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录 第1章嵌人式系统的介绍 设计与制造………………………42 1.1嵌入式系统概述 +… 2.4整合型嵌入式系统微处理器……………43 1.1.1嵌入式系统的组成………………2 2.4.1ARM公司ARM RISC架构微处 1.1.2典型的嵌入式系统……………………4 理器…………43 1.1.3嵌入式系统的发展趋势…………4 2.4.2 Intel公司StrongARM微处理器……53 1.2信息家电…… ++…+…+……6 2.4.3德州仪器公司TMS320DSP微处 1.2.1信息家电的兴起……………7 理器…… …………60 1.2.2信息家电的产品………………………10 2.4.4 Philips公司Trimedia微处理器…66 1.2.3本地信息家电的研发状况……14 2.4.5德州仪器公司0MAP架构微处 1.2.4信息家电的未来…+………16 理器……………71 1.3入门必学………………………………17 2.4.6 Intel公司Xscale架构微处理器…77 1.3.1系统整合能力……………………18 2.4.7其他常见高级的嵌入式系统微处 1.3.2程序语言能力…………20 理器… ……80 1.3.3市场应用导向………………+……21 2.5内存… …85 1.4未来展望………………22 2.5.1可程序化只读内存………+……85 1.4.1整合服务导向…………………………23 2.5.2随机存取内存(Random Access 1.4.2轻薄短小人性化……………………24 Memory) ……………86 1.4.3软硬件网络无线整合………24 2.6输入与输出…………………………………87 1.4.4创意激荡与落实………………26 2.6.1高速输入与输出传输接口………87 1.5本书导读 ……………27 2.6.2输入与输出装置………………………91 第2章嵌人式S0C硬件系统概论 2.7扩充装置 ………93 2.1前言…… …28 2.7.1CF扩充装置………………………………94 2.2嵌入式系统微处理器的发展…28 2.7.2SD扩充装置………………94 2.2.1四位以及八位嵌入式系统微处理器…29 2.7.3 Memory Stick……………95 2.2216位以上的嵌入式系统微处理器……33 2.7.4 Springboard………………95 2.2.3协处理器(Co-processor)…35 2.8总结… …96 2.2.4CISC与RISC…………………36 第3章嵌人式系统软件开发 2.2.5数字信号处理器…………………37 3.1软件开发的顺序……… ……………………97 2.3SoC嵌入式系统微处理器………38 3.1.1基础流程…………97 2.3.1什么是$0C嵌入式系统微处理器…38 3.1.2开机……………………102 2.3.2S0C微处理器的设计开发……39 3.1.3执行您的应用程序……………104 2.3.3RISC结合DSP的SoC嵌入式系统 3.2开始您的第一步………………………104 微处理器………………40 3.3联入式系统基本概述……………108 2.3.4快速的S0C嵌入式系统微处理器 3.3.1由说明书认识硬件………………108
狀A式系统开发圣 33.2驱动程序的编写…… 43移动装置上的开发套件—MIDP……197 333中断及异常处理 4.3.1Java与无线通信 334内存 24 4.3.2MDP的由来 3.35储存装置…… 43.3MIDP开发环境… 336输入/输出………………… 126 434MIDP开发实例 34嵌入式操作系统 435MIDP的移植… …218 34!