西电嵌入式系统与SoC设计
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1、1嵌入式系统与嵌入式系统与SoCSoC设计设计李李 康康 西安电子科技大学微电子学院西安电子科技大学微电子学院2教材3课程实施目标了解现代了解现代SoC嵌入式系统的设计方法学；嵌入式系统的设计方法学；学会利用软硬件协同思想进行设计开发；学会利用软硬件协同思想进行设计开发；n 嵌入式系统描述的基本模型与工具；嵌入式系统描述的基本模型与工具；n 如何将系统模型转换成需要的实现；如何将系统模型转换成需要的实现； 了解基于了解基于SoC硬件系统的软件开发流程；硬件系统的软件开发流程； 理解嵌入式理解嵌入式SoC系统设计实施过程系统设计实施过程 课程核心：建立系统观念！课程核心：建立系统观念！4嵌入式系
2、统理论嵌入式系统理论嵌入式体系结构嵌入式体系结构 嵌入式操作系统嵌入式操作系统 嵌入式软硬件开发嵌入式软硬件开发计算机组成计算机组成数字信号处理数字信号处理计算体系结构计算体系结构信号与系统信号与系统微机原理与接口微机原理与接口C程序设计程序设计HDL语言语言线性电路设计线性电路设计 数字电路设计数字电路设计可编程器件应用可编程器件应用。嵌入式系统课程承上启下的作用嵌入式系统课程承上启下的作用课程所起的作用从“菜鸟”到“高手”？理论实践菜鸟高手工匠理论家学校如何定位？老师如何定位？学生如何定位？全才？专才？研发？测试？生产？硬件？软件？驱动？OS？应用？6课程实施介绍基于介绍基于SoC的嵌入式
3、系统设计基本技术的嵌入式系统设计基本技术 软硬件协同设计；软硬件协同设计；n 嵌入式系统描述的计算模型（嵌入式系统描述的计算模型（FSMD）；）；n 软硬件协同的处理器设计；软硬件协同的处理器设计；n 将系统模型转换成需要的实现；将系统模型转换成需要的实现； 嵌入式系统的软件设计开发流程嵌入式系统的软件设计开发流程-基于基于ARM的的SoC系系统开发统开发 实际的实际的SoC设计过程设计过程-数码相机设计实例；数码相机设计实例；7课程考查方法 上机实验与平时： 40% 期末考试： 60%8第第1 1课课 嵌入式系统概述嵌入式系统概述1. 嵌入式系统的应用发展嵌入式系统的应用发展2. 嵌入式系统
4、设计面临的问题嵌入式系统设计面临的问题3. MOORE定律导致新的设计方法学的发展定律导致新的设计方法学的发展91. 1. 嵌入式系统的应用发展嵌入式系统的应用发展什么是嵌入式系统嵌入式系统的应用领域10桌面通用型桌面通用型高端服务型高端服务型小型专用型小型专用型1.1 计算机应用领域的划分111.2 嵌入式系统定义嵌入式系统定义 嵌入式系统嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为是以应用为中心，以计算机技术为基础，采用基础，采用可剪裁可剪裁软硬件，适用于对功能、可软硬件，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用专用计算机系统计算机系统，用于
5、实现对其他设备的控制、监用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能视或管理等功能 121.3 嵌入式系统应用特点嵌入式系统应用特点(1)p嵌入式系统中运行任务的嵌入式系统中运行任务的单一性单一性n心脏监视器只需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务心脏监视器只需运行信号输入、信号处理、心电图显示任务n如要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护如要更改任务，需要对整个系统进行重新设计或在线维护131.3 嵌入式系统的应用特点嵌入式系统的应用特点(2)p嵌入式系统对设计指标具有严格的约束嵌入式系统对设计指标具有严格的约束n成本成本n大小大小n性能性能n功耗功耗141.3 嵌入式系统的应用特
