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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,*,*,1.1,嵌入式系統(tǒng)的含義與發(fā)展歷史,1.1.1,嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī),（,1,）嵌入式系統(tǒng)的由來,計(jì)算機(jī)產(chǎn)生：,因科學(xué)家需要一個(gè)高速的計(jì)算工具而產(chǎn)生。,計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展：,數(shù)字計(jì)算邏輯運(yùn)算與推理信息處理 通信工業(yè)控制 家用電器,嵌入式系統(tǒng)（,Embedded System,）含義：,面向測控對(duì)象，嵌入到實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱之為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。,1,（,2,）單片機(jī)的含義,單片機(jī),是單片微型計(jì)算機(jī)（,Single Chip Micro Computer,）的簡稱，也稱之為微控制器,（,Microcontroller U

2、nit,，,MCU,）,或嵌入式計(jì)算機(jī),(Embedded computer),，即在一塊芯片上集成了中央處理單元,(CPU),、存儲(chǔ)器,(RAM/ROM,等,),、定時(shí)器,/,計(jì)數(shù)器及多種輸入輸出,(I/O),接口的比較完整的數(shù)字處理系統(tǒng)。,2,目前典型的,MCU,內(nèi)部框圖,MCU內(nèi)部總線（控制總線、數(shù)據(jù)總線、地址總線）,CPU,RAM,Flash存儲(chǔ)器,A/D轉(zhuǎn)換接口,工作支撐模塊,定時(shí)器接口,串行通信接口,其他I/O模塊,一個(gè)典型的MCU內(nèi)部框圖,3,（,3,）微控制器應(yīng)用范圍,微控制器應(yīng)用范圍遍及航空航天、醫(yī)療、通訊、樓宇自動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)通訊等各個(gè)領(lǐng)域，典型應(yīng)用領(lǐng)域如下：,測控領(lǐng)域,包括自動(dòng)

3、控制,/,裝備控制,/,儀器控制,/,儀表控制等，該領(lǐng)域的應(yīng)用是嵌入式系統(tǒng)最主要、最基本的應(yīng)用形式，這種應(yīng)用主要集中在生產(chǎn)領(lǐng)域，在該領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)持續(xù)了將近,30,年，并一直保持持續(xù)發(fā)展。,消費(fèi)領(lǐng)域,家用電器、家用視頻音頻、娛樂產(chǎn)品、數(shù)碼相機(jī)、,DVD,、,DV,、,MP3,播放機(jī)、掌上電腦、游戲機(jī)、,PDA,、數(shù)字電視等。,4,網(wǎng)絡(luò)通信、移動(dòng)通訊領(lǐng)域,交換機(jī)、嵌入式網(wǎng)關(guān)、路由器、防火墻、手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)電話、機(jī)頂盒等。,辦公自動(dòng)化設(shè)備和微機(jī)周邊設(shè)備,傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、鼠標(biāo)、鍵盤、掃描儀、移動(dòng)磁盤等。,航空航天、武器裝備,醫(yī)療設(shè)備和儀器,智能玩具,5,微控制器,應(yīng)用領(lǐng)域,嵌入式應(yīng)用,信息家電,

4、智能玩具,軍事電子,通信設(shè)備,移動(dòng)存貯,工控設(shè)備,智能儀表,汽車電子,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,測控領(lǐng)域,消費(fèi)領(lǐng)域,軍事國防,電子商務(wù),網(wǎng)絡(luò),6,具體產(chǎn)品,7,1971,年,11,月,Intel,公司首次宣布,4004,的,4,位微處理器，,1974,年,12,月,Fairchild(,仙童,),公司即推出了,8,位,MCU F8,，開創(chuàng)了,MCU,的初級(jí)階段。,1978,年，,Zilog,公司推出,Z8 MCU,。,1980,年，,Intel,公司在,MCS-48,的基礎(chǔ)上，推出了,MCS-51,，它使,MCU,的應(yīng)用躍上了一個(gè)新臺(tái)階。,Motorola,公司于,1974,年開始推出,MC6800,微處理器

5、，在,1979,年開始生產(chǎn),MCU MC6801,，在,1983,年前后發(fā)展成為較高性能的,M68HC05,系列。,二十世紀(jì)九十年代是,MCU,制造業(yè)大發(fā)展時(shí)期，這個(gè)時(shí)期的,Motorola,、,Intel,、,ATMEL,、德州儀器、三菱、日立、飛利浦、韓國,LG,等一批企業(yè)開發(fā)一批性能優(yōu)越的,MCU,，極大地推動(dòng)了,MCU,的應(yīng)用。,目前,MCU,正向大容量、高性能化；小容量、低價(jià)格化；外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方向快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷地?cái)U(kuò)大。,1.1.2 MCU,的發(fā)展簡史,8,1.1.3 MCU,在我國的應(yīng)用與教學(xué)簡況,二十世紀(jì)八十年代前后，單片機(jī)在我國開始應(yīng)用，各理工科院校陸續(xù)開設(shè)了有