嵌入式操作系统基本操作………127 43.6小结 219 342嵌入式操作系统的选择 44 Symbian Java Phone… 343系统移植 44 i Java Phone架构 3.5嵌入式软件开发 4.4.2 JTAPI ……222 35l开发…… 44.3应用实 3.52编译…… 444小结……………… 353链接………… …149 4.5Jini…………… 3.54重新定位 151 45ljni的架构…… 3.55下载 452Jini的移植 3.6除错技术 45.3小结 361模拟软件… ……153 46电信服务 i-Mode与 i-appli…… 3.62除错 461i-Mode通信系统…… 233 3.6.3硬件辅助除错………… 4.6.2 Compact HTML 3.7你必须了解的事情…… …………169 4.63 Java enabled i-mode:i- appli…………242 371开发平台与目标平台 4.7总结 3.7.2开发环境…… 171第5章 Smart Handheld Device软件 373除错 系统设计 3.8总结…… 5PDA嵌入式操作系统基础概念… 第4章信息家电软件的大趋势 51.I嵌入式操作系统 4.多彩多姿的Java世界 ………178 512PDA软件组件……… ……258 4.1.1Java的概念… ………178 52PDA产品面面观……… 4.1.2Java世界… ………18 521 Palm-PDA的创作先趋 4.1.3企业版』2EE… 522 winCE Pocket PC多媒体佼佼者…267 4.1.4标准版J2SE 5.23Lnux开放创造环境… 4.15微型版JME…… 524智能型掌上装置发展趋势 278 4.l.6 Java Card……………………………185 53 Symbian Platform:典型的智能型掌上 41.7小结 185 装置系统设计 4.2移动装置的 Java virtual Machine 531功能结构介绍……………… …283 186 5.32GTv6基本组件… 4.2.1KVM的由来……………186 5.3.3 Framework 285 422KVM移植技术 534通信与网络 423KVM验证 5.35应用层…………… 424小结 53.6系统发展环境
月录3 5.3.7 Java phone 552 Linux目录结构 54针对你的产品定义选择系统软件………288 553[具链 541基本技术面比较… 554核心组态 542产品应用面… 555选择嵌入式 Linux图形界面 543本地操作系统发展概况… 56总结 55嵌入式 Linux系统软件相关技术 291附录 Linux版权声明 5.5.工作评估…………
第1章嵌人式系统的介绍 嵌入式系统(Embedded System)在于结合微处理器或微控制器的系统电路与其专属的软 件，来达到系统操作效率成本的最高比。今日举凡移动电话、手表、电子游戏机、PDA、电 视、冰箱等民用电子与通信产品，电动机车、电动脚踏车，乃至于电动汽车等电动交通工具 的控制核心，无不与嵌入式系统息息相关。而在后P℃时代的来临，家电、玩具、汽车、新 一代手机、数码相机、先进的医疗仪器乃至于即将到来的智能型房屋、智能型办公室、与其 他跟电有关的器材设备更是缺少不了嵌入式系统这个核心技术。 1.1嵌人式系统概述 何谓嵌入式系统？根据英国电机工程师协会的定义所做的翻译，“嵌入式系统为控制、 监视或辅助设备、机器或甚至工厂操作的装置”。它具备了下列四项的特性： 1.通常执行特定功能 2.以微电脑与外围构成核心 3.严格的时序与稳定性要求 4.全自动操作循环 嵌入式系统是电脑软件与硬件的综合体，亦可涵盖机械或其他的附属装置。整个综合体 设计的目的在于满足某种特殊功能。嵌入式系统的架构可分成五个部分：处理器、内存、输 入与输出、操作系统与应用软件。它们常见于各类实验仪器、办公设备、交通运输设备、电 信设备、制造设备、建筑设备、医疗设备及个人电脑等。 应用程序 操作系统 内存 输入 输出 处理器 图1-1典型的嵌入式系统 嵌入式系统另外可以分为硬件及软件两部分，其中硬件的设计包括单片机控制电路的设 计、网络功能设计、无线通信设计及使用接口等等，嵌入式软件为信息、通信网络或消费性电 子等产品系统中的必备软件，专司硬件产品的驱动、控制处理或基本接口功能，以提升硬件产
