嵌入式系统第一讲研嵌入式系统介绍.ppt
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1、第一讲 嵌入式系统介绍,电信学院崔寅鸣,本讲主要内容,嵌入式系统概述实验室介绍与课程说明嵌入式系统概要介绍EELiod270开发系统介绍Module板、EDR板Banyan-UE仿真器ARM处理器简介体系结构、编程模型、ARM指令系统,嵌入式系统概述,应用于航空航天军事,应用于消费电子产品,嵌入式Internet应用,嵌入式系统的定义(一),IEEE对嵌入式系统的定义:Embedded system is a kind of device used to control,monitor or assist the operation of equipment,machinery or plan
2、t.“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”,嵌入式系统的定义(二),一般的定义:嵌入式系统是以应用为中心和以计算机技术为基础的,并且软硬件是可裁减的,能满足应用系统对功能、可靠性、实时性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。简单说,嵌入式系统就是应用软件与系统硬件的一体化。,嵌入式系统的特点,系统内核小:一般应用于小型电子装置。专用性强:软硬件结合紧密,针对硬件进行系统的移植。系统精简:系统软件和应用软件紧密融合,部分无明显区别。实时多任务的操作系统:合理调度多任务,RTOS开发平台。专门的开发工具和环境。,实验室条件,深圳亿道公司EELiod270教学开发平台Inte
3、l Xscale270 微处理器,520MHz完善的硬件平台支持WinCE和Linux操作系统,课程主要内容,ARM与EEliod270开发系统介绍嵌入式Linux系统的构建与启动分析嵌入式Linux下程序开发,课程特点,理论结合实践,通过实验掌握知识、锻炼能力课程涉及面广,要求软硬件综合能力高硬件(嵌入式开发板、各种硬件接口)ARM汇编语言编程C/C+语言编程Linux操作系统QT、Java等,课程安排(一),318周3-5周理论课6-18周嵌入式Linux实验系统构建驱动程序实验自选综合实验,评分标准,理论课:10实验:90,内部网络资源,ftp服务器:,port:21,user:emb,
4、pwd:embeddedEELiod硬件平台资料ADS开发系统资料嵌入式Linux BSP软件包实验指导书其他安装软件(虚拟机,Redhat9等),参考书及资料(一),ARM嵌入式处理器结构与应用基础,北航出版社,马忠梅等,2002嵌入式系统Intel StrongARM结构与开发,北航出版社,陈章龙等,2002ARM应用系统开发详解,清华大学出版社,李驹光等,2003Redhat Linux 9 从入门与精通,Michael Jang著,邱仲潘等译,电子工业出版社Linux编程宝典,John Goerzen著,魏永明等译,电子工业出版社,参考书及资料(二),Alessandro Rubini
5、,魏永明等译,linux设备驱动程序,第二版,中国电力出版社,2002中国Linux论坛 嵌入式开发网,嵌入式系统的基本构成,嵌入式硬件系统嵌入式处理器各种类型存储器模拟电路及电源接口控制器及接插件嵌入式软件系统板级支持包(BSP)操作系统(OS/RTOS)设备驱动(Device Driver)协议栈(Protocol Stack)应用程序(Application),嵌入式处理器的分类,嵌入式微处理器(MPU)ARMDragonball Mc9328 Mx1Xscale270嵌入式微控制器(MCU)8051、P51XA、MC68HC05/11/12/16、68300等 嵌入式DSP处理器嵌入式
6、片上系统(SOC-System On Chip)嵌入式可编程片上系统(EPSOC),ARM嵌入式微处理器,ARM公司成立于1990年,Saxby和12名工程师ARM=Advanced RISC MachineRISC(精简指令集)的典型代表32位处理器技术嵌入式领域的主力军ARM处理器有三大特点体积小、功耗低、成本低,性能高ARM/Thumb 32/16位双指令系统全球众多的合作伙伴,ARM,ARM的产品ARM处理器内核,以知识产权(IP)形式提供给IC生产厂家硬核:有和特定工艺相连系的物理版图。软核:用硬件描述语言或C语言写成,用于功能仿真ARM开发工具、SOC开发工具、评估板等ARM公司不
