《物聯(lián)網(wǎng)識別技術 教學 丁明躍 物聯(lián)網(wǎng) 第八章》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《物聯(lián)網(wǎng)識別技術 教學 丁明躍 物聯(lián)網(wǎng) 第八章（36頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、在線教務輔導網(wǎng)：在線教務輔導網(wǎng)：http:/教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務輔導網(wǎng)教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務輔導網(wǎng)QQ:349134187 或者直接輸入下面地址：或者直接輸入下面地址：http:/第八章 嵌入式系統(tǒng)主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容l 嵌入式系統(tǒng)的定義與特點嵌入式系統(tǒng)的定義與特點l 嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成l 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展l 嵌入式系統(tǒng)的應用嵌入式系統(tǒng)的應用l嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中應用實例嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中應用實例第一節(jié)第一節(jié):嵌入式系統(tǒng)的定義與特點嵌入式系統(tǒng)的定義與特點l 嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)的定義l 嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的特點定義與
2、特點定義與特點嵌入式系統(tǒng)的定義嵌入式系統(tǒng)的定義國內(nèi)定義：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬 件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）的定義：嵌入式系統(tǒng)是用來控制、監(jiān)控、或者輔助操作機器、裝置、工廠等大規(guī)模系統(tǒng)的設備（devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants）。這個定義主要是從嵌入式系統(tǒng)的用途方面來進行定義的。嵌入式系嵌入式系統(tǒng)的構架可以分成四個部分：的構架可以分成四個部分：處理器
3、、存儲器、輸入輸出（I/O）和軟件。嵌入式系嵌入式系統(tǒng)中的中的重要重要概念概念：嵌入式處理器 嵌入式處理器嵌入是式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系 統(tǒng)運行的硬件核心單元實時操作系統(tǒng) 實時操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)目前最主要的組成部分分時操作系統(tǒng) 對于分時操作系統(tǒng)，軟件的執(zhí)行在時間上沒有嚴格的 要求，時間上的錯誤，一般不會造成災難性的后果定義與特點定義與特點定義與特點定義與特點多任務操作系統(tǒng) 系統(tǒng)支持多任務管理和任務間的同步通信，傳統(tǒng)的單片機 系統(tǒng)和DOS系統(tǒng)等對多任務支持的功能很弱，目前 Windows是典型的多任務操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)中的重要概念 系統(tǒng)響應時間（System response time）
4、：從系統(tǒng)發(fā) 出處理要求到系統(tǒng)給出應答信號的時間。任務換道時間（Context-switching time）：任務之間切換而使用的時間。中斷延遲（Interrupt latency）：計算機接收到中斷信號到操作系統(tǒng)作出響應，并完成換道轉入中斷服務程序的時間。定義與特點定義與特點實時操作系統(tǒng)的工作狀態(tài) 運行（Executing），就緒（Ready），掛時（Suspended），冬眠（Dormant）運行：獲得CPU控制權。就緒：進入任務等待隊列，通過調度進入運行狀態(tài)。掛起：任務發(fā)生阻塞，移出任務等待隊列，等待系統(tǒng) 實時事件的發(fā)生而喚醒，從而轉為就緒或運行。冬眠：任務完成或因錯誤等原因需要被清除的
5、任務，可以認為是系統(tǒng)中不存在的任務。定義與特點定義與特點嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)的特點專用、軟硬件可剪裁可配置：嵌入式系統(tǒng)面向應用，功能專一是與通用系統(tǒng)最大的區(qū)別。低功耗、高可靠性、高穩(wěn)定性：嵌入式系統(tǒng)大多用在特定場合，多用于環(huán)境條件惡劣，或要求其長時間連續(xù)運轉的情況下，因此嵌入式系統(tǒng)應具 有高可靠性、高穩(wěn)定性、低功耗等性能。軟件代碼短小精悍：由于成本和應用場合的特殊性，通常嵌入式系統(tǒng)的硬件資 源（如內(nèi)存等）比較少，因此對嵌入式系統(tǒng)設計也提出了 較高的要求定義與特點定義與特點代碼可固化：嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化于存儲器芯片或單片機 中，而不是存儲于磁盤中。實時性：大多嵌入式系統(tǒng)采用實時性