6、点嵌入式系统的应用特点(3)p嵌入式系统对嵌入式系统对实时性实时性和和反应性反应性有有高要求。高要求。p实时系统：指系统能够在限定的响应时间内提供所实时系统：指系统能够在限定的响应时间内提供所需水平的服务。需水平的服务。p嵌入式实时系统可分为：嵌入式实时系统可分为：w强实时型：响应时间强实时型：响应时间ssmsms级；级；w一般实时：响应时间一般实时：响应时间msmss s级；级；w弱实时型：响应时间弱实时型：响应时间s s级以上。级以上。151.3 嵌入式系统应用特点嵌入式系统应用特点(4)p嵌入式系统中使用的操作系统一般是嵌入式系统中使用的操作系统一般是实时操作系统实时操作系统p嵌入式实时
7、操作系统数量众多，如：嵌入式实时操作系统数量众多，如：nVxWorksnWindows CEnQNX161.3 嵌入式系统应用特点嵌入式系统应用特点(5)p嵌入式系统大都有嵌入式系统大都有功耗约束功耗约束。 ZebraNet （普林斯顿大学）n一个设计用于监控野生斑马群的移动规律的系统。每个斑马佩戴一一个设计用于监控野生斑马群的移动规律的系统。每个斑马佩戴一个套环节点，包含个套环节点，包含GPSGPS、无线收发器、处理器、太阳能供电电池。、无线收发器、处理器、太阳能供电电池。n处理器周期读取处理器周期读取GPSGPS信息保存在信息保存在memorymemory中；套环每三分钟读取一次中；套环每
8、三分钟读取一次位置信息以及指示斑马在阳光下还是在树荫下的信息；每小时套环位置信息以及指示斑马在阳光下还是在树荫下的信息；每小时套环要花费三分钟详细的读取数据判断斑马的速度，每匹斑马每天产生要花费三分钟详细的读取数据判断斑马的速度，每匹斑马每天产生6KB6KB的数据。每当生物学家到达一定的区域范围内，套环才发送数的数据。每当生物学家到达一定的区域范围内，套环才发送数据到网络。据到网络。17MicrocontrollerCCD preprocessorPixel coprocessorA2DD2AJPEG codecDMA controllerMemory controllerISA bus in
9、terfaceUARTLCD ctrlDisplay ctrlMultiplier/AccumDigital camera chiplensCCDHardwareSoftware1.4 嵌入式系统实例嵌入式系统实例-数码相机数码相机182.1 嵌入式系统的应用-航天航天国际空间站好奇号火星车 北斗卫星系统192.2 嵌入式系统的应用-军事战斧导弹全球鹰无人机武装直升机202.3 嵌入式系统的应用-通信路由交换设备无线网卡手机212.4 嵌入式系统的应用-汽车汽车电子设备一览222.5 嵌入式系统的应用-医疗飞利浦智能药丸检测系统远距离看护系统 232.6 嵌入式系统的应用-家居与娱乐XboX3
10、60PS3Wii24InTouch 信息交互系统2.7 嵌入式技术的应用智能家居嵌入式技术的应用智能家居电子涂鸦墙移动 Skype电话智能插座英特尔智能家庭能源管理252.8 嵌入式技术的未来应用可穿戴系统嵌入式技术的未来应用可穿戴系统美国麻省理工学院媒体实验室的 数位人系统视频眼镜262.9 嵌入式技术未来的应用智能机器嵌入式技术未来的应用智能机器机器人iPhone遥控272. 2. 嵌入式系统设计面临的问题嵌入式系统设计面临的问题嵌入式系统结构组成嵌入式系统结构组成嵌入式系统发展历程嵌入式系统发展历程28嵌入式系统结构组成嵌入式系统结构组成p嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件嵌入式系
11、统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统（可选），以及用户的设备、嵌入式操作系统（可选），以及用户的应用软件系统等四个部分组成应用软件系统等四个部分组成 29一个典型的嵌入式系统应用一个典型的嵌入式系统应用30嵌入式微处理器嵌入式微处理器p10001000多种硬件处理器，分为多种硬件处理器，分为MCUMCU、DSPDSP、MPUMPU、SOCSOCnARM RISC ARM RISC （ARMARM）nTMS320 DSPTMS320 DSP（TITI）nTrimediaTrimedia （PhilipsPhilips）nStrongARMStrongARM （IntelIntel