7、生产芯片,ARM,赢利模式:专利授权费+版费目前在通信领域处于统治地位,100%的CDMA手机和85%以上的WCDMA手机Intel Inside&Inside IntelARM芯片年出货量超过几十亿片ARM营收中,手机芯片占2/3,ARM嵌入式微处理器,嵌入式操作系统简介,使用操作系统的好处和坏处底层硬件抽象化,多任务,在比较复杂的应用情况下优势明显占用系统资源,简单应用情况下增加开发难度,嵌入式操作系统特点,除具有普通操作系统的功能如任务调度、中断处理等外,嵌入式操作系统还有以下特点:编码体积小,适合有限的存储空间面向应用,可裁减和移植部分要求实时性强,又称实时多任务操作系统(RTOS)可
8、靠性高以及较强的网络功能,嵌入式操作系统,通常按体系的分类Windows兼容系列Windows CE/NT/XPLinux类嵌入式Linux,uCLinux,RTLinuxAndroid及其派生的iPhone、oPhone、LePhone等通信领域嵌入式操作系统VxWorks,Nucleus,VRTX,QNS,pSOS其他如Symbian、BlackBerry等,嵌入式操作系统结构,嵌入式Linux,特点免费和代码公开支持多种硬件平台可裁剪使用成本低强大的网络功能支持GUI开发丰富的开发技术资源,嵌入式系统的应用开发,本实验室条件支持:无OSADS集成开发环境有OS嵌入式LinuxWindow
9、s CE,嵌入式产品开发过程,集成开发环境,ARM ADS(ARM Developer Suits)它是ARM公司的集成开发环境,包括命令行开发工具、图形开发工具、实用工具和支持软件4部分,可以进行编辑、编译及调试C、C+及汇编程序。Metrowerks CodeWarrior for ARM ADS v1.2ARM汇编及C程序的编辑、编译AXD调试,嵌入式应用开发的调试,由于嵌入式系统的可用资源有限,嵌入式开发和调试工作通常要通过高性能的宿主机完成。嵌入式应用软件通过宿主机上的交叉编译器,完成交叉编译和连接后下载到目标机。宿主机:进行嵌入式软件开发的主机目标机:将要开发的目标板,嵌入式开发的
10、调试方法,大致有以下几种调试方法:模拟调试方式ROM Monitor方式(或Angel方式)ICE仿真JTAG调试与仿真,模拟开发调试方式,模拟开发调试不需开发板硬件,一台PC即可纯软件模拟嵌入式处理器的功能和指令。如ARM公司的ARMulator模拟器。它虽然简单可行,但是缺乏在线调试和实时仿真功能。,ROM Monitor调试方式(一),ROM Monitor方式(或Angel方式)ROM Monitor(或Angel)是运行在目标机的Flash或ROM的一段程序,它主要负责监控目标机上被调试程序的运行情况。通过和宿主机的配合,完成嵌入式系统的调试。它是目前低廉有效的一种调试方式。之前课程
11、使用Metrowerks公司的CodeWarrior进行开发调试时要用到的Metro-TRK就属于这类软件。,ROM Monitor调试方式(二),ICE在线仿真模式,在线仿真(In Circuit Emulator)传统硬件级仿真调试模式取下目标板MPU;在线仿真器可以完全仿真MPU的行为;通过卡座等连接到目标板。它支持单步执行、断点、反汇编、源程序级调试。优点:功能非常强大,软硬件均可做到完全实时在线调试缺点:适合于简单的MPU一般滞后MPU几个月价格昂贵,JTAG仿真调试方式(一),JTAG(Joint Test Action Group)联合测试行动小组,是IEEE的一个标准JTAG初
12、始主要用于芯片内部测试,可对具有JTAG接口的芯片的硬件电路进行边界扫描和故障检测后用于调试:在芯片内部定义TAP(Test Access Port),可以访问寄存器和挂在总线上的设备,JTAG仿真调试方式(二),JTAG调试器硬件简单,只进行并口/usb和JTAG接口的电平转换主要工作由主机软件完成,如JTAG/usb协议转换等速度慢,一般10K/s级别JTAG仿真器硬件复杂,除完成JTAG/usb协议转换,可能有MPU进行控制提供并口/USB接口等,速度快价格贵,JTAG仿真调试方式(三),JTAG仿真器 ARM处理器为了方便调试,内含Embeded ICE 宏单元,并留有JTAG调试接口
