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嵌入式系统与技术 及其应用

嵌入式系统与技术 及其应用. 张跃 ( 清华大学嵌入式系统与技术实验室 ). 清华大学. 一、嵌入式系统概论. （一）嵌入式系统的基本概念. 1. 嵌入式系统的定义. 嵌入式系统是指带有微处理器的专用软 硬件系统。. (2) 嵌入式系统是指操作系统和功能软件集 成于计算机硬件系统之中的系统。. 清华大学. 一、嵌入式系统概论. （一）嵌入式系统的基本概念. 1. 嵌入式系统的定义. (3) 嵌入式系统是指以应用为中心、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、

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嵌入式系统与技术 及其应用

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  1. 嵌入式系统与技术 及其应用 张跃 (清华大学嵌入式系统与技术实验室)

  2. 清华大学 一、嵌入式系统概论 （一）嵌入式系统的基本概念 1. 嵌入式系统的定义 • 嵌入式系统是指带有微处理器的专用软 • 硬件系统。 (2)嵌入式系统是指操作系统和功能软件集 成于计算机硬件系统之中的系统。

  3. 清华大学 一、嵌入式系统概论 （一）嵌入式系统的基本概念 1. 嵌入式系统的定义 (3) 嵌入式系统是指以应用为中心、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。

  4. 清华大学 一、嵌入式系统概论 （一）嵌入式系统的基本概念 1. 嵌入式系统的定义 (4) 嵌入式系统是指那些使用嵌入式微处理 器构成独立系统，具有自己的操作系统 并且具有某些特定功能的系统。

  5. 清华大学 一、嵌入式系统概论 （一）嵌入式系统的基本概念 1. 嵌入式系统的定义 (5) 嵌入式系统是计算机的一种应用形式， 通常指嵌入在宿主设备中的微处理机系 统。

  6. 清华大学 一、嵌入式系统概论 （一）嵌入式系统的基本概念 1. 嵌入式系统的定义 (6) 嵌入式系统是指用于实时控制、监视、 管理或辅助其他设备、设施运行的设备。

  7. 清华大学 一、嵌入式系统概论 （一）嵌入式系统的基本概念 1. 嵌入式系统的定义 (7) 嵌入式系统是指由微处理器芯片实 现的小型专门化计算机系统。

  8. 1. 嵌入式系统的定义 嵌入式系统是指由嵌入式处理器、相关支 撑器件和嵌入在存储器中的嵌入式软件系统组 成的可独立工作的电子系统、装置或设备。 其中:嵌入式处理器主要包括 (1) 嵌入式微处理器 (Embedded Microprocessor Unit)； (2) 嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller Unit) ， 即单片机 ； (3) 嵌入式数字信号处理器(Embedded Digital Signal Processor)； (4) 片上系统（System On Chip——SOC）。

  9. 清华大学 1. 嵌入式系统的定义 嵌入式系统是指由嵌入式处理器、相关支 撑器件和嵌入在存储器中的嵌入式软件系统组 成的可独立工作的电子系统、装置或设备。 其中:相关支撑器件主要包括 定时器、序列发生器、控制器、各种传感器、显示设 备(LCD、LED等)、通讯设备(Modem，GPS，GSM， GPRS，CDMA，IrDA/Fast IrDA, Bluetooth等)、 接口设备（R232，IEEEl394，USB， PC卡， Smart卡，Ethernet／Fast Ethernet，Parallel等)。

  10. 清华大学 1. 嵌入式系统的定义 嵌入式系统是指由嵌入式处理器、相关支 撑器件和嵌入在存储器中的嵌入式软件系统组 成的可独立工作的电子系统、装置或设备。 其中:存储器主要包括 (1) 只读存储器（Read Only Memory——ROM）; (2) 随机存储器（Read Random Memory——RAM） ; (3) 闪速存储器（Flash Memory——FLASH） ; (4) 电子硬盘（Electronic Hard Disk —— EHD）.