2铁入式系犹开发 品的价值,为该硬件产品不可或缺的重要部分,它常以韧件形式,如控制器或驱动程序等方式 呈现。现今嵌入式系统大多数的产品仍然以低级的8位处理器配合少量的内存与电路来作控 制,不过高级的嵌入式系统产品也逐渐增加,本书将以高级的嵌入式系统产品为主作介绍 11.1帐人式系统的组成 嵌入式系统早已经融入我们的生活,除了我们在日常生活中可以看到的家电产品、工业 与军事应用的独立产品之外,许多大型电脑系统,事实上也是由许许多多小的嵌入式系统所 组成。嵌入式系统的组成包括了硬件与软件技术,在现今硬件技术大輻进步的情况下,软件 部分反而有着极大的成长空间,软件的发展技术成为嵌入式系统中最重要的一环。目前当红 的嵌入式系统大概就是信息家电、通信产品、工业控制器、掌上电脑(PDA) Wire Wireless Connectivity Speech Assistants Audio Player/ Recorder security 图1-2掌上装量的软件组成 我们以PDA产品这类型的嵌入式系统组成元件来说,不论是在软件或是硬件方面,系 统设计者必须设法把PDA做得人性化并且强调便利性以满足消费者需求,而其中除了硬件 必须做得精简省电、外壳美观外,软件更需要稳定高效且程序代码小。这里所强调的软件就 是所谓嵌入式操作系统( Embedded os)与架设在其上的应用软件( Application 嵌入式系统设计的目的在于满足某种特殊功能,光是像PDA,我们就可以将PDA的产 品区分为下列六种产品: 电子记事簿( Personal Information Organizers) 如:HP公司的100LX、Shap公司的 Wizard及 Casio公司的Boss等等,这款产品具有 内存、应用软件、外围及通信设备的扩展性 个人数字助理〔 Electronic Personal Agents) 如Aple公司的 Newton、 Tandy公司的 Zoomer,,此类产品通常具有笔式输入手写辨识 功能,并且具备某种程度的智能性,可协助处理个人信息管理(PM)及通信问题。 个人通信器( Personal Communicators) 如:IBM公司的 Simon,虽然具有某种笔式手写输入的功能,但主要功能强调在无线通 信,包括手机、寻呼机、传真、电子邮件及未来个人通信系统(PCS)等
第l章嫩入式系统的介绍3 笔式电脑( Electronic Notepads) 如: Fujitsu公司的 PogetPad,强调笔式输入在线手写辨识功能,其屏幕通常较大,其应 用以表格输入出为主,如保险人员的填表,警务人员开罚单或现场数据收集等等 智能型电子书( Intelligent Electronic Books) 如:Sony公司的 CD-ROM XA、Aple公司的 Sweat pea,具有智能型的文章搜索功能, 可协助用户轻松地浏览电子图书的文章、图片或语音资料,一般可使用 CD-ROM的媒体, 有些产品具有RF传输功能,可以擷取远程数据库中各类资料,扩大用户阅读资料的来源。 娱乐器( Entertainment Based Personal Agent) 结合娱乐性的软件,如Sega公司的 Game Gear、任天堂( Nintendo) Game Boy,具有益 智、教育及休闲娱乐的效果 表1-1PDA产品概要规格 种类a笔式「FF通|可程序 可移动储 尺寸 电子记事簿|小型选择性无 MB RAM以下RAM卡红外线 3·0.7 数字助理器 有选择性是 4 MB RAM以下PCMA卡红外线 个人通信器无有有 1 MB RAM以F| PCMCIA卡 1.8*25*1.5 笔式电脑 无 4 MB RAN以下 及硬碟 PCMCIA卡 器 Modem 智能型电子书选择性选择性无 8 MB RAM以下 CD-ROM 娱乐器 流择性选择性选择性是 MB RAMUF游卡标12 从上面的叙述中,可以发现每一款PDA都是为了其特殊的目的所制造,而且可以发现 单就PDA产品来说,其组成元件就有许多差异,而且根据其功能而有不同规范,这在嵌入 式系统中是一种常见的现象。 High End Application Middle Tier Application Low End Application ea70% 50% 2002 2003-20042005 图13高级嵌入式系统成长预测 事实上,因为嵌入式系统的硬件并不强调执行速度,强调的反而是功能稳定,因此硬件 设计方面的技术并不是像一般桌上型电脑一样,有誉极高的技术瓶颈,反而在软件组件方面, 强调的是系统整合以及友善的用户界面,而随着网络与无线通信的到来,软件组件的发展反 而更为重要,我们可以看出未来的软件发展,将逐渐由现行的简易视窗与低速的通信朝向高