13、,支持在线仿真。它无需目标存储器,不占用目标系统的端口。使用集成开发环境配合JTAG仿真器是目前最常用的一种调试方式。,JTAG仿真调试方式(四),嵌入式Linux开发调试,嵌入式Linux工具链 交叉编译器GCCarm-linux-gcc项目管理工具MAKE调试工具GDBbreak设置断点Run执行程序Step单步跟踪进入Next单步不进入函数Print,Display显示变量值Quit,EELiod270开发系统介绍,XScale架构PXA270,时钟频率分312MHz、416MHz、520MHz 及624MHz四种内部集成Intel Wireless MMX技术,该技术可提供额外的性能以
14、支持3D游戏和高级视频采用了SpeedStep低功耗技术,通过智能管理电压和频率变化实现节省高达55%的功耗集成了快速捕捉(Intel Quick Capture)技术,使镜头支持400万以上像素,XScale特点,采用ARMV5TE指令集无线MMX指令单元IMMU和DMMUI-Cache和D-Cache写缓冲器(8入口的高速FIFO)协处理器电源管理与性能监控调试单元,XScale协处理器,CP0:用于DSP处理,更好的处理多媒体信息,包含一个40位累加器,并增加了8条新的指令。CP1:用于无线MMX指令数据传输和状态控制等CP6:为PXA27X新增的协处理器,主要用于减少访问中断控制寄存器
15、的时间。CP14:用于系统的性能监视、时钟管理、电源管理和软件调试CP15:用于MMU控制,PXA270,XSBase270开发平台,触摸屏,8”TFT LCD 640*480,JTAG接口,120pin 扩展接口,PXA270 520MHz,32Pin LCD接口,CF 卡,喇叭,SD/MMC卡,SIM Card,Camera,全功能串口,RTC Battery,红外收发器,RS485,红外串口,Can Bus,以太网口,USB Host,音频输入输出,USB Slave,4*4矩阵键盘,高亮度LED*8,GPS模块接口,步进电机,BT串口,功能转换开关,直流电机,Flash*32M,Sdr
16、am*64M,平台硬件分层,分EDR板(底板)和Module板(模块板或核心板)Module板最小系统EDR板功能接口板,Module板,包含以下部分MPUIntel Xscale PXA270 520MHzSDRAM 双片,64M,缺省地址空间是0 xa0000000 0 xafffffff FLASH双片,32M,其缺省地址空间是0 x00000000 0 x03ffffff CPLD采用Xilinx公司的XC2C128可编程器件,丰富片选及加密串口全功能调试串口网络接口JTAG电源控制LP3971芯片,Intel SpeedStep动态电源管理技术,Module板,另外还含有以下接口电路
17、音频控制接口电路Philips UCB1400芯片,内含10bits的ADCLCD控制电路触摸屏控制电路通过两个120pin的连接器连接到EDR板,Module板,EDR板,PCMCIA/CF卡接口MMC/SD卡接口RTC实时时钟数码管和LED按键Sw1-sw4 直入键盘Sw5-sw16矩阵扫描Quick Capture摄像头模块支持400万像素数码镜头,并能提供最大416Mbps的数据传输速率,EDR板,RS232BT_UART(蓝牙串口)只有收发信号线IR_UART(红外串口)RS485GPS模块接口需另外的GPS模块板CAN总线接口汽车应用,使用270的SPI(串行外设接口)直流电机接口
18、信号电压为+3.3v和-3.3v时,分别正向转动和反向转动,EDR板,步进电机有方向端,四相步进ABCDUSB接口两个HOST接口,支持spec 1.1规范一个SLAVE接口扩展插槽CON10,CON11可外接AD/DA模块板电源外接+5V/3A,+12V/2A输出的开关电源5v及经由变换的3.3v给各逻辑电路供电12v给显示屏、步进电机、风扇供电,EDR板,网络接口直接从Module板引下来拨码开关控制功能复用选择,例如Quick Capture是和马达,按键,485共用信号线,EDR板,Banyan-U仿真器,20pins的JTAG接口和USB接口支持ARM7/ARM9/XScale系列C
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