  11. 1. 嵌入式系统的定义 嵌入式系统是指由嵌入式处理器、相关支 撑器件和嵌入在存储器中的嵌入式软件系统组 成的可独立工作或者辅助其他设备工作的电子 系统、装置或设备。 其中:嵌入式软件系统主要包括 (1) 与硬件相关的底层支持软件； (2) 嵌入式操作系统； (3) 图形用户界面（Graphics User Interface—GUI）； (4) 嵌入式数据库系统 ； (5) 各种嵌入式控制与应用软件 。

  12. 清华大学 2. 嵌入式系统的作用 嵌入式系统的主要作用是实时控制、监视、管理或辅助其它设备运转，完成各种自动化信息处理的任务。

  13. 3. 嵌入式系统的特征 1)嵌入式系统的硬件特征 (1)嵌入式系统由嵌入式处理器、存储器、相 关支撑器件等电子元器件组成的电子装置 或设备； (2)嵌入式系统的电气性能指标均能够参数化； (3)嵌入式系统需要通过硬件架构、电路原理 图、电路板、产品模具的设计、生产、测 试的系列工艺过程来实现。

  14. 1.需求分析：一个带有GPS、GSM、GPRS的车载智能型终端1.需求分析：一个带有GPS、GSM、GPRS的车载智能型终端 一般手机功能、来电及来信息显示、振铃，GPS信息 2.输入：5X5键盘，0～9数字键，其它为功能键，麦克风，RS232 串口 3.输出：带汉字字库的LCD液晶显示， 4.用户接口：SPI总线（LCD模块与Q240X模块之间），RS232 串口 ， 扬声器 5.功能：1）默认状态：显示时间 消息提示 2）拨号状态：显示号码，按拨号键拨出 3）接听状态：显示挂断否？ 4）接收到信息状态：显示有信息 发送信息 编辑文本，发送 报警 6.性能：能将GPS信息及时传送到控制中心，能及时处理控制中心传来 的信息，能简便地实现各种功能 7.功耗：峰值1A左右，通话时100～200mA，待机时100mA以下， 车用12V 电源供电 8.物理尺寸和重量：大小及重量和车载电话相似 嵌入式系统案例一：车载GPS智能终端

  15. 嵌入式系统案例一 车载GPS智能终端的硬件架构图一

  16. 嵌入式系统案例一 车载GPS智能终端的硬件架构图二

  17. 嵌入式系统案例一 车载GPS智能终端的电路原理图

  18. 嵌入式系统案例一 车载GPS智能终端的电路板图

  19. 嵌入式系统案例一 车载GPS智能终端的实物图

  20. 嵌入式系统案例二 嵌入式系统教学平台的技术指标与参数 (1) 中央处理器 :三星公司S3C44B0X ，ARM7TDMI内核 (2) 外部存储器: Flash 29LV160TE 2M Bytes SDRAM KM41654020 8M Bytes (3) 扩展网口：LAN91C113 10M网卡接口 (4) LCD和触摸屏接口：320x240,16级灰度 (5) USB Device接口：USB1.1规范,PDIUSBD12 (6) 串口：两个标准9针RS232接口 (7) 时钟源：外部输入时钟 (8) 音频输出：UDA1341TS (9) 键盘：16个小键盘 (10) 其他：一个LED，一个蜂鸣器，一个JTANG 接口， 一个并行接口，一个Smart Media Card接口

  21. 嵌入式系统案例二 嵌入式系统教学平台的硬件架构图

  22. 嵌入式系统案例二 嵌入式系统教学平台的电路原理图

  23. 嵌入式系统案例二 嵌入式系统教学平台的调试硬件平台

  24. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒技术指标与参数 （一）电视功能部分 (1) 输入频率: VHF、UHF (2) 信号水平 : -70~15db (3) 视频码流 : MPEG2、MP@ML、MP@HL (4) 帧频: 30/25 (5) 分辨率: 1920×1080隔行、1200×700逐行, 720×480 (6) 宽高比 : 16：9、4：3 (7) 音频: MPEG Layer Ⅰ&Ⅱ,AC-3， 5.1声道,20Hz~20KHz (8) 屏幕尺寸: 32’’~72’’ (9) 接收制式 : ATSC、DVB-T、DVB-C、DVB-S

  25. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒技术指标与参数 （二）网络功能部分 (1) 系统主频：150MHz； (2) 存储空间：16MB RAM, 32M Flash； (3) 操作方式：遥控器（含电视遥控）、 遥控键盘、鼠标输入； (4) 操作系统：清华嵌入式操作系统； (5) 网络连接：Modem；网卡 (6) 网络协议：PPP，TCP/IP, POP3/SMTP； (7) 网络软件：嵌入式Web浏览器、 嵌入式E-mail收发器等。

  26. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒的硬件架构图一

  27. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒的硬件架构图二

  28. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒的硬件架构图三

  29. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒的电路原理图

  30. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒的电路板图

  31. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒的电路板光绘文件

  32. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒的电路板

  33. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒的调试硬件平台

  34. 清华大学 3. 嵌入式系统的特征 2)嵌入式系统的软件特征 (1) 软件要求固化存储； (2) 软件代码要求高度精练、高质量、高 可靠性、高稳定性； (3) 系统软件(OS)的高实时性是基本要求； (4) 多任务操作系统是知识集成的平台和 走向工业标准化道路的基础。