6、系統(tǒng)，但嵌入式系統(tǒng)不等于 實時系統(tǒng)。弱交互性：嵌入式系統(tǒng)不僅功能強大，而且要求使用靈活方便，一 般不需要類似鍵盤、鼠標等設備。人機交互以簡單方便 為主。嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)通常需要專門的開發(fā)工具和開發(fā)環(huán) 境，要求開發(fā)、設計人員有較高的技能。第二節(jié)第二節(jié):嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)的組成l 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的硬件組成l 嵌入式系統(tǒng)的軟件編程嵌入式系統(tǒng)的軟件編程 嵌入式微處理器 將通用 CPU中許多由板卡來完成的任務集成在芯片內(nèi)部，從而 有利于嵌入式系統(tǒng)在設計時趨于小型化，同時還具 有很高的效率和可靠性。存儲器 嵌入式系統(tǒng)需要存儲器來存放和執(zhí)行代碼。嵌入式系統(tǒng) 的存器包含Cache、主
7、存和輔助存儲器。Cache：其是位于主存和嵌入式微處理器內(nèi)核之間的一種容量小、速度快的存儲器陣列，存放的是最近一段時間微處理器使用最多的程序代碼和數(shù)據(jù)。組成組成硬件組成硬件組成主存：其是用來存放系統(tǒng)和用戶的程序及數(shù)據(jù)的嵌入式微處理器能直接訪問的寄存器。它可以位于微處理器的內(nèi)部 或外部，其容量為256KB1GB，根據(jù)具體的應用選擇容量大小，一般片內(nèi)存儲器容量小，速度快，片外存儲器容量大。常用作主存的存儲器有：1.ROM類 NOR Flash、EPROM和PROM等。2.RAM類 SRAM、DRAM和SDRAM等。其中NOR Flash 憑借其可擦寫次數(shù)多、存儲速度快，存儲容量大、價格便宜等優(yōu)點，
8、在嵌入式領域內(nèi)得到了 廣泛應用。組成組成輔助存儲器（外存）：輔助存儲器用來存放大數(shù)據(jù)量的程序代碼或信息，它的容量大、但讀取速度比主存慢，可用來長期保存用戶的信息。常用外存有：硬盤、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等。通用設備接口和I/O接口 嵌入式系統(tǒng)需要一定形式的通用設備接口和外界交互，如A/D、D/A、I/O等，外設通過與片外其他設備或傳感器的連接來實現(xiàn)微處理器的輸入/輸出功能。組成組成組成組成嵌入式系統(tǒng)的軟件編程嵌入式系統(tǒng)的軟件編程 除了具有一般操作系統(tǒng)最基本的功能（任務調度、同步 機制、中斷處理、文件處理等）外，還有以下特點：可裁剪性。支持開放性和可伸縮性的體系結構。強實時
9、性。EOS一般具有較強的實時性，可用于各種設備控制中。統(tǒng)一的接口。為設備提供統(tǒng)一的驅動接口。操作簡單、方便、提供友好的圖形GUI和圖形界面，易學易用。具有強大的網(wǎng)絡功能，支持TCP/IP協(xié)議及其他協(xié)議，提供TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的MAC訪問層接口，為各種移動計算設備提供預留接口。組成組成強穩(wěn)定性，弱交互性。嵌入式系統(tǒng)一旦開始運行就不需要用戶過多的干預、這就要求負責系統(tǒng)管理的EOS具有較強的穩(wěn)定性。嵌入式操作系統(tǒng)的用戶接口一般不提供操作命令，只是通過系統(tǒng)的調用命令向用戶程序提供服務。固化代碼。在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)計算機的ROM中。更好的硬
10、件適應性，也就是良好的移植性。第三節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展l 嵌入式系統(tǒng)的歷史嵌入式系統(tǒng)的歷史l 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢發(fā)展發(fā)展嵌入式系統(tǒng)的歷史嵌入式系統(tǒng)的歷史 四個階段：第一階段是以單芯片為核心的可編程控制器系統(tǒng)。這類系統(tǒng)大部分應用于一些專業(yè)性較強的工業(yè)控制系統(tǒng) 中，一般不需要操作系統(tǒng)的支持，通過匯編語言編寫軟 件部分。第二階段是以嵌入式CPU為基礎、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標志的嵌入式系統(tǒng)。第四階段是以Internet為標志的嵌入式系統(tǒng)。發(fā)展發(fā)展 嵌入式計算機的形成：始于微型機時代的嵌入式應用現(xiàn)代計算機技術的兩大分支兩大分支發(fā)展的里程碑事
