用户应用程序接口
驱动层
OS层
应用层
软件
硬件
以太网
看门狗及复
位电路
Timer/RTC
CAN
Flash
EEPROM
SDRAM
SRAM
内
存
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嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统
应用的操作系统软件，它是嵌入式系统
(包括硬、软件系统)极为重要的组成部
分，通常包括与硬件相关的底层驱动软
件、系统内核、设备驱动接口、通信协
议、图形界面、标准化浏览器等browser
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单任务操作系
统
分时操作系统
实时操作系统
RTOS
软实时OS
硬实时OS
DOS
桌面OS
Windows
Linux
UNIX
PalmOS
U/COSII
VxWorks
RT-Linux
WindowsCE
嵌入式Linux
操作系统
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1. 嵌入式Linux
 Linux本身所具备的源码开放、内核可裁减
等种种特性使其成为一种重要的嵌入式操
作系统。
 随着嵌入式Linux技术的成熟，定制更加方
便，同时支持更多的平台
 以linux内核为基础的操作系统也越来越多
uclinux、RTlinux、google的Android等
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2. Windows CE
 Windows CE是微软公司的产品，但不是精
减的Windows版本。它是从整体上为资源有
限的平台设计的具有多线程、完整优先权、
多任务的操作系统，它的模块化设计允许
定制从掌上电脑到专用工控电子设备
 Windows CE的缺点是价格过高，因此随着
嵌入式操作系统领域日益激烈的竞争，微
软不得不应付来自Linux等免费系统的冲击
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4. VxWorks
 VxWorks是美国WindRiver公司专门为实时嵌入式
系统设计开发的操作系统软件。VxWorks拥有良好
的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户
开发环境，在实时嵌入式操作系统领域占据一席
之地，但其昂贵的价格让不少厂商望而却步
3. Palm OS
 3com公司的Palm OS在掌上电脑和PDA市场上占有很
大的市场份额。它所具有很强的灵活性和移动性，
是一款非常流行的掌上电脑系统
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5. ?C/OS
 ?C/OS是一个典型的实时操作系统。该系
统从1992年开始发展，目前流行的是第2
个版本，即?C/OSⅡ
 它的特点可归纳如下：源码公开、代码结
构清晰、可移植性好、可裁减、可固化、
内核属于抢占式，最多可以管理60个任务
 ?C/OS是研究和学习实时操作系统的重要
选择
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什么是嵌入式系统
嵌入式系统的发展历程
嵌入式系统的组成
嵌入式系统的特点
嵌入式系统的开发
嵌入式系统简介 嵌入式系统简介
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名称 嵌入式系统 PC
引导代码 Bootloader引导，针对
不同电路进行移植
主板的BIOS引导，无须
改动
操作系统 Linux、WinCE、VxWorks
等，需要移植
Windows、Linux等，无
需移植
驱动程序 每个设备驱动针对电路
板进行开发或移植，一
般不能直接下载使用
操作系统含有大多数驱
动程序,或下载直接使用
开发环境 交叉编译 本机编译
协议栈 需要移植 操作系统或第三方提供
 与PC机在软件开发平台上对比
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设备名称 嵌入式系统 PC
CPU 嵌入式处理器（ARM，
MIPS,Score+）
CPU（Intel、AMD等）
内存 SDRAM芯片 SDRAM或DDR内存条
存储设备 Flash芯片 硬盘
输入设备 触摸屏，按键 鼠标、键盘、麦克等
输出设备 LCD 显示器
接口 MAX232等芯片 主板集成
其它设备 音频芯片、USB芯片、网
卡芯片等
主板集成或外接卡
 与PC机在硬件开发平台上对比
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 嵌入式系统的几个重要特征：
1. 系统内核小
嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，
系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作
系统要小得多
2. 专用性强
嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统
和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行
系统的移植
即使在同一系列的产品中也需要根据系统硬
件的变化和增减不断进行修改
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3. 系统精简
嵌入式系统一般不要求其功能设计及实现
上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，
同时也利于系统安全
4. 实时性操作系统
这是嵌入式软件的基本要求，而且软件要
求固化存储，以提高速度
软件代码要求高质量和高可靠性、实时性
5. 专用的开发工具和开发环境
交叉开发环境
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什么是嵌入式系统
嵌入式系统的发展历程
嵌入式系统的组成
嵌入式系统的特点
嵌入式系统的开发
嵌入式系统简介 嵌入式系统简介
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裸机开发：
对于功能简单仅包括应用程序的嵌入式系统
一般不使用操作系统，仅有应用程序和设备
驱动程序
带操作系统的开发：
当设计较复杂的程序时，可能就需要一个操
作系统（OS）来管理控制内存、多任务、周
边资源等
本阶段我们将分别介绍裸机下与操作系统下
的开发，并且把嵌入式Linux操作系统的嵌
入式开发作为重点
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Device Driver
Start.s
Application
裸
机
程
序
的
一
般
开
发
方
向
HardWare
 嵌入式系统开发流程 嵌入式系统开发流程
（无操作系统）
硬件开发（PCB、原理图）
启动代码（硬件初始化）
设备驱动（裸机下驱动）
应用程序（单任务）
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嵌入式系统开发的一般流程 嵌入式系统开发的一般流程
 嵌入式系统开发流程 嵌入式系统开发流程
（有操作系统）
硬件开发
启动加载程 (bootloader）
操作系统内核(kernel)
根文件系统 (root,可选)
设备驱动 (driver)
应用程序 (进程、线程、
GUI、网络、数据库等)
Embedded OS Kernel
BootLoader
Application
嵌
入
式
系
统
一
般
的
开
发
方
向
HardWare
Root File Systerm
Device Driver
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 通常基于linux系统的嵌入式开发步骤如下：
1. 开发目标硬件系统：
如选择微处理器、Flash及其它外设等
2. 建立交叉开发环境：
安装交叉编译工具链、配置串口通信工具、配置网络通
信工具等
3. 开发Bootloader： 移植Bootloader，如vivi
4. 移植linux内核： 如linux2.4.18内核移植
5. 开发根文件系统： 如CRAMFS文件系统的制作
6. 开发相关硬件的驱动程序：如LCD、网卡、GPIO等
7. 开发上层的应用程序：如网络、QT GUI开发
嵌入式系统开发的一般流程 嵌入式系统开发的一般流程