  35. 嵌入式系统案例一 车载GPS智能终端的主机状态图

  36. 嵌入式系统案例一 车载GPS智能终端的软件总体结构图

  37. 嵌入式系统案例一 车载GPS智能终端的主程序流程图

  38. Application(Command) API(Application Programming Interface) BASIC EXTENDED Power Manager File Manager GUI Manager TFTP/IP Console OS Core Power Manager File Manager GUI Manager TFTP/IP DDI(Device Driver Interface) Console OS Core CPU, Flash , SDRAM, UART, Ethernet, USB 嵌入式系统案例二 嵌入式系统教学平台的软件总体结构图

  39. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒的软件总体结构图

  40. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒的ST20软件系统图

  41. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒的ST40软件系统图

  42. 嵌入式系统案例三 网络交互式数字电视机顶盒的软件总体结构图 应用程序接口（API) WWW 游览器 电子邮件 管理器 信息家电 管理器 资源 管理器 车载多 媒体系统 WIN32 仿真器 电视商务 系统 电视远程 教育系统 电视远程 医疗系统 电视可视 电话系统 中 央 控 制 管 理 系 统 图形用户界面（GUI） 接收控制 信息管理系统 图形管理系统 媒体管理系统 数据 安全 网络 协议 用户 接口 数据 管理 文件 系统 光标 控制 屏幕 控制 菜单 控制 显示 控制 文本 控制 图形 控制 音频 控制 视频 控制 清华嵌入式操作系统的内核 中断控制 系统时钟 内存映射 信号灯 外围设备驱动程序 随机存取驱动程序 数字接收驱动程序 IR 驱 动 程 序 视 频 驱 动 程 序 串 口 驱 动 程 序 打 印 机 驱 动 程 序 并 口 驱 动 程 序 显 示 驱 动 程 序 传 输 驱 动 程 序 USB 驱 动 程 序 音 频 驱 动 程 序 模 拟 调 谐 驱 动 程 序 闪 烁 存 储 驱 动 程 序 网卡 驱动 程序 VSB 驱动 程序 QPSK 驱动 程序 QAM 驱动 程序 CTV 驱动 程序 智能 卡 驱动 程序 调制 解调 器 驱动 程序 安全管理

  43. 3. 嵌入式系统的特征 3)嵌入式系统的产品特征 (1)嵌入式系统必须面向用户、面向产品、面向应用； (2)嵌入式系统处理器的功耗、体积、成本、可靠性、 速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要 求的制约，这些均是各半导体厂商之间竞争的热点； (3)嵌入式系统的软硬件都必须高效率地设计，量体裁 衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高 的性能。

  44. 嵌入式系统 的产品特点

  45. 后PC时代嵌入式系统应用领域的 产品类型 客户端平台 通讯基础 服务器平台 互联网 文件服务 邮件服务 嵌入系统 瘦型终端 PS DC PC • Internet • File Server Cellphones HDTV GPS GIS • 路由器 • 电信设施 Palm HPC STB OA

  46. 3. 嵌入式系统的特征 4)嵌入式系统的性能特征 (1) 嵌入对象的广泛性； (2) 嵌入形式的多样性； (3) 嵌入作用的关键性； (4) 嵌入功能的专一性; (5) 嵌入接口的多样性；

  47. 3. 嵌入式系统的特征 4)嵌入式系统的性能特征 (6) 嵌入性能的实时性； (7) 嵌入结构的匹配性； (8) 嵌入操作的可靠性； (9) 嵌入环境的一致性； (10) 嵌入产品开发周期短，生命周期长。

  48. 清华大学 4. 嵌入式系统的应用领域 嵌入式系统广泛应用于工业、农业、商业、金融、科研、国防、医疗、运输等一系列关系国民经济的各个领域。

  49. 1)自动化控制领域 （1）自动化制造设备； （2）发电厂； （3）化工过程自动化相关设备； （4）电网系统； （5）工业用自动仪表与检测设备； （6）供水及污水处理设备； （7）装瓶设备； （8）模拟仪器； （9）CAD系统等。

  50. 2)航空航天领域 （1）飞行控制器； （2）导弹控制器； （3）卫星控制器； （4）火箭控制器； （5）航天器姿态控制器； （6）航天器定位控制器； （7）宇航服飞行控制器； （8）月球车控制器； （9）火星车控制器等。

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