11、件。嵌入式系統(tǒng)也有其獨立發(fā)展道路：單片機開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路（MCS-51）單片機的技術發(fā)展史（誕生于20世紀70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段）發(fā)展發(fā)展小型化、智能化、網(wǎng)絡化、可視化多核技術的應用低功耗（節(jié)能）、綠色環(huán)保云計算、可重構、虛擬化等技術被進一步應用到嵌入 式 系統(tǒng)中嵌入式軟件開發(fā)平臺化、標準化、系統(tǒng)可升級，代碼 可 復用將更受重視嵌入式系統(tǒng)軟件將逐漸 PC 化融合趨勢安全性 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢第四節(jié)第四節(jié):嵌入式系統(tǒng)的應用嵌入式系統(tǒng)的應用l 嵌入式系統(tǒng)應用的現(xiàn)狀嵌入式系統(tǒng)應用的現(xiàn)狀l 應用領域及前景應用領域及前景l(fā) 應用形式舉例應用形式
12、舉例應用應用嵌入式系統(tǒng)應用的現(xiàn)狀嵌入式系統(tǒng)應用的現(xiàn)狀嵌入式處理器的功耗、體積、成本、可靠性、速度、處理能力、電磁兼容性等方面均受到應用要求的制約。嵌入式系統(tǒng)和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進入市場，具有較長的生命周期。最具有產(chǎn)品效益和時代特征的嵌入式產(chǎn)品應屬因特網(wǎng)上的信息家電，如Web可視電話、游戲Web機、WebPDA、WAP電話手機以及多媒體產(chǎn)品，如STB(電視機頂盒)、DVD播放機、電子閱讀機。應用應用應用領域及前景應用領域及前景嵌入式操作系統(tǒng)應用場合主要可以分為通信、醫(yī)療等領域的實時操作系統(tǒng)及面向消費電子產(chǎn)品的非實時系統(tǒng)和面向控制；
13、等前者如WindRiver公司的VxWorks,QNX系統(tǒng)公司的QNX等，后者主要集中于個人掌上電腦(PDA)、移動電話、機頂盒(STB)。目前，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用到工業(yè)、交通、能源、通信、科研、醫(yī)療衛(wèi)生、國防以及日常生活等領域，并不斷朝著體積小、功能強的方向發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的結合將代表嵌入式技術發(fā)展的未來。應用應用工業(yè)控制 目前已經(jīng)有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器正被應用，網(wǎng)絡化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量、減 少人力資源主要途。系統(tǒng)控制組成圖與線程框架應用應用交通管理 在車輛導航、流量控制、信息監(jiān)測與汽車服務方面，嵌 入式系統(tǒng)技術也獲得了廣泛的應用，內(nèi)嵌GPS模GSM 模塊
14、的移動定位終端已經(jīng)在各種運輸行業(yè)獲得了成功的 使用。信息家電 在信息家電方面的應用已被稱作嵌入式系統(tǒng)最大的應用 領域，冰箱、空調等的網(wǎng)絡化、智能化將引領人們的生 活步入一個嶄新的空間。家庭智能管理系統(tǒng) 第四節(jié)第四節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的應用嵌入式系統(tǒng)的應用POS網(wǎng)絡及電子商務 公共交通無接觸智能卡(Contactless Smartcard,CSC)發(fā) 行系統(tǒng)，公共電話卡發(fā)行系統(tǒng)，自動售貨機環(huán)境工程與自然 水文資料實時監(jiān)測，防洪體系及水土質量監(jiān)測、堤壩安 全，地震監(jiān)測網(wǎng)，實時氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測 機器人 嵌入式芯片的發(fā)展將使機器人在微型化、高智能方面優(yōu) 勢更加明顯機電產(chǎn)品無損檢測第四節(jié)第四節(jié)
15、 嵌入式系統(tǒng)的應用嵌入式系統(tǒng)的應用應用形式舉例應用形式舉例機電監(jiān)控嵌入式系統(tǒng)機電監(jiān)控型嵌入式系統(tǒng)結構 主要特點為：可靈活裁減、可變化 輸入輸出接口種類多 通信能力好 可重構計算的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)嵌入式智能控制系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)的應用機器翻譯（人工智能）系統(tǒng)定制流程第四節(jié)第四節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的應用嵌入式系統(tǒng)的應用第五節(jié)第五節(jié) 嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中應用實例嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中應用實例l 嵌入式系統(tǒng)應用下物聯(lián)網(wǎng)的通信方嵌入式系統(tǒng)應用下物聯(lián)網(wǎng)的通信方式式l 嵌入式物聯(lián)網(wǎng)的特性嵌入式物聯(lián)網(wǎng)的特性l 嵌入式物聯(lián)網(wǎng)應用實例嵌入式物聯(lián)網(wǎng)應用實例第五節(jié) 嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中應用實例 嵌入式網(wǎng)絡應用意義深遠，尤其體現(xiàn)