6、關(guān)課程。在教學(xué)及應(yīng)用上，,Zilog,公司生產(chǎn)的,Z80CPU,成為我國工業(yè)控制的主流，以,Z80,為,CPU,組成的,TP801,單板機(jī)在教學(xué)上及應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮過巨大作用。,二十世紀(jì)八十年代末至九十年代初，我國的工業(yè)控制領(lǐng)域開始轉(zhuǎn)向使用,Intel,公司生產(chǎn)的,MCS-51,。,從,1999,年開始，,Motorola,公司及后來獨(dú)立出來的,Freescale,公司在我國推廣其新一代單片機(jī),HC08,系列及增強(qiáng)型,HCS08,系列，已經(jīng)對(duì)我國的單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)生積極的影響。本書即以,HC08,系列單片機(jī)及,HCS08,系列單片機(jī)為藍(lán)本學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)。,9,MCU,的體系結(jié)構(gòu),1：MCU 至少由

7、CPU，存儲(chǔ)器與I/O端口組成，它們可以以不同的方式組合，形成不同的體系結(jié)構(gòu)。,A存儲(chǔ)器分離編址,哈佛結(jié)構(gòu) 生成雙倍空間,B存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址,馮諾依蔓結(jié)構(gòu),10,存儲(chǔ)器的訪問,哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器地址出現(xiàn)重疊,通過不同的控制線并配合不同的指令就可以區(qū)分開來,.,馮諾依曼結(jié)構(gòu)可以使用同一指令訪問兩種存儲(chǔ)器,僅由指令中的地址參數(shù)尋址不同的單元即可,.,哈拂結(jié)構(gòu)地址重疊,用不同指令訪問,.,用,MOVC,訪問程序存儲(chǔ)器,用,MOVX,訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,.,馮,-,諾依曼結(jié)構(gòu)可以用統(tǒng)一指令訪問兩種存儲(chǔ)器,地址參數(shù)不同,.,11,12,I/O端口的編址,分離編址方按,:INTEL,的,MCU,將,I/O,端口作

8、為內(nèi)部寄存器處理,獨(dú)立與程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間,類似哈佛結(jié)構(gòu)的分離編址,MOTOROLA,的,MCU,則將,I/O,地址與存儲(chǔ)器地址統(tǒng)一在一個(gè)空間,.,僅分配不同單元,13,寄存器編址,INTEL,的,MCU,使用內(nèi)部的,RAM,作為寄存器用,MOV,指令訪問,類似哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器分離編址,MOTOROLA,的,MCU,的寄存器占用存儲(chǔ)器資源,14,統(tǒng)一編址體系結(jié)構(gòu),程序存儲(chǔ)器,數(shù)據(jù)存儲(chǔ),I/O端口,寄存器,CPU,15,內(nèi)存大、小端排序問題,對(duì)于需要多于,8,位的數(shù)據(jù)，為其分配一組連續(xù)的存儲(chǔ)空間，字節(jié)排序有兩種方式：小端,(little endian),和大端,(big endian

9、),。,所謂大端是指高字節(jié)存儲(chǔ)在低的地址中，而低字節(jié)則存在高地址中；小端則恰好相反。,例如：將,0 x1234,寫入到以,0 x0000,開始的內(nèi)存中，則結(jié)果為：,地址 大端方式 小端方式,0 x0000 0 x12 0 x34,0 x0001 0 x34 0 x12,16,1.2,嵌入式系統(tǒng)的基本概念,1.2.1,嵌入式系統(tǒng)的定義及內(nèi)涵,廣義上講，凡是帶有微處理器的專用軟硬件系統(tǒng)都可稱為嵌入式系統(tǒng)。,從狹義上講，我們更加強(qiáng)調(diào)那些使用嵌入式微處理器構(gòu)成獨(dú)立系統(tǒng)，具有自己的操作系統(tǒng)，具有特定功能，用于特定場合的嵌入式系統(tǒng)。,目前國內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：,以,應(yīng)用,為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，

10、,軟件硬件可裁剪,，,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求,的,專用,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,簡而言之，它是完成特定任務(wù)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,它是“嵌入到對(duì)象中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，“嵌入性”、“專用性”與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素，對(duì)象體是嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。,17,1.2.2,嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn),軟硬件一體化,需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（,RTOS,）支持,實(shí)時(shí)性：代碼小、執(zhí)行速度快,專用緊湊：用途固定、成本敏感,可靠性高,多樣性：應(yīng)用廣泛、種類繁多,技術(shù)密集：集計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、行業(yè)技術(shù)為一體,18,1.2.3,嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成,嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、外圍設(shè)備、