4就入式系舵开发圣经 带宽通信与多样化的用户界面,特别是PDA未来势必会与宽频无线通信结合,而应用方面 更会牵涉到移动电子商务系统与多媒体服务。 112典型的嵌人式系统 不过像PDA这类型的嵌入式系统,发展也不过短短不到十年的时间,根据资策会技术 研究处(现为嵌入式系统实验室)的“PDA产业发展规划报告”中指出PDA( Personal Digital Assistants)-词系由美国 Apple公司前任总裁 John Scullery于1992年1月在拉斯维加斯的 冬季消费性电子展中,向记者所提出,并于四个月后在芝加哥正式发表“ Newton”的产品名 称及各项规格,但是却迟在1993年8月才推出第一代产品,即 Message Pad10,很不幸的 这项产品的推出并没有获得巨大回响,反而是在1996年,由Pam公司靠着Pilo(第一代的 Pam)起家,这几年来一手打造出强大的Palm王朝,改变了整个PDA市场的状态 不过PDA只不过是嵌入式系统中特殊的一部分,大部分的嵌入式系统还是以初级的8 位CPU为主,像是PDA或是手机这种以32位CPU为主的产品,在嵌入式市场中还占不到 半的比例,这些以初级CPU为主的产品充斥在我们的生活周围,例如电冰箱、空调、微波 炉、洗衣机等,除了周围生活,在医疗仪器上、银行金融,甚至在许多军事用途上也可以看 到嵌入式系统的踪迹 嵌入式系统的兴起是在1971年由Inte公司推出有史以来第一颗微处理器4004开始,而 微处理器的成功也让接下来的二十年改变了人类的生活,典型的嵌入式系统几乎让人感觉不 到她的存在,而且嵌入式系统特别强调“量身订做”的原则,也就是基于某一种特殊用途 我们就会针对这项用途开发出截然不同的一项系统出来,就是所谓的客制化( Customize)。 嵌入式系统与一般桌上型电脑或是通用型电脑的最大不同之处也在这里,因为是量身订 做,所以我们很难不经过“重大”的修改直接套用到其他的嵌入式产品上去,主要是因为嵌 入式产品的硬件具有很高的多样性,就像我们无法将空调控制系统直接搬到电冰箱上使用 而且通常为了降低整个系统的成本,我们会尽量简化不必要的软硬件设计,因此每一项嵌入 式产品都有其特殊性,这更加深了所谓移植( porting)不同机器上的困难性。 事实上嵌入式系统也算是计算机架构中的一个偏支,一个标准的计算机架构中必然包含 了中央处理器、内存、输出装置、输入装置,只不过在嵌入式系统里,这些单元以较为特殊 的形式存在,例如电脑的标准输入装置为键盘,但是微波炉的标准输入装置可能就是它的触 控面板,由这些方面,我们也可以感受到嵌入式系统与一般通用型电脑之间的差异。 1.13嵌人式系统的发展趋势 未来的嵌入式系统发展趋势将朝向软硬系统整合、SoC设计、应用程序研发以及内容服 务这几个方面来发展 (1)系统:嵌入式操作系统(RToS) 与PC操作系统(wIN95/8)比较,嵌入式操作系统并未要求全能,但必须能够依据系 统设计规格,有效率地发挥出硬件的运算能力,使得产品达到效率/价格比的优化,大多数 的系统会要求全自动完成所设置的工作,例如工厂或是银行的系统;除了原本在嵌入式领域 耕耘已久的Ⅴ WORK、QNX、 Nucleus等等之外,新兴的主要竞争产品包括 Palm os、 Windows CE、 Linux等,其中 Embedded Linux操作系统免费授权的特性,已为数间国际大厂所采用
l章就入式系统的小绍5 例如IBM及Sony (2)整合式芯片:SoC 嵌入式产品所需的处理器及芯片组较PC要求体积小、散热佳、省电,因此多采用高整 合度的SoC( System-on- Chip)为其处理器核心,为了尽快缩小制程技术进步与设计生产力 间的差距,并加速SoC的实现,SIP( Silicon Intellectual Porperty)的重复使用( Re-Use)成 为各方瞩目的焦点。SP即所谓硅知识产权( Silicon Intellectual Property),或半导体知识产 权( Semiconductor Intellectual Property,在智财权前面加上硅或半导体,是为了要与…般所 称的智财权有所区分。 这类型的产品众多,例如国家半导体(Ns)的 Geode ScI400整合CPU、绘图芯片、 MPEG-2、IO及 TV out等功能,就适合于家庭数码影音设备的产品运用。其他则还有 Intel Motorola、 Transmeta等「商投入单片机的设计。 (3)应用软件 嵌入式软件可区分为用户端的应用软件及服务器端的整合软件,服务器端的软件可能以 Iinuκ或是 windows为核心,并搭配各种数据库系统;用户端由于各种产品种类繁多,可开发出 的软件也相对增加,例如Pam号称有上万种应用软件可以使用。除了原本各种平台专属的应用 软件之外,现在更有利用Java跨平台程序开发的软件加入这个阵容,软件的种类变得更多。 (4)服务 由于嵌入式产品必须能随身携带或走入家居生活,故其体积上要求轻薄短小、造型及颜 色必须个人化、输入必须自然化、输出必须多媒体化才能吸引消费者:另一方面由于嵌入式 产品与网络结合,所以与网络服务提供者或电子商务业者极易结合,也就是嵌入式产品连上 网络的入口网站及其内容( HTML/XML)可能由厂商负责提供,像是日本 NTT DOCoMo所 发展的Mode服务就是一个最好的例子 目前在这一方面的发展有渐渐受重视的倾向,如市面上个人工作室陆续设计些PDA 专用的嵌入式系统,信息产业部则有嵌入式系统实验室部门专属研究此类的软件技术,另外 学术单位方面则常利用市面上的一般用途嵌入式电脑为其实验平台。从技术方面来看,此类 技术已经成熟,但入门的专业门槛颇高,例如基本上需要有微电脑架构、信息软硬韧件、即 时性操作系统、DSP等背景知识,而高级设计更需要有感测器与人工智能的专业知识 5o日 eden洲 Mainframe apery 图1-4电脑系统发展图
蛛入式系统开发圣经 后PC时代各种需要复杂运算功能的数字应用系统,其核心肯定是低成本高效率的即时 性嵌入式系统。而未来三年内这方面的人才依然相当缺乏,一般应用产品设计公司依然会有 其技术瓶颈,在二十一世纪软件与操作系统百家争鸣的春秋时代,从市场方面来看此类技术 在未来十年内一定有非常丰厚的潜在利益。 12信息家电 这一两年来,常常可以看见信息家电的报导,并号称为PC的接棒人。所谓的IA ( Information Appliance)信息家电,依据市场情报中心(MIC)的定义来说就是:能与因特 网互动,专为特定功能而设计,并且易于使用的产品 美国HP公司的一位前任副总裁 Don norman在1998年出版了的一本书,书名为“The nvisible Computer”,他在这本书中说到,早在1978年,当时任职于 Apple Computer的ref Raskin就已提出“ information appliance”一词,而 Norman自己对于信息家电的定义如下: An appliance specializing in information: Knowledge, facts, graphics, images, video, or sound. An information appliance is designed to perform a specific activity, such as music, photography, or writing a distinguishing feature of information appliances is the ability to share information among themselves. 信息家电是一种专门应用于信息方面的家电,应用范围包含知识、新闻、图形、影像、 影片及声音,具有特定的功能,最重要的是这些信息家电彼此之间可以交换信息。 网络电视 Web TV(Microsoft) 智能型移动电话 Sharp /32C-PCI Sony, Philips /Web TV Internet terminal Air Communication/Smart Phone Nokia/9000 Communicator AT&T/PocketNet Motorola/MAPS 电子游戏机 Sony /PS2 Nintendo /Do Lphin 智能型掌上装置 Compaq, NEC, HP/HPC Internet 3Com/PDA Be Mate 300 精简型电脑 网络可视电话 Wyse, Hewlett-Packard NCD/Tektronix. Sun Boundless, Neoware Info gear/iphone Acom/Exec Phone NC Panasonic/ Internet telephone 图1-5各种形态的 nformation Appliances Devices产品外观