16、在離人們最近的家居網(wǎng)絡。目前，關于聯(lián)網(wǎng)的稱謂不少，如H、信息家電、家居網(wǎng)絡系統(tǒng)(HNS)和e-home等，盡管名稱不同，但它們的含義和所要完成的功能大體是相同的。典型的家庭網(wǎng)絡結構第五節(jié) 嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中應用實例 鏈接方式鏈接方式：串行鏈接 SLIP 一種比較舊的點對點協(xié)議，主要用于專用的或撥號 的 PoTS(Plain Old TelePhone Service:普通老式 電話系統(tǒng))線路。PPP 一種比較新的協(xié)議，使用與SLIP相同的幀封裝，但 是支持動態(tài)IP分配(從服務器到客戶機)，并且包括 支持壓縮。嵌入式系統(tǒng)應用下物聯(lián)網(wǎng)的通信方式嵌入式系統(tǒng)應用下物聯(lián)網(wǎng)的通信方式第五節(jié) 嵌入式系統(tǒng)在
17、物聯(lián)網(wǎng)中應用實例無線鏈接 無線調制解調器通?？梢酝ㄟ^串口連接嵌入式計算機，并且所有配置和通信都發(fā)生在這個端口上。典型的無線 鏈接有電路交換式蜂窩(CSC)，蜂窩數(shù)據(jù)包交換(CDPD)及全球移動通信系統(tǒng)(GSM)等。以太網(wǎng) 以太網(wǎng)是基于CSMA/CD運行的，以太網(wǎng)是在很多用戶 (多路存取)中間的一個共享總線?，F(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線是用于智能化現(xiàn)場設備和基于微處理器的控制 室自動化系統(tǒng)間的全數(shù)字化、多站總線式的雙向多信息 數(shù)字通信的規(guī)程是互操作和數(shù)據(jù)共享的公共協(xié)議。第五節(jié) 嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中應用實例 屏蔽層包括物理層接口硬件和實現(xiàn)介質訪問協(xié)議的通信控制器，LLC實現(xiàn)用戶自主開發(fā)。因此，嵌入式系統(tǒng)設計
18、中網(wǎng)絡通信協(xié)議選擇的核心是介質訪問協(xié)議的選擇。可供選擇的協(xié)議有：可供選擇的協(xié)議有：面向鏈接的協(xié)議 面向鏈接協(xié)議主要用在網(wǎng)絡發(fā)展初期的主機-終端式網(wǎng)絡中，如 X.25和IBM的SNA網(wǎng)絡。輪詢法 輪詢法因其簡單和實時性能可確定等特點而成為嵌入式網(wǎng)絡常 用協(xié)議之一。OCSMA/CD（帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問）CSMA/CD有許多不同的實現(xiàn)版本，其核心思想是：一個節(jié)點 只有確認網(wǎng)絡空閑之后才能發(fā)送信息。第五節(jié) 嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中應用實例TDMA TDMA(Time Division Multiple Access)已大量應用于移動 通信領域(如GSM，DAMPS等)，但也可用于局域網(wǎng)令牌環(huán) 在
19、令牌環(huán)網(wǎng)中，節(jié)點之間使用端到端的連接，所有節(jié)點在 物理上組成一個環(huán)型結構令牌總線 令牌在虛擬環(huán)中從一個節(jié)點傳向其邏輯鄰居節(jié)點。只有持 有令牌的節(jié)點才能訪問網(wǎng)絡OCSMA/CA（帶沖突避免的載波監(jiān)聽多路訪問）CSMA/CA綜合了CSMA/CD和基于令牌的協(xié)議的優(yōu)點 第五節(jié) 嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中應用實例實時性可靠性通信效率雙重混合支持實現(xiàn)難度和造價開放性可恢復性嵌入式物聯(lián)網(wǎng)的特性嵌入式物聯(lián)網(wǎng)的特性第五節(jié) 嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中應用實例嵌入式物聯(lián)網(wǎng)應用實例嵌入式物聯(lián)網(wǎng)應用實例 一種基于IPv6的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)視頻應用技術架構，利用該架構可以快速開發(fā)機頂盒等家用娛樂設施播放互聯(lián)網(wǎng)視頻應用軟件視頻服務的嵌入式應用架構
物聯(lián)網(wǎng)識別技術 教學 丁明躍 物聯(lián)網(wǎng) 第八章
