现代嵌入式系统.ppt

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1、目 录 第一章 嵌入式系统历史与现代特征 2学时 1.1 相关历史 1.2 嵌入式系统历史 1.3 危机与特征 1.4 嵌入式系统定义,1.1 相关历史 1.计算与机器计算 私有制的出现加速了人类对计算方法的研究，如古埃及诞生了最早的几何学，它产生于尼罗河每年泛滥之后土地丈量和重新分配的需要。中国古代对计算工具的贡献是算盘，它一直沿用到计算机广泛使用的今天，并对计算机发展初期的输入方式产生过影响。在古代西方，由于较早地引入阿拉伯数字，计算工具一直是纸和笔，落后于中国。到了资本主义阶段，由于大工业和科学技术的发展，数学在西方国家也得到了很快的发展，并出现了手摇机械式的计算器和计算尺这样的计算工具

2、。例如，在美国1930年的人口统计中就使用了靠凿孔卡片输入的统计专用机械式计算工具。但这些工具仍没能使人类从复杂计算和大规模的简单统计工作中得到解放。,2.计算机早期奠定计算机理论工作的有：1936年图灵提出的的“图灵机”，它构成了现代计算机 的理论基础，按照这个理论，一台通用图灵机只要供 给适当的程序，就可以执行任何预定的任务。在1946年，冯诺伊曼又确立了存储程序计算机理论，现在实用的计算机都属于冯诺伊曼型计算机。,计 算 机 的 发 展 经 历 了 电 子 管 时 代(1945 年 1955 年)、晶 体 管 时 代(1955 年 1965 年)、集 成 电 路 时 代(1965 年 1

3、980 年)以 及 大 规 模 集 成 电 路 时 代(1980 年 至 今)等 阶 段。,3.电子器件与组装工艺,电子器件,器件材料电子真空电极半导体,封装单脚DipSopPGABGA,组装工艺印刷电路板(1,2,4,6,8,24层),连线方式电线铜箔多层,固定方式机械焊锡,散热方式机械焊锡,加工工艺531.8.5.3.12,4.软件语言 输入方式 存储介质 调试环境 运行环境,CISCRISCVLISC,基本汇编宏汇编,微码,机器码指令集,汇编语言,高级语言,Ftortan&Pascal BasicCobol,C,Java,系统与结构化,分布网络化,输入方式,存储介质,调试环境,手工开关/

4、灯,穿孔纸带,键盘,纸带,磁磁带/软盘/硬盘8/5/3 inch,光CDROMDVDROM,硅PROM/EPROMEEPROMFlash,5.操作系统-1.第 一 代 真 空 管 计 算 机 时 期-在 这 个 阶 段，程 序 设 计 全 部 采 用 机 器 语 言，通 过 在 一 些 插 板 上 的 硬 连 线 来 控 制 其 基 本 功 能，没 有 程 序 设 计 语 言（甚 至 没 有 汇 编 语 言），更 谈 不 上 操 作 系 统。使 用 机 器 的 方 式 是 程 序 员 提 前 在 墙 上 机 时 表 上 预 约 一 段 时 间，然 后 到 机 房 将 他 的 插 件 板 插 到

5、 计 算 机 中，在 接 下 来 的 几 小 时 里 计 算 自 己 的 题 目，期 盼 着 在 这 段 时 间 中，几 万 个 真 空 管 不 会 烧 断。这 时 机 器 处 理 的 所 有 题 目 实 际 上 都 是 数 值 计 算 问 题。,-2 第 二 代 晶 体 管 计 算 机 时 期,第 一 个 计 算 机 用 磁 盘 系 统 是1957 年 出 品 的IBM 305 RAMAC 磁 盘 系 统。1957 年 为IBM 704 计 算 机 设 计 的FORTRAN 编 译 器 完 成。1959 年IBM 公 司 推 出 了IBM 1401 计 算 机 供 商 业 处 理，IBM 1

6、620 计 算 机 供 科 学 计 算。IBM 709 和7094 计 算 机 也 在 此 时 期 推 出,第 二 代 计 算 机 典 型 的 操 作 系 统 是FMS（FORTRAN Monitor System，FORTRAN 监 控 系 统）和IBMSYS（IBM 为7094 机 配 备 的 操 作 系 统）。这 些 操 作 系 统 由 监 控 程 序、特 权 指 令、存 储 保 护 和 简 单 的 批 处 理 构 成。,-3.第 三 代 集 成 电 路 计 算 机 时 期,(1)IBM System/360 操 作 系 统-1964 年4 月7 日IBM 宣 布 推 出System/3