11、嵌入式操作系統(tǒng)及上層應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是集軟件、硬件于一體的可獨(dú)立工作的系統(tǒng)。,（,1,）嵌入式處理器,嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元。目前，世界上嵌入式處理器的種類已經(jīng)超過,1000,種，流行的體系結(jié)構(gòu)包括,MCU,、,MPU,等,30,多個(gè)系列，速度越來越快，性能越來越強(qiáng)，價(jià)格也越來越低。,嵌入式處理器可以分為：嵌入式微處理器,(MPU),、嵌入式微控制器,(MCU),、嵌入式,DSP,處理器,(DSP),和嵌入式片上系統(tǒng),(SOC),。,19,嵌入式微處理器(Embedded Micro Processor Unit，EMPU),MPU是由通用計(jì)算機(jī)中

12、的CPU演變而來的，它與CPU的關(guān)系是專用和通用的關(guān)系。,MPU只保留與嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他冗余功能部分，配上了必要的擴(kuò)展外圍電路，如存儲(chǔ)器的擴(kuò)展電路、I/O的擴(kuò)展電路和一些專用的接口電路等，以最低功耗和資源滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求。,MPU目前流行體系有ARM、MIPS、Power PC、68000、Am186/88等系列。,處理能力和速度通常按字長劃分為8位(仍然存在!)、16位(主流)和32位(開始流行)。,20,嵌入式微控制器(Micro Controller Unit，MCU),MCU就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。MCU的典型代表是單片機(jī)。,嵌入式微控制器一

13、般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成Flash、RAM、EEPROM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口等各種必要功能模塊。MCU目前的品種和數(shù)量最多。,比較有代表性的有51系列和非51系列，51系列包括：1980年Intel公司推出MCS-51、Philips公司從Intel公司獲得授權(quán)開始生產(chǎn)80C51單片機(jī)、Atmel公司推出的Flash型51單片機(jī)以及后來，歐美、日本、臺(tái)灣、韓國等很多廠商從Intel公司獲得51專利，結(jié)合自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)兼容型或增強(qiáng)型51核單片機(jī)，51逐漸成為業(yè)界的一個(gè)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)（非壟斷性）。,21,目前，除了,Philips,和,

14、Atmel,的,51,核單片機(jī)外，市場上還有大量的,51,核單片機(jī)產(chǎn)品：,Infineon,的,C500,系列；,臺(tái)灣華邦的,W77,、,W78,、,W79,系列；,Maxim,（,Dallas,）的的,DS80C320,系列；,OKI,的,MSM80C,系列；,HYUNDAI,的,GMS90/97,系列；,ST,的,uPSD,系列；,ADI,的,C8XX,系列；,TI,的,MSC1211,、,TUSB,系列；,上海新茂公司的,SM,系列；,SST,公司的,89E,系列；,Silabs,的,C8051F,系列；,22,在,51,得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，其他一些非,51,單片機(jī)由于具有某些特色各自具

15、有一定的市場份額：,Microchip,的,PIC,系列單片機(jī)；,摩托羅拉,08,系列單片機(jī)；,Zilog,公司的,Z8/Z86,系列單片機(jī)；,ST,的,ST,系列,8,位單片機(jī)；,Atmel,的,AVR,系列單片機(jī)；,NS,（美國國家半導(dǎo)體）的,COP8,系列單片機(jī)；,三星的,KS86/KS88,系列單片機(jī)；,Scenix,公司的,SX,系列單片機(jī)；,NEC,公司的,78K,系列,8,位單片機(jī)；,富士通的,MB8900,系列單片機(jī)；,東芝的,970/90,系列單片機(jī)；,Epson,的帶,LCD,驅(qū)動(dòng)的,S1C88,系列單片機(jī)；,瑞薩（日立、三菱）的,H8,系列、,740,系列等；,cypre

16、ss,的,CG/CY,系列,PSoC,混合信號(hào)陣列。,23,其中，飛思卡爾公司（,Freescale,）以其豐富多彩的單片機(jī)系列（,8,位、,16,位和,32,位）在移動(dòng)通信、,PDA,、汽車、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制等方面均獲得成功。,飛思卡爾微控制器的有著,51,單片機(jī)不可比擬的特點(diǎn)：,技術(shù)成熟，可靠性高，抗干擾和電磁兼容性強(qiáng)，內(nèi)部資源豐富，品種齊全，選擇余地大，新產(chǎn)品多。,更重要的是飛思卡爾單片機(jī)的調(diào)試方式有了根本性的變革，與過去的調(diào)試方式不同，不再需要仿真器，調(diào)試是通過,BDM,頭直接對(duì),MCU,中的程序進(jìn)行調(diào)試。,BDM,頭除實(shí)現(xiàn),Flash,寫入、擦除功能外，還可以在應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)，動(dòng)態(tài)地獲取,CPU,、存儲(chǔ)器等瞬態(tài)信息。,BDM,調(diào)試工具與單片機(jī)的通信通過雙向的,BKGD,引腳實(shí)現(xiàn)。調(diào)試模式有兩種：單步調(diào)試和斷點(diǎn)調(diào)試。,24,嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor，EDSP),DSP處理器是專門用于信號(hào)處理方面的處理器。,DSP處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行DSP算法。DSP核心代碼使用匯編，有較高的執(zhí)行效率