7、60 计 算 机 系 统，试 图 一 次 性 地 解 决 上 述 维护与兼容 问 题。它 的 操 作 系 统 堪 称 一 个 庞 大 的 软 件 恐 龙。由 于 所 有 的 计 算 机 都 有 相 同 的 体 系 结 构 和 指 令 集，因 此 在 理 论 上，为 一 种 型 号 机 器 编 写 的 程 序 可 以 在 其 他 所 有 型 号 的 机 器 上 运 行。System/360 是 第 一 个 采 用 小 规 模 集 成 电 路 的 主 流 机 型，它 很 快 就 获 得 了 成 功。这 些 计 算 机 的 后 代 仍 在 大 型 的 计 算 中 心 里 使 用。,(2)分 时 系

8、统（Compatible Time Sharing System，CTSS）,(3)小 型 计 算 机、电 子 游 戏 和Unix 的 成 功,第 三 代 计 算 机 的 另 一 个 主 要 进 展 是 小 型 机 的 崛 起，以1961 年DEC 的PDP-1 作 为 起 点。PDP-1 计 算 机 只 有4K 个18 比 特 的 内 存，每 台 售 价120000 美 元。,价 格 还 不 到IBM 7094 的5%,1969 年，在 贝 尔 实 验 室 退 出 了MULTICS 研 制 项 目 之 后，两 名 贝 尔 实 验 室 曾 参 加 过MULTICS 研 制 的 计 算 机 科

9、学 家Ken Thompson 和Dennis M.Ritchie 在 一 台 无 人 使 用 的PDP-7 机 器 上 重 新 摆 弄 起 一 个 原 先 在MULTICS 项 目 上 设 计 的 空 间 旅 行 电 子 游 戏。为 了 使 这 个 游 戏 软 件 能 够 在PDP-7 机 器 上 顺 利 运 行，他 们 陆 续 开 发 了 浮 点 运 算 软 件 包、显 示 驱 动 软 件，设 计 了 文 件 系 统、实 用 程 序、命 令 解 释 器(shell)和 汇 编 程 序。到 了1970 年，在 这 一 切 都 完 成 之 后，他 们 给 新 系 统 起 了 一 个 同MULT

10、ICS 发 音 相 近 的 名 字Unix。随 后，整 个Unix 用C 语 言 全 部 重 写。自 此，Unix 诞 生 了。,第一，Unix 是 世 界 上 惟 一 能 在 笔 记 本 计 算 机、PC 机、工 作 站 直 至 巨 型 机 上 运 行 的 操 作 系 统。第 二，系 统 源 代 码 非 常 有 效，系 统 容 易 适 应 特 殊 的 需 求。第三，它 是 一 个 良 好 的、通 用 的、多 用 户、多 任 务 的 分 时 操 作 系 统。第四，Unix 有 良 好 的 树 形 文 件 系 统 和 一 定 的 安 全 机 制，有 简 洁 的 字 符 流 文 件 和 文 件 保

11、 护 机 制。Unix 有 功 能 强 大 的shell，它 既 是 命 令 解 释 器，又 是 编 程 用 高 级 语 言，还 可 用 于 扩 充 系 统 的 功 能。,在IBM 个 人 计 算 机 出 现 之 后，SCO 公 司 推 出 了 PC 版 本 的Unix-SCO Unix。随 后，Unix 也 被 移 植 到Motorola 68000 CPU 的 微 机 上。80 年 代 中 期，工 作 站 又 把Unix 带 入 更 广 的 应 用 领 域，Sun 公 司 的Solaris（Unix 的 兼 容 操 作 系 统）是 其 典 型 代 表。在 嵌 入 式 操 作 系 统 中，著

12、 名 的QNX 也 是Unix 的 兼 容 操 作 系 统。,-4.第 四 代 大 规 模 集 成 电 路 计 算 机 时 期,-(1)CP/M 的 冷 落 和MS DOS 的 兴 旺-1973 年Gary Kildall 看 到 对 于 个 人 计 算 机 操 作 系 统 的 需 求，设 计 了CP/M 操 作 系 统(Control Program/Microprocessor or Microcomputer)。CP/M 操 作 系 统 有 较 好 的 层 次 结 构。它 的BIOS(基 本 输 入 输 出 系 统)把 操 作 系 统 的 其 他 模 块 与 硬 件 配 置 分 隔 开，

13、即 只 有BIOS 与 硬 件 配 置 有 关，所 以 它 的 可 移 植 性 好，还 具 有 较 好 的 可 适 应 性 和 易 学 易 用 性。到 了1981 年，CP/M 操 作 系 统 成 为 世 界 上 流 行 最 广 的8 位 操 作 系 统 之 一。,MS DOS 操 作 系 统 具 有 性 能 优 良 的 文 件 系 统，但 它 受 到Intel x86 体 系 结 构 的 限 制，并 缺 乏 以 硬 件 为 基 础 的 存 储 保 护 机 制，它 仍 属 于 单 用 户 单 任 务 操 作 系 统。从1981 的1.0 版 到1998 年 隐 藏 在Windows 95/98

14、 之 下 的7.0 版，MS DOS 历 经 了16 个 年 头。迄 今 仍 有 一 批MS DOS 爱 好 者 们 为MS DOS 继 续 开 发 着 各 种 应 用 软 件 产 品。,(2)拯 救 苹 果 公 司 的MAC OS,Macintosh 的 先 进 图 形 界 面 操 作 系 统 技 术，超 前 了PC 机 若 干 年，造 就 了 一 大 批 苹 果 公 司 的 忠 实 追 随 者。他 们 在 随 后 的 多 年 里,始 终 坚 定 不 渝 地 热 爱 和 使 用Macintosh,从 来 不 把PC 机 看 在 眼 里。,(3)一 波 三 折 的Windows 操 作 系 统

15、,在PC 机 市 场 方 面，配 有 图 形 界 面 的 产 品 也 在 不 少 公 司 中 加 紧 开 发。微 软 内 部 也 制 定 了 类 似 的 方 案。1983 年10 月，在PC 机 市 场 上，竞 争 厂 家 的 图 形 界 面 相 关 产 品 上 市。面 对 巨 大 的 市 场 压 力，比 尔 盖 茨 在1983 年11 月10 日 宣 布 推 出 配 有 交 互 式 图 形 功 能 的Windows 操 作 系 统。然 而 宣 布 容 易，交 货 就 不 那 么 简 单 了。1984 年,配 有 高 品 质 交 互 式 图 形 功 能 操 作 系 统 的 苹 果Macinto

16、sh 计 算 机 取 得 了 巨 大 成 功，反 衬 了 微 软Windows 交 货 期 的 灾 难，成 了 当 年 计 算 机 界 的 笑 柄。一 直 到1985 年11 月20 日，可 以 同 时 执 行 多 个 程 序 的Windows 1.0 才 正 式 上 市。1992 年4 月，微 软 推 出 了 更 稳 定 的Windows 3.1,(4)基 于 微 内 核 的Mach 操 作 系 统,1984 年 Richard Rashid 开 始 了 操 作 系 统 项 目Mach 的 开 发,希 望Mach 能 与Unix 兼 容，可 以 运 行 线 程，提 供 更 好 的 进 程 通

17、 信 机 制，支 持 多 处 理 机 以 及 一 个 构 想 很 好 的 虚 拟 存 储 系 统。,1.2 嵌入式系统历史(仪器仪表电脑化）1.第一代（初期）,无操作系统的嵌入算法阶段 简单监控式的实时操作系统阶段 通用的嵌入式网络实时操作系统阶段,工业年产值已超过了1万亿美元福特出售的计算能力已超过了IBM,一台通用计算机的外部设备中就包含了5-10个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、软驱、硬盘、显示卡、显示器、Modem、网卡、声卡、打印机、扫描仪、数字相机、USB集线器等均是由嵌入式处理器控制的。,在 全 世 界 装 有VxWorks 系 统 的 智 能 设 备 数 以 百 万 计，其 应 用

18、 范 围 遍 及 互 联 网、电 信 和 数 据 通 信、数 字 影 像、网 络、医 学、计 算 机 外 设、汽 车、火 控、导 航 与 制 导、航 空、指 挥、控 制、通 信 和 情 报、声 纳 与 雷 达、空 间 与 导 弹 系 统、模 拟 和 测 试 等 等 众 多 领 域。,在 美 国 宇 航 局 的 极 地 登 陆 者 号、深 空 二 号 和 火 星 气 候 轨 道 器 等 登 陆 火 星 探 测 器 上，就 采 用 了 风 河（WindRiver）公 司 的 实 时 嵌 入 式 操 作 系 统VxWorks。在 这 项 引 人 注 目 的 耗 费 数 亿 美 元 的 项 目 中，V

19、xWorks 负 责 火 星 探 测 器 全 部 飞 行 控 制，包 括 飞 行 纠 正、载 体 自 旋 和 降 落 时 的 高 度 控 制 等，而 且 还 负 责 数 据 收 集 和 与 地 球 的 通 信 工 作。,1.3 危机与特征 1.危机多功能性复杂导致可靠性下降 网络化导致安全性下降产品寿命与能耗的局限下降导致设计风险加大市场竞争加剧导致性价比过高,1.3 危机与特征 2.特征,网络化 实时化 傻瓜化 便携化,1.4嵌入式系统定义 1.定义,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。,1.4嵌入式系统定义 2.对象与范围,在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等,